Współczesne pojazdy szynowe coraz częściej wykorzystują baterie akumulatorów jako kluczowy element swoich systemów zasilania, zarówno w roli głównego źródła napędu, jak i systemów pomocniczych. Baterie akumulatorów to zespoły odpowiednio połączonych ogniw, służących do magazynowania energii elektrycznej na skutek przemian elektrochemicznych. Ich rola jest niezastąpiona w zapewnieniu ciągłości działania i bezpieczeństwa operacyjnego na kolei.
Baterie akumulatorów w pojazdach szynowych
Rodzaje i ładowanie akumulatorów
W pojazdach szynowych powszechnie stosuje się obecnie akumulatory zasadowe niklowo-kadmowe. Przykładem mogą być również baterie akumulatorów kwasowo-ołowiowe, choć te niklowo-kadmowe są bardziej rozpowszechnione. W nowoczesnych pojazdach trakcyjnych baterie akumulatorów ładowane są przez dedykowane zasilacze (ładowarki), zasilane z przetwornic pokładowych lub układu zasilania zewnętrznego pojazdu. Zasilacze te odpowiednio dostosowują parametry ładowania, a więc prąd i napięcie, do aktualnego stanu naładowania ogniw. Bardzo istotnym czynnikiem wpływającym na prawidłowe ładowanie jest temperatura.
Wymagania montażowe i bezpieczeństwo
Baterie akumulatorów muszą być zamontowane w skrzyniach z zapewnioną wentylacją. Muszą być podłączone do sieci pokładowej z zastosowaniem w obwodzie bezpieczników oraz musi być zapewniona możliwość trwałego odłączenia baterii akumulatorów od obwodów elektrycznych w pojeździe.
Procedura uruchamiania pojazdu
Procedurę uruchamiania pojazdu rozpoczyna się od uruchomienia baterii akumulatorów, czyli podania zasilania na obwody sieci pokładowej. Zasadniczo powyżej omówione odłączniki z bezpiecznikami są załączone. Służbowe załączanie baterii akumulatorów realizuje się manipulatorem, np. z kabiny maszynisty. Ustawiając manipulator na odpowiednią pozycję, następuje zadziałanie stycznika baterii i załączenie zasilania, czyli połączenie obwodu baterii z siecią pokładową. Zasilenie z baterii sieci pokładowej pozwala na dalsze uruchamianie pojazdu, czyli uruchamia się układ sterowania i kontroli oraz inne wyposażenie pojazdu zasilane napięciem z baterii akumulatorów.
Zasilanie w pojazdach elektrycznych
W pojazdach elektrycznych z baterii akumulatorów zasilana jest też sprężarka pomocnicza odbieraków prądu, którą załącza się w przypadku, gdy nie ma ciśnienia w obwodach pneumatycznych, przez co nie jest możliwe podniesienie pantografów. Po podniesieniu pantografów następuje odbiór energii z sieci trakcyjnej, czyli zasilenie obwodu głównego. Po sprawdzeniu przez układ pomiarowy prawidłowej wartości napięcia w sieci następuje przygotowanie do możliwości uruchomienia wyłącznika szybkiego. Gdy ten zostanie załączony, urządzenia wysokiego napięcia zostają zasilone wysokim napięciem. Tym samym uruchamiają się przetwornice, które przejmują zasilanie sieci pokładowej i ładują baterie akumulatorów. Wyłączenie zasilania sieciowego powoduje, że sieć pokładowa zostaje ponownie zasilana tylko z baterii akumulatorów.
Zasilanie w pojazdach spalinowych
W pojazdach spalinowych po uruchomieniu baterii akumulatorów możliwe jest uruchomienie silnika spalinowego. Rozrusznik silnika zasilany jest z baterii akumulatorów. Po uruchomieniu silnika, napędzana przez niego prądnica generuje energię elektryczną, która wykorzystywana jest do zasilania sieci pokładowej oraz ładowania akumulatorów. Przy klasycznym układzie rozruchu silnika dochodzi do sytuacji, że baterie są bardzo mocno obciążane (następuje pobór bardzo dużego prądu) w celu przeprowadzenia rozruchu silnika. Szczególnie trudna sytuacja występuje przy niskich temperaturach.
Z tego powodu w nowoczesnych pojazdach spalinowych stosuje się specjalne układy wspomagające rozruch silnika przy znacznym zmniejszeniu obciążenia baterii. W obwód rozrusznika silnika w takim przypadku włączony jest specjalny zasobnik rozruchowy, czyli układ kondensatora o dużej pojemności. Po zainicjowaniu startu silnika najpierw następuje naładowanie zasobnika z baterii akumulatorów (co trwa kilka - kilkanaście sekund), a następnie zostaje uruchomiony rozrusznik zasilany energią z zasobnika oraz baterii. Dzięki temu baterie akumulatorów są znacznie mniej obciążane chwilowym dużym poborem prądu, a w efekcie są też zabezpieczone przed zbytnim rozładowaniem. To zasobnik przejmuje obciążenie prądowe podczas uruchamiania silnika spalinowego.
Inne zastosowania akumulatorów pokładowych
Akumulatory podtrzymujące zasilanie
W pojazdach mogą być też stosowane inne rodzaje akumulatorów, np. wbudowane do urządzeń, służące do podtrzymania ich zasilania w przypadku braku zasilania z sieci pokładowej. Przykładami mogą tu być radiotelefony, których wewnętrzne zasilanie umożliwia przez określony czas prowadzenie rozmów nawet przy całkowitym braku zasilania pokładowego. Można spotkać również dodatkowe akumulatory do podtrzymania działania układu monitoringu, tak aby działał on nawet, gdy pojazd jest wyłączony.
Akumulatory do zasilania napędu
Innym rodzajem baterii akumulatorów są akumulatory przeznaczone do zasilania napędu. Można je spotkać na przykład w pojazdach hybrydowych. W takie układy mogą być też przykładowo wyposażone lokomotywy spalinowe, po to by w miejscach, w których nie jest wskazana jazda z wykorzystaniem silników spalinowych, realizować ją z akumulatorów.
Przykład zastosowania: Akumulatorowe zespoły trakcyjne w Argentynie
"Pociąg Słoneczny" w dolinie Quebrada de Humahuaca
Chiński producent taboru kolejowego CRRC Tangshan wyprodukował dwa akumulatorowe zespoły trakcyjne do przewozów turystycznych w północno-zachodniej Argentynie. Pojazdy będą kursowały dzięki energii produkowanej ze Słońca. Projekt budowy marki "Tren Turístico de La Quebrada", wspierany finansowo przez prowincję Jujuy, obejmuje reaktywację połączeń pasażerskich na 46-kilometrowym odcinku linii kolejowej między Volcán i Tilcara. Na trasie pociągi będą obsługiwać stacje w Tumbaya, Purmamarca i Maimará, z których każda będzie przybliżać turystom historię miasta, regionu i okolicznej przyrody. Ta jest wyjątkowo piękna, ponieważ linia przechodzi przez znajdującą się na liście UNESCO dolinę Quebrada de Humahuaca o długości 155 km, otoczoną wysokim płaskowyżem Puna. Jest tu mnóstwo unikalnych wąwozów, jezior i szczytów, a wszystko przypomina krajobraz księżycowy.
Argentyńskie służby podały, że odbudowa linii w połowie roku została ukończona w 70%. Dawniej dochodziła aż do granicy z Boliwią, ale obecny fragment ma służyć wyłącznie przewozom turystycznym, nie jest więc planowana reaktywacja połączeń do granicy po torze o szerokości 1000 mm.
Najciekawsze jest jednak to, że „Pociąg Słoneczny”, bo taka jest jego nazwa, będzie kursował wykorzystując energię słoneczną. Zamówione w 2022 roku dwuczłonowe zespoły trakcyjne ze zlokalizowanymi na dachu bateriami litowo-żelazowo-fosforanowymi o mocy 352 kWh będą ładowane energią zgromadzoną w specjalnym magazynie energii przy farmie fotowoltaicznej o mocy 6 MW. Jest ona zlokalizowana przy jednej ze stacji. W Argentynie jest na razie pierwszy z dwuczłonowych, wąskotorowych pojazdów wyprodukowanych przez CRRC. Pojazdy CRRC nie będą zbyt szybkie. Pojadą z maksymalną prędkością 60 km/h, będą mogły przewieźć 72 pasażerów na miejscach siedzących. W ruchu rozkładowym mają zacząć operować w październiku.
Chinese firm produces Argentina's first new-energy light rail train
Przykład zastosowania: Akumulatorowy ciągnik szynowy PCA-1/ZT
Ciągnik manewrowy do podwieszonej jezdni szynowej
Ciągnik przeznaczony jest do prac manewrowych związanych z przemieszczaniem zestawów transportowych po podwieszonej jezdni szynowej. Ciągnik PCA-1/ZT przystosowany jest do współpracy z zestawem transportowym wyposażonym w dwa wciągniki elektryczne przeznaczone do podnoszenia masy transportowanej. Do wzajemnego połączenia wózków nośnych i belki transportowej z ciągnikiem służą cięgła teleskopowe. Cięgła wykonane są w trzech zakresach długości.
Ciągnik PCA-1 lub PCA-1/ZT jest przystosowany do wykonywania pracy pociągowo-manewrowej z wykorzystaniem sterowania przewodowego i bezprzewodowego. W tym celu ciągnik wyposażony jest w przełączniki oraz przyciski sterujące znajdujące się na ścianie bocznej modułu zasilającego oraz przyciski sterownicze na panelach sterowania połączonych przewodowo z modułem zasilającym. W ciągniku zastosowano innowacyjny system sterowania bezprzewodowego Bluester. Bezprzewodowy panel systemu sterowania zwiększa mobilność operatora i bezpieczeństwo pracy. Operator może z odległości zarządzać pracą maszyny, co zapewnia większą kontrolę i precyzję wykonywanych operacji. Zasięg anteny wyklucza możliwość niekontrolowanego oddalenia się maszyny transportowej od operatora - w momencie przekroczenia granicznej odległości nastąpi automatyczne wyłączenie napędu.
tags: #akumulatorowy #ciagnik #szynowy