Виды аккумуляторных батарей для складской техники: преимущества и недостатки
Виды аккумуляторных батарей для складской техники: преимущества и недостатки
Если вы решили приобрести новый вилочный электропогрузчик или модернизировать старую технику, то один из важных параметров — это батарея. Например, она является источником питания электродвигателей хода, насоса гидравлики и приборов освещения.
На рынке много разных видов с непонятными аббревиатурами: WET, AGM, GEL, Li-Ion и LiFePO4. Возникает много вопросов: чем они отличаются? Какая лучше? Что по эксплуатации, особенно на морозе? Давайте разбираться.
Какие бывают батареи
Для начала кратко посмотрим, как в принципе работает любая аккумуляторная батарея. Внутри есть так называемые ячейки — полости с двумя пластинами, между которыми находится проводник тока — электролит. Одна пластина называется анодом (положительный заряд), а другая — катодом (отрицательный заряд).
Когда вы подключаете потребитель электричества к аноду и катоду, внутри ячейки начинает происходить электрохимическая реакция. Несущие заряд ионы перемещаются между пластинами через электролит — в цепи возникает электрический ток.
Со временем плотность заряда (электролита) снижается, и недостающие ионы необходимо восполнить. Для этого на ячейку подают внешнее напряжение — внутри начинается обратная химическая реакция. Другими словами, ячейка заново запасает энергию, чтобы повторно отдать ее при подключении к технике.
Здесь и кроются два главных отличия между аккумуляторными батареями: в материалах анода и катода, а также составе электролита. В складской технике обычно используют два основных вида:
Кислотно-свинцовые
Анод изготавливается из двуокиси свинца (PbO2), катод — просто из свинца (Pb). Обе пластины контактируют с раствором серной кислоты (H2SO4): на одной происходит окисление, а на другой — восстановление. Результирующее напряжение на одной ячейке получается порядка 2 В, а плотность электролита заряженного АКБ при этом — 1,27 г/см3.
Литий-ионные
Катод представляет собой нанесенное на алюминиевую фольгу соединение лития, а анод — графит на медной фольге. Электролитом выступает этилен-карбонат, которым пропитан пористый разделительный материал. Напряжение на одной ячейке — около 4 В.
Кислотно-свинцовые Анод изготавливается из двуокиси свинца (PbO2), катод — просто из свинца (Pb). Обе пластины контактируют с раствором серной кислоты (H2SO4): на одной происходит окисление, а на другой — восстановление. Результирующее напряжение на одной ячейке получается порядка 2 В, а плотность электролита заряженного АКБ при этом — 1,27 г/см3.
Литий-ионные Катод представляет собой нанесенное на алюминиевую фольгу соединение лития, а анод — графит на медной фольге. Электролитом выступает этилен-карбонат, которым пропитан пористый разделительный материал. Напряжение на одной ячейке — около 4 В.
Ячейки собираются в герметичный прочный корпус с дополнительными защитами, и разделяются изолирующими решетками. А количество ячеек зависит от общего напряжения, которое должен создать аккумулятор, и его типа. Например, для свинцово-кислотной батареи на 24 В нужно 12 ячеек, а для литий-ионной — шесть.
Так выглядит свинцово-кислотная батарея в разрезе
Чем отличаются друг от друга
На практике деление на свинцово-кислотные и литий-ионные батареи достаточно условное. У каждой есть свои исполнения, которые существенно влияют на эксплуатацию и характеристики: ток заряда, ёмкость, количество циклов заряда, температуру эксплуатации и другие. Ниже рассмотрим самые распространенные типы батарей для погрузочной техники, с преимуществами и недостатками.
WET
Свинцово-кислотные с жидким электролитом
Самый простой вид батарей, которые часто встречаются в погрузочной технике, особенно на старых моделях. Как понятно из названия, в качестве электролита в них выступает жидкая серная кислота.
WET батарея на погрузчике и на транспортировщике паллет Noblelift
Преимущества
Низкая стоимость при прочих равных дешевле на 20-25%, чем другие исполнения свинцово-кислотных батарей.
Простота ремонта при выходе из строя ячейки можно постараться отремонтировать батарею на месте, если есть подобный опыт.
Технология утилизации хорошо отработана для всех свинцово-кислотных аккумуляторов не потребуется проходить сложные юридические процедуры.
Доступная емкость для WET батарей составляет 80% от номинальной, в отличии от GEL. Допустим, для 1000 А*ч вы можете «использовать» 800 А*ч — разряжать ниже 20% не рекомендуется.
Допускается работа при отрицательных температурах обычно до -20 ˚С. Но важно помнить, что при этом допустимая емкость снижается примерно на 40%. Например, если у вас батарея на 250 А*ч, то при работе в морозильной камере эта величина уменьшится до 150 А*ч — батарею придется подзаряжать чаще.
Преимущества
Низкая стоимость
при прочих равных дешевле на 20-25%, чем другие исполнения свинцово-кислотных батарей.
Простота ремонта
при выходе из строя ячейки можно постараться отремонтировать батарею на месте, если есть подобный опыт.
Технология утилизации хорошо отработана
для всех свинцово-кислотных аккумуляторов не потребуется проходить сложные юридические процедуры.
Доступная емкость
для WET батарей составляет 80% от номинальной, в отличии от GEL. Допустим, для 1000 А*ч вы можете «использовать» 800 А*ч — разряжать ниже 20% не рекомендуется.
Допускается работа при отрицательных температурах
обычно до -20 ˚С. Но важно помнить, что при этом допустимая емкость снижается примерно на 40%. Например, если у вас батарея на 250 А*ч, то при работе в морозильной камере эта величина уменьшится до 150 А*ч — батарею придется подзаряжать чаще.
Недостатки
Недостатки
Свинцово-кислотные WET батареи желательно разряжать до минимального уровня в 20%, чтобы потом за ночь полностью заряжать до 100%. Если же допускать частую дробную подзарядку, остаточная емкость батареи будет очень быстро снижаться.
Например, когда в один день поставили заряжаться батарею с уровнем заряда 80%, в другой — 90%, и так далее. Со временем она перестанет «держать заряд», и батарею придется заменять. По этой же причине лучше иметь запас из двух-трех АКБ на одну единицу техники, если у вас высокая интенсивность работы или круглосуточный режим работы в несколько смен.
Низкая скорость зарядки
У этого типа батарей речь идет о 8-10 часов. Зарядить быстрее не получится, поскольку у WET есть ограничение по максимальному току заряда, который зависит от емкости. Превышение тока заряда приведет к повышенному износу ячеек — батарея быстрее выйдет из строя.
Удельная плотность энергии
У свинцово-кислотных батарей она составляет 30-50 Вт*ч/кг. При той же емкости и напряжении она будет весить больше, чем литий-ионные батареи. Средний ресурс WET батареи — 1500 циклов полного заряда-разряда от 20% до 100%. Обычно речь идет о 2-3 годах эксплуатации. По современным меркам это немного.
Выделение паров взрывоопасного водорода
В процессе зарядки происходит кипение электролита, что вызывает выделение кислорода и водорода. Поэтому для WET требуется отдельное зарядное помещение с принудительной приточно-вытяжной вентиляцией. Требования можно уточнить в МЧС России.
Необходимость в обслуживающем персонале
При разряде АКБ плотность электролита меняется. Его нужно ежедневно контролировать при помощи ареометра и при необходимости доливать дистиллированную воду.
Низкая скорость заряда
У этого типа батарей речь идет о 8-10 часов. Зарядить быстрее не получится, поскольку у WET есть ограничение по максимальному току заряда, который зависит от емкости. Превышение тока заряда приведет к повышенному износу ячеек — батарея быстрее выйдет из строя.
Удельная плотность энергии
У свинцово-кислотных батарей она составляет 30-50 Вт*ч/кг. При той же емкости и напряжении она будет весить больше, чем литий-ионные батареи. Средний ресурс WET батареи — 1500 циклов полного заряда-разряда от 20% до 100%. Обычно речь идет о 2-3 годах эксплуатации. По современным меркам это немного.
Выделение паров взрывоопасного водорода
В процессе зарядки происходит кипение электролита, что вызывает выделение кислорода и водорода. Поэтому для WET требуется отдельное зарядное помещение с принудительной приточно-вытяжной вентиляцией. Требования можно уточнить в МЧС России.
Необходимость в обслуживающем персонале
При разряде АКБ плотность электролита меняется. Его нужно ежедневно контролировать при помощи ареометра и при необходимости доливать дистиллированную воду.
GEL и AGM
Необслуживаемые свинцово-кислотные
Есть и более современные типы АКБ. Например, в GEL жидкий электролит заменен на силикагель — получается что-то вроде густой пасты, отлично проводящей электрический заряд и равномерно покрывающей пластины.
AGM батарея на поломоечной машине Noblelift NB530
Преимущества
Преимущества
Гелевые АКБ полностью герметичны — в сравнении с WET в них не испаряется электролит. Поэтому GEL относится к классу VRLA — необслуживаемые свинцово-кислотные аккумуляторы. Для них не требуется дополнительный обслуживающий персонал и зарядное помещение с высокими требованиями, соответствующими нормативам МЧС.
Не требуется дополнительная электроника, как и для WET В отличии от литий-ионных батарей у них меньше риск программного сбоя. А еще также могут работать при отрицательных температурах, но со снижением доступной емкости.
Гелевые АКБ полностью герметичны
— в сравнении с WET в них не испаряется электролит. Поэтому GEL относится к классу VRLA — необслуживаемые свинцово-кислотные аккумуляторы. Для них не требуется дополнительный обслуживающий персонал и зарядное помещение с высокими требованиями, соответствующими нормативам МЧС.
Не требуется дополнительная электроника, как и для WET
В отличии от литий-ионных батарей у них меньше риск программного сбоя. А еще также могут работать при отрицательных температурах, но со снижением доступной емкости.
Недостатки
Недостатки
Циклы разряда-заряда При прочих равных имеют чуть меньшее допустимое число циклов разряда-заряда, чем WET — до 1200. Это связано в том числе с тем, что GEL батареи герметичные и необслуживаемые: невозможно контролировать плотность электролита.
Доступная ёмкости — для GEL составляет 60% от номинальной. Их не следует разряжать ниже 40%.
Скорость заряда у GEL батарей меньше, чем у WET — до 12 часов.
Циклы разряда-заряда
При прочих равных имеют чуть меньшее допустимое число циклов разряда-заряда, чем WET — до 1200. Это связано в том числе с тем, что GEL батареи герметичные и необслуживаемые: невозможно контролировать плотность электролита.
Доступная ёмкости
— для GEL составляет 60% от номинальной. Их не следует разряжать ниже 40%.
Скорость заряда
у GEL батарей меньше, чем у WET — до 12 часов.
LI-ION батарея на самоходной тележке Noblelift
Литий-ионные
Литий-ионные
LiFePO4
Наиболее совершенные модели аккумуляторов — массово стали эксплуатироваться на погрузочной технике 10-15 лет назад. Самой распространенной модификацией являются литий-железо-фосфатные — это материал, которым покрывается анод.
Преимущества литиевых батарей
Преимущества литиевых батарей
Скорость заряда
— в разы меньше, чем у свинцово-кислотных. В некоторых случаях речь идет об 1-3 часах, в зависимости от режима устройства. В среднем максимальный ток заряда равен полной емкости батареи. Например, если речь идет о 500 А*ч, то заряжать можно током до 500 А.
В процессе заряда литий-ионные батареи не выделяют вредных веществ
— не нужен обслуживающий персонал, а требования к зарядному помещению более мягкие, чем для свинцово-кислотных батарей.
Допускается режим дробной зарядки
Например, если батарея разрядилась на 20% и на складе — простой, можно без опасений зарядить за короткое время до максимума. Это позволяет отказаться от использования двух-трех сменных аккумуляторов на одну единицу техники, как в случае со свинцово-кислотными.
Скорость заряда — в разы меньше, чем у свинцово-кислотных. В некоторых случаях речь идет об 1-3 часах, в зависимости от режима устройства. В среднем максимальный ток заряда равен полной емкости батареи. Например, если речь идет о 500 А*ч, то заряжать можно током до 500 А.
В процессе заряда литий-ионные батареи не выделяют вредных веществ — не нужен обслуживающий персонал, а требования к зарядному помещению более мягкие, чем для свинцово-кислотных батарей.
Допускается режим дробной зарядки Например, если батарея разрядилась на 20% и на складе — простой, можно без опасений зарядить за короткое время до максимума. Это позволяет отказаться от использования двух-трех сменных аккумуляторов на одну единицу техники, как в случае со свинцово-кислотными.
!
Доступная емкость для LiFePO4 составляет 90%. Другими словами, уровень заряда может опускаться до 10% без последствий на протяжении всего срока службы.
!
Доступная емкость для LiFePO4 составляет 90%. Другими словами, уровень заряда может опускаться до 10% без последствий на протяжении всего срока службы.
Литий-ионные аккумуляторы выдерживают до 3000 циклов заряда-разряда
— вдвое больше, чем у WET. Это порядка 7-10 лет эксплуатации. Причем полный цикл считается по суммарной энергии заряда. Например, ваша батарея на 12 кВт*ч разряжалась на 10% несколько раз за рабочий день, и каждый раз вы ее подзаряжали. Полным циклом будет считаться момент, когда вы передали ей те самые 12 кВт энергии.
Все литий-ионные аккумуляторы комплектуются электронной системой BMS — Battery Management System.
Она контролирует все параметры батареи: ток заряда и разряда, температуру, количество циклов и многое другое. Это существенно повышает надежность работы и снижает требования по обслуживанию — в случае какой-то ошибки оператор увидит проблему на дисплее погрузчика. В некоторых исполнениях она может комплектоваться удаленным мониторингом через интернет или по радиоканалу.
Дельная плотность энергии LiFePO4 составляет до 200 Вт*ч/кг
— в несколько раз больше, чем у WET. Батарея с той же емкостью будет весить значительно меньше, и это важно учитывать при подборе. Например, вы решили установить литий-ионный аккумулятор весом 400 кг на погрузчик, который был рассчитан на работу со свинцово-кислотным, весом тонну. В этом случае потребуется дополнительный груз в 600 кг, иначе эксплуатировать несбалансированную технику будет опасно.
Литий-ионные аккумуляторы выдерживают до 3000 циклов заряда-разряда
— вдвое больше, чем у WET. Это порядка 7-10 лет эксплуатации. Причем полный цикл считается по суммарной энергии заряда. Например, ваша батарея на 12 кВт*ч разряжалась на 10% несколько раз за рабочий день, и каждый раз вы ее подзаряжали. Полным циклом будет считаться момент, когда вы передали ей те самые 12 кВт энергии.
Все литий-ионные аккумуляторы комплектуются электронной системой BMS — Battery Management System.
Она контролирует все параметры батареи: ток заряда и разряда, температуру, количество циклов и многое другое. Это существенно повышает надежность работы и снижает требования по обслуживанию — в случае какой-то ошибки оператор увидит проблему на дисплее погрузчика. В некоторых исполнениях она может комплектоваться удаленным мониторингом через интернет или по радиоканалу.
Удельная плотность энергии LiFePO4 составляет до 200 Вт*ч/кг
— в несколько раз больше, чем у WET. Батарея с той же емкостью будет весить значительно меньше, и это важно учитывать при подборе. Например, вы решили установить литий-ионный аккумулятор весом 400 кг на погрузчик, который был рассчитан на работу со свинцово-кислотным, весом тонну. В этом случае потребуется дополнительный груз в 600 кг, иначе эксплуатировать несбалансированную технику будет опасно.
LI-ION батарея на штабелере и погрузчике
Недостатки литиевых батарей
Недостатки литиевых батарей
Низкая температура
Литий-ионные батареи невозможно заряжать при отрицательных температурах — BMS система не даст этого сделать для сохранения работоспособности ячеек. LiFePO4 нельзя эксплуатировать при температурах ниже 0 ˚С. Но есть Frost модификации: в них ячейки теплоизолированы и обернуты специальными греющими электрическими матами — на них уходит порядка 10% емкости. Это позволяет использовать аккумуляторы при температуре даже -40 ˚С.
Литий-ионные батареи невозможно заряжать при отрицательных температурах — BMS система не даст этого сделать для сохранения работоспособности ячеек. LiFePO4 нельзя эксплуатировать при температурах ниже 0 ˚С. Но есть Frost модификации: в них ячейки теплоизолированы и обернуты специальными греющими электрическими матами — на них уходит порядка 10% емкости. Это позволяет использовать аккумуляторы при температуре даже -40 ˚С.
Цена
Самой главной проблемой LiFePO4 батарей является их стоимость: в среднем на 30-40% выше, чем цена WET батарей.
Возгорание
В процессе горения литий-ионный аккумулятор сложно потушить — нужно иметь специальный огнетушитель класса D.
Утилизация
При утилизации могут возникнуть дополнительные сложности — придется найти специализированную организацию с лицензией Росатома или обратиться к нему напрямую.
Цена
Самой главной проблемой LiFePO4 батарей является их стоимость: в среднем на 30-40% выше, чем цена WET батарей.
Возгорание
В процессе горения литий-ионный аккумулятор сложно потушить — нужно иметь специальный огнетушитель класса D.
Утилизация
При утилизации могут возникнуть дополнительные сложности — придется найти специализированную организацию с лицензией Росатома или обратиться к нему напрямую.
Кроме LiFePO4 встречаются и другие модификации. Например, литий-никель-марганец-кобальт (NMC) или литий-титанат, которые допускают до 15 000 циклов заряда-разряда. Но из-за своей цены (примерно в 5 раз выше, чем на литий-железо-фосфатные), они применяются редко.
!
Кроме LiFePO4 встречаются и другие модификации. Например, литий-никель-марганец-кобальт (NMC) или литий-титанат, которые допускают до 15 000 циклов заряда-разряда. Но из-за своей цены (примерно в 5 раз выше, чем на литий-железо-фосфатные), они применяются редко.
На что ориентироваться при выборе аккумулятора
Использование каждого типа батареи зависит от условий эксплуатации и организации работы склада. В некоторых случаях переход с WET на литий-ионные аккумуляторы не будет оправдан. Например:
Если нет соответствующей зарядной инфраструктуры
Скажем, все кабели и автоматы в щитах рассчитаны на максимальную мощность заряда свинцово-кислотных батарей 3 кВт при напряжении 220 В. А чтобы раскрылись преимущества LiFePO4 аккумулятора, нужно не меньше 8 кВт. В этом случае затраты на модернизацию всей инфраструктуры могут не окупиться.
Если уже есть отлаженные процессы
Отдельное помещение для заряда и обслуживающий персонал, и нет времени заниматься модернизацией.
Если складская техника задействуется редко
Не более четырех моточасов в день, то срок окупаемости литий-ионных аккумуляторов также будет неоправданно большим. А преимущества дробной зарядки просто не раскроются.
Если требуется производить погрузочно-разгрузочные работы на пищевом предприятии, где есть разные температурные режимы.
Допустим, нужно выгрузить хранящиеся при минусовой температуре мясо или рыбу и переместить в отапливаемое помещение. В этом случае свинцово-кислотные аккумуляторы могут стать хорошей альтернативой в плане стоимости литий-ионных аккумуляторов с подогревом.
Если нет соответствующей зарядной инфраструктуры
Скажем, все кабели и автоматы в щитах рассчитаны на максимальную мощность заряда свинцово-кислотных батарей 3 кВт при напряжении 220 В. А чтобы раскрылись преимущества LiFePO4 аккумулятора, нужно не меньше 8 кВт. В этом случае затраты на модернизацию всей инфраструктуры могут не окупиться.
Если уже есть отлаженные процессы
Отдельное помещение для заряда и обслуживающий персонал, и нет времени заниматься модернизацией.
Если складская техника задействуется редко
Не более четырех моточасов в день, то срок окупаемости литий-ионных аккумуляторов также будет неоправданно большим. А преимущества дробной зарядки просто не раскроются.
Если требуется производить погрузочно-разгрузочные работы на пищевом предприятии, где есть разные температурные режимы.
Допустим, нужно выгрузить хранящиеся при минусовой температуре мясо или рыбу и переместить в отапливаемое помещение. В этом случае свинцово-кислотные аккумуляторы могут стать хорошей альтернативой в плане стоимости литий-ионных аккумуляторов с подогревом.
!
Еще в качестве альтернативы WET можно рассмотреть GEL аккумуляторы — для них не требуется обслуживание и зарядное помещение, соответствующее нормативным требованиям. И в отличии от LiFePO4, не используется электронная система BMS. Однако для зарядки GEL потребуется больше времени (до 12 часов), а также допустимая емкость составляет только 60% от номинальной.
!
Еще в качестве альтернативы WET можно рассмотреть GEL аккумуляторы — для них не требуется обслуживание и зарядное помещение, соответствующее нормативным требованиям. И в отличии от LiFePO4, не используется электронная система BMS. Однако для зарядки GEL потребуется больше времени (до 12 часов), а также допустимая емкость составляет только 60% от номинальной.
Сравнительная таблица тяговых аккумуляторных батарей для складской, клининговой техники
Скачать
Сравнительная таблица тяговых аккумуляторных батарей для складской, клининговой техники
Скачать
Над статьей работали: Евгений Рывкин, Мария Радионова, Владимир Филатов, Василий Чуриков, Николай Юдкин, Чкалин Дмитрий, Елизавета Ёлшина 10 августа 2024
Сравнительная таблица всех типов АКБ
Отправляя запрос, вы даете согласие с нашей Политикой конфиденциальности