Литий ионные аккумуляторы для электропогрузчиков

Применение литий-ионных батарей на электропогрузчиках: за и против

Согласно мировой статистике, доля применения вилочных электропогрузчиков значительно возросла за последние пять-семь лет. К 2007 году электропогрузчики завоевывали порядка 50 % от общих годовых продаж вилочных погрузчиков. С 2008 года доля возросла до 65%. Что же изменилось за это время в технологии получения энергии для электротехники?

Пока наиболее стабильное положение на рынке закрепилось за свинцово-кислотными аккумуляторами. Свинцово кислотные батареи и использование обычных зарядных устройств является доминирующей технологией подзарядки электропогрузчиков, благодаря их низкой стоимости, надежности и налаженной цепочки.

Тем не менее, недостатки свинцово кислотных аккумуляторов создают предпосылки для поиска альтернатив. Основные проблемные зоны кислотных АКБ — необходимость 8-часовой непрерывной подзарядки батареи, содержание отдельной подзарядной комнаты с хорошей системой вентиляции, а также небольшой жизненный цикл.

В то же время, рынок грузоподъемной техники является довольно консервативным и несклонным к рискам. Складскому хозяйству нужна надежная технология, которая не окажется сложной в применении. Кроме того, любой новый вариант должен продемонстрировать возврат инвестиций, желательно в два-три года. Литий-ионные (Li-ion) аккумуляторы являются одним из лучших примеров таких технологий. Их преимущества с точки зрения плотности энергии и долговечности являются на сегодняшний день непревзойденными. Плотность энергии колеблется от около 120 до 200 Вт·ч/кг, по сравнению с 30 до 47 Вт·ч/кг для свинцово кислотных аккумуляторов. Основными техническими преимуществами литий-ионных батарей являются:

1. Быстрая подзарядка – за 1-2 часа батарея полностью заряжается.
2. Аккумулятор не требует обслуживания в течение всего срока эксплуатации.
3. Долгий срок службы. Срок службы аккумулятора составляет — до 5000 циклов, что в 3-5 раза дольше срока службы свинцово-кислотных батарей.
4. Безвредность. Аккумулятор герметичен, у него отсутствуют токсичные выбросы при любом режиме эксплуатации и заряде, что устраняет необходимость оборудования дополнительной зарядной комнаты.
5. Удобство использования. Заряд аккумуляторной батареи может производиться непосредственно в производственном помещении от сети. Не требуется снятие аккумулятора с погрузчика. Экономия от 7-10 % рабочего времени в смену.
6. Подзарядка в любое время. Если для кислотных батарей очень важна последовательность циклов «разрядка до 20% — зарядка до 100%», то для литий-ионных батарей подходят дробные циклы заряда при любом уровне разряда. Единственное, литий ионная АКБ не терпит перезаряда.

Литий-ионная батарея наилучшим образом удовлетворяет потребности к комплектации погрузчиков при использовании техники в несколько смен или при круглосуточной работе.

Несмотря на превосходные технические характеристики, высокая стоимость литий-ионных батарей (в 3-9 раз дороже кислотных АКБ) остается серьезным препятствием для массового распространения на рынке погрузочной техники. Другим препятствующим фактором, является то, что для большинства моделей погрузочной техники тяжелая АКБ выполняет роль противовеса. Литий-ионные батареи весят в 3-4 раза меньше классических АКБ. Для возможности поднятия груза вес аккумулятора должен быть не меньше 1000 кг и монтаж батареи, который весит не более, чем 300 кг означает, что около 700 кг дополнительного веса необходимо установить на погрузчик. Модернизация погрузчика не всегда бывает уместна и оправдана. Исключение составляет класс складской техники, работающий без противовеса – это некоторые виды штабелеров с опорными консолями и напольные механизмы (электротележки).

Однако, как отмечают эксперты существует тенденция к постепенному снижению цены литий-ионных АКБ по отношения к стоимости кислотных и если эта тенденция сохраниться, то наиболее вероятно, что литий-ионные батареи займут свою достойную нишу на рынке складской техники. Это подтверждается и нашим исследованием, согласно которому литиевая батарея при вдвое большей цене, чем кислотная работает имеет втрое больший жизненный цикл и меньшие издержки на обслуживание.

Источник

Li-Ion (литий-ионные) тяговые батареи вместо свинцово-кислотных — плюсы и минусы

Традиционные источники питания для складской техники

На современных складских логистических комплексах для перемещения грузов широко используется техника на электрической тяге. Такой тип складской грузоподъемной техники считается экологически чистым. Традиционно в качестве аккумуляторов электрической энергии здесь в большинстве случаев используются классические кислотные аккумуляторные батареи с жидким электролитом, доля которых составляет по нашему опыту более 90%. В некоторых случаях могут использоваться и необслуживаемые гелевые батареи, которые по конструкции похожи на классические, но почти не выделяют вредных газов в процессе зарядки. Классические и гелевые батареи фактически сейчас доминируют на рынке. Они доступны и стоят относительно недорого. Но настолько ли хорош такой источник питания и есть ли альтернатива?

Невысокая стоимость и массовость — это пожалуй единственные преимущества классических свинцовых аккумуляторов для напольного транспорта. Зато существует множество недостатков. Начнем с того, что они требуют регулярного обслуживания. Время полной зарядки кислотного аккумулятора составляет обычно от 7,5 до 12 часов. Это обстоятельство заставляет в случае многосменной работы использовать поочередно две батареи для одной единицы техники и тратить рабочее время на их замену. Не следует также забывать о затратах на персонал для регулярного контроля своевременности зарядки-разрядки и доливки воды. Это связано с тем, что такие батареи очень чувствительны к небрежному обращению. Например хронические неполные заряды могут быстро вывести батарею из строя.

Кислотные батареи с жидким электролитом

Срок службы традиционных тяговых батарей также невысок. В среднем он составляет 1500 циклов заряда-разряда для обычных и 1200 для гелевых. Далее остаточная емкость снижается и электропогрузчик или штабелер с такой батареей вместо полной 8 часовой смены сможет отработать только 4-6 часов и меньше.

Одним из самых главных недостатков классических тяговых батарей является выделение водорода в процессе зарядки. Смесь водорода с кислородом воздуха является взрывоопасной. Поэтому в местах использования техники с таким типом аккумуляторов необходимо оборудовать специальные комнаты с серьезными требованиями к пожаробезопасности и вентиляции. А это серьезные капитальные затраты. В случае же, когда требуется перейти на технику с электрическим приводом на уже действующем складе, необходимость оборудования зарядной комнаты становиться непреодолимым препятствием для собственника таких складов.

Вопросом является и эффективность кислотных тяговых батарей. Дело в особенности электрохимических преобразований. Во время зарядки часть энергии высвобождается в виде тепла и попросту теряется. Из 100% электроэнергии направленной на зарядку свинцово-кислотной батареи полезными являются только 65-70%.

Тяговые батареи гелевого типа

Конечно некоторых перечисленных выше недостатков не имеют батареи гелевого типа. Выделение водорода у них минимальное, так что в большинстве случаев строительство специальной зарядной комнаты не требуется. Однако многосменная работа с такими батареями может быть проблемой. Гелевые батареи очень чувствительны к повышенным токам зарядки, поэтому время их полного заряда составляет минимум 12-14 часов. Это делает невозможным многосменную работу. Батареи зачастую недозаряжаются и быстро теряют номинальную емкость.

Таким образом свинцово-кислотные батареи имеют ряд недостатков, устранения которых, по мнению специалистов вряд ли следует ожидать в будущем. Многие предрекают в скором времени полный уход с рынка данной технологии. Что же придет взамен?

Наиболее перспективной заменой традиционных тяговых батарей для складской грузоподъемной техники являются Li-Ion (литий-ионные) аккумуляторы.

Li-ion — новая альтернатива для питания электропогрузчиков и складской техники

Литий-ионные аккумуляторы массово выпускались уже давно и в основном использовались как источник питания мобильных телефонов и других небольших устройств. Но все они были довольно дороги и имели не совсем совершенную конструкцию. Некоторые даже были взрывоопасны. В их конструкции в основном использовались литий-кобальтовые и литий марганцевые элементы. С появлением недавно литий-железно-фосфатных LiFePO4 элементов стало возможным использование их для питания электрического грузоподъемного транспорта.

Тяговые батареи с литий-железно-фосфатными LiFePO4 элементами уже реально используются на логистических центрах и на складах предприятий. Они имеют ряд существенных преимуществ по сравнению с традиционными свинцово-кислотными батареями.

• Начнем с того, что время полной зарядки таких аккумуляторов составляет всего 1,5 — 2 часа. Впервые сконструированы батареи, которые заряжаются значительно быстрее, чем отдают энергию. При этом не происходит никаких выделений и батарея практически не нагревается. Кроме того зарядка может производиться совершенно беспорядочно. То есть совершенно не обязательно соблюдать полный цикл заряда-разряда. При этом такая эксплуатация совершенно не влияет на срок службы. Данное обстоятельство позволяет организовать многосменную работу на складе используя всего лишь одну батарею на единицу техники. Во время пауз в течение рабочего дня можно за 30 минут подзарядить батарею на 40%. Не требуется тратить время на замену батарей. Не требуется оборудовать зарядное помещение. Особенно актуально это преимущество для складов, где нет строгого закрепления техники за водителями и отсутствует собственный сервис. Можно не опасаться выхода из строя батарей по причине недозарядки, отсутствия надлежащего обслуживания и т. д.
• Далее срок службы. По заявлениям производителей он составляет от 3000 до 5000 циклов, что как минимум в 2 раза выше, чем у традиционных батарей. На протяжении всего срока службы не требуется какое-либо обслуживание или доливка воды.

Конечно при таких явных преимуществах у таких батарей должны быть и недостатки. Это в первую очередь довольно высокая стоимость. Они как минимум в 2 раза дороже чем гелевые и в 3 раза дороже, чем обычные кислотные батареи с жидким электролитом. Однако не смотря на это обстоятельство они находят своего потребителя. Причем даже при высоких начальных инвестициях они могут оказаться более выгодным приобретением. Дело в том, что благодаря более энерго-эффективной технологии на их зарядку требуется на 30% меньше электроэнергии. Сокращение расходов на обслуживание таких батарей составляет 65%. Таким образом уже через 1-2 года дополнительные инвестиции окупаются и далее поребитель получает дополнительную выгоду.

Таким образом можно констатироровать, что литий-ионная технология уже в ближайшее время может значительно потеснить традиционные тяговые батареи. Уже сейчас основные производители складской грузоподъемной техники предлагают данный тип батарей на малую складскую технику и вилочные электрические погрузчики. Конечно стоимость таких источников питания, заказанных прямо на заводе-изготовите несколько великовата для белорусского потребителя.

Однако наша компания может укомплектовать поставляемую технику собственными вариантами Li-Ion батарей по ценам приемлемым для белорусских потребителей. Гарантия на такие батареи составляет минимум 3 года.

Если вы хотите отказаться от зарядной комнаты, персонала для обслуживания классических батарей вилочных погрузчиков, мы с удовольствием проконсультируем вас по современной литий-ионной технологиии.

Источник

Правда и мифы о литий-ионных и свинцово-кислотных аккумуляторах

Рано или поздно каждый собственник складской техники сталкивается с тем, что ему нужно купить новый электропогрузчик или заменить на своём погрузчике отслужившую свой срок аккумуляторную батарею. Такая же задача может стоять и в отношении остальной складской техники — электротележек, штабелёров, комплектовщиков и т.д. Одной из важных задач в этом случае будет вопрос, какой тип аккумулятора выбрать? Поставщики тяговых батарей для напольного грузоподъемного транспорта предлагают как классические свинцово-кислотные аккумуляторы, так и необслуживаемые клапанно-регулируемые или гелевые батареи. Альтернативой свинцово-кислотным аккумулятором является более современный литий-ионный (литий-железо-фосфатный) источник питания. Правда многие потребители до сих пор опасаются данной технологии и по старинке используют аккумуляторы старого типа. Такой подход на наш взгляд может быть из-за недостатка информации о плюсах и минусах тяговых аккумуляторов различных типов. Ниже мы попытаемся развеять мифы о литий-ионных аккумуляторах.

Миф первый

Литий-ионные аккумуляторы не безопасны и лучше их не использовать в качестве источника питания электрического погрузчика, штабелёра, электротележки. Они могут взрываться, самовозгораться, поэтому лучше с ними не связываться

Трудно было бы с этим спорить, если бы мы были в 80-х годах прошлого века. Действительно первые образцы литий-ионных батарей не отличались высокой безопасностью. При работе такой батареи существовал риск короткого замыкания внутри элементов, нагрева и даже возгорания. Обычно это могло произойти в конце срока службы по причине низкой химической стабильности компонентов батареи.

В первых коммерческих литий-ионных батареях, выпущенных компанией Sony в 1991 году, металлический литий был заменен на более безопасную ионную форму. Однако даже после этого сфера использования данных аккумуляторов ограничивалась мелкой бытовой электроникой. Речи об использовании литий-ионных батарей в качестве источника питания складской техники тогда даже не было.

Ситуация кардинально изменилась в 1997 году, когда было изобретено новое соединение – литий-железо-фосфат (LiFePo4) в качестве катодного материала литий-ионных аккумуляторов. Это соединение является безопасным, и не содержит ядовитых веществ. Правда только в 2005-2006 годах ученым в США удалось окончательно доработать эту «химию», так чтобы стало возможным её коммерческое использование. В результате появились на свет литий-железо-фосфатные аккумуляторы с поистине революционными характеристиками в сравнении с обычными свинцово-кислотными батареями. Именно литий-железо-фосфатные батареи используются для питания электропогрузчиков и складской техники.

Кроме безопасного химического состава каждая литий-ионная тяговая батарея имеет блок управления (BMS), который управляет процессом заряда-разряда, защищает ячейки батареи от перезаряда и глубокого разряда. Даже если по какой-то причине BMS не отключит батарею в экстренной ситуации, то каждая ячейка имеет предохранительный клапан на случай перезаряда или короткого замыкания. Клапан сбросит внутреннее давление в ячейке в нештатной ситуации, чтобы избежать взрыва.

А как же относится к случаям возгорания и/или взрыва литий-ионных батарей смартфонов, планшетов, электронных сигарет и прочих девайсов, которые то и дело появляются в СМИ? К счастью эти аккумуляторы имеют мало общего с тяговыми батареями. В основном все эти случаи связаны с коротким замыканием внутри аккумулятора по причине физической деформации в результате ударов или других повреждений.

Миф второй

Я привык работать со свинцово-кислотными батареями и меня всё в них устраивает. Литий-ионные батареи для вилочных погрузчиков — это что-то из области фантастики и мне это не очень интересно

Разница между литий-ионными и свинцово-кислотными аккумуляторами примерно такая же, как между современной электричкой и паровозом. Свинцово-кислотный аккумулятор был изобретён в 1859 году. Это даже не прошлый, а позапрошлый век. Широко известны главные недостатки этих аккумуляторов, от которых они никогда не избавятся.

Перечислим пять самых критичных:

• Во-первых, это использование в качестве электролита свинцово-кислотных аккумуляторов раствора серной кислоты. Отсюда едкий запах, взрывоопасное выделение газа при зарядке, необходимость доливки воды. Как результат нам нужно оборудовать зарядную комнату и нести затраты на обслуживание таких батарей.
• Во-вторых, риски значительного сокращения срока службы в силу небрежного отношения персонала. Срок службы может серьезно сократиться по причине отсутствия контроля за уровнем и плотностью электролита, хранения разряженной батареи, разрядов ниже допустимой глубины, нарушений температурного режима использования, не соблюдения полных циклов заряда-разряда. Другими словами свинцово-кислотный аккумулятор это довольно капризная вещь, требующая регулярного присмотра.
• В-третьих, длительное время зарядки. Чтобы полностью нормально зарядить классическую кислотную батарею с жидким электролитом необходимо как минимум 7,5-8 часов. Возможны более быстрые режимы зарядки, но это нельзя делать ежедневно. Для быстрой зарядки необходимы высокие токи, что сильно сокращает срок службы свинцово-кислотных батарей в силу особенности данной технологии.
• В-четвертых, для организации многосменной работы требуется не просто оборудовать зарядную комнату, но и иметь комплект из 2-х батарей на каждую единицу техники. Обычно тяговые кислотные батареи весят от нескольких сотен килограмм до 1 тонны и более. Поэтому необходимо ещё и оборудование для транспортировки и безопасной замены. Как правило это специальные рольганги, столы или кран-балки.
• В-пятых, низкий КПД. Свинцово-кислотные батареи только 80% потраченной на их зарядку энергии затем отдают на питание складской техники. Остальное улетучивается в виде тепла.

Давайте посмотрим сколь это в деньгах, к примеру, для ричтрака с кислотной батареей 48 В 750 Ач. Такая батарея за один цикл с учётом глубины разряда 80% отдает 48*750*80%/1000 = 28,8 кВт. За средний срок службы 5 лет при условии 1 цикла в день и 250 рабочих дней получится 28,8*250*5= 36 000 кВт. Но реально мы потратим на электричество на 20% больше, что составит при цене 0,15 евро/1 кВтч — 36 000*20%*0,15=1080 евро. Больше 1000 евро просто улетучится с каждой батареи. Это еще не при самом интенсивном режиме работы.

Всех этих недостатков лишены литий-железо-фосфатные батареи для питания напольного электрического транспорта. Они ничего не выделяют во время зарядки и разрядки, не требуют какого-либо обслуживания, сами автоматически выключаются, чтобы не допускать глубокого разряда и могут без ущерба сроку службы подвергаться любому количеству промежуточных зарядов. Время полной зарядки составляет как правило 1,5-2 часа. Можно использовать одну батарею для многосменной работы, если есть хотя бы небольшие перерывы для промежуточных зарядов. КПД литий-железо-фосфатных аккумуляторов составляет 96%, срок службы в среднем 3000-5000 циклов в зависимости от производителя.

Миф третий

Свинцово-кислотные батареи постоянно совершенствуются. Есть гелевые необслуживаемые батареи, для которых не требуется зарядная комната. Есть батареи типа HFC (Hawker NexSys), которые не выделяют газов при зарядке и могут подвергаться промежуточным зарядам

Действительно, такие батареи есть, но всё это похоже на попытки ехать на загнанной лошади. Сама свинцово-кислотная технология уже себя исчерпала. Никакие ухищрения производителей не позволят побороть основные её недостатки.

Клапанно-регулируемые батареи действительно почти не выделяют газов. Однако они являются условно не обслуживаемыми. Электролит в них представляет собой тот же раствор серной кислоты в связанном состоянии. Соответственно на эти батареи распространяются все те же недостатки свинцово-кислотных батарей, перечисленные выше, в том числе и необходимость отвода газов при зарядке. В руководстве по эксплуатации клапанно-регулируемых батарей указывается, что батареи в процессе зарядки выделяют крайне мало газов. Однако при их эксплуатации необходимо соблюдать те же требования безопасности, как и для батарей с жидким электролитом (Стандарт EN 50272-3/ IEC 62485_3 «Тяговые батареи для промышленных погрузчиков»). Другими словами, необходимо предусмотреть отвод газов.

Что касается стандартных гелевых батарей, то это самый неэффективный источник питания для электропогрузчиков и складской техники. Срок службы таких батарей составляет всего 1200 циклов при глубине разряда не более 60%. Для нормального режима заряда таких аккумуляторов можно использовать относительно небольшие токи заряда, обычно 0,25-0,3 С. Поэтому время полного заряда составляет обычно 10-12 часов, а у некоторых батарей 12-14 часов. По этой причине их невозможно использовать для многосменной работы. Не слишком любят такие батареи и эксплуатацию при низких температурах окружающей среды. Работа в условиях отрицательных температур значительно снижает полезную ёмкость гелевой батареи.

Миф четвёртый

Литий-ионные батареи для вилочных погрузчиков — это что-то диковинное. Их пока мало кто покупает

На самом деле рынок литий-ионных аккумуляторов для грузоподъемной складской техники бурно развивается как минимум последние пять-семь лет. Ведущие производители техники активно добавляют в свою производственную линейку модели техники с литий-ионными источниками питания.

Наша компания, как официальный дилер немецкого производителя STILL, не безуспешно предлагает купить погрузчики, штабелёры, электрические тележки с литий-ионным аккумулятором нашим постоянным клиентам в Минске и по всей территории Республики Беларусь. Благодаря нашей помощи в экономическом обосновании покупки литий-ионных батарей в последние годы практически каждая вторая единица техники поставляется нашим клиентам с современным источником питания.

Очень интересной тенденцией является еще и то, что в последние годы в литий-ионную технологию поверили даже производители традиционных свинцово-кислотных батарей. Если пять-семь лет назад они и слышать о литий-ионных батареях не хотели, то теперь сами их производят на ряду с традиционными свинцово-кислотными. Тенденция на наш взгляд такова, что в скором будущем литий-ионные батареи полностью вытеснят обычные свинцово-кислотные.

Миф пятый

Литий-ионные батареи слишком дорогие. Они в разы дороже свинцово-кислотных и нет смысла тратить на них деньги. Подождем пока они подешевеют

Конечно, подождать всегда можно. Действительно есть вероятность, что бурное развитие литий-ионной технологии приведёт к появлению новых игроков на рынке и цены могут пойти вниз. Но даже при нынешнем уровне цен стоит обратить внимание на данный тип аккумуляторов. Если смотреть не просто на покупную стоимость, а ещё учесть срок службы, то окажется, что во многих случаях «дешёвые» свинцово-кислотные батареи обходятся потребителю дороже, чем современные литий-ионные.

Возьмём к примеру ситуацию, когда предприятие имеет парк складской техники, но не имеет специальной комнаты для зарядки обычных свинцово-кислотных батарей. В таком случае приходится либо инвестировать в строительство зарядной, либо использовать гелевые батареи, которые почти не имеют газовыделения в процессе зарядки. Многие идут по второму варианту.

Теперь давайте сравним две простые цифры. Срок службы гелевой батареи любого премиального бренда при соблюдении всех условий эксплуатации составляет не более 1200 циклов заряда-разряда. При этом максимальная глубина разряда допускается не более 60%. Другими словами, если ваша батарея имеет номинальную емкость 100 Ач, то реально вы используете только 60Ач и можете «снять» с неё за весь срок службы 100 Ач х 60% х 1200 = 72 000 Ач. Срок службы такой же литий-железо-фосфатной батареи, собранной, к примеру, на ячейках Winston составляет 5000 циклов при допустимой глубине разряда 80%. Её ресурс составит 100 Aч х 80% х 5000 = 400 000 Ач.

Теперь попробуйте сопоставить стоимость той и другой батареи с учётом ресурса. Литий-ионная батарея заряжается за 2 часа, а не за 11-12 часов, как гелевая. Если сюда добавить более высокий КПД (96% у Li-Ion против 80% у гелевой), то выбор становится очевидным.

Подведем итог:

Литий-железо-фосфатные аккумуляторы для электрических вилочных погрузчиков и другой складской грузоподъёмной техники уверенно отвоёвывают позиции у традиционных свинцово-кислотных батарей. Свинцово-кислотные батареи никогда не избавятся от своих основных недостатков в силу особенностей данной устаревшей технологии. Единственное их преимущество — это низкая покупная стоимость.

При выборе типа аккумуляторов для складской техники мало учитывать только их покупную стоимость. Стоит сопоставить срок службы, допустимую глубину разряда, время полной зарядки, необходимость обслуживания и пр.

Источник