Тяговые аккумуляторы ЛИТДЖЕТ для погрузчиков. Преимущества LiFePO4 аккумуляторов для погрузчиков.

Складские, вилочные погрузчики нередко эксплуатируются в условиях закрытого пространства. Соответственно, они не могут использовать традиционные двигатели внутреннего сгорания в рамках действующих правил безопасности. Поэтому в них чаще всего устанавливают именно электродвигатели.

Для их питания применяются аккумуляторные батареи. Если ранее для этого чаще всего применялись гелевые свинцово-кислотные батареи (AGM GEL), то сейчас их постепенно вытесняют литиевые аккумуляторы, потому что по всем параметрам они выигрывают, а вот существенных недостатков у них нет.

Ключевые преимущества LiFePO4 аккумуляторов

• Длительный срок службы
• Меньший вес
• Быстрая зарядка
• Высокая эффективность
• Безопасность

Роль тяговых аккумуляторных батарей в работе погрузчиков

Тяговые аккумуляторы обеспечивают складскую технику, в частности, различные вариации погрузчиков, электрическим током. Для этого применяются тяговые аккумуляторы с напряжением от 12 до 80 Вольт. Одни из самых распространенных - на 48 Вольт.

Классификация АКБ для погрузчиков

Самыми распространенными тяговыми аккумуляторами для погрузчиков являются:

• свинцово-кислотные с жидким электролитом;
• литиевые аккумуляторы.

Свинцово-кислотные с жидким электролитом

Свинцово-кислотные аккумуляторные батареи с жидким электролитом популярны за счет того, что их цена покупки очень доступная.

Ключевые спецификации свинцово-кислотных аккумуляторов с жидким электролитом:

• В качестве электролита используется раствор сульфатной (серной) кислоты.
• В качестве сепаратора выступают пластины с окисью свинца.
• Удельная емкость: от 25 до 40 Вт*ч/кг. То есть, они достаточно объемные, габаритные и в то же время - тяжелые.
• КПД в диапазоне от 70 до 80%.
• Можно эксплуатировать при температуре от -40 до +40 градусов по Цельсию, согласно техническим спецификациям, которые публикуют сами производители.

Структура таких АКБ - ячеечная. Такие аккумуляторные батареи в большинстве случаев являются обслуживаемыми. То есть, при активной и регулярной эксплуатации необходимо следить за плотностью раствора электролита, так как она прямо влияет на электрическую проводимость ячеек и пластин. Номинальная в большинстве случаев - в районе 1,29 – 1,31 г/см3.

Ключевые преимущества свинцово-кислотных аккумуляторных батарей

• Низкая цена. Среди всех АКБ - одни из самых дешевых.
• Высокие значения предельной силы тока. Что и позволяет их использовать в качестве тяговых.

Недостатков у таких батарей тоже достаточно много. В частности

• Малый эксплуатационный ресурс. Тяговые свинцово-кислотные аккумуляторы, в среднем, начинают активно терять свою емкость уже после 80 – 150 циклов заряда/разряда (в зависимости от нагрузок, от температуры эксплуатации). Это для погрузчиков буквально 2 – 4 месяца регулярного использования.
• Малая удельная емкость. То есть, на одном цикле заряда техника проработает сравнительно недолго. И потребуется вручную заменять аккумуляторы на запасные.
• Долгая зарядка. Свинцово-кислотные АКБ требуется заряжать слабым по силе таком. И весь цикл зарядки может занимать порой даже больше 20 часов. Опять же, это приносит определенные ограничения для их активного применения в условиях складского помещения (особенно, если погрузчик необходимо эксплуатировать в режиме 24/7).
• Необходимость в проведении регулярного профилактического обслуживания. Имеется ввиду, нужно контролировать плотность электролита, добавлять сульфатную кислоту или дистиллированную воду. Если этого всего не делать, то эксплуатационный ресурс батарей существенно уменьшится.
• Плохо переносят пиковые продолжительные нагрузки. Например, на аккумуляторных батареях может быть указано, что они рассчитаны на нагрузку в 600А. Но если она длится более 1 минуты, то это очень часто приводит к повреждению пластин сепаратора из-за "кипения" электролита с выделением газа: он увеличивает внутреннее давление и буквально спрессовывает все элементы, помещенные в корпус.
• При нагрузке значительно проседает напряжение. Соответственно, если с них "забирать" ток с высокой силой, то фактически свою указанную емкость они не выдают. Порой, она будет снижена почти в 2 раза.
• Пожаро и взрывоопасность при зарядке - необходимы спец помещения с вентиляцией (газ Брауна).
• Значительные постоянные эксплуатационные расходы.

Получается, что единственным весомым преимуществом свинцово-кислотных АКБ является их дешевизна первичного приобретения.

Литиевые аккумуляторы (LiFePO4)

Сейчас всё чаще применяются тяговые аккумуляторы для погрузчиков с литиевым электролитом. Да, они стоят на порядок дороже свинцово-кислотных, но существенно превосходят их и по эксплуатационным, и по ресурсным характеристикам. В большинстве случаев их покупка в финансовом плане вполне оправдана.

Основные их спецификации:

• Рабочее напряжение в диапазоне от 12 до 80 Вольт.
• Электролит - тетрафторборат лития.
• Сепараторы - из полиэтилена и полипропилена.
• Удельная емкость - тот 90 до 170 Вт*ч/кг.
• Эксплуатационный ресурс: от 3 до 8 тысяч циклов заряда/разряда.
• Диапазон рабочих температур: от -20 до 65 градусов по Цельсию (может быть расширен за счет системы обогрева).

Главное их преимущество - это именно огромный эксплуатационный ресурс. Срок их хранения, в среднем, составляет около 15 лет с момента производства. При тяговой нагрузке напряжение у них не сильно проседает, в сравнении со свинцово-кислотными аккумуляторными батареями.

Следует упомянуть, что под тяговыми литиевыми аккумуляторами чаще всего подразумевают литий железо-фосфатные. Они - одни из самых современных, разработаны в 1996 году. Существуют дополнительно литий-ионные, они схожи во многом и в плане конструкции, и по спецификациям. Но их эксплуатационный ресурс в десятки раз ниже, в диапазоне от 300 до 1000 циклов.

Литий-железо-фосфатные имеют и перед ними преимущества. Единственное, в чем литий-ионные выигрывают, так это в удельной емкости на килограмм (в среднем, плотность удерживаемого заряда у них на 20% выше).

Преимущества литий-железо-фосфатных аккумуляторных батарей

• Высокая удельная емкость. Они почти в 2,5 раза меньше по объему, чем свинцово-кислотные АКБ.
• Огромный эксплуатационный ресурс. В среднем, от 3 до 8 тысяч циклов заряда/разряда.
• Их можно заряжать током в районе 1С. Рекомендуемые значения: от 0,25 до 0,50С. Это означает, что полная их зарядка занимает от 1 до 4 часов.
• Повышенный КПД до 97%. На порядок выше, чем у любых других аккумуляторных батарей.
• Ячейки литий-железо-фосфатных аккумуляторных батарей обладают крайне низким сопротивлением. Поэтому они не нагреваются в процессе эксплуатации, как обычные литий-ионные батареи.
• Нагрев даже при значительных нагрузках незначительный. Как правило, каждый тяговой аккумулятор оснащается специальной защитой от перегрева, которая снижает или же полностью отключает нагрузку при возникновении аварийной ситуации.
• Не требуется никакого технического, профилактического обслуживания. Может, иногда лишь потребуется очистить полюса от окислов (если клеммы надевались без антикоррозийной смазки).
• Емкость в процессе всего периода эксплуатации не уменьшается. По заявлениям производителей, снижение емкости может наблюдаться лишь после 4 – 8 тысяч циклов заряда/разряда (не более 20% от первоначальной емкости, указанной в технических спецификациях).
• Легко переносят вибрацию. А свинцово-кислотные батареи с жидким электролитом при постоянной вибрационной нагрузке нередко выходят из строя (из-за внутреннего замыкания ячеек).
• Абсолютно не обладают эффектом памяти в отличии от свинцовых батарей.

Недостатков у литий-железо-фосфатных на порядок меньше, в частности

• Их нельзя заряжать при отрицательных температурах;
• При работе при температуре ниже 0 градусов по Цельсию у них снижается незначительно емкость, а также падает эксплуатационный ресурс (всё это можно нивелировать за счет использования системы подогрева);

В плане стоимости они получаются дороже примерно в 5 раз за свинцово-кислотные. Но не следует забывать, что их эксплуатационный ресурс почти в 30 – 50 раз больше. Так что покупка литий-железо-фосфатных аккумуляторных батарей для использования в складских погрузчиках вполне себя оправдывает. И для предпринимателя оказывается в разы выгодней.

Особенности призматических элементов LiFePO4

Практически все тяговые аккумуляторы для погрузчиков на основе литий-железо-фосфатных батарей выпускаются в форме призматических элементов (так называемых "ячеек"). От цилиндрических они отличаются только формой и соответственно строением корпуса. Но именно в призматических удается достичь наибольшей удельной емкости на занимаемый объем.

Внутренняя структура таких аккумуляторных батарей следующая:

• Литий-железо-фосфатный катод - положительный.
• Отрицательный катод - графитовый.
• Для катодной подложки используется полимерная основа с нанесенным алюминием.
• Для анодной подложки используется полимерная основа с медным напылением.
• Электроды проходят только по внешней цепи, сепаратор пропускает только ионы, что полностью нивелирует вероятность короткого замыкания. Да даже если это происходит, то ничего критического и опасного не происходит.

Конструкция призматических литиевых аккумуляторов хорошо продумана и в то же время безопасна. Такой вариант позволяет достичь максимально возможной плотности, обеспечить абсолютную пожарную безопасность, а также удобство для создания тяговых АКБ (сборки из призматических элементов). Для промышленного применения они подходят идеально.

Использование LiFePO4 батарей с подогревом

Нередко складские погрузчики эксплуатируются в условиях критически низких температур окружающей среды. Например, в промышленных холодильниках, где средняя температура составляет от -30 до -18 градусов по Цельсию. В теории, использовать литий-железо-фосфатные аккумуляторные батареи в этом случае можно. Но деградация ячеек в этом случае может происходить быстрее обычного.

Что предпринять в таких случаях? Использовать LifePo4 батареи с подогревом. Как правило, в них встраивается дополнительная плата защиты с термальным датчиком. Вместе с этим есть нагревательный элемент, размещенный по внутренней стороне корпуса.

Соответственно, такие АКБ автоматически нагреваются до оптимальной рабочей температуры в +5 - +10 градусов по Цельсию. Конструкция получается тоже безопасной, так как нагрев там автоматически отключается, если температура возрастает до критических значений. Стоимость таких АКБ лишь незначительно выше.

Существуют погрузчики, в которых уже встроен механизм автоматического подогрева. Но работает он только при подключенном заряженном аккумуляторе. Сама зарядка в дальнейшем все равно производится при положительных температурах.

Как работает подогрев? В большинстве случаев схема следующая

• В качестве нагревательных элементов используются пластины с высоким сопротивлением. Когда на них подается электрический ток, то напряжение рассеивается в виде тепла.
• Температура нагрева незначительная, всего в районе 10 - 20 градусов от текущего значения окружающей среды. Как правило, там устанавливается целая серия независимых термодатчиков, которые и контролируют текущий уровень нагрева.
• Электричество для работы нагревательных элементов берется из самого аккумулятора. Включение и отключение нагрева выполняется автоматически с помощью дополнительной платы. И чтобы избежать глубокой разрядки, напряжение, при котором срабатывает плата BMS, составляет 20% от основного номинала. Таким образом нивелируется возможность той самой глубокой разрядки даже при последующем хранении.
• Корпус таких батарей изнутри покрывается теплоизоляционным материалом. Это позволяет сэкономить на расходе тепла. И в процессе эксплуатации на подогрев аккумуляторной батареи тратится всего 5 - 10% от всего номинала аккумулятора. То есть, существенно снижения времени работы не будет.

Как правило, посадочные места для литий-железо-фосфатных аккумуляторных батарей в вилочных погрузчиках также оснащаются системой автоматического контроля температуры, там же есть термоизоляция. На случай эксплуатации в условиях высоких температур, все это можно снять для обеспечения охлаждения через естественную вентиляцию.

Аккумуляторные батареи с подогревом эксплуатируются активно уже более 20 лет. Они доказали свою эффективность, экономичность, безопасность и удобство.

Преимущества тяговых аккумуляторов LiFePO4 для вилочных погрузчиков

Почему именно литий-железо-фосфатные тяговые аккумуляторы 48V следует использовать в вилочных погрузчиках? Можно выделить следующие их ключевые преимущества:

• Это экономически выгодно и обосновано. Если погрузчик используется регулярно, то покупка и обслуживание свинцово-кислотных аккумуляторных батарей обойдется значительно дороже по итогу.
• Их можно эксплуатировать буквально в любых условиях. Их корпус надежно защищен от попадания влаги, пыли. В них можно интегрировать систему автоматического подогрева. Это позволяет их использовать и в условиях промышленных холодильных установок, и непосредственно на улице в любую погоду.
• Высокая удельная емкость. То есть, вилочный погрузчик от одного полностью заряженного аккумулятора проработает значительно дольше, чем от свинцово-кислотных аккумуляторных батарей любого типа (хоть с жидким, хоть с гелеобразным электролитом).
• Абсолютная пожарная безопасность. Соответственно, вилочные погрузчики с литий-железо-фосфатными аккумуляторными батареями допускается эксплуатировать даже в тех складских помещениях, где хранятся легковоспламеняющиеся материалы.
• Быстрая зарядка. Для каждого вилочного погрузчика, чтобы обеспечить их бесперебойную круглосуточную работу, потребуется комплект из двух аккумуляторных батарей. Если же применять свинцово-кислотные АКБ, то таковых потребуется, в среднем, от 4 до 6 штук.
• Широкий диапазон рабочих температур. Можно использовать как в холодильных установках, так и под прямыми солнечными лучами: это никоим образом не скажется на эксплуатационном ресурсе, на их технических характеристиках и спецификациях.
• Высокая плотность энергии. Проще говоря, аккумуляторы занимают мало места, но обеспечивают длительное время работы на одном полном заряде.
• Экологичность. Срок службы каждой литий-железо-фосфатной батареи составляет в районе 15 лет. И их в дальнейшем можно утилизировать и перерабатывать. То есть, какого-либо вреда для окружающей среды они не наносят.
• Им требуется минимальное обслуживание. Главное - это следить, чтобы батареи не простаивали в разряженном состоянии, потому что это приводит к ускоренной деградации ячеек. А если имеется встроенная плата BMS, то она может вовсе заблокировать дальнейшую эксплуатацию ячеек. И тогда для зарядки АКБ придется обращаться в сервисный центр, где вручную поднимут напряжение каждой батареи до необходимого минимума (для каждой платы BMS это индивидуальное значение, которое производитель составляет индивидуально).
• Очень низкий уровень саморазряда. Практика показывает, что после хранения на протяжении 12 месяцев литий-железо-фосфатные аккумуляторные батареи теряют всего до 10% от своего первоначального заряда. То есть, они всегда остаются готовыми к эксплуатации.
• Буквально все литий-железо-фосфатные батареи оснащаются защитой от неправильного подключения нагрузки. Даже если оператор каким-либо образом перепутает полюса, то ни техника, ни сам аккумулятор при этом в 99% случаев не пострадают. В свинцово-кислотных аккумуляторах каких-либо защитных функций, как правило, вовсе нет. При переполюсовке - возникает короткое замыкание с отдачей максимального пикового электрического тока.

Правила эксплуатации тяговых аккумуляторов

Основные правила эксплуатации тяговых аккумуляторов:

• После разряда литий-железо-фосфатного аккумулятора, его необходимо как можно скорее поставить на зарядку.
• В процессе заряда нужно контролировать напряжение. Но, как правило, для этого предусмотрены платы BMS. Они и отключают зарядку при достижении максимально требуемого напряжения, предотвращают переразрядку, а вместе с этим снижают ток зарядки, если батарея нагрелась до критической температуры. Современные BMS-платы дополнительно выполняют функцию балансировки ячеек, тем самым обеспечивая их равномерный износ.
• При эксплуатации с температурой ниже 0 градусов по Цельсию рекомендуется использовать системы автоматического подогрева. Которые прогревают АКБ до 5 – 10 градусов (и перед пуском, и уже во время эксплуатации).
• Не держать в разряженном состоянии АКБ более 12 часов. Как раз во избежание того, чтобы плата BMS не "заблокировала" ячейку, приняв её за неисправную.
• Регулярно проводить визуальный осмотр аккумуляторной батареи. Необходимо обращать внимание на то, что силовой кабель не поврежден, клеммы не окислились, никаких признаков механического повреждения корпуса нет.
• Вскрывать, заменять элементы (ячейки) литий-железо-фосфатных батарей запрещено! Это допускается делать только в условиях сервисного центра. Да и то, если один из элементов уже не рабочий или же его емкость снизилась меньше критической точки, то такая батарея по правилам должна идти на утилизацию и последующую переработку. Это положительно скажется и на экологии, и на эксплуатационном ресурсе самой складской техники.

Как правильно выбрать тяговый аккумулятор для погрузчика

Выбирая тяговые аккумуляторы 48V, необходимо учитывать следующие параметры:

• Рабочее напряжение. Оно должно быть именно 48 Вольт. И рекомендуется заранее уточнить эту информацию в технической документации к вилочному складскому погрузчику. Там указывается рабочее напряжение (в форме диапазона). Этот показатель должен полностью совпадать с тем, который свойственен используемой аккумуляторной батарее.
• Габаритные размеры должны подходить под посадочное место. Именно поэтому подбор выполняется по модели или серийному номеру используемому складскому погрузчику.
• Полюсовка должна соответствовать той, как располагаются клеммы для подключения. В большинстве случаев плюсовой контакт расположен слева, минусовой - справа. Но в некоторых моделях тех же японских погрузчиков полюса клемм для подключения могут располагаться наоборот. Опять же, все это необходимо проверять заблаговременно.
• Нужно уточнить, оснащен ли погрузчик платой BMS и контроллером заряда. В большинстве случаев она отсутствует. В таком случае тяговой аккумулятор следует подбирать тот, в котором плата BMS интегрирована. Кстати, есть модели с установленным Bluetooth-модулем. Это позволяет прямо со смартфона уточнить оставшийся заряд, время окончания зарядки, температуру и прочие параметры. Нередко таким образом можно также узнать расчетный оставшийся эксплуатационный ресурс.
• Если вилочный погрузчик планируется использовать в условиях склада с температурой менее 0 градусов по Цельсию, то следует отдавать предпочтение батареям с подогревом. Или же система прогрева должна быть интегрирована в само посадочное место для АКБ загрузчика: такие модели тоже сейчас часто встречаются.

Тяговые литий-железо-фосфатные аккумуляторы ЛИТДЖЕТ по всем критериям превосходят любые другие. Они безопасные, их эксплуатация обходится дешевле, они полностью соответствуют стандартам ГОСТ и ISO, они быстро заряжаются. Самое главное: они обладают огромным эксплуатационным ресурсом, буквально в 50 раз превышающих тот, который имеется у свинцово-кислотных аккумуляторных батарей с жидким электролитом.

Именно благодаря всем этим критериями они сейчас являются самыми распространенными. Сейчас даже в более 40% всех выпускаемых электромобилях используется точно такой же тип аккумуляторных батарей.