Patiesība un mīti par litija-jona un svina-skābes akumulatoriem

Agri vai vēlu katrs noliktavas tehnikas īpašnieks saskaras ar to, ka viņam ir jāiegādājas jauns elektriskā iekrāvējs vai jānomaina iekrāvējā kalpošanas laiku beidzusi akumulatora baterija. Līdzīgs uzdevums var rasties arī attiecībā uz pārējo noliktavas tehniku – elektriskajām ratiņu piekabēm, krautājām, komplektētājiem utt. Viena no svarīgākajām lietām šajā gadījumā būs jautājums – kāda veida akumulatoru izvēlēties? Vilces akumulatoru piegādātāji grīdas kravu pacēlāju transportlīdzekļiem piedāvā gan klasiskos svina-skābes akumulatorus, gan arī neapkopojamus vārstu-regulētus vai gēla baterijas. Alternatīva svina-skābes akumulatoriem ir modernāks litija-jona (litija-dzelzs-fosfāta) barošanas avots. Tiesa, daudzi patērētāji joprojām baidās no šīs tehnoloģijas un vecmodīgi turpina lietot vecā tipa akumulatorus. Šāda pieeja, mūsuprāt, varētu būt informācijas trūkuma dēļ par dažāda tipa vilces akumulatoru plusiem un mīnusiem. Tālāk mēs mēģināsim izklīst mītus par litija-jona akumulatoriem.

Pāriet uz preces lapu: Li-Ion vilces baterija→

Pirmais mīts

Litija-jona akumulatori nav droši, un labāk tos neizmantot kā elektriskā iekrāvēja, krautāja, elektroratiņu barošanas avotu. Tie var eksplodēt, pašaizdegties, tāpēc labāk ar tiem nesaistīties

Ar to būtu grūti strīdēties, ja mēs atrastos pagājušā gadsimta 80. gados. Patiešām pirmie litija-jona bateriju paraugi neizcēlās ar augstu drošību. Šādas baterijas darbības laikā pastāvēja īssavienojuma risks elementu iekšienē, uzsildīšanās un pat aizdegšanās. Parasti tas varēja notikt kalpošanas laika beigās zemas baterijas komponentu ķīmiskās stabilitātes dēļ.

Pirmajās komerciālajās litija-jona baterijās, ko 1991. gadā laida klajā uzņēmums Sony, metāliskais litijs tika aizstāts ar drošāku jonu formu. Tomēr pat pēc tam šo akumulatoru izmantošanas joma ierobežojās ar mazo sadzīves elektroniku. Par litija-jona bateriju izmantošanu kā noliktavas tehnikas barošanas avotu tad pat nerunāja.

Situācija kardināli mainījās 1997. gadā, kad tika izgudrots jauns savienojums – litija-dzelzs-fosfāts (LiFePo4) kā litija-jona akumulatoru katoda materiāls. Šis savienojums ir drošs un nesatur indīgas vielas. Tiesa, tikai 2005.-2006. gadā ASV zinātniekiem izdevās galīgi izstrādāt šo "ķīmiju", lai kļūtu iespējama tās komerciālā izmantošana. Rezultātā parādījās litija-dzelzs-fosfāta akumulatori ar patiesi revolucionāriem raksturlielumiem salīdzinājumā ar parastajām svina-skābes baterijām. Tieši litija-dzelzs-fosfāta baterijas tiek izmantotas elektrisko iekrāvēju un noliktavas tehnikas barošanai.

Papildus drošajam ķīmiskajam sastāvam katrai litija-jona vilces baterijai ir vadības bloks (BMS), kas pārvalda uzlādes-izlādes procesu, aizsargā baterijas šūnas no pārlādes un dziļas izlādes. Pat ja kāda iemesla dēļ BMS ārkārtas situācijā bateriju neatslēgs, tad katrai šūnai ir drošības vārsts pārlādes vai īssavienojuma gadījumā. Vārsts nenormālas situācijas brīdī atbrīvos iekšējo spiedienu šūnā, lai izvairītos no eksplozijas.

Bet kā tad attiekties pret litija-jona bateriju aizdegšanās un/vai eksplozijas gadījumiem viedtālruņos, planšetdatoros, elektroniskajām cigaretēm un citām ierīcēm, kas ik pa laikam parādās plašsaziņas līdzekļos? Par laimi šiem akumulatoriem ir maz kopīga ar vilces baterijām. Lielākoties visi šie gadījumi ir saistīti ar īssavienojumu akumulatora iekšpusē fiziskas deformācijas dēļ triecienu vai citu bojājumu rezultātā.

Otrais mīts

Esmu pieradis strādāt ar svina-skābes baterijām, un tās mani visā apmierina. Litija-jona baterijas iekrāvējiem ir kaut kas no fantastikas jomas, un man tas nav īpaši interesanti

Atšķirība starp litija-jona un svina-skābes akumulatoriem ir aptuveni tāda pati kā starp mūsdienu elektrovilcienu un tvaika lokomotīvi. Svina-skābes akumulators tika izgudrots 1859. gadā. Tas ir pat nevis pagājušais, bet aizpagājušais gadsimts. Plaši pazīstami šo akumulatoru galvenie trūkumi, no kuriem tie nekad neatbrīvosies.

Uzskaitīsim piecus kritisko:

• Pirmkārt, svina-skābes akumulatoros kā elektrolīts tiek izmantots sērskābes šķīdums. No šejienes – kodīgs smaka, eksplozīva gāzu izdalīšanās uzlādes laikā, nepieciešamība pildīt ūdeni. Rezultātā mums jāiekārto uzlādes telpa un jānes izmaksas šādu bateriju apkopē.
• Otrkārt, riski būtiski saīsināt kalpošanas laiku personāla nevērīgas attieksmes dēļ. Kalpošanas laiks var būtiski saīsināties elektrolīta līmeņa un blīvuma nekontrolēšanas, izlādētas baterijas uzglabāšanas, izlādes zem pieļaujamā dziļuma, temperatūras režīma pārkāpumiem, pilnu uzlādes-izlādes ciklu neievērošanas dēļ. Citiem vārdiem sakot, svina-skābes akumulators ir diezgan kaprīza lieta, kas prasa regulāru uzraudzību.
• Treškārt, ilgs uzlādes laiks. Lai pilnībā normāli uzlādētu klasisku skābes bateriju ar šķidru elektrolītu, nepieciešams vismaz 7,5–8 stundas. Iespējami ātrāki uzlādes režīmi, bet to nedrīkst darīt katru dienu. Ātrai uzlādei nepieciešami augsti strāvas, kas šīs tehnoloģijas īpatnību dēļ ievērojami saīsina svina-skābes bateriju kalpošanas laiku.
• Ceturktārt, daudzmaiņu darba organizēšanai ir nepieciešams ne tikai ierīkot uzlādes telpu, bet arī katram tehnikas vienībā ir jābūt 2 bateriju komplektam. Parasti vilces skābes baterijas sver no vairākiem simtiem kilogramu līdz 1 tonnai un vairāk. Tāpēc nepieciešams arī aprīkojums to transportēšanai un drošai maiņai. Parasti tie ir speciāli rullīši, galdi vai celtņu sijas.
• Piektkārt, zems lietderības koeficients. Svina-skābes baterijas tikai 80% no uzlādei patērētās enerģijas tad atdod noliktavas tehnikas barošanai. Pārējais izkūst siltuma veidā.

Apskatīsim, cik tas izmaksās naudā, piemēram, priekš paceļamā stacker-iekrāvēja (rīčtrakā) ar skābes bateriju 48 V 750 Ah. Šāda baterija viena cikla laikā, ņemot vērā 80% izlādes dziļumu, atdod 48*750*80%/1000 = 28,8 kWh. Vidējā kalpošanas laikā 5 gadu laikā, ar nosacījumu, ka 1 cikls dienā un 250 darba dienas, sanāks 28,8*250*5 = 36 000 kWh. Bet patiesībē mēs par elektrību tērēsim par 20% vairāk, kas pie cenas 0,15 euro/1 kWh būs 36 000*20%*0,15 = 1080 euro. Vairāk nekā 1000 euro vienkārši izparasts no katras baterijas. Un tas vēl nepat intensīvākajā darba režīmā.

Visu šo trūkumu nav litija-dzelzs-fosfāta baterijām, ko izmanto grīdas elektriskā transporta barošanai. Tās uzlādes un izlādes laikā neko neizdala, neprasa nekādu apkopi, pašas automātiski izslēdzas, lai nepieļautu dziļu izlādi, un tās bez kaitējuma kalpošanas laikam var pakļaut jebkuram starpuzlāžu skaitam. Pilnas uzlādes laiks parasti ir 1,5–2 stundas. Daudzmaiņu darbam var izmantot vienu bateriju, ja ir vismaz īsi pārtraukumi starpuzlādēm. Litija-dzelzs-fosfāta akumulatoru lietderības koeficients ir 96%, kalpošanas laiks vidēji 3000–5000 ciklu atkarībā no ražotāja.

Trešais mīts

Svina-skābes baterijas tiek pastāvīgi pilnveidotas. Ir gēla neapkopojamas baterijas, kurām nav nepieciešama uzlādes telpa. Ir HFC tipa baterijas (Hawker NexSys), kas uzlādes laikā neizdala gāzes un var tikt pakļautas starpuzlādēm

Tādas baterijas patiešām ir, bet tas viss līdzinās mēģinājumiem braukt ar pārstrādātu zirgu. Pati svina-skābes tehnoloģija jau ir iztērēta. Nevadas ražotāju viltības neļaus uzveikt tās galvenos trūkumus.

Vārstu-regulētās baterijas patiešām gandrīz neizdala gāzes. Tomēr tās ir nosacīti neapkopojamas. Elektrolīts tajās ir tas pats sērskābes šķīdums saistītā stāvoklī. Attiecīgi uz šīm baterijām attiecas visi tie paši svina-skābes bateriju trūkumi, kas uzskaitīti iepriekš, tostarp nepieciešamība novadīt gāzes uzlādes laikā. Vārstu-regulēto bateriju ekspluatācijas pamācībā norādīts, ka baterijas uzlādes procesā izdala ļoti maz gāzu. Tomēr to ekspluatācijā jāievēro tie paši drošības noteikumi kā baterijām ar šķidru elektrolītu (standarts EN 50272-3/ IEC 62485_3 "Vilces baterijas rūpnieciskiem iekrāvējiem"). Citiem vārdiem sakot, ir jāparedz gāzu novadīšana.

Kas attiecas uz standarta gēla baterijām, tās ir visefektīvākais barošanas avots elektriskajiem iekrāvējiem un noliktavas tehnikai. Šādu bateriju kalpošanas laiks ir tikai 1200 ciklu ar izlādes dziļumu ne vairāk kā 60%. Lai šādus akumulatorus uzlādētu normālā režīmā, var izmantot salīdzinoši nelielas uzlādes strāvas, parasti 0,25-0,3 C. Tāpēc pilnas uzlādes laiks parasti ir 10-12 stundas, bet dažām baterijām 12-14 stundas. Šī iemesla dēļ tās nav iespējams izmantot daudzmaiņu darbam. Arī šādas baterijas ne pārāk labi panes ekspluatāciju zemās apkārtējās vides temperatūrās. Darbs zem nulles temperatūras apstākļos ievērojami samazina gēla baterijas lietderīgo ietilpību.

Ceturtais mīts

Litija-jona baterijas iekrāvējiem ir kaut kas dīvains. Pagaidām tās pērk tikai daži

Patiesībā litija-jona akumulatoru tirgus kravu pacēlāju noliktavu tehnikai strauji attīstās vismaz pēdējos piecus līdz septiņus gadus. Vadošie tehnikas ražotāji aktīvi pievieno savā ražošanas līnijā tehnikas modeļus ar litija-jona barošanas avotiem.

Mūsu uzņēmums kā oficiālais Vācijas ražotāja STILL dīleris ne bez panākumiem piedāvā iegādāties iekrāvējus, krautājus, elektriskās ratiņas ar litija-jona akumulatoru mūsu pastāvīgajiem klientiem Minskā un visā Baltkrievijas Republikā. Pateicoties mūsu palīdzībai litija-jona bateriju iegādes ekonomiskajā pamatojumā pēdējos gados gandrīz katrs otrais tehnikas vienības tiek piegādāts mūsu klientiem ar mūsdienīgu barošanas avotu.

Ļoti interesanta tendence ir arī tā, ka pēdējos gados litija-jona tehnoloģijai ir sākuši ticēt pat tradicionālo svina-skābes bateriju ražotāji. Ja pirms pieciem līdz septiņiem gadiem viņi negribēja pat dzirdēt par litija-jona baterijām, tagad paši tās ražo līdzās tradicionālajām svina-skābes baterijām. Mūsuprāt, tendence ir tāda, ka tuvākajā nākotnē litija-jona baterijas pilnībā izspiedīs parastās svina-skābes baterijas.

Piektais mīts

Litija-jona baterijas ir pārāk dārgas. Tās ir vairākas reizes dārgākas par svina-skābes baterijām, un nav jēgas tērēt naudu. Pagaidīsim, kamēr tās kļūs lētākas

Protams, jūs vienmēr varat pagaidīt. Patiešām pastāv iespēja, ka straujā litija-jona tehnoloģijas attīstība novedīs pie jaunu spēlētāju parādīšanās tirgū, un cenas varētu kristies. Bet pat ar pašreizējo cenu līmeni ir vērts pievērst uzmanību šim akumulatoru tipam. Ja skatīties ne tikai uz iegādes vērtību, bet arī ņemt vērā kalpošanas laiku, izrādīsies, ka daudzos gadījumos "lētās" svina-skābes baterijas patērētājam izmaksas dārgāk nekā mūsdienu litija-jona baterijas.

Paņemsim, piemēram, situāciju, kad uzņēmumam ir noliktavas tehnikas parks, bet nav speciālas telpas parasto svina-skābes bateriju uzlādei. Šādā gadījumā nākas vai nu investēt uzlādes telpas būvē, vai izmantot gēla baterijas, kuras uzlādes procesā gandrīz neizdala gāzes. Daudzi izvēlas otro variantu.

Tagad salīdzināsim divus vienkāršus skaitļus. Jebkura premium klases zīmola gēla baterijas kalpošanas laiks, ievērojot visus ekspluatācijas nosacījumus, ir ne vairāk kā 1200 uzlādes-izlādes ciklu. Tajā pašā laikā maksimālais pieļaujamais izlādes dziļums ir ne vairāk kā 60%. Citiem vārdiem sakot, ja jūsu baterijas nominālā ietilpība ir 100 Ah, tad reāli jūs izmantojat tikai 60 Ah un varat "noņemt" no tās visā kalpošanas laikā 100 Ah x 60% x 1200 = 72 000 Ah. Tikai pašas litija-dzelzs-fosfāta baterijas kalpošanas laiks, kas salikta, piemēram, uz Winston šūnām, ir 5000 ciklu ar pieļaujamo izlādes dziļumu 80%. Tās resurss būs 100 Ah x 80% x 5000 = 400 000 Ah.

Tagad mēģiniet salīdzināt vienas un otras baterijas izmaksas, ņemot vērā resursu. Litija-jona baterija uzlādējas 2 stundu laikā, nevis 11-12 stundas, kā gēla baterija. Ja šeit pievieno augstāku lietderības koeficientu (96% Li-Ion, salīdzinot ar 80% gēla baterijai), tad izvēle kļūst acīmredzama.

Rezumējot:

Litija-dzelzs-fosfāta akumulatori elektriskajiem dakšu iekrāvējiem un citai noliktavas kravu pacēlāju tehnikai pārliecinoši atsavina pozīcijas no tradicionālajām svina-skābes baterijām. Svina-skābes baterijas nekad neatbrīvosies no saviem galvenajiem trūkumiem šīs novecojušās tehnoloģijas īpatnību dēļ. Vienīgā to priekšrocība ir zema iegādes cena.

Izvēloties noliktavas tehnikas akumulatoru tipu, nepietiek ņemt vērā tikai to iegādes izmaksas. Ir vērts salīdzināt kalpošanas laiku, pieļaujamo izlādes dziļumu, pilnas uzlādes laiku, nepieciešamību pēc apkopes u.c.

Pāriet uz preces lapu: Li-Ion vilces baterija→