Akumulatory żelowe w wózkach widłowych: charakterystyka, zalety i wady

W przypadku wózków widłowych elektrycznych akumulator odgrywa bardzo istotną rolę, gdyż bez niego nie uda się przeprowadzić ani operacji unoszenia ładunków, ani wprawić kół pojazdów w ruch. W urządzeniach tego typu akumulatory są niezbędne, zapewniając źródło energii. Akumulator wózka widłowego to urządzenie służące do zasilania elektrycznego pojazdu przemysłowego, stanowiąc skuteczną alternatywę dla tradycyjnych podnośników spalinowych. Od typu zasilania zastosowanego w urządzeniu zależy zakres wykonywanych prac, sposób konserwacji oraz koszty eksploatacji. Na rynku dostępne są różne akumulatory do wózków widłowych, które różnią się technologią, wydajnością oraz żywotnością.

Akumulatory to baterie trakcyjne, których zadaniem jest dostarczanie mocy do działania urządzenia. Warto pamiętać, że "akumulator" i "bateria" mogą być w tym kontekście używane zamiennie. Bateria trakcyjna to określenie funkcji, a nie technologii wykonania, dlatego akumulatory trakcyjne mogą być wykonane w różnych technologiach.

Typy akumulatorów stosowanych w wózkach widłowych

Użytkownicy mogą wybierać spośród kilku podstawowych typów akumulatorów do wózków widłowych, w zależności od sposobu i miejsca użytkowania sprzętu. Najpopularniejsze to akumulatory kwasowo-ołowiowe (w tym ich odmiany, takie jak akumulatory żelowe), akumulatory z absorbowaną matą szklaną (AGM) oraz nowoczesne akumulatory litowo-jonowe.

Akumulatory kwasowo-ołowiowe

Najczęściej spotykane są jednostki kwasowo-ołowiowe, które stanowią solidną kombinację mocy i przystępnej ceny. Akumulator kwasowo-ołowiowy zawiera dwie elektrody ołowiowe (jedna z tlenku ołowiu), które zanurzone są w elektrolicie (wodny roztwór kwasu siarkowego). Są to akumulatory z tzw. ogniwami mokrymi (ang. Wet Cell) - zawierają naładowane płytki zawieszone w mieszaninie kwasu siarkowego i wody.

Klasyczne akumulatory kwasowo-ołowiowe są narażone na parowanie, co powoduje wzrost stężenia kwasu, dlatego konieczne jest okresowe uzupełnianie ich wodą destylowaną w celu utrzymania pożądanego składu elektrolitu. Akumulatory kwasowo-ołowiowe oferują żywotność na poziomie około 1500 cykli ładowania, a ich napięcie to 24 V, 48 V lub 80 V. Nie powinno się doprowadzać do całkowitego rozładowania baterii tego typu - grozi to ich uszkodzeniem.

Akumulatory żelowe (Gel Cell)

Odmianą akumulatorów kwasowo-ołowiowych zasilających wózki widłowe są akumulatory żelowe (ang. Gel Cell). Są to szczelne, niewyciekające akumulatory o głębokim cyklu, w których elektrolit ma formę żelu. Takie rozwiązanie znacznie ułatwia użytkowanie i jest coraz popularniejsze.

Charakterystyka akumulatorów żelowych

• Szczelna konstrukcja: Elektrolit w postaci żelu eliminuje ryzyko wycieku kwasu, co zwiększa bezpieczeństwo eksploatacji.
• Bezobsługowość: W akumulatorach żelowych nie trzeba uzupełniać elektrolitu, co redukuje koszty i czas konserwacji.
• Wysoka odporność: Do budowy żelowych baterii trakcyjnych stosuje się połączenia skręcane z użyciem elastycznych łączników flexi, które zapewniają wysoką odporność baterii i skutecznie chronią przed zwarciami. Są one dostosowane do pracy w każdych warunkach, odporne na czynniki zewnętrzne, rdzę oraz zatarcia.
• Głęboki cykl: Akumulatory żelowe są projektowane do regularnych, głębokich rozładowań.

Zalety akumulatorów żelowych

• Mniejsza konserwacja: Eliminują konieczność regularnego sprawdzania i uzupełniania poziomu elektrolitu, co obniża koszty operacyjne i wymagania co do infrastruktury.
• Bezpieczeństwo: Brak wycieków kwasu siarkowego oraz odporność na wibracje i uderzenia sprawiają, że są bezpieczniejsze w użytkowaniu i nie wymagają specjalnie wentylowanych pomieszczeń do ładowania (jak tradycyjne akumulatory kwasowo-ołowiowe).
• Dłuższa żywotność: Zapewniają dobre, długie czasy rozładowania oraz dłuższą żywotność, nawet w wysokich temperaturach, w porównaniu do klasycznych ogniw mokrych.
• Wszechstronność: Ich odporność na czynniki zewnętrzne i wibracje sprawia, że nadają się do pracy w różnorodnych, często wymagających środowiskach.
• Dostępność: Jako odmiana akumulatorów kwasowo-ołowiowych, są szeroko dostępne na rynku, oferując duży wybór modeli w atrakcyjnych cenach i o zróżnicowanych parametrach technicznych.

Wady akumulatorów żelowych

• Czas ładowania: Podczas ładowania akumulatora żelowego warto zaplanować dodatkowy czas. Powolne cykle ładowania, które są powszechne w przypadku akumulatorów żelowych, niosą niebezpieczeństwo nieodwracalnego uszkodzenia spowodowanego powstaniem pustych przestrzeni z elektrolitem.
• Wrażliwość na szybkie ładowanie: Są mniej tolerancyjne na szybkie ładowanie w porównaniu do innych technologii, co może prowadzić do uszkodzeń.

Akumulatory z absorbowaną matą szklaną (AGM)

Akumulatory AGM (Absorbed Glass Mat) wykorzystują specjalną matę szklaną do przenoszenia elektrolitów między płytami akumulatora. Wymagają mniej konserwacji, ponieważ elektrolity są zawieszone w stanie suchym, a nie ciekłym. Czasami określa się je nawet mianem akumulatorów bezobsługowych, ponieważ nie wymagają podlewania jak akumulatory kwasowo-ołowiowe. Może to również zmniejszyć ryzyko rozlania kwasu akumulatorowego w przypadku pęknięcia obudowy. Największą wadą akumulatora AGM jest to, że cykle ładowania mogą z czasem zaszkodzić żywotności i wydajności akumulatora.

Akumulatory litowo-jonowe (Li-ion)

Baterie litowo-jonowe to znacznie nowsza technologia akumulatorowa w wózkach widłowych, produkowana masowo od lat 90. Akumulator litowo-jonowy to obecnie najczęstszy typ akumulatora do wózków widłowych. Pomysł na baterie litowo-jonowe został po raz pierwszy wprowadzony przez firmę Sony w 1991 roku. Wózki akumulatorowe są skuteczną alternatywą dla tradycyjnych podnośników spalinowych, a litowo-jonowe wózki widłowe są bezpieczniejsze dla środowiska, ponieważ mają niższą emisję i są bardziej wydajne.

Zalety: Są bezobsługowe, szczelne i nie wymagają podlewania ani czyszczenia. Cechują się krótkim czasem ładowania, wymagając tylko 2-3 godzin do pełnego naładowania. Można je również ładować okazjonalnie (tzw. ładowanie w przerwach), co oznacza, że wystarczy je podłączyć w czasie przerwy w pracy, aby je szybko doładować. Zwykle system litowo-jonowy można podłączyć bezpośrednio do gniazdka ściennego. Największą jego zaletą jest zwiększona liczba cykli ładowania, nawet pięciokrotnie większa gęstość energii niż akumulatory kwasowo-ołowiowe. Nie naraża także pracowników na działanie szkodliwych substancji, takich jak kwas siarkowy. Akumulatory litowo-jonowe mają dłuższy czas pracy, co oznacza mniej przerw i więcej czasu poświęconego na zadania, które dodają wartości, zamiast na ładowanie baterii wózków widłowych. Są lżejsze, co ułatwia ich obsługę i może umożliwić pracę w ciaśniejszych miejscach (o ile konstrukcja wózka to skompensuje). Nie mają problemów z zasiarczeniem ani odgazowywaniem.

Wady: Główną wadą jest stosunkowo wysoka cena początkowa, która jest około dwa-trzy razy większa niż w przypadku akumulatorów kwasowo-ołowiowych. Wymagają również systemu zarządzania baterią (BMS). Są wrażliwe na wysoką temperaturę, choć stabilność termiczna akumulatorów fosforanowych (LiFePO4) jest porównywalna do żelowych akumulatorów kwasowo-ołowiowych. Po zakończeniu eksploatacji istnieje mniej opcji recyklingu ze względu na nowszą technologię.

Kluczowe aspekty eksploatacji i konserwacji akumulatorów

Dla właścicieli wózków z napędem elektrycznym bardzo ważne jest, aby właściwy stan techniczny baterii utrzymywał się przez jak najdłuższy czas. Właśnie dlatego tak ważne jest zwrócenie uwagi na czynności ładowania, konserwacji czy przechowywania baterii. Akumulatory do wózków widłowych nie działają wiecznie, a ich żywotność jest ograniczona. Standardowy akumulator kwasowo-ołowiowy wózka widłowego wystarcza na około 1500 cykli ładowania, co przy pracy jednozmianowej i odpowiedniej konserwacji zapewnia około pięciu lat żywotności. Szacuje się, że trwałość baterii trakcyjnej zamyka się w 1500 cyklach.

Zasady konserwacji akumulatorów trakcyjnych (szczególnie kwasowo-ołowiowych)

1. Uzupełnianie elektrolitu: W przypadku akumulatorów kwasowo-ołowiowych (ogniw mokrych) bardzo istotne jest regularne sprawdzanie poziomu elektrolitu i uzupełnianie go minimum raz w tygodniu (lub co 10 ładowań) wodą destylowaną lub dejonizowaną. Należy dążyć do uzupełnienia wody w akumulatorze do idealnego poziomu, czyli około 15 mm nad płytami ogniw. Nie powinno stosować się wody mineralnej, ponieważ może ona przyspieszyć proces rozładowania akumulatora. W akumulatorach żelowych i AGM uzupełnianie elektrolitu nie jest konieczne. Nigdy nie należy uzupełniać akumulatorów kwasem, ponieważ może to natychmiast zniszczyć baterię.
2. Odsiarczanie: Spowolnienie procesu samorozładowania się baterii jest możliwe przy regularnym odsiarczaniu akumulatora. Podczas każdego ładowania i rozładowania akumulatora część siarki osadza się na płytach ogniwa. Z czasem osad siarkowy może negatywnie działać zarówno na przebieg procesu ładowania, jak i na samą wydajność. Zbyt dużą obecność siarki może sugerować znaczny wzrost temperatury akumulatora podczas ładowania.
3. Czyszczenie: Akumulatory do wózków widłowych wymagają czyszczenia specjalnym środkiem. Zanieczyszczone lub skorodowane akumulatory nie tylko negatywnie wpłyną na działanie wózków widłowych, ale mogą nawet unieważnić ich gwarancję. Gdy akumulator jest odłączony od ładowarki, można przetrzeć go szmatką zwilżoną roztworem amoniaku i węglanu/wodorowęglanu sodu, co zneutralizuje kwasy.
4. Unikanie korozji: Świetną i niedrogą metodą podczas konserwacji akumulatora wózka widłowego jest użycie wazeliny do zacisków.
5. Regularne sprawdzanie odczytów: Poziom elektrolitu (w przypadku ogniw mokrych) i gęstość elektrolitu są najważniejszymi parametrami do sprawdzenia.

Prawidłowe ładowanie akumulatorów

• Pełne ładowanie: Każda bateria trakcyjna powinna być ładowana do maksimum. Nie doładowywanie i przeładowywanie akumulatora to zła praktyka, która z pewnością wpłynie nie tylko na szybkość i produktywność pracy, ale także skróci żywotność akumulatorów wózka widłowego. Średnio cykl ładowania wynosi około 1500 razy. Liczba ta znacznie się zmniejszy przez niewłaściwe ładowanie.
• Unikanie całkowitego rozładowania: Nie wolno doprowadzić do całkowitego rozładowania baterii, nawet jeśli nie jest wykorzystywana na co dzień. Pozostawienie nienaładowanego akumulatora może spowodować wiele szkód. Ładowanie akumulatora, gdy jego poziom naładowania wynosi od 20% do 30%, wydłuża jego żywotność.
• Dobór prostownika: Prawidłowe dobranie prostownika jest kluczowe, ponieważ niewłaściwie dobrany może uszkodzić akumulator. Należy używać ładowarki dopasowanej do napięcia i typu złącza akumulatora.
• Czas ładowania: Standardowe baterie trakcyjne (kwasowo-ołowiowe) ładują się około 8 godzin, a następnie wymagają kolejnych 8 godzin na schłodzenie. Ten harmonogram jest zgodny z zasadą 8-8-8: 8 godzin ładowania, 8 godzin chłodzenia i 8 godzin pracy. Akumulatory litowo-jonowe ładują się znacznie szybciej, pełne naładowanie można osiągnąć w mniej niż 2 godziny, a ładowanie okazjonalne pozwala na doładowanie akumulatora w zaledwie 15-30 minut podczas przerw. Szybkie ładowanie może skrócić przestoje, ale może zwiększyć nagrzewanie się akumulatora i skrócić jego żywotność, jeśli nie jest odpowiednio zarządzane.
• Wentylacja podczas ładowania: Podczas ładowania akumulatorów kwasowo-ołowiowych, pokrywa komory akumulatora powinna być otwarta, aby zapobiec przegrzewaniu. Miejsca ładowania akumulatorów muszą być w pełni wentylowane ze względu na szkodliwe opary i ryzyko pożaru lub wybuchu. Należy również pamiętać, aby nie ładować akumulatora z otwartymi zaślepkami odpowietrzającymi, które służą do regulacji ciśnienia wewnątrz akumulatora.
• Odłączanie ładowarki: Nigdy nie należy odłączać akumulatora bez uprzedniego wyłączenia ładowarki.

Przechowywanie akumulatorów

Bardzo istotny wpływ na żywotność akumulatorów ma składowanie ich w chłodnym, ale jednocześnie suchym miejscu. W celu zapewnienia bezpieczeństwa najlepiej, jeśli jest to oddzielne pomieszczenie, oddalone od stref zagrożonych wybuchem.

Bezpieczeństwo pracy z akumulatorami

Akumulator wózka widłowego może być niezwykle niebezpieczny, jeśli nie rozumiemy, w jaki sposób działają jego komponenty. Jeśli bateria nie działa, a dolanie wody lub czyszczenie nie skutkuje, nie należy próbować samodzielnie żadnych napraw. Pracownicy powinni nosić odzież ochronną podczas pracy w obszarach ładowania, unikać metalowej biżuterii oraz zawsze używać odpowiedniego sprzętu do podnoszenia, ponieważ akumulatory są bardzo ciężkie.

Wybór odpowiedniego akumulatora do wózka widłowego

Właściwy wybór samego akumulatora do zasilania maszyn jest kluczowy dla bezpieczeństwa i wydajności wózka widłowego.

• Napięcie: Należy dopasować napięcie akumulatora do wymagań wózka widłowego. Większość dużych elektrycznych wózków widłowych korzysta z akumulatora 48 V lub 80 V. Użycie niewłaściwego napięcia może spowodować problemy elektryczne, a nawet uszkodzenie sprzętu.
• Rozmiar i masa: Akumulator musi idealnie pasować do komory akumulatora wózka. Przed zakupem zmierz długość, szerokość i wysokość komory. Normy Battery Council International (BCI) pomogą dobrać odpowiedni rozmiar. Zbyt duży lub zbyt mały akumulator może powodować nieprawidłowe połączenia, a nawet uszkodzenie wózka widłowego. Waga akumulatora ma istotne znaczenie dla bezpieczeństwa, ponieważ działa on jak przeciwwaga, pomagając utrzymać równowagę wózka widłowego podczas podnoszenia ciężkich ładunków. Producenci podają zalecaną wagę akumulatora dla każdego modelu.
• Typ złącza: Należy sprawdzić typ złącza. Akumulator musi być pewnie podłączony do instalacji elektrycznej wózka widłowego. Różne marki stosują różne złącza, dlatego należy upewnić się, że złącze akumulatora pasuje do wtyczki wózka widłowego.
• Pojemność (Ah): Pojemność w amperogodzinach (Ah) informuje, ile energii akumulator może magazynować i dostarczać w czasie. Wyższa pojemność w amperogodzinach oznacza, że wózek widłowy może pracować dłużej bez konieczności ładowania. Należy wybrać akumulator o pojemności wystarczającej do codziennego obciążenia. Czas pracy zależy od pojemności akumulatora (Ah) i natężenia prądu pobieranego przez wózek widłowy podczas użytkowania. Akumulatory litowo-jonowe zazwyczaj zapewniają 8-10 godzin pracy na jednym ładowaniu, a akumulatory kwasowo-ołowiowe - 5-6 godzin.

Kiedy wymienić akumulator?

Należy wymienić akumulator, jeśli zauważysz krótszy czas pracy, wolniejsze podnoszenie lub widoczne uszkodzenia. Niska wydajność i przyciemnione wyświetlacze mogą być także spowodowane luźnym połączeniem. Kable mogą się poluzować, zużyć lub nie są prawidłowo podłączone po naładowaniu. W przypadku stwierdzenia przez operatora skorodowanych lub uszkodzonych zacisków, nadmiernego zasiarczenia lub wycieku kwasu, akumulator powinien zostać sprawdzony przez specjalistę. Nadmierne zasiarczenie i wyciek kwasu są zazwyczaj spowodowane przez niewłaściwe podlewanie (zasiarczenie) i nadmierne nadlewanie (wyciek kwasu). Akumulator 48 V do wózka widłowego może działać od 8 do 10 lat przy prawidłowej pielęgnacji, przy czym modele litowo-jonowe często działają dłużej niż akumulatory kwasowo-ołowiowe. Stare akumulatory do wózków widłowych można poddać recyklingowi. Wielu dostawców i punktów recyklingu przyjmuje zużyte akumulatory.

Porównanie akumulatorów kwasowo-ołowiowych i litowo-jonowych

Poniższa tabela przedstawia szybkie porównanie dwóch głównych technologii akumulatorów:

Akumulatory LiFePO4 (litowo-żelazowo-fosforanowe) rozwijają technologię litowo-jonową jeszcze bardziej, oferując cykl życia od 4 000 do 8 000 cykli, pełne naładowanie w ciągu 2-3 godzin, stabilne napięcie, niski współczynnik samorozładowania, wysoki poziom bezpieczeństwa (stabilność termiczna) oraz szeroki zakres temperatur pracy (od -20°C do 60°C).

Koszty akumulatorów

Cena akumulatora kwasowo-ołowiowego do wózka widłowego zależy od jego typu, napięcia i pojemności, i kształtuje się w przedziale od około 3 500 do nawet kilkudziesięciu tysięcy złotych netto. Cena akumulatora litowo-jonowego to koszt około dwa-trzy razy większy niż wspomnianego akumulatora kwasowo-ołowiowego, ale biorąc pod uwagę wszelkie jego zalety, a także brak konieczności posiadania drugiej baterii na wymianę podczas ładowania pierwszej - zakup jest warty rozważenia z perspektywy długoterminowej inwestycji.

Wiele firm oferuje plany finansowania, leasingu lub programy wynajmu, aby pomóc rozłożyć koszty. Warto pamiętać, że zakup lepszej jakości akumulatorów (bez względu na technologię) jest droższy na początku, jednak przekłada się na mniejszą awaryjność i dłuższe bezproblemowe działanie.

tags: #bateria #zelowa #wozek #widlowy