Baterie muszą dostarczać ciągłego zasilania, użytkownicy oczekują od nich długiego czasu rozładowywania i jak najkrótszego czasu ładowania. Nowoczesne technologie, jak również lepsze materiały, z których wykonywane są baterie sprawiają, że znacznie wydłużyła się ich żywotność (zwiększenie ilości cykli).

Litowo-jonowa rewolucja

Dziś niewielu producentów w ramach tzw. pierwszego montażu stosuje wózki dostosowane do baterii litowo-jonowych (urządzenie gromadzące i oddające energię elektryczną, w którym jedną elektrodę wykonano z porowatego węgla, a drugą z tlenków metali - rolę elektrolitu spełniają sole litowe). Pomimo tego panuje zgodne przekonanie, że to właśnie ta technologia „zawojuje” również rynek baterii do wózków widłowych i innych środków transportu, podobnie jak stało się to w przypadku baterii do telefonów komórkowych, laptopów i innych urządzeń przenośnych.

- Obecnie baterie litowo-jonowe stanowią niewielki ułamek sprzedaży baterii kwasowych jednak trend ten szybko zmienia się na korzyść tych pierwszych. Zauważamy w ciągu ostatnich dwóch lat bardzo szybki wzrost zainteresowania Klientów nowymi rozwiązaniami które pozwalają zaoszczędzić nawet do 59 proc. kosztów operacyjnych i dodatkowo pozwalają uniknąć problemów z przygotowaniem stanowisk ładowania baterii czy też budowania akumulatorowni. Przy pełnym ładowaniu baterii w ciągu dwóch godzin, możliwości doładowań bez wpływu na żywotność, stosowaniu jednej zamiast dwóch baterii, wyższej o 30 proc. sprawności energetycznej bateria litowo jonowa stanie się w przyszłości „ulubioną” baterią wszystkich którzy wykonują intensywną pracę a nie chcą inwestować pieniędzy w akumulatorownie i zapasowe baterie – tłumaczy Mariusz Szewczyk, Dyrektor Sprzedaży Europa Środkowa i Wschodnia, Benning Power Electronics.

Podczas ostatnich targów Cemat firma Benning przedstawiła m.in. baterię litowo-jonową w wersji 48V. W takcie ładowania nie trzeba wyjmować jej z wózka. Pracuje ona wyłącznie na doładowaniach, a okres żywotności sięga 3 tys. cykli (przy 100-procentowych rozładowaniach). Producent przekonuje, że w porównaniu ze standardowymi bateriami dostępnymi na rynku oznacza to 2,5- krotnie dłuższą żywotność przy pełnych cyklach. Jak wyliczono, redukcja kosztów operacyjnych związanych z obsługa takiej baterii (wymiana, serwis itd.) sięga niemal dwóch trzecich. Benning pokazał również inną baterię litowo-jonową 48V przeznaczoną do większych wózków, czołowych i typu reach-truck, w których bateria również spełnia funkcje przeciwwagi.

Zalety i bariery

Już od kilku lat mówi się o tym, że to właśnie na baterie litowo-jonowe skazane są środki transportu magazynowego. Do wózków Mitsubishi Forklift Trucks, pierwsze baterie litowo-jonowe trafiły już kilka lat temu. Mowa o wózkach serii Grendia EX Hybrid. Przekonywano, że akumulatory litowo-jonowe są niezwykle wydajne w magazynowaniu wytworzonej energii i pełnią przy tym funkcję bufora energetycznego. Wyróżniono siedem podstawowych zalet związanych ze stosowaniem akumulatorów litowo-jonowych w wózkach widłowych: W przeciwieństwie do konwencjonalnych akumulatorów, które przed naładowaniem należy rozładować co najmniej w 80 proc. akumulatory litowo-jonowe można ładować w dowolnej chwili. Szybsza i łatwiejsza jest wymiana, dłuższa żywotność. Akumulatory litowo-jonowe cechuje wysoka gęstość energetyczna, która sprawia, że są one wyjątkowo oszczędne pod względem zużycia energii (w konsekwencji mogą być znacznie mniejsze i lżejsze od ich ołowiowych odpowiedników). Są też całkowicie bezobsługowe, ważne z punktu producentów wózków jest też to, że kompaktowe akumulatory litowo-jonowe umożliwiają projektantom zastosowanie szerokiej gamy kształtów oraz rozmiarów.

Są plusy, są i minusy. Cena akumulatorów litowo-jonowych jest wciąż stosunkowo wysoka. Za problem uważano też eksploatację wysokonapięciową w przypadku podłączenia do istniejącej sieci elektrycznej, jednak zdaniem specjalistów problem można łatwo rozwiązać korzystając z zasilania trójfazowego. - Producent jest dobrej myśli, jeśli chodzi o stosowanie akumulatorów litowo-jonowych w wózkach widłowych i pojazdach magazynowych. Wydaje się oczywistym fakt, że w ciągu kilku najbliższych lat pierwsze akumulatory litowo-jonowe znajdą zastosowanie w małych pojazdach magazynowych. Ten rodzaj akumulatora sprawdził się i zapewne spisze się wyśmienicie po zastosowaniu go w gamie wózków widłowych Mitsubishi napędzanych prądem o napięciu 24V – komentował w momencie wprowadzania do oferty nowych wózków Jan van den Elsakker, kierownik ds. produktów magazynowych Mitsubishi.

Nie brakuje też innych przykładów. Linde ma maszynę Ciity Truck serii 1130, Jungheinrich ma wyposażony w baterię litowo-jonową wózek unoszący typ EJE 112i. Zastosowana w nim bateria waży zaledwie 14 kg, co obniża ciężar całego urządzenia o niemal 150 kg w porównaniu do wózka „wyjściowego” EJE 116. Wyższy współczynnik sprawności oraz mniejszy ciężar (niecałe 290 kg) bezpośrednio przekładają się na niższe zużycie energii.

Własne badania prowadziła od dłuższego Toyota Material Handling Europe (TMHE), nie ograniczając się zresztą tylko do tej technologii. - W celu osiągnięcia zrównoważonego rozwoju intralogistyki TMHE bada rozwiązania energetyczne takie jak hybrydy, ogniwa paliwowe i litowo – jonowe, intensywnie inwestuje także w badania i rozwój nowych technologii. Baterie litowo – jonowe (Li-on) zapewniają bardziej skuteczny sposób na przechowywanie i dostarczanie energii elektrycznej niż tradycyjne akumulatory kwasowo-ołowiowe, które często potrzebują 6-12 godzin ładowania. Dzięki szybkiemu ładowaniu w czasie przerw, Li-on znacznie zwiększa produktywność, eliminując konieczność wymiany baterii i dając oszczędność cennego czasu. Dzięki temu wózki widłowe są w stanie działać jeszcze dłużej, wykorzystując cały swój potencjał – pisano w komunikacie TMHE, a testami objęto m.in. elektryczne wózki paletowe, które zwykle używane są w pracach wielozmianowych. Zgodnie z ówczesną zapowiedzią Johana Rosena, Product Group Managera TMHE niedawno w ofercie znalazły się wózki. BT Levio serii P z baterią litowo-jonową..

- Producenci wózków widłowych również zauważają wzrost zainteresowania klientów nową technologia dającą tak wiele możliwości. Na ostatnich targach CEMAT w zasadzie nie było producenta wózków który nie pokazywałby wózka wyposażonego w baterię litowo-jonową. Oczywiście zastosowanie tej baterii w wózku jako pierwszego wyposażenia wymaga sporych zmian konstrukcyjnych (bateria jest mniejsza i lżejsza) oraz wprowadzenia zmian softwarowych w oprogramowaniu (inny profil rozładowania i inna dostępność mocy baterii), jednakże zastosowanie tego typu rozwiązania niesie za sobą również wiele korzyści nie tylko dla klienta ale również stanowi mocny punkt w ofercie firmy wózkowej gdyż pozwala budować wózki o mniejszych wymiarach (mniejsze korytarze robocze) zwrotniejsze a jednocześnie nierzadko wydajniejsze niż te z bateriami kwasowymi. Posiadając tak duże doświadczenie w produkcji i wykorzystaniu baterii litowo-jonowych (ponad 1 mln motogodzin testów) firma Benning bardzo blisko współpracuje z producentami wózków w celu opracowania najbardziej optymalnych rozwiązań – podkreśla M. Szewczyk (Benning).

Litowo-jonowe? Niekoniecznie!

W stosowanych powszechnie wózkach do zasilania stosowano od lat baterie kwasowe, ołowiowe z elektrolitem w postaci płynnego roztworu kwasu siarkowego lub tego elektrolitu w postaci żelu, jak również baterie zasadowe, niklowo-kadmowe, gdzie elektrolitem jest zasada potasowa. Producenci i dystrybutorzy przekonują, że wśród nowoczesnych technologii w bateriach trakcyjnych można znaleźć baterie pod wieloma względami dorównujące bateriom litowym. Mowa np. o dostawcy akumulatorów XFC (FIAMM Motive Power). Akumulatory te są w pełni bezobsługowe, a emisja gazów (wodoru) została zredukowana do wartości bliskich zeru. Największe zalety tych baterii to możliwość bardzo szybkiego ładowania oraz podładowywania bez utraty ich żywotności (np. w ciągu godziny można naładować taką baterię od poziomu 25 proc. do 75 proc. pojemności użytkowej). Akumulatory nie są tak lekkie jak baterie litowe, ale nie zawsze mała waga baterii stanowi jej zaletę. W wózkach widłowych często określona jest waga minimalna baterii, co jest związane ze statecznością wózka i bezpieczeństwem jego eksploatacji. Niewątpliwą zaletą tych baterii jest też cena. Kosztują ułamek ceny baterii litowych.

Enersys proponuje m.in. baterie Hawker Evolution, produkty bezobsługowe wykonane w technologii żelowej. Mogą być rozładowywane do 80 proc. pojemności znamionowej. Żywotność baterii to około 1,2 tys. cykli ładowań i rozładowań (średnio oznacza to 5 lat pracy w trybie jednozmianowym). Bateria nie wymaga uzupełniania wody. Elektrolit żelowy oparto na bardzo rozproszonej mieszaninie kwasu siarkowego, wody i krzemionki. Taka konstrukcja zapobiega wyciekom kwasu, ale także zapewnia jednorodną strukturę kwasu podczas cyklu pracy. Bateria nie wymaga konserwacji w ciągu całego okresu eksploatacji. Dzięki wewnętrznej cyrkulacji gazu i specjalnemu reżimowi ładowania, niska emisja gazów pozwala na zdecentralizowane ładowania wózka lub wyposażonego w baterię urządzenia, albo umożliwia wykorzystanie uproszczonego pomieszczenia ładowania. Rezultatem jest redukcja kosztów inwestycyjnych.

Na rynku są też np. baterie Liberator Gold Exide), o stosunkowo niskiej zawartości niskostopowego antymonu, co skutkuje np. ma ułatwionym ładowaniem. Rezultatem ma być m.in. ograniczenie kosztów. Sami konstruktorzy podkreślają, że bateria Liberator Gold jest odpowiednim rozwiązaniem w sytuacji, jeśli warunki eksploatacyjne wymagają zwiększonych odstępów czasowych uzupełniania wody. Wykorzystano sprawdzone technologie rurkowe. Uzupełnianie wody może być wydłużone do 200 dni. Ta szczególna cecha wynika z budowy nowych komórek i małej wysokości płyty, to powoduje większą rezerwę elektrolitu, a obniżona zawartość antymonu w stopu ołowiu ograniczania straty wody. Baterię zaopatrzono w czujnik monitorowania i system do szybkiego uzupełniania wody.

Adam Brzozowski

***

Dostosować

- Nie nastręcza w tej chwili zbytnich trudności, jeśli użytkownik tradycyjnej technologii chce przejść z baterii kwasowych na litowo-jonowe. W zasadzie do większości wózków 24V i 48V można obecnie zastosować baterie litowo-jonowe. Wiąże się to z tym że należy dostarczyć np. firmie Benning informacje na temat posiadanego wózka (producent, typ, model) rodzaju stosowanej baterii (napięcie, pojemność, wymiary, waga) oraz profilu pracy (ile zmian, intensywność pracy, motogodziny, itp.). Na tej podstawie bazując na doświadczeniu zdobytym w testach terenowych jesteśmy w stanie dobrać najbardziej właściwe rozwiązanie. Aby zapewnić wymiary i właściwą wagę baterii stosuje się skrzynie od baterii kwasowej i dociąża płytami stalowymi do wymaganej wagi, a problem niewłaściwych wskazań pojemności na fabrycznym panelu wózka rozwiązuje się poprzez dodanie dodatkowego wskaźnika który umieszcza się w polu widzenia operatora. Właściwy dobór baterii pozwala na zastosowanie jednej baterii litowo-jonowej w miejsce dwóch baterii kwasowych o większej pojemności, a także na możliwość zrezygnowania z wydzielonych stanowisk ładowania (bateria litowo-jonowa w związku z tym że nie wydziela żadnych gazów może być użytkowana i ładowana nawet przy stanowisku pracy). Takie rozwiązanie dodatkowo ogranicza koszty przestojów związanych z wymiana baterii i jej obsługą oraz dojazdami do miejsca ładowania. Firma Benning aby dowieść korzyści wynikających z zastosowania baterii Lionic® będących jej produktem wykonała i ciągle prowadzi wiele testów u klientów w celu jak najlepszego dopasowania produktu do ich wymagań.

Mariusz Szewczyk, Dyrektor Sprzedaży Europa Środkowa i Wschodnia, Benning Power Electronics