Аккумуляторы для поломоечных машин и другой уборочной техники

Большинство производителей выпускают поломоечные машины двух типов. Первый тип питается от сети переменного тока 220 В (сетевые поломоечные машины). Второй тип имеет привод от аккумуляторных батарей. С первым типом обычно не возникает никаких вопросов. Включаем машину в розетку и работаем столько, сколько требуется.

В отличие от сетевых, аккумуляторные машины не могут работать непрерывно. Полного заряда аккумулятора хватает всего на несколько часов уборки. После того, как аккумулятор разрядился, необходимо поставить машину на зарядку. Зарядка аккумулятора может потребовать значительного времени. Кроме того, аккумуляторы поломоечных машин имеют ограниченный жизненный цикл. Со временем их емкость заметно снижается, вплоть до нуля. После чего они уже не могут обеспечить необходимое время работы и требуют замены.

Гелевые или VRLA батареи для поломоечных машин

Самыми распространёнными источниками питания аккумуляторных поломоечных машин являются блочные гелевые батареи. Это разновидность свинцово-кислотных аккумуляторов. Гелевыми, а не «гелиевыми», как некоторые кстати пишут, их называют по причине того, что электролитом в них является раствор серной кислоты, загущенный с помощью специальных добавок до гелеобразного состояния. Другое название таких батарей - «Клапанно-регулируемые свинцово-кислотные батареи (Valve-regulated lead-acid battery - VRLA)». Это название тоже вызвано особенностью конструкции. Ячейки в аккумуляторах такого типа оснащены пробками с клапаном повышенного давления, чтобы сбрасывать внутреннее давление в банках, когда это необходимо. Доливка воды или другое обслуживание гелевых (VRLA) батарей не требуется в течение всего срока службы.

На рынке существует множество производителей гелевых аккумуляторов. Достаточно упомянуть такие известные бренды как Exide (cерии аккумуляторов Sonnenscein GF, AF, AS), Enersys (серии Powerdloc и Powerbloc dry), SIAP серии GEL и другие.

Чтобы купить гелевый аккумулятор для поломоечной машины, необходимо сообщить поставщику как минимум размеры батарейного отсека, номинальную емкость и напряжение. Если с размерами и напряжением не возникает вопросов, то с емкостью не все однозначно.

Номинальная емкость прямо влияет на время работы машины на одной зарядке. Чем она больше, тем больше время работы. Обычно производители указывают этот параметр в ампер-часах (Ач), причем по двум разным стандартам С5 и С20. Разница здесь во времени, в течение которого производится тестовый разряд батареи с целью измерения её емкости. Тест обычно начинается при полной зарядке и длится до достижения минимально допустимого напряжения 1,7 вольт на банке (Стандарт DIN EN 60254-1). В первом случае батарея разряжается в течение 5 часов более высоким током, а во втором в течение 20 часов более низким током. Кислотные, в том числе и гелевые батареи, отдают большую мощность при разряде низкими токами. Поэтому одна и та же батарея будет, к примеру, иметь номинальную ёмкость 105 Ач по C5 и 120 Ач по С20. Другими словами, в первом тесте батарея способна отдавать ток 21 ампер в течение 5 часов (21Ах5ч=120Ач), а во втором - ток 6 ампер в течение 20 часов (6Ах20ч=120Ач). Таким образом при выборе важно сравнивать емкости аккумуляторов, измеренные по одинаковому стандарту C5 или C20. Реже может встречаться и стандарт C2 (разряд в течение 2 часов током 0,5 от номинала емкости батареи).

Рисунок 2. Характеристики некоторых гелевых аккумуляторов

Существует еще одна важная характеристика гелевых герметизированных аккумуляторов, на которую стоит обратить внимание. Это срок службы (жизненный цикл) в соответствии с тем же стандартом DIN EN 60254-1. Жизненный цикл может сильно варьироваться в зависимости от конкретного типа аккумулятора даже в рамках одного и того же производителя. Этот важный с точки зрения сопоставления покупной стоимости показатель может быть от 200 до 1200 циклов. Согласитесь, что разбежка довольно большая. Первое, что мы рекомендуем, это не вестись на заявления типа: «Наша батарея отработает 500 и 1000 и 1500 циклов…». Это не более чем голословные заявления. Принимать в расчет стоит только цифры, указанные в официальных проспектах производителя. Если таковых нет, запросите их письменно у производителя или официального дилера.

Рисунок 3. Зависимость жизненного цикла от глубины разряда

Наиболее распространенный срок службы у гелевых аккумуляторов, которые рекомендуются для питания поломоечных машин составляет 700 циклов при глубине разряда не более 60%. На практике это 2-3 года эксплуатации. В некоторых случаях такие батареи могут отслужить и не больше года. Такое не исключено, если в ходе эксплуатации допускаются глубокие разряды, также часто практикуются неполные циклы заряда-разряда.

Для потребителя имеет значение ещё и время полного заряда аккумулятора. В течение этого времени оборудование простаивает и чем это время меньше, тем лучше. Время заряда обратно пропорционально зарядному току. Чем больше зарядный ток, тем меньше время заряда. Однако особенностью любых свинцово-кислотных батарей является то, что с увеличением зарядного тока батарея быстрее деградирует и её жизненный цикл уменьшается. Поэтому на практике зарядку производят не высокими токами. Время полного заряда гелевой VRLA батареи обычно составляет от 8 до 12 часов в зависимости от типа батареи, зарядного устройства и глубины разряда.

Аккумуляторы для поломоечных машин, изготовленные по технологии AGM

На рынке присутствуют также аккумуляторы для поломоечных машин, изготовленные по технологии AGM. Эти батареи тоже относят к классу клапанно-регулируемых свинцово-кислотных аккумуляторов (VRLA) и не требуют обслуживания. В них в качестве разделителя положительных и отрицательных пластин используется специальный пористый материал, который пропитан раствором серной кислоты. Таким образом электролит в этих батареях тоже находится в связанном состоянии.

Батареи типа AGM бывают как с плоскими, так и со спиральными пластинами. Батареи со спиральной конфигурацией пластин имеют большую площадь поверхностного контакта. За счет этого они могут кратковременно выдавать большие токи разряда и быстрее заряжаться. Спиральные AGM аккумуляторы больше подходят для эксплуатации в режимах с короткими высокими пиковыми токами разряда и в режимах частых промежуточных зарядов. Стоимость AGM аккумуляторов как правило меньше, чем гелевых, но и их ресурс тоже обычно меньше. Еще одним их достоинством является высокая устойчивость к вибрациям и возможность работать в почти в любом положении (например на боку, вверх дном не рекомендуется по причине расположения сверху клапанов).

Кислотные батареи с жидким электролитом для поломоечных машин

Еще одной разновидностью аккумуляторов для поломоечных машин являются классические кислотные аккумуляторы с жидким электролитом, который представляет собой раствор серной кислоты. Это аккумуляторы открытого типа, обычно с трубчатыми электродами. Их можно эксплуатировать только в вертикальном положении. В случае опрокидывания электролит вытекает и может нанести повреждение как оборудованию, так и людям. По исполнению могут быть блочного типа в пластиковом корпусе или в металлическом ящике.

Такой тип свинцово-кислотных батарей имеет самую низкую стоимость. Однако их серьёзным недостатком является необходимость периодического обслуживания. В конечной фазе зарядки свинцово-кислотных аккумуляторов происходит кипение электролита. В результате часть воды из электролита испаряется. Поэтому в процессе эксплуатации необходимо контролировать уровень электролита и своевременно доливать дистиллированную воду. Если этого не делать, срок службы батареи значительно сокращается, вплоть до полного выхода из строя.

В процессе зарядки также выделяется водород, который может быть взрывоопасен в смеси с кислородом воздуха. Поэтому к таким батареям предъявляют особое внимание контролирующие органы. В большинстве случаев для эксплуатации таких батарей приходится оборудовать специальное зарядное помещение, соответствующее всем требованиям безопасности в соответствии с законодательством.

Что касается ресурса таких аккумуляторов, то он может быть в зависимости от типа от 500 до 1500 циклов. Ресурс больше 1500 циклов не указывает ни один производитель. Это попросту невозможно в силу особенности свинцово-кислотной технологии. Время полного заряда составляет обычно от 7,5 до 14 часов в зависимости от мощности зарядного устройства. Однако и к классическим кислотным батареям относится правило: чем больше зарядный ток, тем быстрее идёт деградация активного слоя пластин, а значит уменьшается ресурс аккумулятора.

Не лишним будет отметить, что свинцово-кислотной технологии, по которой производятся гелевые, AGM, классические аккумуляторы с жидким электролитом и прочие их разновидности уже более 150 лет. Развитие этой технологии достигло своего пика. Дальнейшее улучшение потребительских свойств этих аккумуляторов если и будет, то малозначительное. В силу особенностей химических процессов, происходящих внутри свинцово-кислотных аккумуляторов они никогда не избавятся от главных своих недостатков. Это низкая плотность энергии, низкий КПД, большой вес, небольшой срок службы, долгое время зарядки и необходимость обслуживания.

Литий-ионные аккумуляторы для поломоечных машин

В настоящее время в Минске можно купить литий-ионные (Li-Ion) аккумуляторы для поломоечных машин. Если быть точным, то поломоечные машины могут комплектоваться одной из разновидностей литий-ионных батарей. Это литий-железо-фосфатные аккумуляторы (LiFePo4), коммерческое использование которых началось сравнительно недавно. Это химическое соединение, как катодный материал для производства аккумуляторов, было изобретено в 1997 году. В 2005-2006 годах ученым в США удалось улучшить качества этого соединения, так чтобы стало возможным его коммерческое использование. Так на рынке появились литий-железо-фосфатные тяговые аккумуляторы с поистине революционными характеристиками в сравнении с обычными свинцово-кислотными батареями.

Рисунок 6. Сравнение гелевых и AGM батарей с литий-железо-фосфатными

Литий-железо-фосфатные аккумуляторы, которыми могут комплектоваться поломоечные, подметальные и комбинированные машины действительно имеют выдающиеся характеристики. Кроме того, что эти батареи полностью герметичны, данная технология хранения энергии позволяет заряжать аккумулятор быстрее, чем происходит разрядка. Зарядка в диапазоне от 0 до 80% емкости занимает всего 90 минут. Промежуточные заряды могут производиться сколько угодно, без ущерба долговечности батареи. Таким образом достигается высокая эксплуатационная готовность техники в течение 24 часов в сутки. При этом не обязательно иметь батарею с большой номинальной емкостью.

Единственным недостатком литий-железо-фосфатных аккумуляторов является их высокая покупная стоимость. Однако здесь не нужно торопиться с выводами. Нельзя прямо сравнивать покупные цены на литий-ионные и свинцово-кислотные аккумуляторные батареи. Хотя бы по причине слишком большой разнице в жизненных циклах и КПД технологии.

Давайте посмотрим хотя бы на срок службы. У большинства гелевых аккумуляторов для питания поломоечных машин он составляет 700 циклов заряда-разряда. При этом допустимая глубина разряда как правило составляет 60%. Если гелевая или AGM батарея имеет номинальную емкость 100 Ач, то реально производители рекомендуют её разряжать только на 60%, чтобы иметь ресурс 700 циклов. То есть используется только 60Ач от номинала и с батареи можно «снять» за весь срок службы 100 Ач х 60% х 700 = 42 000 Ач. Литий-железо-фосфатный аккумулятор способен отработать 2000 циклов при глубине разряда 100%. Его ресурс будет 100 Aч х 100% х 2000 = 200 000 Ач. Это почти в 5 раз больше, чем у гелевой или AGM батареи.

Теперь стоит сопоставить стоимость этих батарей с учётом ресурса и только после этого принимать решение какой аккумулятор купить для поломоечной машины.

Подведем итог:

Литий-железо-фосфатные аккумуляторы для поломоечных машин, подметальных и комбинированных машин во многих случаях являются более экономически обоснованным выбором в сравнении с традиционными свинцово-кислотными аккумуляторами, в том числе с гелевыми и AGM разновидностями. Свинцово-кислотная технология исчерпала на сегодняшний день все возможности своего развития и будет постепенно вытесняться более современными источниками питания.

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