Литий-ионные аккумуляторы и система управления батареями (BMS)

Технология производства аккумуляторов прошла долгий путь с первых дней автоматизации. В самом начале владельцы транспортных средств и механики проверяли уровень заряда, вызывая искру, — приём, который погубил бы современные значительно улучшенные батареи. Сегодня мы сталкиваемся с моделями нового поколения, которые могут проинформировать владельца, что заряд на исходе, а некоторые — даже автоматически снижают потребляемую мощность, чтобы уменьшить риск для техники.

Как развивались аккумуляторы: от свинцовых АКБ к Li-ion

Старые автомобильные АКБ были большими, тяжёлыми, но не слишком эффективными. Это не составляло ощутимую проблему, так как они использовались только для зажигания и включения света, радиоприёмника. Но такие комплектующие могут создавать проблему в условиях сильного холода, теряя заряд, или довольно быстро разряжаться, если включены световые приборы при неработающем двигателе. Также из них могут вытекать едкие кислоты в случае плохого обслуживания или неправильной эксплуатации. Если неисправность не была обнаружена и оборудование имеет заряд, это может привести к взрыву с серьёзными последствиями.

К счастью, последние достижения подтолкнули исследования и разработки в области аккумуляторных технологий, продвинули вперёд работу над выпуском производительной и безопасной продукции. Это хорошо заметно на примере смартфонов, которые могут работать несколько дней, в то время как батарея не намного больше, чем узкая стопка кредитных карт.

АКБ работают через обмен химических компонентов, обычно с двумя различными элементами (чаще всего металлами). Электролиты перемещаются от одного элемента к другому, обычно через какую-то жидкость. В результате появились экземпляры, которые могли держать заряд достаточно долго, чтобы приводить в действие инструменты и механизмы, но их нужно было размещать вертикально, чтобы не вытекла кислотная жидкость. Учёные экспериментировали с комбинациями свинца, цинка, никеля, кадмия, железа, углерода и платины и в конечном итоге придумали технологию с сухими батареями, которая не требовала присутствия жидкого электролита.

Чем литий-ионные аккумуляторы отличаются от свинцовых

Литий-ионная батарея с интегрированной системой управления (BMS)

О литий-ионных батареях впервые заговорили в 1970-х годах. Как только технология была усовершенствована, что заняло много лет, вплоть до 1996 года, они быстро заменили обычные цинково-углеродные и свинцовые агрегаты. Эксперименты с чистым литием были быстро прекращены, когда обнаружилось, что его высокоактивный характер вызывает периодическое самовоспламенение продукта. Вместо этого выяснилось, что соединения лития имеют достаточно ионов для создания желаемого заряда. Литий-ионные аккумуляторы меньше и легче традиционных и держат заряд в три раза дольше, чем большие, тяжёлые свинцовые модели. Именно поэтому Li-ion стал предпочтительным тяговым аккумулятором для вилочных погрузчиков и другой складской техники.

Преимущества и недостатки литий-ионных аккумуляторов

Это не означает, что литий-ионная технология идеальна: наоборот, без защиты от перезарядки батарея может работать со сбоями. Аналогичным образом, если аккумулятор находится под давлением или заряжается во время повреждения или неисправности, то может взорваться. Но эти риски ниже, чем у традиционных устройств, и их преимущества выходят за рамки превосходной способности удерживать заряд.

Эффект памяти — это термин, используемый, когда товар начинает терять эффективность, удерживая всё меньше и меньше заряда с течением времени. Это может означать, что новые батареи нужно покупать очень часто, что увеличивает стоимость бизнеса, а иногда приводит к задержкам, когда работы не могут быть выполнены своевременно, поскольку транспортные средства не могут работать, пока их детали не заменены. У литий-ионных аккумуляторов эффект памяти отсутствует.

Плотность энергии литий-ионных аккумуляторов

Термин «полезная мощность» называется «плотность энергии», а технология Li-ion предлагает образцы с очень высокой плотностью энергии. Это просто означает, что количество энергии, которое хранит литий-ионный аккумулятор, является значительным, и что почти всё это может быть извлечено из батареи перед её зарядкой. Она будет работать с полной эффективностью, пока не станет очень низкой по заряду, что означает, что каждый элемент питания работает хорошо в течение длительного периода времени.

Рабочая температура литий-ионного аккумулятора

Оптимальный диапазон температур для использования литий-ионных аккумуляторов составляет от пяти до сорока пяти градусов по Цельсию, что идеально подходит для большинства мест на земле. Считается, что зарядка при такой температуре позволяет литий-ионным батареям заряжаться быстро. Если вилочный погрузчик, в котором находится батарея, будет использоваться в регионе, где температура регулярно превышает сорок пять градусов или опускается ниже пяти градусов, может потребоваться принять меры для регулирования температуры, чтобы обеспечить бесперебойную работу машины.

Что такое система управления батареями (BMS) и зачем она нужна

BMS отслеживает заряд, температуру и состояние каждой ячейки

Поскольку литий-ионные технологии весьма чувствительны к проблемам с перезарядкой и повреждением, производители теперь оборудуют их системой управления батареями (BMS). Она позволяет отслеживать бесперебойную работу аккумулятора, а также быстро обнаруживать и решать любые проблемы — от перезаряда до перегрева. Для тягового аккумулятора электропогрузчика это особенно важно: BMS контролирует заряд, температуру и состояние каждой ячейки, продлевая срок службы батареи. Именно система управления делает современные литий-ионные АКБ безопасными и предсказуемыми в эксплуатации.