Аккумуляторные технологии и инструмент. Что есть что?

Опубликовано: 14.07.2012 Рубрика: Инструменты и приспособления, Материалы и технологии
Просмотров: 1 567
Аккумуляторные технологии и инструмент. Что есть что?

Аккумуляторный шуруповерт

Аккумуляторный инструмент стал появляться в быту и работе строительных специалистов практически сразу после возникновения аккумуляторов — в начале прошлого века. Правда, инструментом это можно было назвать с натяжкой: фонари, позже — блоки дистанционного подрыва взрывчатки, еще позже — особо малые электропоезда для шахт, радиостанции и прочие мелочи. Все это не инструмент в чистом виде, а лишь средства производства, но именно востребованность этих средств подталкивала производителей аккумуляторов к научным разработкам и производству широкой линейки аккумуляторов, предназначенных для применения в разных отраслях промышленности.

 

 

Настоящей революцией и началом эволюции ручного аккумуляторного инструмента явилось производство промышленных никель-кадмиевых (NiCd) аккумуляторов, имеющих при напряжении 1.2 В вес около 50 граммов и наделенных способностью отдавать ток до 7 Ампер. Первые NiCd аккумуляторы имели ресурс в 200-300 циклов заряд- разряда, это примерно от года до двух относительно нормальной работы, но именно они привели в начале 80-х годов прошлого века к созданию первых аккумуляторных отверток.

Один из первых аккумуляторных шуруповертов начала 80-х годов

Один из первых аккумуляторных шуруповертов начала 80-х годов

Отвертки мгновенно стали популярными в домовладениях и мелких производствах, и через пару лет среднестатистический американец или европеец уже не мог представить себе сборку мебели из ИКЕА и другие домашние дела без электроотвертки. Производители, ясное дело, в долгу не остались, стараясь выпускать все больше бытового инструмента на аккумуляторной тяге. И тут началось: аккумуляторные пылесосы, электровеники, насосы, погрузчики, пилы и прочее. Удовлетворять спрос мешало досадное недоразумение — отсутствие промышленных аккумуляторов с приемлемыми характеристиками.

Ведущие в этом вопросе корпорации (Sanyo, Panasonic, BASF, EMM, SAFT) в начале 90-х смогли предложить рынку никель-кадмиевые аккумуляторы, которые применяются по сей день — вес 30-50 граммов, емкость 1,3 А*ч, отдача до 15 Ампер, жизнь — до 1000-2000 циклов. И рынок аккумуляторного инструмента вошел в стадию бурного роста. Как грибы после дождя рос ассортимент аккумуляторных инструментов: дрели, шуруповерты, перфораторы, триммеры, шлифмашины, рубанки — все, что мы видим на прилавках и по сей день. Напряжение аккумуляторов тоже росло — 7,2-9-12-14,4-18-24-36 Вольт — все, что душе угодно. Иными словами — удачное взаимодействие цепочки «спрос — предложение» привело к рождению рынка аккумуляторного инструмента, оцениваемого сегодня в миллиарды долларов. Пионеров-производителей было несколько, но из ныне существующих здравствуют марки Black and Dekker, DeWalt, Kress и Bosch. Так или иначе, это уже история. Что же мы имеем сейчас? Кто диктует аккумуляторную моду? Кто предлагает лучшие технологии в аккумуляторном инструменте? И как разобраться в этом море предложений?

 

 

Итак, сначала разложим по полкам типы современных аккумуляторных батарей, их плюсы и минусы. Самих типов аккумуляторов три: никель-кадмиевые, никель-металлгидридные и литиевые. Вот основные достоинства и недостатки каждого из них:

 

Никель-кадмиевые аккумуляторы (NiCd)

Плюсы:

  • возможность быстрого и простого заряда, даже после длительного хранения;
  • большое число циклов заряд/разряд: при правильной эксплуатации — более 1000 циклов;
  • хорошая нагрузочная способность и возможность работы при низких температурах;
  • длительные сроки хранения при любой степени заряда;
  • простота хранения и транспортировки (многие авиакомпании по перевозке грузов не предъявляют к таким батареям никаких дополнительных требований);
  • сохранение высокой емкости при низких температурах;
  • наибольшая приспособленность для работы в жестких условиях эксплуатации;
  • низкая цена;
  • широкий выбор батарей различного конструктивного исполнения и емкости (большинство элементов таких батарей цилиндрические);
  • высочайшая надежность.

Минусы:

  • относительно низкая по сравнению с новыми типами аккумуляторных батарей энергетическая плотность;
  • присущий этим батареям эффект памяти и необходимость проведения периодических работ по его устранению;
  • токсичность применяемых материалов, что отрицательно сказывается на экологии, и некоторые страны ограничивают использование батарей этого типа;
  • относительно высокий саморазряд — после хранения обязателен цикл заряда.

 

Никель-металлгидридные аккумуляторы (NiMh)

Плюсы:

  • емкость на 30-40% выше емкости никель- кадмиевых батарей, и имеется потенциал для увеличения их энергетической плотности;
  • значительно меньшая, чем у никель-кадмиевых батарей, подверженность «эффекту памяти» (хотя нельзя сказать о его отсутствии вообще);
  • простота хранения и транспортировки — не требуется регулярного контроля;
  • экологически чистые — содержат только очень слабые токсины, возможна вторичная переработка.

Минусы:

  • ограниченный срок службы, особенно при высоких токах нагрузки. Емкость снижается уже после 200-300 циклов заряд/разряд. При эксплуатации более предпочтителен частичный разряд, нежели полный;
  • ограниченный ток разряда — хотя эти аккумуляторы и допускают высокие токи разряда, повторяющиеся разряды при таких токах существенно снижают срок службы батарей. Наилучшие результаты при эксплуатации батарей получаются в том случае, если ток разряда составляет 0,2…0,5С, где С (Capacity) — емкость батареи;
  • необходимость более сложного алгоритма заряда, поскольку в его процессе выделяется большое количество тепла;
  • высокий саморазряд — почти на 50% больший, чем у никель-кадмиевых батарей. Новые химические добавки снижают саморазряд, но при этом уменьшается и энергетическая плотность батарей;
  • при хранении при повышенных температурах емкость батарей снижается. Никель-металлгидридные батареи следует хранить в прохладном месте заряженными примерно на 40%;
  • необходимость ухода — батареи периодически требуют контрольно-тренировочного цикла (полный разряд/заряд) для предупреждения кристаллизации;
  • относительно высокие цены — цены на эти батареи в среднем на 20% больше, чем на аналогичные никель-кадмиевые батареи.

Литий-ионные аккумуляторы (Li-ion)

Плюсы:
  • малый вес;
  • высокая емкость;
  • большие отдаваемые токи;
  • незначительный «эффект памяти», т.е. заряжать их можно по мере надобности, не дожидаясь полного разряда батарей;
  • рекордно низкий уровень саморазряда – не более 5% в месяц;
  • возможность быстрого заряда;
Минусы:
  • нужны специальные схемы контроля аккумуляторов;
  • узкий температурный рабочий диапазон при котором емкость и отдаваемый ток остается на приемлемом уровне, проще говоря, — на морозе сразу садятся;
  • требуют аккуратного отношения;
  • ограниченный срок службы;

 

Кто есть кто на рынке аккумуляторов?

Ведущими производителями профессиональных NiCD, NiMh аккумуляторов являются компании Sanyo, Panasonic, GP, SAFT. Они же диктуют моду на литиевые элементы, однако к этому списку нужно добавить Sony, LG, А123 Systems. Кстати, последняя — А123 Systems — является своего рода эталоном среди производителей литиевых батарей. Не исключено, что результатом тесного сотрудничества компаний «Black and Dekker» с «А123» стало появление на YouTube множества роликов, в которых сравниваются инструменты DeWalt с конкурентами, где DeWalt оказывается абсолютным победителем. По данным официальных сайтов производителей на номенклатуру батарей, продукция А123 Systems действительно выглядит убедительно по токам отдачи, токам приема заряда и иным показателям.

Компактный погрузчик Wilmat на аккумуляторной электротяге

Компактный погрузчик Wilmat на аккумуляторной электротяге

 

 

 

Лидеры производства аккумуляторного инструмента

С производителями аккумуляторов разобрались. Осталось разобраться с производителями инструмента — кто чего стоит. Итак, российский рынок профессионального аккумуляторного инструмента прочно поделили основные игроки — Makita, Metabo, DeWalt, Bosch, Kress, Hitachi. Далее в спину дышат Ryobi и Sparky с предложением относительного компромисса между профессиональным назначением в сочетании с приемлемой ценой. Борются за свою нишу Hilti и Milwaukee. К чести Milwaukee и Hilti, эти компании предлагают исключительно профессиональный инструмент индустриального качества с беспрецедентным уровнем сервиса и инноваций. Остальные также находят своего потребителя и продолжают остро конкурировать на рынке.

К сожалению, многие отечественные бренды ничего в России не производят и не пытаются сделать (пусть и в Китае) аккумуляторный инструмент профессионального уровня. Сложилось стойкое убеждение, что владельцы многих наших торговых марок занимаются исключительно вопросами наиболее выгодного размещения заказов на производствах КНР. Что с точки зрения бизнеса, в общем-то и неплохо, но лишний раз демонстрирует научно-технический потенциал страны. Но все же стоит отметить, что есть и Российские марки аккумуляторного инструмента: Прораб, Зубр, Интерскол, Прогресс и другие.

Аккумуляторная отвертка Hitachi

Аккумуляторная отвертка Hitachi

 

Гринпис против кадмия

«Зеленые», по идее, просто обязаны высказывать свое фи любым технологиям, наносящим вред окружающей среде. Мало того, «зеленые» рождают документы и директивы, предписывающие производителям ограничить или прекратить выпуск чего-либо. Данные ограничения и предписания представляют порой законодательные акты. Не обошли «зеленые» и никель-кадмиевые батареи. Да, признаем, кадмий — опасный элемент. Это означает, что утилизировать такие батареи следует согласно инструкции. Однако, к счастью пользователей аккумуляторного инструмента, последние директивы не имеют к ним никакого отношения — да, в некоторых странах запрещено производство никель-кадмиевых батарей, но в остальных оно разрешено! Значит, век NiCd еще не закончен.

На самом деле доля кадмиевого мусора, производимого выброшенными NiCd аккумуляторами от инструмента, не превышает 0,00001% (одна стотысячная процента) от общих выбросов кадмия остальной промышленностью. Основными поставщиками кадмия на свалки и в атмосферу являются химическая промышленность (краски) и металлурги (легирующие сталь). Таким образом, рассказы продавцов о скором запрете NiCd аккумуляторов есть плод преувеличения маркетологов — апологетов литиевой технологии. Вообще, «зеленые » все больше напоминают прибыльный коммерческий проект со всеми вытекающими, и если вы все еще верите, что исключительно зеленая листва деревьев вырабатывает кислород, то легко поверите в любые «истины», преподносимые «зелеными». Например, знаменитая фраза «Лес — легкие планеты» точна в том смысле, что легкие человека, как и лес, поглощают кислород, а выделяют С02. Как бы там ни было, а некоторым приборам без никель-кадмиевых батарей не обойтись — на морозе никакие другие аккумуляторные технологии эффективно не работают. И как тогда быть с питанием спасательного оборудования, автономных метеозондов, военного, медицинского, телеметрического и прочего жизненно важного оборудования?

 

Нюансы ухода и обслуживания аккумуляторных батарей

Собственно, как обращаться с тем или иным видом аккумулятора, как обслуживать для обеспечения максимального ресурса, в общих чертах указано в инструкциях к приборам. Однако и здесь есть свои нюансы.

Рекомендации по типам батарей:

Никель-кадмиевые батареи — самые нетребовательные в обслуживании. Их можно хранить в полностью разряженном виде долгое время, и ничего с ними не произойдет. После длительного хранения зарядите и разрядите несколько раз.

Никель-металлгидридные батареи более капризны в обслуживании. При хранении их необходимо периодически заряжать (раз в три-четыре месяца) и не допускать глубокого разряда в процессе хранения и эксплуатации. Оптимальным моментом перезарядки для этих батарей следует считать момент, когда инструмент только начинает показывать признаки снижения мощности. Пренебрежение этими простыми правилами приведет к существенному сокращению срока службы.

Литиевые батареи — пожалуй, единственный тип батарей, не требующий от владельца каких-либо действий, кроме соблюдения тепловых режимов эксплуатации. Зарядное устройство (ЗУ) и схема управления самого литиевого аккумулятора избавляют владельца от дополнительных сложностей обслуживания. Единственным неприятным, но исправимым моментом может стать ситуация, когда после долгого хранения попытка зарядить аккумуляторную батарею (АКБ) заканчивается неудачей. Владелец вставляет батарею в ЗУ, но процесс зарядки не начинается. Происходит это оттого, что контроллер аккумулятора вследствие глубокого разряда АКБ не может «ответить» на запросы контроллера ЗУ — ему просто не хватает энергии. А зарядное устройство продолжает «считать», что никаких батарей к нему не подсоединено. В ремонтных мастерских практикуют простой выход из подобной ситуации — подсоединить к аккумулятору на незначительное время (10-20 сек) внешний источник питания со сходным напряжением и небольшой мощностью. По аналогии с тем, как дают «прикурить» автомобильной батарее. В результате напряжение АКБ подрастет, и контроллер, получив питание, сможет сообщить свои параметры зарядному устройству. Кстати, в таких случаях подобная практика применима к литиевым батареям, используемым в телефонах, фото- и видеокамерах и т.д. Правда, на свой риск так поступать не рекомендуем, лучше обратиться в сервисный центр, где предлагают ремонт аккумулятора.

 

Общие рекомендации для всех видов аккумуляторов

  • не пытайтесь заряжать замерзший аккумулятор, дайте аккумулятору отогреться хотя бы до околонулевой температуры;
  • избегайте заряда перегревшегося аккумулятора. Ситуация, когда аккумулятор перегревается от тяжелой работы и владелец пытается его сразу подзарядить, не редка. Понятное дело, что современное зарядное устройство сперва дождется понижения температуры до допустимого уровня и только потом начнет зарядку, но не все инструменты комплектуются подобными ЗУ;
  • избегайте перегрева аккумулятора вследствие воздействия внешних факторов: солнечных лучей, жарких помещений (вспомните, как разогревается салон автомобиля на солнце).

 

Назначение инструмента с разными типами батарей

Промышленное производство по определению нацелено на малозатратность, поэтому давно и широко применяет питаемый в основном NiCd аккумуляторами инструмент. Современные производства помимо пневматики используют на определенных участках аккумуляторные инструменты — там, где применение пневматики невозможно или нецелесообразно: в труднодоступных местах, или где энергозатраты невелики, или где шланг воздуховода скорее повредит продукт (например, грязный шланг воздуховода повредит лакокрасочное покрытие кузова), нежели принесет прибыль. Скажем, установка панели приборов на конвейерах Daewoo и Volkswagen выполняется с помощью обычных NiCd аккумуляторных шуруповертов. Скажете — разорительно? Ничуть. Аккумулятор шуруповерта в таких условиях проработает года три-четыре и при начальной оптовой стоимости в 50 евро обойдется в 0,045 евро в день без учета расходов на электроэнергию. Два рубля в день. Согласитесь, удобство рабочего стоит того, чтобы потратить два рубля. Вряд ли цена владения пневмо- или электроинструментом будет ниже, зато удобство — явно на стороне аккумуляторного инструмента.

Электромобиль Nissan Leaf уже можно заказать в Европе. Запас хода без подзарядки – 160 км. Емкость Li-Ion аккумуляторов - 24 кВт*ч

Электромобиль Nissan Leaf уже можно заказать в Европе. Запас хода без подзарядки – 160 км. Емкость Li-Ion аккумуляторов — 24 кВт*ч

Никель-металлгидридные аккумуляторные батареи среди профессионалов находят своих сторонников в строительстве и отделке из-за легкости и относительно высокой мощности. Плюс привлекательная цена. Однако в нашей стране такие батареи не получили широкого распространения.

Литий, в свою очередь, в среде промышленников и профессионалов стремительно и уверенно завоевывает все большее число поклонников по двум причинам: во-первых, сама технология позволяет создавать инструмент с непревзойденными характеристиками, а вторая — литиевые батареи стремительно дешевеют. Промышленники и строители развитых стран охотно приобретают инструмент с литиевыми батареями.

 
 
 
 
 

Что бы еще почитать?


  Поделитесь ссылкой на статью в социальных сетях


  Подпишитесь на e-mail рассылку о новых статьях


  Вы можете оставить свой комментарий

Поделитесь своим мнением, что Вы думаете о прочитанном?
Если Вам не понравилась статья, напишите в комментариях причину.
Возможно, Вы заметили ошибку или у Вас появились вопросы, напишите об этом.
Только зная Ваше мнение, можно будет улучшить и дополнить статью.

Ваш комментарий появится только после проверки модератором.

Популярные статьи

10 мифов о каркасных домах 10 мифов о каркасных домах

Просмотров: 23 571

Поиск по меткам