高空作業平臺動力電池研究

路 攀

上海宏信設備工程有限公司 上海 201806

1 高空作業平臺概述

高空作業平臺是一種將人員、工具、材料等舉升到空中指定位置進行安裝、維修、機械化施工等作業的專用高空作業設備。高空作業平臺包括移動式、拖曳式、高空作業車等,常用于載人高空作業,因此安全性要求非常高[1-3]。移動式高空作業平臺的定義為:用于運送人員、工具和材料到指定位置進行工作的設備,由帶控制器的工作平臺、伸展機構和底盤組成[4]。高空作業車的定義為:底盤是定型道路車輛,由車輛駕駛員通過操縱器控制的移動式升降工作平臺[5]。

移動式高空作業平臺產品型式多樣,能夠滿足各種高空作業的需求。由于不使用汽車底盤,因此不會受到汽車底盤安裝尺寸、承載能力和道路行駛法規的限制。

按照伸展機構的不同,移動式高空作業平臺可以分為剪叉式、直臂式、曲臂式、桅桿式等,不同伸展機構的產品滿足不同的作業需求。高空作業平臺分類如圖1所示。

圖1 高空作業平臺分類

2 高空作業平臺標準

通常提到的高空作業平臺一般指移動式高空作業平臺。該類產品的動力形式主要有電動和發動機提供動力兩種[6-7],部分廠商也生產混合動力產品。筆者對移動式高空作業平臺動力電池進行研究。

目前,全國升降工作平臺標準化技術委員會(SAC/TC 335)負責全國高空作業平臺標準化的技術歸口工作,對口國際標準化組織升降工作平臺技術委員會(ISO/TC 214),委員會秘書處設在北京建筑機械化研究院有限公司。高空作業平臺的相關標準見表1。

表1 高空作業平臺標準

3 動力電池標準

動力電池指為移動工具提供動力來源的電源,多指為電動汽車、電動列車、電動自行車、高爾夫球車等提供動力的蓄電池,主要區別于啟動用、電動助力用等其它用途的蓄電池和蓄電池組。國內動力電池相關標準見表2。

表2中,SAC/TC 114為全國汽車標準化技術委員會,SAC/TC 69為全國鉛酸蓄電池標準化技術委員會,SAC/TC 297為全國電工電子產品與系統環境標準化技術委員會。目前,很多國外動力電池品牌在我國建廠或依靠代理商從事我國市場的銷售和服務[8]。

4 動力電池應用情況

動力電池是電動移動式高空作業平臺的動力源。電池在極端條件下的安全性決定了移動式高空作業平臺操作的人身安全,電池的比能量決定了移動式高空作業平臺的續航能力,電池的循環壽命決定了移動式高空作業平臺租賃商和終端用戶的使用成本。

在移動式高空作業平臺動力電池的使用條件下,終端客戶及租賃商需考慮的主要因素有日常使用能耗、維護需求、循環壽命、充電時間、可回收性、成本、安全等。以下對鉛酸蓄電池、鋰電池進行介紹和性能對比。

表2 動力電池標準

4.1 鉛酸蓄電池

鉛酸蓄電池不僅技術比較成熟,而且種類較多。鉛酸蓄電池分類如圖2所示,一般分為富液式和閥控密封式兩大類。閥控密封式鉛酸蓄電池可再分為吸附式玻璃棉電池和凝膠電池[9]。

在富液式鉛酸蓄電池中,20世紀70年代以前以銻鉛電池為代表,目前以鈣鉛電池為代表。吸附式玻璃棉電池和凝膠電池都是密封設計的,不需要額外加水。純鉛電池板柵采用純鉛或鉛錫合金,與鉛鈣體系合金、低銻合金等相比,具有更好的耐腐蝕性能,這也意味著純鉛電池具有更長的使用壽命,但是由于純鉛或鉛錫合金材質機械強度較低,易于彎曲,加工難度大,因此需要使用高度自動化的專用加工設備[10]。

圖2 鉛酸蓄電池分類

4.2 鋰電池

相較于傳統鉛酸蓄電池,鋰電池具有全生命周期免維護、續航能力更強、循環壽命更長、充電時間更短、工作溫度范圍更寬等特點,在使用及回收過程中沒有鉛酸蓄電池的重金屬和酸污染等問題,綠色環保。

4.3 性能對比

不同類別動力電池的性能對比見表3。其中,放電深度表示放電達到電池最大容量的百分比。

表3 動力電池性能對比

5 電性能檢測

目前,越來越多的動力電池檢測實驗室成為中國合格評定國家認可委員會認可的實驗室。動力電池檢測后,需出具檢測報告,這就要求檢測人員具有較高的數據處理能力,如數值修約、不確定度分析、偏離度分析等[11]。

動力電池一般通過中國合格評定國家認可委員會認證的實驗室按照國家標準進行電性能檢測,使用專用電池充放電設備。這一設備具有恒電流充放電、恒功率充放電、恒電壓充放電等功能,可實時記錄數據和繪制曲線。設備內部集成了恒流源和電子負載,能夠根據實時需求輸出相應的電流值。

動力電池電性能檢測原始記錄應當及時、準確、完整、客觀,要能反映現場試驗狀態的全部信息,并具備再現性。應詳細記錄樣品檢測前后的關鍵參數,如電池尺寸、質量、外形、測試工裝,并保存相關視頻資料,確保檢測數據可追溯。對可能影響檢測結果的試驗環境條件,包括溫濕度等,應同時進行記錄。具體檢測項目可以參考GB/T 32620.1—2016標準。

6 工況性能測試

在高空作業平臺動力電池電性能檢測的基礎上,對動力電池進行工況性能測試,以驗證動力電池在特定工況下的動力性能。以剪叉式移動式高空作業平臺為例,行業內主要的工況性能測試有升降循環測試和赫德循環測試。

6.1 升降循環測試

試驗環境溫度為20～30 ℃,試驗場地路面應平坦。試驗時,載荷為額定載荷,先上升至最大高度,然后下降到底,完成一個操作循環,記錄測試數據。在相同車型、相同標準下對比升降次數,檢驗電池動力性能。

6.2 赫德循環測試

試驗環境溫度為20～30 ℃,試驗場地路面應平坦。試驗時,載荷為額定載荷,步驟如下:① 從起點處以最大速度直線前進至距離起點30 m的終點處;② 上升至最大高度;③ 整車回轉90°,再轉回原位;④ 下降至距地面3 m左右高度;⑤ 以最大速度直線返回起點處;⑥ 下降到底。完成一個操作循環后記錄測試數據,在相同車型、相同標準下對比循環次數,檢驗電池的動力性能。赫德循環測試如圖3所示。

圖3 赫德循環測試

某剪叉式移動式高空作業平臺赫德循環測試條件下動力電池組放電特性曲線如圖4所示。本次測試共計完成45次赫德循環,行走時放電電流約為30 A,升降時最大放電電流平均約為140 A。在動力電池電性能檢測時,也可以以此為參照設定放電曲線,進行電池組電容量檢測。

圖4 赫德循環測試動力電池組放電特性曲線

7 結束語

筆者對高空作業平臺動力電池進行了研究。高空作業平臺相對于電動汽車、電動叉車而言,保有量還相對較小,本土電池企業還不太重視。隨著高空作業平臺在國內的持續發展,未來會有更多的本土電池企業選擇進入這一領域。本土電池企業應從電池品質、成本、技術、安全等多維度細分市場,形成獨特的服務路徑與客戶黏性。在動力電池品質方面,在做好電池電性能檢測的同時,應考慮高空作業平臺的使用工況,配合放電特性,匹配生產出更適合的動力電池。