高空作业平台动力电池研究

路 攀

上海宏信设备工程有限公司 上海 201806

1 高空作业平台概述

高空作业平台是一种将人员、工具、材料等举升到空中指定位置进行安装、维修、机械化施工等作业的专用高空作业设备。高空作业平台包括移动式、拖曳式、高空作业车等,常用于载人高空作业,因此安全性要求非常高[1-3]。移动式高空作业平台的定义为:用于运送人员、工具和材料到指定位置进行工作的设备,由带控制器的工作平台、伸展机构和底盘组成[4]。高空作业车的定义为:底盘是定型道路车辆,由车辆驾驶员通过操纵器控制的移动式升降工作平台[5]。

移动式高空作业平台产品型式多样,能够满足各种高空作业的需求。由于不使用汽车底盘,因此不会受到汽车底盘安装尺寸、承载能力和道路行驶法规的限制。

按照伸展机构的不同,移动式高空作业平台可以分为剪叉式、直臂式、曲臂式、桅杆式等,不同伸展机构的产品满足不同的作业需求。高空作业平台分类如图1所示。

图1 高空作业平台分类

2 高空作业平台标准

通常提到的高空作业平台一般指移动式高空作业平台。该类产品的动力形式主要有电动和发动机提供动力两种[6-7],部分厂商也生产混合动力产品。笔者对移动式高空作业平台动力电池进行研究。

目前,全国升降工作平台标准化技术委员会(SAC/TC 335)负责全国高空作业平台标准化的技术归口工作,对口国际标准化组织升降工作平台技术委员会(ISO/TC 214),委员会秘书处设在北京建筑机械化研究院有限公司。高空作业平台的相关标准见表1。

表1 高空作业平台标准

3 动力电池标准

动力电池指为移动工具提供动力来源的电源,多指为电动汽车、电动列车、电动自行车、高尔夫球车等提供动力的蓄电池,主要区别于启动用、电动助力用等其它用途的蓄电池和蓄电池组。国内动力电池相关标准见表2。

表2中,SAC/TC 114为全国汽车标准化技术委员会,SAC/TC 69为全国铅酸蓄电池标准化技术委员会,SAC/TC 297为全国电工电子产品与系统环境标准化技术委员会。目前,很多国外动力电池品牌在我国建厂或依靠代理商从事我国市场的销售和服务[8]。

4 动力电池应用情况

动力电池是电动移动式高空作业平台的动力源。电池在极端条件下的安全性决定了移动式高空作业平台操作的人身安全,电池的比能量决定了移动式高空作业平台的续航能力,电池的循环寿命决定了移动式高空作业平台租赁商和终端用户的使用成本。

在移动式高空作业平台动力电池的使用条件下,终端客户及租赁商需考虑的主要因素有日常使用能耗、维护需求、循环寿命、充电时间、可回收性、成本、安全等。以下对铅酸蓄电池、锂电池进行介绍和性能对比。

表2 动力电池标准

4.1 铅酸蓄电池

铅酸蓄电池不仅技术比较成熟,而且种类较多。铅酸蓄电池分类如图2所示,一般分为富液式和阀控密封式两大类。阀控密封式铅酸蓄电池可再分为吸附式玻璃棉电池和凝胶电池[9]。

在富液式铅酸蓄电池中,20世纪70年代以前以锑铅电池为代表,目前以钙铅电池为代表。吸附式玻璃棉电池和凝胶电池都是密封设计的,不需要额外加水。纯铅电池板栅采用纯铅或铅锡合金,与铅钙体系合金、低锑合金等相比,具有更好的耐腐蚀性能,这也意味着纯铅电池具有更长的使用寿命,但是由于纯铅或铅锡合金材质机械强度较低,易于弯曲,加工难度大,因此需要使用高度自动化的专用加工设备[10]。

图2 铅酸蓄电池分类

4.2 锂电池

相较于传统铅酸蓄电池,锂电池具有全生命周期免维护、续航能力更强、循环寿命更长、充电时间更短、工作温度范围更宽等特点,在使用及回收过程中没有铅酸蓄电池的重金属和酸污染等问题,绿色环保。

4.3 性能对比

不同类别动力电池的性能对比见表3。其中,放电深度表示放电达到电池最大容量的百分比。

表3 动力电池性能对比

5 电性能检测

目前,越来越多的动力电池检测实验室成为中国合格评定国家认可委员会认可的实验室。动力电池检测后,需出具检测报告,这就要求检测人员具有较高的数据处理能力,如数值修约、不确定度分析、偏离度分析等[11]。

动力电池一般通过中国合格评定国家认可委员会认证的实验室按照国家标准进行电性能检测,使用专用电池充放电设备。这一设备具有恒电流充放电、恒功率充放电、恒电压充放电等功能,可实时记录数据和绘制曲线。设备内部集成了恒流源和电子负载,能够根据实时需求输出相应的电流值。

动力电池电性能检测原始记录应当及时、准确、完整、客观,要能反映现场试验状态的全部信息,并具备再现性。应详细记录样品检测前后的关键参数,如电池尺寸、质量、外形、测试工装,并保存相关视频资料,确保检测数据可追溯。对可能影响检测结果的试验环境条件,包括温湿度等,应同时进行记录。具体检测项目可以参考GB/T 32620.1—2016标准。

6 工况性能测试

在高空作业平台动力电池电性能检测的基础上,对动力电池进行工况性能测试,以验证动力电池在特定工况下的动力性能。以剪叉式移动式高空作业平台为例,行业内主要的工况性能测试有升降循环测试和赫德循环测试。

6.1 升降循环测试

试验环境温度为20～30 ℃,试验场地路面应平坦。试验时,载荷为额定载荷,先上升至最大高度,然后下降到底,完成一个操作循环,记录测试数据。在相同车型、相同标准下对比升降次数,检验电池动力性能。

6.2 赫德循环测试

试验环境温度为20～30 ℃,试验场地路面应平坦。试验时,载荷为额定载荷,步骤如下:① 从起点处以最大速度直线前进至距离起点30 m的终点处;② 上升至最大高度;③ 整车回转90°,再转回原位;④ 下降至距地面3 m左右高度;⑤ 以最大速度直线返回起点处;⑥ 下降到底。完成一个操作循环后记录测试数据,在相同车型、相同标准下对比循环次数,检验电池的动力性能。赫德循环测试如图3所示。

图3 赫德循环测试

某剪叉式移动式高空作业平台赫德循环测试条件下动力电池组放电特性曲线如图4所示。本次测试共计完成45次赫德循环,行走时放电电流约为30 A,升降时最大放电电流平均约为140 A。在动力电池电性能检测时,也可以以此为参照设定放电曲线,进行电池组电容量检测。

图4 赫德循环测试动力电池组放电特性曲线

7 结束语

笔者对高空作业平台动力电池进行了研究。高空作业平台相对于电动汽车、电动叉车而言,保有量还相对较小,本土电池企业还不太重视。随着高空作业平台在国内的持续发展,未来会有更多的本土电池企业选择进入这一领域。本土电池企业应从电池品质、成本、技术、安全等多维度细分市场,形成独特的服务路径与客户黏性。在动力电池品质方面,在做好电池电性能检测的同时,应考虑高空作业平台的使用工况,配合放电特性,匹配生产出更适合的动力电池。