Электрические вилочные погрузчики обычно используют одну из нескольких типов аккумуляторных батарей. Наиболее распространены свинцово-кислотные батареи (традиционная технология) и литий-ионные батареи (современная технология). Кроме них, существуют другие технологии, применяемые реже или в специфических условиях – например, никель-кадмиевые аккумуляторы и некоторые разновидности свинцовых (гелевые, AGM), а также альтернативные системы питания. Рассмотрим каждую из категорий.
Свинцово-кислотные аккумуляторы
Свинцово-кислотный аккумулятор – самый традиционный и широко используемый вид АКБ в напольном транспорте и складской технике​. Он имеет более чем вековую историю и отличается относительно низкой стоимостью и проверенной надежностью. В конструктивном плане такой АКБ состоит из свинцовых пластин (анода и катода) и жидкого электролита на основе серной кислоты. Свинцово-кислотные батареи для погрузчиков изготавливаются специально как тяговые, то есть рассчитанные на глубокие циклы разряда/заряда (в отличие от пусковых автомобильных аккумуляторов).

Преимущества свинцово-кислотных АКБ: низкая начальная стоимость и широкая доступность​, высокая надежность в тяжелых условиях (устойчивость к вибрациям, ударам)​, а также хорошо налаженная система обслуживания и утилизации. Свинцовые батареи почти полностью перерабатываемы – до 99% материалов может быть возвращено в производство​, что делает их одним из самых успешно утилизируемых видов аккумуляторов. Кроме того, их большая масса может быть полезна: тяжелый свинцовый АКБ служит естественным противовесом, повышая устойчивость погрузчика при подъеме тяжестей​.

Недостатки: Свинцово-кислотные батареи требуют регулярного обслуживания и соблюдения режима зарядки. Они обслуживаемые – необходимо периодически проверять уровень электролита и доливать дистиллированную воду, так как при зарядке происходит разложение воды (электролиз) и испарение​. Также требуется очищать клеммы и верхнюю поверхность от кислоты и коррозии. Зарядка свинцового АКБ занимает продолжительное время (8–12 часов для полного заряда)​, после чего батарее желательно дать несколько часов остыть. Это значит, что при многосменной работе часто нужна либо замена батареи на заряженную, либо организация зарядных пауз, что снижает непрерывность работы оборудования. Кроме того, эффективность таких аккумуляторов ниже, чем у современных – лишь порядка 65–70% энергии, затраченной на заряд, возвращается в виде полезной работы​ (остальное теряется в виде тепла и побочных реакций). Свинцово-кислотные элементы также тяжелые и громоздкие из-за низкой энергетической плотности: они хранят относительно мало энергии на единицу массы (обычно ~30–50 Вт·ч/кг)​. К недостаткам относят и выделение газов при зарядке (водорода и кислорода) – для зарядных станций требуется вентиляция и соблюдение техники безопасности.

Разновидности свинцово-кислотных АКБ:

• Заливные (открытые) аккумуляторы – классический вариант с жидким электролитом, максимальной отдачей тока, но требующий долива воды.
• Гелевые и AGM (Absorbent Glass Mat) – модификации, в которых электролит загущен в гель либо впитан в пористый сепаратор. Они герметичные (клапанно-регулируемые) и практически не требуют долива воды, а газ рекомбинирует внутри. Такие батареи удобнее в обслуживании (не требуют контроля электролита), меньше выделяют испарений, но несколько дороже и могут быть более чувствительны к перегреву и перезаряду. Ёмкость и токовая отдача AGM/гелевых обычно чуть ниже, чем у заливных аналогов тех же габаритов, а ресурс может отличаться. В целом в вилочных погрузчиках традиционно преобладают заливные тяговые аккумуляторы, однако AGM-версии применяются там, где важна минимальная эксплуатационная поддержка (например, в пищевой или медицинской промышленности, чтобы избежать испарений кислоты).

Литий-ионные аккумуляторы
Литий-ионные (Li-ion) аккумуляторы – современный тип АКБ, набирающий популярность в сфере складской техники. В таких батареях используются соединения лития: как правило, анод из графита, катод из оксидов лития (например, оксид лития-кобальта, никеля, марганца или железо-фосфат), а электролит – органический раствор соли лития. При работе ионы лития мигрируют между электродами, не расходуя активный материал так существенно, как свинцовые, что обеспечивает этому типу батарей гораздо больший срок службы.
Преимущества литий-ионных АКБ:

• Высокая энергетическая плотность: Литиевые батареи могут запасать значительно больше энергии при той же массе, чем свинцовые. Удельная энергия Li-ion составляет ~150–200 Вт·ч/кг (в некоторых технологиях до 250 Вт·ч/кг), что в 3–5 раз превышает показатели свинцовых АКБ​. Это означает меньший вес и объем батареи для той же емкости.
• Быстрая зарядка и отсутствие эффекта “памяти”: Li-ion аккумуляторы можно заряжать существенно быстрее. Полный заряд обычно достигается за ~1–3 часа​, а до 50% – менее чем за час​. Кроме того, им не вредны частые подзарядки малой продолжительности (оппортунитная зарядка): можно ставить погрузчик на подзаряд во время перерывов, обеда, между сменами и т.п. Это исключает необходимость сменных батарей для многосменной работы – один литиевый АКБ, благодаря скоростной подзарядке, способен обслуживать погрузчик 24/7 с короткими дозарядками​. Отсутствие эффекта памяти означает, что необязательно разряжать батарею полностью перед зарядом.
• Низкие требования к обслуживанию: Литий-ионные батареи не требуют долива воды и регулярной чистки – они герметичны. Фактически они необслуживаемые, нужно лишь следить за состоянием системы управления батареей (Battery Management System, BMS) и поддерживать нормальный режим заряда. Это снижает трудозатраты и стоимость обслуживания по сравнению со свинцовыми АКБ​.
• Длительный срок службы: Срок службы литиевых батарей существенно выше. Они могут выдерживать 1000–3000 циклов заряда-разряда (а по некоторым данным и до ~5000 циклов при благоприятных условиях) до заметного снижения емкости​. В годах это соответствует примерно 8–10 годам эксплуатации, что в 2–3 раза дольше ресурса свинцово-кислотных батарей аналогичной емкости​
• Стабильная производительность: Литий-ионный АКБ обеспечивает постоянное напряжение и мощность в ходе разряда. Даже при разряде до низкого уровня он продолжает отдавать ток без существенного падения напряжения, благодаря чему скорость движения погрузчика и скорость подъема груза почти не падает по мере разрядки батареи​. (Для сравнения, свинцовые батареи к концу смены просаживаются – при низком заряде погрузчик может двигаться медленнее, гидравлика работать вяло.)

Однако у литиевых аккумуляторов есть и недостатки:

• Высокая первоначальная стоимость: Цена литиевого тягового АКБ примерно в 2–3 раза выше эквивалентного свинцового​. Это серьезный барьер для внедрения, хотя нужно учитывать, что в течение срока службы Li-ion окупается за счёт экономии на обслуживании и замене батарей реже​.
• Чувствительность к температуре и режиму заряда: Литий-ионные элементы обычно оснащены системой BMS, которая следит за температурой и токами. При температурах ниже ~0 °C нельзя заряжать обычный Li-ion без подогрева, поскольку возможно повреждение (литирование анода)​. В холодных складах батареи требуется оборудовать обогревом. В жарких условиях (выше +40 °C) эффективность тоже падает, а чрезмерный нагрев может приводить к ускоренному старению элементов и рискованным ситуациям (тепловой разгон), поэтому необходим контроль температуры​.
• Меньший вес (особенность, требующая учета): Легкость литиевой батареи одновременно и преимущество, и потенциальная проблема. С одной стороны, снижение массы на 40–60% относительно свинцового аналога улучшает энергоэффективность и маневренность погрузчика​. С другой стороны – уменьшается противовес. Если заменить очень тяжелый свинцовый АКБ на гораздо более легкий литиевый без компенсации, погрузчик может утратить часть грузоподъемности из-за риска опрокидывания при максимальных нагрузках​. Производители решают это либо утяжелением батарейного отсека дополнительными балластными пластинами, либо проектируют модель погрузчика с учетом литиевой батареи (распределяя вес иначе). В любом случае, фактор веса нужно учитывать при модернизации техники – часто в литиевый модуль специально добавляют утяжелители, чтобы масса соответствовала требуемой для баланса погрузчика​.

В большинстве современных литиевых погрузчиков применяются LiFePO₄ (литий-железо-фосфатные) батареи, которые обладают высокой безопасностью и большим ресурсом циклов (2000+). Также существуют варианты на базе литий-никель-марганец-кобальт оксида (NMC/NCA) – с еще более высокой плотностью энергии, но обычно более дорогие. Toyota, например, использует в своих литиевых батареях ячейки NCA, аналогичные по химии аккумуляторам электромобилей​. В любом случае, во всех литиевых АКБ встроена электроника (BMS), контролирующая напряжение, температуру и балансировку ячеек, что добавляет надежности и безопасности работе батареи.

Другие технологии (никель-кадмиевые и др.)
Помимо свинцово-кислотных и литий-ионных, в отдельных случаях применяются никель-кадмиевые (Ni-Cd) аккумуляторы, а также некоторые менее распространенные решения. Ниже – кратко об этих технологиях:

• Никель-кадмиевые аккумуляторы: Эта технология появилась задолго до литиевых и тоже подходит для тяговых целей. Ni-Cd батареи известны своей прочностью и устойчивостью к экстремальным условиям – они могут работать в широком диапазоне температур, переносить глубокие разряды и даже некоторый перезаряд без фатальных последствий​. Никель-кадмиевые аккумуляторы обеспечивают стабильную работу при сильном морозе или жаре там, где свинцовые быстро теряют емкость. Кроме того, они способны отдавать большие токи и выдерживают большие нагрузки разряда, что важно для мощных погрузчиков. Срок службы у Ni-Cd весьма долгий: по времени они могут работать до 10 и более лет​ (причем возможен очень большой календарный ресурс – сообщалось о примерах 15–20 лет службы в промышленности). Циклическая долговечность также на уровне: несколько сотен до тысячи циклов при глубоких разрядах, а при неглубоких разрядах ресурс может исчисляться тысячами циклов. Меньшая чувствительность к недозаряду / перезаряду: Ni-Cd терпимы к режимам, губительным для свинца – их можно оставить разряженными без немедленного сульфатирования, они легче восстанавливаются после глубокого разряда, а избыточный заряд просто разлагает воду с выделением газа, не вызывая мгновенной деградации (но потребует долива воды). Также время зарядки короче, чем у свинца – обычно около 4–6 часов до полного заряда​, а при использовании специальных зарядных устройств возможна ускоренная зарядка.
• Недостатки Ni-Cd: Главный минус – токсичность кадмия и связанные экологические ограничения. Кадмий – тяжелый металл, опасный для окружающей среды и здоровья, поэтому обращение с такими батареями строго регулируется. Их утилизация сложнее и дороже, требуется сдавать на специализированные перерабатывающие предприятия; многие страны ограничили применение Ni-Cd (в потребительской электронике он практически запрещен, остался лишь в промышленности). Кроме того, удельная энергия у никель-кадмиевых батарей невысока – порядка 20–50 Вт·ч/кг, то есть они такие же тяжелые, как свинцовые, или даже тяжелее при равной емкости. По этому параметру Ni-Cd не дает выигрыша в массе, а иногда и хуже свинца​. Есть также эффект памяти: если постоянно недоразряжать или недозаряжать Ni-Cd до одного и того же уровня, возможна потеря емкости; это лечится тренировочными циклами полной разрядки. С учетом того, что литий-ионные батареи лишены этих недостатков и имеют лучшую энергоэффективность, Ni-Cd постепенно вытесняются из сферы вилочных погрузчиков​. На сегодня никель-кадмиевые АКБ используются лишь в нишевых случаях, когда требуется особая надежность в экстремальных температурах или высокая нагрузочная способность, а экологические требования и цена отходят на второй план​.
• Другие технологии: К менее распространенным решениям относятся, например, никель-металл-гидридные (Ni-MH) аккумуляторы и натрий-никель-хлоридные батареи (известные как ZEBRA). Никель-металл-гидридные АКБ имеют более высокую плотность энергии, чем Ni-Cd, и лишены кадмия, но они дороже и сложнее, их саморазряд высок, а ресурс в тяжелых циклах ограничен – в погрузчиках почти не прижились. Натрий-никель-хлоридные “соляные” батареи способны работать при высоких температурах и тоже обеспечивают приличную энергоемкость, однако требование нагрева до ~270 °C и высокая стоимость ограничивают их использование. Топливные элементы (водородные) иногда рассматриваются как альтернатива аккумуляторам в вилочных погрузчиках: ряд моделей оснащается водородными топливными элементами, вырабатывающими электроэнергию из сжатого водорода. Это дает очень быструю “заправку” (смена баллона с водородом), отсутствуют вредные выбросы – только вода, – а на борту всё равно есть буферная батарея. Однако топливные элементы – скорее отдельная тема, так как это не аккумуляторы, а генераторы энергии, требующие инфраструктуры для хранения водорода. В контексте аккумуляторных батарей основными видами для погрузчиков остаются свинцово-кислотные, литий-ионные и, в меньшей степени, никель-кадмиевые АКБ.

Примечание: приведенные значения усреднены; конкретные показатели зависят от модели батареи, режима использования и условий эксплуатации.)

Эффективность работы (КПД)
Энергетическая эффективность аккумулятора – это доля энергии, которая реально выдаётся батареей от той, что в неё была вложена при зарядке. Здесь литий-ионная технология лидирует с большим отрывом. Литий-ионные АКБ имеют КПД порядка 95%, то есть почти вся затраченная на заряд энергия возвращается в работу​. Свинцово-кислотные же существенно проигрывают: их эффективность около 70% в лучшем случае (нередко ~65%)​. Остальная энергия тратится впустую – на нагрев батареи, разложение воды (газация), внутренние потери. Практически это означает, что электропотребление зарядных устройств при использовании литиевых батарей значительно ниже, чем при эксплуатации свинцовых АКБ той же емкости: экономия электроэнергии может достигать 20–30% на каждую зарядку. Соответственно, ниже расходы и косвенное воздействие на окружающую среду (меньше углеродный след от потребляемой энергии). Никель-кадмиевые батареи занимают промежуточное положение – их эффективность лучше, чем у свинцовых, но хуже литиевых (обычно 70–80%). Ni-Cd теряют часть энергии на разогрев и на побочные реакции, особенно при полном заряде (разложение воды в электролите с выделением газа также присутствует, хоть и не так сильно, как у свинца).

Стоит также упомянуть эффективность использования емкости. В литий-ионной батарее практически вся номинальная емкость доступна для работы (BMS, как правило, не дает переразрядить ниже ~10% остатка, но это немного). Свинцово-кислотные батареи же не рекомендуется разряжать глубже ~80% от полной емкости, иначе резко снижается ресурс​. На практике их разряжают до 20–30% остатка заряда, поэтому из, скажем, 500 А·ч номинала реально используются около 300–400 А·ч в рабочем цикле. Литиевая же батарея такой же номинальной емкости может отдавать 450–500 А·ч без вреда, что фактически повышает эффективную емкость при равных номиналах. Кроме того, у свинцовых АКБ наблюдается падение напряжения под нагрузкой и при разряде, что снижает отдаваемую мощность ближе к концу смены. Литий-ионные же выдают стабильную мощность на всем диапазоне разряда, повышая общую производительность техники​.

Энергетическая плотность
Энергетическая плотность определяет, сколько энергии может хранить аккумулятор в расчете на единицу массы или объёма. По этому параметру литий-ионные аккумуляторы существенно превосходят свинцово-кислотные. В числах: литий-ионные технологии обеспечивают ~150–200 Вт·ч энергии на 1 килограмм массы (а некоторые современные элементы до 250–300 Вт·ч/кг), тогда как у свинцово-кислотных батарей этот показатель всего ~30–50 Вт·ч/кг​. Иными словами, при равном запасе энергии свинцовый АКБ будет в 3–5 раз тяжелее литиевого. По объёму аналогично: литиевые более компактны, т.к. их удельная энергоемкость по объему (Вт·ч/л) тоже выше (порядка 250–500 Вт·ч/л против 50–100 Вт·ч/л у свинца).

Для вилочных погрузчиков это означает, что переход на литий-ион может сократить массу батареи на сотни килограммов​ либо, наоборот, при том же весе позволить получить гораздо более длительное время работы. Однако, как отмечалось, слишком легкая батарея не всегда плюс, поэтому производители иногда специально увеличивают емкость литиевой батареи или добавляют балласт, чтобы масса соответствовала требуемой.

Никель-кадмиевые аккумуляторы не дают выигрыша в плотности энергии – их показатели сопоставимы со свинцом (десятки Вт·ч/кг) и зависят от конструкции (пластинчатые Ni-Cd обычно ~20–30 Вт·ч/кг, более продвинутые могут до 50 Вт·ч/кг). Таким образом, Ni-Cd батарея по весу будет такой же тяжелой, как свинцовая, на аналогичный запас энергии, а иногда даже тяжелее​. Поэтому главные преимущества Ni-Cd лежат не в энергетической плотности, а в других свойствах (стойкость к температуре, циклам и т.д.).

Время зарядки
Время зарядки и связанная с ним возможность поддерживать бесперебойную работу – критически важный практический параметр. Здесь свинцово-кислотные АКБ самые медленные: полный цикл зарядки разряженной тяговой батареи занимает около 8 часов (± пару часов в зависимости от мощности зарядного устройства и емкости батареи)​. Кроме того, рекомендуется после заряда дать батарее охладиться в течение нескольких часов, т.к. при зарядке свинцовые батареи существенно нагреваются. Таким образом, типичный свинцово-кислотный АКБ работает по схеме “8 часов разряд (смена), 8 часов заряд, 8 часов отдых”, укладываясь ровно в 24 часа​. В реальности на многих предприятиях организуют зарядные комнаты, где батареи заряжаются ночью, либо используют сменные батареи: одна работает в погрузчике, а запасная стоит на зарядке, и их меняют местами между сменами. Замена батареи – операция трудоемкая (вес батареи может превышать тонну, требуется грузоподъемное оборудование или роликовые стационарные системы), и ее стараются проводить не чаще чем раз в сутки. Если же предприятие работает в две или три смены, обычно необходимы 2–3 свинцовых батареи на один погрузчик, чтобы перекрывать время зарядки.

Литий-ионные батареи заряжаются значительно быстрее. Современные литиевые тяговые АКБ могут зарядиться полностью примерно за 1,5–3 часа​ при использовании подходящих зарядных устройств. Например, технологии Toyota позволяют заряжать их батареи до 100% примерно за 80 минут (до 50% всего за ~30 минут)​. Это открывает возможность подзаряжать технику в течение коротких пауз – во время перерыва, обеденного времени или смены водителей. Такой режим называется opportunity charging (оппортунитная зарядка). В отличие от свинцовых, литиевым аккумуляторам это не вредит – нет эффекта памяти или резкого сокращения ресурса от частичных недозарядов. На практике погрузчик с литиевой батареей может работать практически непрерывно: за одну смену батарея расходуется, в перерыв – дозаряжается, и так далее, без необходимости менять аккумулятор. Это резко снижает простои техники и избавляет от необходимости иметь несколько батарей на один погрузчик​. В результате даже при более высокой цене одного литиевого АКБ, предприятие экономит, приобретая один аккумулятор вместо двух-трех свинцовых.

Никель-кадмиевые АКБ занимают промежуточную позицию. Ими можно управлять более гибко, чем свинцовыми: Ni-Cd допускают более быстрые токи заряда, и некоторые системы позволяют зарядить такой аккумулятор за 4–6 часов​. Тем не менее, из-за тепловыделения при заряде и необходимости контролировать образование газов, они не столь эффективны в быстрой зарядке, как литий-ион. Частичная подзарядка Ni-Cd в течение смены технически возможна и не приводит к сильному деградированию (эффекта памяти можно избежать регулярными полными циклами), однако все же распространенная практика – это либо одна смена/одна зарядка в день, либо двухсменная работа с возможностью дозаряда на обеде. В целом, по времени зарядки никель-кадмиевые ближе к свинцовым (несколько часов), поэтому в категории “круглосуточная работа без замены батареи” они почти всегда уступают место литиевым решениям.

Эксплуатационные условия и особенности
Под эксплуатационными условиями понимается совокупность факторов: температурный диапазон работы, режим использования (одно- или многосменный), требования к обслуживанию, совместимость с инфраструктурой и т.п. Здесь важно понять, в каких ситуациях каждый тип батареи проявляет себя лучше или хуже.

• Много-сменная работа и интенсивность использования: Если погрузчик используется в одну смену в день или с перерывами, свинцово-кислотный аккумулятор прекрасно справится с задачей – его емкости обычно хватает на 6–8 часов активной работы​, после чего можно поставить на ночной заряд. Но для непрерывной работы 24/7 литий-ионный явно выигрывает: нет нужды менять батарею, достаточно делать короткие подзарядки между сменами или даже кратковременно в течение смены. Литиевые батареи особенно хороши в многосменных складах и производстве, где погрузчики должны быть максимально доступны и любой простой из-за зарядки нежелателен​. Свинцово-кислотные же в таких условиях требуют либо иметь 2–3 сменных батареи на машину, либо терпеть простои на зарядку, что менее эффективно. Никель-кадмиевые могут работать в двухсменном режиме (благодаря их допустимому быстрому заряду), но из-за редкости и цены этих АКБ их обычно не выбирают с этой целью, если доступны литиевые.
• Температурный режим: Условия эксплуатации по температуре сильно влияют на поведение батарей. Свинцово-кислотные АКБ чувствительны к холоду: при -10 °C они выдают лишь ~60–70% от номинальной емкости​, а при сильном морозе емкость может упасть вплоть до 40–50%. Например, при -15 °C время работы погрузчика от полностью заряженной свинцовой батареи сокращается почти вдвое по сравнению с нормальными +25 °C, и при этом сам разряд идет менее эффективно (часть энергии тратится на разогрев батареи)​. Кроме того, при низких температурах увеличивается вязкость электролита, ухудшается способность принимать заряд – свинцовые батареи хуже заряжаются на морозе, требуя повышенного напряжения​
• . При высоких температурах тоже проблемы: каждые +10 °C сверх 25 °C примерно вдвое сокращают срок службы свинцового аккумулятора​, ускоряя коррозию решетки и испарение воды. Оптимум для свинца – комнатные условия (~20–25 °C)​. Поэтому в морозильных камерах свинцовые батареи требуют утепления и подогрева, а в жарких цехах – усиленного обслуживания (чаще доливать воду, следить за температурой).
• Литий-ионные батареи также чувствительны к экстремальным температурам, но по-другому. Их оптимальный диапазон работы примерно +15…+35 °C​. Они способны работать и при сильном холоде (до -20 °C), но при этом отдают меньший ток и емкость снижается. Главная же проблема – зарядка при отрицательных температурах: без подогрева заряжать Li-ion ниже ~0 °C нельзя из соображений безопасности и сохранности ресурса​. Поэтому литиевые батареи для низкотемпературных складов обычно оснащают системой обогрева: перед зарядкой батарея прогревается до +5…+10 °C, чтобы заряд проходил нормально. В работе же литиевые элементы при морозе менее повреждаются, чем свинцовые (нет риска сульфатации), но внутреннее сопротивление растет, что уменьшает отдаваемую мощность. В жару литий-ионные АКБ могут работать до +55…+60 °C внешней температуры​, но высокий нагрев нежелателен – ускоряется износ, возможны отключения BMS при перегреве для защиты. В целом, для холодных сред (ниже 0) стандартные Li-ion требуют специальных версий с подогревом или же выбора иной химии (например, некоторые литиевые составы типа LTO могут заряжаться в мороз, но они редки). Никель-кадмиевые АКБ здесь выглядят наиболее стойкими: они сохраняют работоспособность в очень широком диапазоне, вплоть до -40 °C (правда, ёмкость на морозе у них тоже падает, но не столь критично, как у свинца)​. К жаре Ni-Cd тоже устойчивы – могут работать при +50 °C, терпя даже некоторую перезарядку без немедленной деградации​. Это делает их предпочтительными для спецприменений: например, техника, которая должна работать и храниться на улице в зимних условиях, или применять в горячих помещениях. Однако, как отмечалось, экологические проблемы с Ni-Cd сильно ограничивают их применение, поэтому чаще в экстремальных температурах стараются адаптировать либо свинцовые (с подогревом/охлаждением), либо переходят на литий с системами термоконтроля.
• Требования к инфраструктуре и безопасности: Свинцово-кислотные батареи требуют оборудованных зарядных помещений. При зарядке они выделяют взрывоопасный газ (водород), поэтому нужна вентиляция; также из батарей могут испаряться капли кислоты. Обычно на предприятиях выделяют специальную комнату или зону, где установлены стационарные зарядные устройства, есть вытяжка, кислотостойкий пол и т.д. Персонал обязан использовать средства защиты при обслуживании (очки, перчатки) – электролит едкий. Литий-ионные батареи не выделяют газов и не содержат жидкого электролита, способного пролиться, поэтому могут заряжаться практически в любом месте цеха​. Это повышает гибкость – зарядные станции можно разместить прямо на рабочих участках (например, около доков загрузки, чтобы водитель ставил машину на подзарядку, пока нет работы). С точки зрения безопасности, литий-ионные АКБ требуют внимания к электрической части: необходимо использование совместимых зарядных устройств, связь BMS с зарядкой для корректного режима. Но отпадает необходимость в кислотоупорных полах и вентиляции водорода. Никель-кадмиевые батареи при заряде тоже выделяют водород, хотя и в несколько меньшем объеме, чем свинцовые. Поэтому для них требования схожие – проветривание, аккуратное обращение с щелочным электролитом (KOH тоже едкий). В целом, с точки зрения инфраструктуры литиевые батареи – наиболее “простые” (нет специальных помещений), Ni-Cd и свинцовые – требуют классического оборудования для зарядки (зарядная комната или зона).
• Совместимость и установка: Свинцово-кислотные батареи выпускаются в стандартизованных размерах корпусов (например, стандарты DIN или BS для тяговых батарей), и погрузчики обычно спроектированы под стандартные габариты батарейного отсека. Литиевые батареи для вилочных погрузчиков часто делают в корпусах тех же размеров, чтобы можно было легко заменить свинцовую на литиевую (drop-in replacement). Многие производители предлагают литиевые батареи, устанавливаемые в штатный отсек, с теми же разъемами, но, как говорилось, дополнительно укомплектованные балластом до нужной массы. Никель-кадмиевые батареи могут не подходить стандартно, так как число элементов и их размеры могут отличаться, но в целом тоже возможно изготовление под стандартный отсек. Важно помнить, что вес замещаемой батареи должен соответствовать требуемому для баланса погрузчика – часто замена свинца на намного более легкий литий требует установки дополнительного груза​.
• Производительность и характеристики разряда: Здесь стоит еще раз подчеркнуть, как тип батареи влияет на реальную работу погрузчика. Свинцово-кислотные АКБ имеют нелинейную отдачу: при высоких токах напряжение просаживается (эффект внутреннего сопротивления), что может снижать скорость подъема груза. По мере разрядки (ниже ~50% емкости) производительность техники начинает падать – погрузчик как бы “слабеет”. Поэтому обычно операторы стараются менять или заряжать батарею, когда та разряжена на ~80% (осталось ~20% емкости), чтобы машина оставалась в рабочем тонусе. Литий-ионные батареи в этом плане гораздо лучше – они держат напряжение до самого конца. Как отмечает производитель Toyota, литиевая батарея обеспечивает максимальную мощность всё время, независимо от уровня заряда, тогда как у свинцовой при снижении заряда падает скорость и высота подъема​. Это значит, что с литиевым АКБ погрузчик будет работать равномерно эффективно на протяжении всей смены, без “проседаний” к концу. Никель-кадмиевые ближе к свинцовым по характеристике разряда – у них тоже присутствует падение напряжения при разряде, хотя и менее выраженное. Ni-Cd известны тем, что способны отдавать очень большие токи без катастрофического падения напряжения (в этом они могут превосходить даже литий по максимальной мощности коротковременно), однако средняя рабочая кривая разряда у них похожа на свинец (плавное снижение напряжения по мере разряда).

В итоге, выбор типа АКБ должен учитывать условия использования: для интенсивной работы и многосменной эксплуатации литий-ион предпочтительнее, для более редкого или одноменого использования при ограниченном бюджете – свинцово-кислотные, для экстремальных температур или специфических требований – никель-кадмиевые, если их применение оправдано и разрешено.

Здесь рассмотрим основные технические параметры АКБ вилочных погрузчиков: номинальное напряжение и емкость, габариты и масса батарей, влияние температуры на их характеристики, а также ресурс (долговечность).
Напряжение и емкость
Напряжение батареи – один из ключевых параметров, определяемый конструкцией электропогрузчика. Электропогрузчики различных размеров и грузоподъемностей используют батареи разного номинального напряжения. Наиболее распространены системы: 24 В, 36 В, 48 В, 72 В и 80 В. Небольшие складские машины (например, электротележки, штабелеры) обычно работают от 24 В или 36 В батарей. Классические вилочные погрузчики средней мощности – от 48 В систем (это один из самых массовых стандартов). Большегрузные электрические погрузчики и узкопроходные штабелеры высокой производительности могут иметь 72 В или 80 В батареи – повышенное напряжение позволяет снижать токи при той же мощности и эффективнее питать мощные двигатели подъема и движения.
Как отмечалось ранее, каждое 2 В свинцово-кислотное плечо (ячейка) добавляется последовательно для повышения напряжения​. Таким образом: 24 В батарея содержит 12 последовательно соединенных ячеек, 48 В – 24 ячейки, 80 В – 40 ячеек и т.д. Литий-ионные батареи собираются из ячеек с более высоким напряжением (каждая литиевая ячейка ~3,2–3,7 В номинально, в зависимости от химии), поэтому их конфигурация в батарее отличается. Например, литиевый 48 В модуль может состоять из 15 ячеек LiFePO₄ по ~3,2 В (итого ~48 В). Но для конечного пользователя это прозрачно – важно лишь, что батарея совместима по напряжению с техникой.

Емкость аккумулятора измеряется в ампер-часах (А·ч) и характеризует сколько заряда (тока в часах) может отдать батарея при штатном разряде. В случае тяговых батарей емкость обычно указывается при 5-часовом или 6-часовом режиме разряда (C5 или C6). Например, емкость 500 А·ч (C5) означает, что батарея может выдавать 100 А в течение 5 часов подряд. Требуемая емкость зависит от потребления погрузчика и длительности смены. Типичные емкости батарей вилочных погрузчиков лежат в пределах от ~150–300 А·ч (для небольших машин на 24–36 В) до 400–800 А·ч для распространенных 48 В батарей и до 1000–1200 А·ч для тяжелых 80-вольтовых систем. К примеру, распространенная батарея 48 В 600 А·ч способна обеспечивать порядка 6–8 часов активной работы погрузчика средних нагрузок​. Встречаются батареи и большей емкости (например, 48 В 930 А·ч для работы в 2 смены без замены), но они очень тяжелые и дорогие. Литий-ионные батареи зачастую можно брать меньшей номинальной емкости, чем свинцовые, благодаря возможности промежуточной подзарядки и более полно используемой емкости. Производители указывают, что, например, литиевая батарея 210 А·ч по запасу эквивалентна свинцовой на 300 А·ч, за счет более высокой энергетической плотности и допустимой глубины разряда​.

Важным параметром является максимальный разрядный ток батареи. Тяговые АКБ рассчитаны на большие токи сотен ампер при запуске движения или подъема груза. Свинцово-кислотные батареи способны кратковременно отдавать большие токи, но при этом сильнее просаживается напряжение. Литиевые батареи могут отдавать очень высокие токи без значительного падения напряжения, ограничение обычно накладывает BMS. Как правило, литий-ионный модуль может выдерживать токи разряда 1C (ток равный своей емкости в А) длительно и 2–3C кратковременно (например, батарея 400 А·ч может спокойно давать 400 А постоянно и 800–1200 А пиками в течение секунд). Свинцовые батареи такой же емкости при 400–800 А будут заметно “проседать” и нагреваться, хотя и тоже способны дать пики в 3C и более на очень короткое время. Ni-Cd известны тем, что могут безопасно разряжаться большими токами (даже 5C), они часто используются там, где нужна большая мощность на разряде.
Напряжение под нагрузкой: у свинцовых АКБ оно плавно снижается от ~2,12 В на элемент (при полном заряде) до ~1,7–1,8 В на элемент при разряде ~80%. Литиевые железо-фосфатные ячейки имеют напряжение ~3,3 В и держат его до разряда, лишь в конце падает. Это означает, что 48 В свинцовая батарея будет в диапазоне ~50 В (заряжена) до ~42 В (разряжена), тогда как 48 В (15s LiFePO₄) литиевая – от ~53 В до ~45 В, причем большую часть времени около ~51 В. Для электроники погрузчика это важно: некоторые старые модели могут выдавать ошибку при “слишком высоком” напряжении лития на полном заряде – поэтому при ретрофите на литий иногда ставят чуть меньшее число ячеек или адаптируют контроллер. В новых моделях обычно такой проблемы нет, и производители сами предлагают литиевый вариант.

Габариты и вес
Массо-габаритные характеристики аккумулятора очень важны, т.к. батарея составляет значительную часть массы электропогрузчика. Тяговые АКБ изготавливаются в виде больших прямоугольных блоков (контейнеров), заполняющих батарейный отсек машины. Габариты стандартизированы под различные классы техники. Например, батарея 48 В 500–600 А·ч для погрузчика 1,5–2 тонны грузоподъемности может иметь размеры порядка 1×0,8×0,7 м. Большие 80-вольтовые батареи для 5-тонных погрузчиков – значительно больше и могут весить несколько тонн.
Вес батареи вилочного погрузчика измеряется сотнями килограммов. Как упоминалось, этот вес используется в качестве противовеса, поэтому обычно “чем тяжелее – тем лучше для устойчивости”, но слишком большой вес увеличивает полный вес машины, что может снижать грузоподъемность (в спецификации каждого погрузчика указана требуемая минимальная и максимальная масса АКБ). Типичный диапазон масс: батареи маленьких машин ~300–500 кг, средние 48 В батареи ~700–1200 кг, большие 80 В – 1500–2000 кг. В общем, вилочные батареи весят от ~450 кг до 1800 кг в зависимости от типа и емкости​, а самые крупные могут превышать 2,5–3 тонны.

Свинцово-кислотные батареи – самые тяжелые. Плотность энергии у них низкая, поэтому для получения нужных 40–50 кВт·ч энергии (что требуется для смены работы мощного погрузчика) батарея весит несколько тысяч килограммов. Литий-ионные батареи легче свинцовых примерно на 40–60% при той же энергоемкости​. Например, если свинцовая 48 В 600 А·ч батарея весит около 1100 кг, то литиевая с эквивалентной емкостью – порядка 600–700 кг. Конкретный пример: свинцовая батарея 48 В 600 А·ч (модель 1556-B) весит ~1125 кг​, а литиевая батарея 51,2 В 600 А·ч – ~352 кг по данным производителя​ (правда, скорее всего без учета дополнительного балласта). Разница более чем в 3 раза. В среднем же, согласно отраслевому анализу, свинцовые АКБ для погрузчиков весят ~1200–3000 фунтов (550–1360 кг), а литиевые аналогичные – ~800–1800 фунтов (360–820 кг)​.

Тот факт, что литиевые батареи намного легче, вынуждает иногда добавлять “мертвый” груз. Многие литиевые батарейные модули монтируются в стальной ящик большего размера, а свободное пространство заполняется утяжеляющими материалами (стальные пластины). Это делается, чтобы итоговая масса блока соответствовала стандартной свинцовой батарее, под которую рассчитан погрузчик. Благодаря этому сохраняется баланс машины и грузоподъемность не снижается. Если же эксплуатировать более легкую батарею без компенсации, могут потребоваться технические ограничения на максимальный вес поднимаемого груза (чтобы не перегрузить противовес).
Никель-кадмиевые батареи по массе близки к свинцовым, а иногда тяжелее. Хотя удельная энергия Ni-Cd и свинца схожа, но кадмиевые элементы часто менее компактны в сборке, плюс требуют прочного корпуса. В итоге Ni-Cd блок на ту же емкость может весить даже больше свинцового. Поэтому в плане массы Ni-Cd не дает выигрыш (скорее, для них также полезна тяжесть как противовес).
Габариты батарей обычно пропорциональны ее напряжению и емкости (т.е. количеству элементов и размеру пластин). Батареи на 80 В, как правило, значительно крупнее по длине, т.к. содержат 40 элементов. Батареи большей емкости – выше и шире, чтобы разместить более толстые или большие пластины (у свинцовых) или больше параллельных связок ячеек (у лития). Производители часто указывают размеры в каталоге; важно, чтобы батарея точно вставала в отсек, крепилась штатно. Иногда при переходе, например, с свинца на литий, новый блок имеет дополнительное пространство внутри, но внешние размеры сохраняются.
Влияние температуры на характеристики
Температура влияет не только на емкость и жизнь батареи, но и на способность отдавать ток и принимать заряд.
Для свинцово-кислотных аккумуляторов идеальная температура – +20…25 °C​. При такой температуре они выдают 100% своей номинальной емкости и ресурс соответствует заявленному. В холоде происходит следующее: по мере падения температуры внутреннее сопротивление батареи растет, химические реакции замедляются. Уже при +10 °C емкость может снизиться на ~10–20%, а при -10 °C – на 30–40%​. В таблице производителя указано, что при -10 °C остается ~60–70% емкости​. Кроме того, холодный аккумулятор отдает напряжение хуже, под нагрузкой сильнее “проседает”. Это проявляется в заметном снижении производительности погрузчика на морозе – движение более вялое, подъем медленный. При зарядке в холоде возникают сложности: ниже +5 °C свинцовая батарея плохо воспринимает заряд, требуется повышенное напряжение, но это может приводить к газообразованию и расслоению электролита​. Поэтому обычно холодные батареи стараются зарядить в тепле. Есть проблема и с очень высокими температурами: нагрев свинцового АКБ свыше 30 °C ускоряет все побочные реакции. Эмпирическое правило – каждые +10 °C сверх нормы примерно вдвое сокращают срок службы​. То есть батарея, рассчитанная на 5 лет при 25 °C, может отработать только 2–3 года при постоянных +35 °C​. Также при нагреве выше ~45–50 °C активная масса пластин может начинает осыпаться, пластиковый корпус стареет быстрее. Таким образом, для свинцовых АКБ крайне желательно избегать как сильного холода, так и жары: при необходимости используют подогреватели в батарейных отсеках или системы охлаждения/вентиляции.

Литий-ионные аккумуляторы также имеют оптимальный диапазон 15–35 °C​. При этих температурах они выдают максимум емкости и гарантируют заявленное количество циклов. В холоде (ниже 0) литий теряет часть емкости – при -10 °C примерно -15…20% емкости, при -20 °C может терять до 25–30%. Но главное – запрет на зарядку при отрицательных температурах без подогрева: литиевый аккумулятор, заряжаемый на морозе, рискует необратимо повредиться (отложение лития на аноде)​. Поэтому в системах для морозильных камер предусматривают обогрев. При разряде в сильный мороз литиевый АКБ будет отдавать ток с ограничением: BMS может снижать допустимый ток, чтобы аккумулятор не переохладился еще больше. Впрочем, многие литиевые погрузчики имеют встроенные термоконтейнеры, поддерживающие батарею теплой. В жару литий-ионные элементы могут относительно нормально работать до +40…45 °C, но свыше начинаются риски: ускоренное старение, рост внутреннего давления. BMS обычно имеет порог, при котором отключит зарядку (например, не будет заряжать, если батарея >45 °C). Есть риск теплового разбега в случае критического нагрева (выше 60–70 °C, что маловероятно при штатной эксплуатации, но может случиться при внешнем пожаре или перегреве без защиты). Поэтому литиевые модули оснащают термодатчиками и иногда активным охлаждением (например, циркуляция воздуха или жидкостное охлаждение в больших блоках). В обычных вилочных погрузчиках пока встречается пассивное воздушное охлаждение (через корпус). В целом, литий-ионные батареи чуть лучше переносят жару, чем свинцовые (они не теряют столько воды, нет сульфатации), но их календартный ресурс тоже сокращается при высоких температурах, поэтому желательно поддерживать их в комфортном тепловом режиме.

Никель-кадмиевые батареи весьма устойчивы к температурным крайностям. Щелочной электролит (раствор KOH) не замерзает до примерно -30 °C (зависит от концентрации), а специальной конструкции батареи могут работать и при -40 °C. Их емкость также падает при минусовых температурах, но менее драматично. Кроме того, они могут принимать заряд при более широком диапазоне температур (обычно заряд допускается от 0 °C и выше, а некоторые – и при -20 °C малыми токами). К высоким температурам Ni-Cd стойки – допустима работа при +50 °C, и хотя ресурс тоже снижается, но эти батареи считаются надежными в условиях, где свинцовые быстро выходят из строя из-за температуры​. Поэтому Ni-Cd используются в случаях, когда температура неконтролируема и заменять батареи дорого.

Ресурс и долговечность
Ресурс АКБ измеряется либо количеством циклов “заряд-разряд” до снижения емкости до определенного уровня (обычно до 80% от номинальной), либо календарным сроком службы (годами эксплуатации).
Для свинцово-кислотных батарей производители обычно заявляют около 1200–1500 циклов при 80% глубине разряда (DoD)​. Это соответствует примерно 4–5 годам работы в режиме “один цикл в день”. Однако такой ресурс достигается только при правильной эксплуатации: регулярном обслуживании, недопущении глубокого разряда <20%, своевременной подзарядке и выравнивании заряда между ячейками. На практике, из-за жестких условий (иногда батареи разряжают сильнее, иногда не сразу заливают воду, бывают перегревы), свинцовые батареи могут деградировать быстрее. Многие компании считают нормой замену тяговых батарей каждые ~3–5 лет​. Признаком износа является снижение емкости (погрузчик не дотягивает до конца смены) и рост частоты обслуживания. После ~5 лет зачастую емкость падает ниже 70% исходной, и батарея требует восстановления или замены.

Литий-ионные батареи служат существенно дольше. Их типичный цикл жизни – 2000 и более циклов. Часто указывается диапазон 1000–3000 циклов до 80% емкости, что равно 5–10 годам эксплуатации​. Некоторые типы лития (например, LFP – литий-фосфат) могут достигать 4000–5000 циклов при благоприятном режиме зарядки​. Таким образом, литиевый АКБ способен проработать примерно в 2–3 раза больше циклов, чем свинцовый​, прежде чем его емкость заметно упадет. В реальных условиях, если свинец меняют через 4 года, то литий может работать 8–10 лет. Есть примеры, когда первые поколения литиевых погрузчиков отработали 10 лет и имели ~70–75% емкости, то есть еще были пригодны к дальнейшей эксплуатации. Конечно, многое зависит от качественной BMS и соблюдения температурных режимов (перегрев или частые зарядки при 100% могут сократить жизнь). Но в целом литий выгодно отличается долговечностью: даже учитывая больший первоначальный ценник, в долгосрочной перспективе (total cost of ownership) он часто экономичнее.

Никель-кадмиевые АКБ по количеству циклов находятся где-то между свинцом и литием, зачастую ближе к литиевым. Производители (например, Saft) указывают, что Ni-Cd при 80% DoD выдерживают порядка 1500 циклов, а при меньшей глубине – до 2000–2500. Календарно они могут служить очень долго, вплоть до 10–15 лет, если механически не разрушатся и кадмий не “отравит” электроды. Приводился показатель “гарантированно 5–10 лет”​, но есть известные случаи использования Ni-Cd батарей 15-летней давности (например, на железнодорожном транспорте). Однако, повторимся, из-за экологических ограничений редко кто сейчас планирует столь долгую эксплуатацию Ni-Cd – их заменяют на более новые типы.

Факторы, влияющие на ресурс:

• Для свинцовых: глубина разряда (чем глубже регулярно разряжается, тем меньше циклов проживет), своевременность подзаряда (оставлять надолго разряженной – вредно, начинается сульфатация), температура (каждый перегрев или работа в жаре значительно “съедает” ресурс), правильность заряда (нужны уравнительные заряды, чтобы избежать стратификации электролита).
• Для литиевых: экстремальные температуры (особенно жар), высокие токи заряда/разряда (литий не любит постоянных 2–3C нагрузок, лучше когда 0.5–1C, иначе греется и деградирует быстрее), длительное хранение на 100% заряда (рекомендуется хранить при ~50% для продления жизни). Хорошая BMS сглаживает эти факторы.
• Для Ni-Cd: эффект памяти (если постоянно разряжать на небольшой процент и заряжать, может появиться “лень” батареи – снижается эффективная емкость; лечится полными циклами), предотвращение перезаряда (хотя они терпят, но лишний перезаряд = лишний расход воды и рост давления).

В итоге, литий-ионные АКБ демонстрируют наибольшую долговечность среди рассматриваемых, свинцово-кислотные – наименьшую, а никель-кадмиевые – промежуточную, с упором на долговременную надежность при хорошем уходе.
Наглядно это было отражено в FAQ одного из производителей: «Литий-ионные батареи обычно работают 5–10 лет (1000–3000 циклов) в зависимости от использования. Для сравнения, свинцово-кислотные служат ~3–5 лет (300–500 циклов) до существенной потери емкости. Никель-кадмиевые могут работать 5–10 лет, но представляют экологическую опасность из-за токсичного кадмия»​.

В заключение рассмотрим особенности работы и эксплуатации аккумуляторных батарей: требования к зарядке и обслуживанию, влияние типа АКБ на производительность погрузчика, а также экологические аспекты обращения с батареями.
Зарядка и обслуживание
Обслуживание аккумуляторов – важная часть эксплуатационных расходов. Разные типы АКБ существенно различаются по требуемому уходу.
Свинцово-кислотные батареи требуют наибольшего внимания. Необходимо как минимум еженедельно (а при интенсивном использовании и чаще) проверять уровень электролита в каждом элементе и доливать дистиллированную воду​. При зарядке часть воды разлагается на газ, поэтому ее уровень постепенно снижается. Существуют автоматические системы долива (централизованная система, подключаемая шлангами ко всем пробкам батареи), облегчающие эту процедуру. Тем не менее, контроль за работой такой системы и качеством воды остается за персоналом. Очистка батареи – еще один пункт: на поверхности могут накапливаться выплески электролита, пыль, белый налет сульфата. Это может приводить к утечкам тока (саморазряду через мокрую поверхность) и ускоренной коррозии. Рекомендуется периодически (например, ежемесячно) очищать и нейтрализовать поверхность батареи (слабощелочным раствором смыть кислотные остатки). Также свинцовые батареи нуждаются в уравнительных зарядах: примерно раз в 5–10 циклов делается продолжительный заряд с немного повышенным напряжением, чтобы выровнять заряд всех ячеек и перемешать электролит (устранить стратификацию). Это сопровождается активным газовыделением. Для проведения такого заряда часто выбирают выходной день. Важно, что обслуживать заливной свинцово-кислотный АКБ должны обученные сотрудники с соблюдением техники безопасности – кислота и газы опасны​.

Кроме самого аккумулятора, обслуживание подразумевает и зарядное оборудование: проверку исправности выпрямителей, чистоты контактов разъемов (они могут обгорать или слабеть, их надо подтягивать/менять). Заряжать свинцовые батареи следует строго штатным устройством с правильным режимом (обычно алгоритм Wa или WoWa – сначала ограничение по току, потом по напряжению, окончание по току). Перезаряд или недозаряд существенно сокращают ресурс. Также нельзя часто прерывать цикл заряда – свинцовая батарея предпочитает полный цикл до конца, иначе может развиться сульфатация. Поэтому практика быстрой подзарядки свинцовых АКБ в обед – спорная: она увеличивает рабочее время, но может сократить ресурс батареи, если это не специальные “opportunity charging” батареи с усиленной конструкцией.
Литий-ионные батареи в плане обслуживания практически не требуют никаких регулярных действий, кроме общей электротехнической проверки. Нет необходимости доливать воду или очищать от кислоты, так как конструкция герметична. Периодически рекомендуется проверять состояние BMS – хотя обычно она самодиагностируется и выдает ошибки, если что-то не так (например, разбалансировка ячеек, перегрев). Иногда обновляют прошивку BMS, если производитель выпустил апдейты, но это скорее из области ремонта/сервиса. Зарядка литиевых батарей тоже проще: достаточно подключить совместимое зарядное устройство. Нет строгой необходимости заряжать до 100% каждый раз – литий нормально переносит неполные циклы. Более того, для продления жизни часто советуют заряжать до ~90% и не хранить долго на полном заряде. Но в контексте погрузчика, который работает ежедневно, такие нюансы не столь критичны. Зарядные устройства для лития обычно специализированные (с коммуникацией CAN с BMS), они обеспечивают правильный алгоритм CC/CV (постоянный ток, затем постоянное напряжение) и отключаются по сигналу BMS. Обслуживание зарядников сводится к проверке охлаждения (у мощных могут быть вентиляторы). Еще момент – литиевые АКБ не любят полного разряда “в ноль”, но BMS обычно защитит от этого, отключив батарею при разряде ниже допустимого. Таким образом, в ежедневном обслуживании литиевая батарея выигрывает – нет рутинных операций, только зарядка, которая также более гибкая (можно заряжать когда удобно).
Никель-кадмиевые АКБ по обслуживанию чем-то похожи на свинцовые, хотя имеют и отличия. В них электролит – щелочь (KOH), уровень тоже следует контролировать и доливать воду по мере разложения. Частота долива обычно реже, чем у свинца, потому что Ni-Cd могут быть сконструированы с каталитическими рекомбинационными пробками, уменьшающими потерю воды. Тем не менее, полностью бездоливными классические Ni-Cd не являются. Очистка тоже нужна, но щелочной электролит оставляет белые кристаллы (карбонат калия) – его смывают раствором борной кислоты или уксуса (нейтрализуя щелочь). Уравнительные заряды Ni-Cd не требуются так часто, потому что они менее склонны к необратимой деградации при неравномерности – однако периодический контроль емкости отдельных элементов полезен. Заряжать Ni-Cd можно относительно просто: они терпят непрерывный перезаряд малым током (метод dV падения напряжения не всегда четко работает, поэтому иногда используют контроль температуры ∆T или просто ставят таймер). Современные зарядки могут заряжать Ni-Cd по алгоритму похожему на свинцовый, но с ограничением по температуре. Обслуживание также требует проверки вентиляции при заряде – водород выделяется. В целом, обслуживание Ni-Cd оценивается как “умеренное”​ – меньше хлопот, чем со свинцом, но явно больше, чем с литий-ионными (которым фактически обслуживания не нужно).

Безопасность при обслуживании:

• Для свинцовых: кислота – очки, перчатки; взрывной газ – исключить искры, не курить рядом, проветривать.
• Для Ni-Cd: щелочь тоже опасна для кожи и глаз, хоть и по-другому (мылкое ощущение, может вызвать ожоги); газ также водород – меры те же.
• Для лития: основная опасность – короткое замыкание (литий может отдать очень большие токи мгновенно). Нужно внимательно относиться к инструментам – никаких металлических предметов на клеммах. При правильном обращении литий безопасен, но при повреждении (прокол, сильный удар) возможен тепловой разбег и пожар ячейки. Поэтому корпус литиевого модуля прочный, и не стоит разбирать его непрофессионально.

Влияние на производительность вилочного погрузчика
Тип установленной батареи напрямую сказывается на ряде эксплуатационных показателей погрузчика:

• Динамика и мощность. Литий-ионный АКБ обеспечивает стабильное и высокое напряжение, вследствие чего погрузчик демонстрирует лучшие разгонные характеристики и скорость подъема груза, особенно к концу смены, когда свинцовая батарея уже “просевшая” по напряжению​. В первые часы разницы может не быть, но под занавес работы свинцовый погрузчик обычно замедляется, а литиевый – нет. Если требуются частые пики мощности (например, подъем на максимальную высоту тяжёлого поддона), литий-ион лучше поддерживает такую нагрузку, не “садясь”. Никель-кадмиевые батареи в отношении мощности также хороши – они могут дать большой ток, но у них падает напряжение по мере разряда, так что под конец смены эффект будет похож на свинец (хотя Ni-Cd можно чуть “перезарядить” в обед и поднять напряжение).
• Время непрерывной работы. Тут всё зависит от емкости и возможности подзарядки. Свинцовый АКБ ограничен ~8 часами работы (одна смена) без замены. Литиевый того же номинала, теоретически, тоже даст 6–8 часов хода, но за счет промежуточных зарядов можно продлить работу практически неограниченно. Поэтому на литии погрузчик может работать весь день с короткими перерывами, тогда как на свинце потребовалась бы либо замена батареи, либо остановка. Это повышает коэффициент использования техники – один погрузчик с литиевым АКБ может закрыть работу, для которой раньше требовались два со сменными батареями (пока один работает, второй заряжается). В цифрах: при переходе на литий компании отмечают до +15–30% к продуктивности за счет сокращения простоев​.
• Маневренность и расход энергии. Масса батареи влияет на устойчивость, но также и на нагрузку на двигатель при движении. Более легкий погрузчик (с литиевой батареей) требует меньше энергии, чтобы разогнаться и перемещаться, особенно на длинные расстояния​. То есть энергоэффективность улучшается: часть энергии не тратится на перенос лишней массы. Разница не сказать чтобы кардинальная (ведь литий все равно не пушинка, 600–800 кг – тоже немало), но измеримо – согласно оценкам, снижение массы батареи на 30–40% может дать экономию ~5–10% потребляемой энергии при интенсивной транспортировке грузов​. Также более легкая машина зачастую более маневренна и быстрее (меньшая инерция). Это, конечно, при условии, что легкая батарея компенсирована для устойчивости, иначе нельзя реализовать потенциал полной скорости с риском потери баланса.
• Грузоподъемность и стабильность. Здесь тяжелая батарея – союзник. Свинцово-кислотный АКБ за счет своей массы помогает погрузчику безопасно поднимать грузы близкие к максимальной грузоподъемности. Если поставить гораздо более легкую батарею без балласта, максимальная грузоподъемность фактически уменьшится, потому что раньше погрузчик мог поднять, например, 2 тонны при наличии 1 тонны противовеса батареи, а с батареей 0.5 т подъем 2 т станет опасным (может нарушиться равновесие). Поэтому при модернизации под литий обязательно учитывают этот момент. Заводские литиевые погрузчики нередко имеют дополнительные встроенные противовесы. В целом, при правильном подборе веса, влияние на номинальную грузоподъемность устранено. Но стоит помнить, что распределение веса может меняться: свинцовая батарея распределена равномерно по контейнеру, а литиевая может иметь концентрированный вес (в середине, если остальное – балласт). Это тонкости, влияющие на центр тяжести погрузчика. Производители обычно проходят тесты на устойчивость и выдают табличку, что с той или иной батареей машина сохраняет характеристики.
• Условия работы для оператора. Литиевые батареи не выделяют пары кислоты и не имеют открытых вентиляционных отверстий, из которых мог бы пролиться электролит. Это важно для чистоты в помещении – в пищевых и фармацевтических складах литий-ионные АКБ предпочтительнее, так как исключают риск загрязнения окружающей среды кислотой. Свинцовые батареи при неправильном обслуживании могут издавать запах серы (SO₂) или кислоты, что неприятно для персонала. С точки зрения шума – сами батареи тихие, но зарядные устройства для лития часто оснащены вентиляторами, которые могут шуметь, хотя и не громче больших свинцовых зарядных.
• Надежность работы. Свинцовые батареи – технология старая и отработанная, однако они сильно зависят от человеческого фактора (полил ли воду, не перезарядили ли). Литиевые имеют сложную электронику, но она же защищает батарею от неправильной эксплуатации. В случае опасности (перегрев, переразряд) BMS просто отключит батарею, предотвращая аварийное состояние. Поэтому с хорошей BMS литиевый АКБ может считаться надежнее в том плане, что его сложнее “убить” неправильными действиями. Ni-Cd по надежности электрической очень стойки, но механически старые батареи могут страдать от протечек (коррозия корпуса от электролита) – за ними тоже нужен глаз да глаз.

Экологические аспекты
Экологическая сторона включает в себя как момент эксплуатации (наличие/отсутствие вредных выбросов), так и утилизацию отработанных батарей, и энергоэффективность с точки зрения углеродного следа.
В эксплуатации электрический погрузчик с аккумулятором – экологически чистое решение на месте использования: нулевые выбросы выхлопных газов. Это огромное преимущество перед погрузчиками с ДВС (дизель, газ), особенно для помещений. Аккумуляторные погрузчики не загрязняют воздух на складе, не повышают уровень CO₂ локально, что улучшает условия труда и уменьшает вентиляционные требования. Любой из рассмотренных типов АКБ (свинцовый, литиевый, Ni-Cd) обеспечивает эту “нулевую” эмиссию на месте. Однако с точки зрения выбросов парниковых газов полный цикл нужно учитывать генерацию электроэнергии для зарядки – тут выигрывает тот, кто эффективнее. Литий-ионные батареи благодаря высокому КПД используют меньше электроэнергии на одинаковую работу, тем самым косвенно сокращая выбросы на электростанциях​. Свинцовые – менее энергоэффективны, значит, для их зарядки нужно сжечь больше топлива (в случае невозобновляемой энергетики). Таким образом, при прочих равных литий немного более экологичен по энергопотреблению.

При зарядке свинцово-кислотных АКБ выделяется водород и кислород. Водород – взрывоопасен в смеси с воздухом в определенной концентрации. Поэтому зарядные помещения должны быть оборудованы вентиляцией. Сами по себе эти газы не загрязняют окружающую среду (водород улетучивается), но есть риск инцидентов при плохой вентиляции (случались взрывы на зарядных станциях). Кислотные испарения могут приводить к коррозии металлоконструкций помещения с годами. Литиевые АКБ не выделяют газов в нормальном режиме, нет испарений электролита – с экологической точки зрения это чище и безопаснее внутри помещения​. Ni-Cd АКБ при заряде тоже выделяют водород, плюс калиевая щелочь может испаряться в микроколичествах (образуя белый налет – карбонат, от взаимодействия с CO₂ воздуха). Это тоже требует изоляции зарядной зоны, хотя щелочные испарения менее агрессивны к металлам, чем кислотные.

Утилизация и переработка. Тут картина такая:

• Свинцово-кислотные батареи – лидеры по переработке. За десятилетия создана отлаженная индустрия рециклинга свинца. До 99% компонентов свинцового АКБ (свинец, оксид свинца, пластик корпуса) могут быть переработаны​. На практике коэффициент сбора и переработки свинцовых аккумуляторов в развитых странах превышает 95% – один из самых высоких среди всех видов бытовых и промышленных отходов. Это означает, что свинцовые батареи хотя и содержат опасные вещества (свинец, кислота), но почти не попадают на свалку, а возвращаются в цикл. Переработка свинца энергоемка и связана с выбросами (плавильные производства), однако она контролируема и регламентирована. Таким образом, свинцово-кислотные АКБ при условии правильной утилизации имеют минимальный экологический след по окончании службы, все материалы повторно используются​.
• Литий-ионные батареи пока перерабатываются в меньшей степени. Технологически переработать можно многое: и металл корпуса, и медь из токовыводов, и сами элементы (с них можно извлечь кобальт, никель, медь, литий, алюминий). Но экономическая сторона затруднена – литиевые батареи сложнее разбирать, а стоимость добываемого лития невысока на мировом рынке (дешевле добыть новый, чем выделять отработанный, пока что). Тем не менее, с ростом объемов производства появляется все больше предприятий по рециклингу лития. Сегодня переработке подлежат главным образом крупные литий-ионные батареи (автомобильные, промышленные). Токсичность материалов литиевых АКБ ниже, чем у свинцовых или Ni-Cd​ – в них нет элементарного свинца или кадмия. Основные “вредности” – это органический растворитель (электролит, легко воспламеняющийся) и соли лития (LiPF₆, при контакте с водой могут давать плавиковую кислоту, но в условиях свалки это маловероятно). Тем не менее, выбрасывать литиевые батареи нельзя – они пожароопасны если разрушены, а содержащиеся металлы и фтор могут попасть в природу. Рециклинг лития развивается, и ожидается, что к моменту массового выхода нынешних литиевых погрузчиков из строя инфраструктура переработки окрепнет. Сейчас перерабатывают часть ценных металлов – например, кобальт и никель (если они есть в химическом составе). Железо-фосфатные (LiFePO₄) батареи почти нетоксичны (фосфат железа безвреден), но их сложно перерабатывать из-за низкого содержания ценных металлов – обычно их стараются использовать по максимуму, а потом утилизировать как хим. отходы контролируемо.
• Никель-кадмиевые батареи обязательно должны собираться и перерабатываться, так как кадмий – чрезвычайно токсичный элемент. К счастью, в промышленности это понимают, и процент сбора Ni-Cd для утилизации близок к 100%. При переработке кадмий извлекают и обезвреживают (или повторно используют в новых батареях, но мировое производство Ni-Cd сокращается). Никель тоже возвращают в цикл. Правильная утилизация делает Ni-Cd относительно безопасными, но риск в том, что если такая батарея неправильно выброшена, кадмий может попасть в грунт и воду, вызвав тяжёлое загрязнение. Именно из-за этого фактора большинство рынков уходит от Ni-Cd в пользу других технологий​.

Производство батарей – тоже экологический аспект. Производство свинцовых АКБ связано с работой свинцовых плавильных заводов, выделением свинцовой пыли и т.д., но это давно налажено и выверено. Производство литий-ионных батарей требует добычи лития (часто с использованием большого количества воды в пустынных регионах – это экологическая проблема), а также кобальта (некоторый % которого добывается в условиях неустойчивого производства в Африке). Однако новые литиевые технологии (LiFePO₄) не используют кобальт. Никель для NMC батарей – тоже ресурс, добыча которого влияет на окружающую среду. Таким образом, нельзя однозначно сказать, что какая-то батарея абсолютно “зелёная” в полном цикле – все имеют свой след. Но в контексте самого погрузчика:

• Свинец: требует грамотного обращения, но практически полностью перерабатывается​.
• Литий: более энергоэффективен (меньше выбросов от генерации энергии), не содержит ядовитых тяжелых металлов, но пока хуже налажен рециклинг (хотя токсичность в случае утечки существенно ниже, чем у свинца/кадмия)​.
• Кадмий (Ni-Cd): высокотоксичен, поэтому эти батареи наиболее опасны для экологии, их использование оправдано лишь при строгом контроле цикла жизни​.

Экологические нормативы: Во многих странах свинцово-кислотные и Ni-Cd батареи относятся к опасным отходам класса I, их запрещено выбрасывать, обязателен сбор и сдача в переработку. Литий-ионные обычно классифицируют как опасный груз при перевозке (из-за огнеопасности), и тоже рекомендуют сдавать на переработку. Производители погрузчиков и батарей обычно имеют программы обратного выкупа/приема старых батарей. Например, компании, продающие литиевые АКБ, часто берут на себя утилизацию – это формируется как ответственность производителя (Extended Producer Responsibility).
Наконец, экологичность в работе склада: применение электрических погрузчиков с АКБ позволяет компаниям снизить углеродный след и достичь целей устойчивого развития. Замена парка ДВС-погрузчиков на электрические (будь то со свинцом или литием) сильно уменьшает выбросы CO₂ и загрязнение воздуха на месте. Литиевые батареи, обладая большей эффективностью и не требуя дополнительных запасных батарей, могут снизить общее количество аккумуляторов, необходимых на складе, а значит и косвенно уменьшить объемы производства/утилизации. Свинцово-кислотные батареи, в свою очередь, чрезвычайно успешно перерабатываются, что тоже плюс для экономики замкнутого цикла​. Поэтому в экологическом аспекте нельзя однозначно назвать один тип лучше другого – каждый имеет преимущества. Если приоритезировать: на этапе использования литий-ион экологичнее (меньше потерь энергии, нет выбросов газов, нет риска пролива кислоты), на этапе утилизации свинец более “круговой” (почти полная переработка). Никель-кадмий же, несмотря на долговечность, считается наименее экологичным из-за токсичности кадмия – их применение оправдано лишь когда нет альтернатив по техническим причинам​.

Заключение: Выбор АКБ для вилочного погрузчика – баланс между стоимостью, техническими требованиями и особенностями эксплуатации. Свинцово-кислотные батареи остаются популярными благодаря низкой цене и проверенной надежности, но требуют тщательного обслуживания и лучше подходят для неторопливых режимов (1 смена в день, умеренный климат)​. Литий-ионные набирают долю рынка за счет высокой эффективности, отсутствия обслуживания и возможности работы 24/7 без замены батарей, что повышает производительность – они оптимальны для интенсивной эксплуатации и там, где оправдано вложение в долгосрочную окупаемость​. Никель-кадмиевые батареи – нишевое решение для особых условий, хотя постепенно их заменяют современные технологии. В любом случае, правильно подобранная и обслуживаемая батарея – залог эффективной, безопасной и экологичной работы электрического вилочного погрузчика на вашем предприятии.