A traktorok és önjáró mezőgazdasági gépek elektromos rendszere villamos energiát tároló akkumulátort tartalmaz. Az akkumulátortechnika gyors fejlődése hozzájárul a mezőgazdasági gépek villamos hajtásának megvalósításához. Az új akkumulátortípusok legfontosabb alaptulajdonságait kívánjuk röviden bemutatni.
A mezőgazdasági traktorok, mobilgépek több mint egy évszázada használnak villamosenergiát tároló akkumulátort előszőr világításhoz, majd a belsőégésű motor indításához, és az utóbbi évtizedekben a gép vezérléséhez, szabályozásához, valamint a segédhajtások működtetéséhez. A villamosenergiát a mezőgazdasági gépek járómotorja az áramfejlesztő dinamó, később a váltakozó áramot előállító generátor hajtásával szolgáltatja. A villamosenergiát tárló akkumulátor egyenárammal működik. A belsőégésű motor indításához alkalmazott indítómotor kiszolgálásához is akkumulátorból veszik ki az energiát, ezért ezt az akkumulátort indítóakkumulátornak is nevezik. A mezőgazdasági mobilgépek villamosenergia-ellátása többek között a feszültségszabályozónak nevezett egységgel vezérelve jól biztosítható.
A mezőgazdasági mobil gépek villamos részegységeinek, vagy a jármű egészének villanymotoros hajtásához szükséges villamosenergiát is akkumulátorokból nyerik, amelyeket munkaakkumulátoroknak neveznek. A jövőben a hagyományos belsőégésű motorral való működtetésről a mezőgazdasági mobilgépek is folyamatosan az elektromos hajtás rendszerekre fognak átállni. A villamosenergiára való hajtásátállás egyik kulcsfontosságú eleme az akkumulátor, ezért a mezőgazdaság gépekhez alkalmazható jelenlegi akkumulátortípusok legfontosabb tulajdonságait célszerű megismerni. A teljességre törekvés a lap terjedelmi viszonyai miatt nem lehetséges, csak példaképen: az akkumulátortechnika közel száz rövidítést (hozzátartozó fogalmi meghatározást és szabványt) ismer, az ismertebb gyártók száma is több tucat, az alkalmazott típus választék száznál több, a gyártott járműtechnikai akkumulátorok éves darabszáma meghaladja az egy milliárdot. Az üzemeltetők számára az alkalmazott választék megkönnyítése érdekében több mezőgazdasági gépgyár saját címkézéssel, márkajelzéssel hozza forgalomba gyártmányihoz használható akkumulátorokat.
AZ ÓLOMSAVAS AKKUMULÁTOR ALAPPARAMÉTEREI
A mezőgazdasági erőgépekhez döntő többségében ólomsavas akkumulátorokat alkalmaznak indító- és munkaakkumulátorokként. A gyártó megnevezése, a gyártmány típusjelzése mellett az akkumulátoron fel vannak tüntetve az alapvető villamos jellemzők is.
Kapocsfeszültség: a kivezető (+,-)pólusok között mérhető villamosfeszültség V (voltban) kifejezve. Az ólomsavas akkumulátorcella névleges kapocsfeszültsége 2 V, ha az akkumulátor kapocsfeszültsége 12 V, akkor belül 6 cella sorba van kapcsolva.
Akkumulátor kapacitása: tárolóképessége kifejezi, hogy egy teljesen feltöltött akkumulátor a gyártója által megadott kisütő áramerősség mellett és megadott időtartam alatt mennyi töltés mennyiséget képes szolgáltatni Ah (amperórában) kifejezve. Ma általában a húszórás kisütési időre vonatkoztatott névleges kapacitást (C20) adják meg Ah-ban. A traktorokban, mezőgazdasági gépekben 85-300 Ah kapacitású indító akkumulátorokat használnak.
Hidegindítási áram CCA (Cold Cranking Amperes) alatt (SAE J537 szabvány szerint) azt az áramerősséget értjük, amelyet teljesen feltöltött akkumulátor lehűtve, -18 oC hőmérsékleten 30 s ideig képes úgy szolgáltatni, hogy cellánkénti feszültség nem esik 1,2 V alá.
Tartalékkapacitás RC érték alatt az a percben mért idő értendő, ameddig egy új és teljesen feltöltött akkumulátor 26,7 °C-os hőmérsékleten 25 A áramerőséget szolgáltat, miközben a cellánkénti feszültség 1,75 V alá nem esik.
ÓLOMSAVAS NEDVES AKKUMULÁTOR MEZŐGAZDASÁGI ERŐGÉPEKHEZ
A leggyakrabban alkalmazott akkumulátor a nedves (folyadékos) ólomsavas típus. Az akkumulátorsavat (H2SO4 vizes oldatát) tartalmazó edényben ez a folyékony elektrolit fedi a belső ólom elektróda lemezkötegeket. A gyártók több típust állítanak elő, például a Bosch mezőgazdasági erőgépekhez és teherautókhoz öt különböző nedves ólomsavas akkumulátort kínál. A Bosch T3 jelű akkumulátor gondozásszegény, vízzel utánatölthető, nagy indítási teljesítményű. A Bosch Heavy Duty akkumulátor teljesen karbantartásmentes és előnye 20%-kal hosszabb élettartama (az ezüst technológiának köszönhetően), a gyors töltés lehetősége, 20%-kal nagyobb indítási teljesítmény és 10-szer nagyobb rezgésellenállás a hagyományos akkumulátorokhoz képest. A Bosch T5 Heavy Duty Extra akkumulátorokat a gyakori töltést igénylő alkalmazásokhoz fejlesztették ki és 30%-kal hosszabb élettartammal, 30%-kal nagyobb indítási teljesítménnyel, kivételesen gyors töltés és kisütés lehetőséggel, 4-szeres ciklusellenállással, 10-szer nagyobb rezgésellenállással rendelkezik, a hagyományos akkumulátorokhoz képest.
Az EFB (Enhanced Flooded Battery) kivitelű akkumulátor az ólomsavas nedves akkumulátor továbbfejlesztett változata. A Bosch S4 termékjelöléssel forgalmazza ezeket az akkumulátorokat, amelyek szén-adalék hozzáadásával készült elektródalemezekkel rendelkeznek.
Az EFB technológiával készült akkumulátor igényes körülményekhez alkalmazhatók, töltéselfogadó képessége nagyon jó, teljesen karbantartásmentes, magas hőmérsékleten is jól használható, hosszú élettartalmú, nagy vibráció esetén is működőképes.
ÓLOMSAVAS SZÁRAZ AKKUMULÁTOR
A nedves (folyadékos) ólomsavas akkumulátor legnagyobb hátránya a folyékony kénsav-víz elektrolit alkalmazása. Az ólom-savas akkumulátor alapműködését megtartva kétféle száraz elektrolitos akkumulátor típus alakult ki, az AGM és GEL. Az AGM (Absorbent Glass Mat) ólom-savas akkumulátorban a folyékony elektrolitot egy speciális abszorbeáló üvegszövetbe itatják fel. Az AGM technológiával készült akkumulátor Bosch jelölése S5.
Ennek a száraz akkumulátornak az előnye a nedves (folyadékos) ólom-savas típushoz képest az, hogy gondozásmentes, különböző pozíciókba telepíthető, elviseli a gyakori nagy áramú töltést-kisütést, vibrációálló, élettartama többszörös. Előnyős tulajdonságai miatt mezőgazdasági erőgépekhez is terjedőben van az alkalmazása. Az AGM akkumulátorok fő hátránya a magasabb beszerzési költség, amely a hosszabb élettartammal megtérül.
A GEL (géles) ólom-savas akkumulátor az AGM rendszer egyik változata, amelynél a savat szilícium-dioxiddal keverik, és az így keletkezett gélt viszik fel az elektródok közötti üvegszövetre. Az egyik ismert alaki változatát OPTIMA® márkajelzéssel „spirál cell” technológiával készítik.
Ennek az akkumulátornak előnye a hagyományos laposhoz képest háromszor hosszabb élettartama, 15-ször rezgésállóbb és természetesen karbantartásmentes, nagy töltési, indítási teljesítménnyel rendelkezik, munkaakkumulátorként is jól használható.
Az ólomsavas akkumulátorokat munkaakkumulátorként is alkalmazzák a mezőgazdaságban fűnyírókban, traktorokban, rakodógépekben, önjáró munkagépekben stb.
Az ólomsavas 12 V-os akkumulátorokból négyet sorba kapcsolnak, igy 48 V-os feszültséggel működtetik a gép villanymotorjait, vagy 80 V-os akkumulátor egységet használnak negyven cella sorba kapcsolásával.
LI-ION AKKUMULÁTOROK
A sok különböző felépítésű lítiumos akkumulátorokat gyűjtőnevén lítium-ion névvel illetik. A Li-ion akkumulátorok előnyei: nagy energiasűrűség és teljesítmény, magas cella feszültség (2,4-től 3,7 V-ig típustól függően), jó hatásfok, alacsony önkisülés, üzemeltetési hőmérséklet tartománya széles, nagyon hosszú élettartam. A Li-ion akkumulátorok hátrányai: működtetése bonyolult felügyeleti (BMS) elektronikát igényel, magas ár, nem megfelelő használat vagy sérülés esetén tűz- és robbanás veszélyes.
A Li-ion akkumulátorokat számtalan méretben, formában gyártják, az alapcellák rendszerint köralapú, hengeres hasáb formában készülnek, leggyakoribb mérete 21 mm átmérő, 70 mm hossz. A Tesla kezdeményezésére jövőre áttérnek a nagyobb, 46 mm átmérő, 80 mm hosszúságú alapcella alkalmazására, amely olcsóbb, gyorsabban tölthető és nagyobb kapacitású. Az alapcellákat (700÷1000 db-ot) sorba és párhuzamosan vegyesen összekötve csoportba kötegelve helyezik el a páncélozott házban, amelyet BMS rendszerrel látnak el. A Li-ion akkumulátor BMS (Battery Management System) elektronikus számítógépes rendszer nélkül nem üzemeltethető. A BMS fő feladata, hogy bármilyen hiba esetén képes legyen megakadályozni a veszélyes helyzet (pl. áramütés vagy tűz) kialakulását. A BMS méri a Li-ion akkumulátoregységek feszültségét, a töltöttség mértékét (különbség esetén párhuzamos kapcsolás esetén korrigálja azt), a hőmérsékletet (ha van hűtőkör, akkor szabályozza működését) stb. A mezőgazdasági önjáró gépekhez több gyártó készít Li-ion akkumulátort. A Cummins több akkumulátor terméket kínál értékesítésre, a legnagyobb teljesítményű BP 74 E típus jelzést viseli.
Ennek az akkumulátoregységnek a műszaki adatai: névleges teljesítmény 74 kWh, működési feszültség 520÷747 V, töltési idő 70 min, mérete 1880 x 850 x 255 mm, tömege 548 kg, hűtő folyadék 50-50% víz és etilénglikol, működési hőmérséklet -25 ÷ 57 oC, akár 12 db kapcsolható párhuzamosan.
A John Deere 2022-ben megszerezte az osztrák Kreisel Electric Inc. (Kreisel) többségi tulajdonát, amely úttörő szerepet tölt be az akkumulátormodulok tervezésében, gyártásában. A Kreisel az igényes munkaciklusokkal és magas üzemórákkal rendelkező alkalmazásokat célozza meg, így termékei jól illeszkednek a John Deere gyártási szegmenseihez: mezőgazdaság, építőipar, útépítés, fűnyíró és golf alkalmazásokhoz.
A KBP63 típus jelzésű Li-ion akkumulátor energiatakarékos, merülő hűtéssel rendelkezik, és ez 1 oC-nál kisebb belső hőmérséklet-elosztást biztosít, ami megakadályozza az akkumulátortűz keletkezését. A mechanikailag stabil, robusztus, robbanásbiztos kivitelű akkumulátor bármilyen helyzetben elhelyezhető. A KBP63 akkumulátor műszaki adatai: névleges teljesítmény 63 kWh, feszültség 409 V, mérete 1111x795x351, tömege 400 kg, 16 db egység kapcsolható párhuzamosan és sorosan 800 V-os alkalmazásig.
Dr. Varga Vilmos, okl. gépész- és villamosmérnök
