industrie automation Energiesysteme AG - Der Energiewirkungsgrad elektrischer Flurförderzeuge kann allein durch Einsatz eines klugen Ladeverfahrens mit einer überwachenden Intelligenz an Bord der Batterie bedeutend gesteigert werden, unabhängig von der Topologie der Energiewandlung (z.B. 50 Hz, Ferroresonator oder HF -Technik).
Als Gratisbeigabe erhält man noch eine verlängerte Lebensdauer, niedrigere Temperatur, weniger Wasserverbrauch und damit weniger Wartungsaufwand der Batterie.

Batterieelektrische Antriebe sind beliebt wegen ihrer Sauberkeit, Geräuscharmut und einfachen Bedienbarkeit. Allerdings sind Batterielebensdauer, Serviceaufwand und nach heutigen Maßstäben auch der Gesamtwirkungsgrad der Batterie verbesserungsbedürftig. Der Gesamtwirkungsgrad umfasst die Einzelpositionen Ladevorgang und Entladevorgang. Der Entladevorgang einer Batterie ist seit langer Zeit voll verstanden und die typischen Charakteristiken, z.B. entnehmbare Ladung und Energie in Abhängigkeit vom Belastungszyklus, sind in die Fahrzeugentwicklung und in die Betriebsführung eingeflossen.

Dagegen ist der Ladevorgang unter dem Aspekt der Effizienz ein Thema der jüngeren Zeit, nachdem stärker in den Focus geraten ist, dass Energie beinahe täglich teurer wird. Die industrie automation Energiesysteme AG als Spezialist für Ladetechnik hat besondere Anstrengungen unternommen, um neue Wege der Ladeoptimierung zu finden.

Beim Laden einer Batterie muss grundsätzlich mehr Energie aufgewendet werden, als danach in der Entladephase zurück gewonnen werden kann. Dies ist mit den chemischen und physikalischen Eigenschaften des Blei-Säure-Systems eng verknüpft. Um einen Ladestrom in die Batterie zu treiben, muss abhängig von der Ladezeit eine Überspannung gegenüber der Entladespannung aufgebracht werden. Ein Teil des Ladestromes verschwindet in der Nebenreaktion der Wasserelektrolyse.

Komplexe Zusammenhänge

Da das Produkt von Spannung und Strom über die Ladezeit integriert eine Energie ergibt, ist der Verlustmechanismus offensichtlich: beide elektrischen Größen sind bei der Entladung kleiner als bei der Ladung. Die verlorene Energie tritt als Wärme zutage, dies läuft der Batterielebensdauer entgegen. Die elektrolysierte Wassermenge muss immer wieder ersetzt werden, dies bedeutet Wartungsaufwand. Durch eine Verringerung des Ladefaktors, also des Verhältnisses Lademenge (Ah) zu Entnahmemenge (Ah) lässt sich der Energiewirkungsgrad verbessern. Dies muss allerdings auf intelligente Weise und kontrolliert durchgeführt werden. Auf keinen Fall darf die Batterie für längere Zeit in einen Mangelzustand geraten.

Ladeablauf in drei Kategorien

Die neuen Geräte der Serie autronic concept energy arbeiten mit einer Prozessoreinheit, die den Ladeablauf in drei Kategorien einteilt:

• Die Kategorie Energy ist eine Basisladung, bei der nur die entnommene Menge nachgeliefert und eine darüber hinausgehende Überladung vermieden wird, bis eines der Kriterien für den Start einer Kategorie Service erreicht ist.

• Diese Kategorie Service bringt die Batterie in einen entsulfatierten, ausgeglichenen Zustand zurück - ohne Stratifikation der Säure. Dies geschieht in der Regel alle fünf Tage oder nach jeweils fünf Vollzyklen.

• Eine dritte Kategorie (Korrektur) wird aktiv, falls der Betreiber unsachgemäß eingreift und Ladeunterbrechungen provoziert oder Service-Ladungen unterbindet. Diese Kategorie erzwingt in jedem Fall einen leistungsfähigen und sicheren Zustand der Batterie.

Batterie-ID mit Daten und Ladeanweisung

Alle Ladungen werden mit Batterie-Identifikation und Zeitstempel in einem Memory der Prozessoreinheit abgelegt, so dass man jederzeit die Kontrolle über die Batterien behält. Jede Batterie führt ihre Identität und eine Protokollierung ihrer Vergangenheit mit sich in Form eines RFID im Batteriestecker. In dieser e-guide genannten Einheit können auch weitere Daten der Batterie, die zur Adaptierung der Ladung wichtig sein können, eingeschrieben werden (z.B. die Nennkapazität, die Technologie der Batterie, besondere Grenz- oder Zielwerte etc.) Vor der Ladung werden diese Daten vom Ladegerät übernommen und ausgewertet. Deshalb ist es gleichgültig, an welchem autronic concept energy die „zugeordnete“ Batterie zur Ladung erscheint. In jedem Fall erhält das Ladegerät eine Anweisung, wie diese Batterie zu laden ist oder kann diese aus den vorhandenen Daten ableiten. Dadurch gelingt es, den mittleren Ladefaktor zu verringern und dennoch die Leistungsfähigkeit der Batterie zu erhalten und sogar zu verbessern. Im Ladefaktor verbirgt sich ein Teil der verlorenen Energie, der Wärmeproduktion und des Wasserverlustes.

Energieeinsparung finanziert das Ladesystem

Für eine Überschlagsrechnung seien

• eine Batterie von 48V/660Ah und
• ein Ladegerät von 48V/100A

zugrunde gelegt.

Annahme:

• Mittlere Entnahme von 70% der Nennkapazität
• Lebensdauer einer Batterie: 6 Jahre
• Energiepreis z.Zt. 0,15€/kWh


Energiebedarf für eine Volladung

- im Standard-Ladeverfahren 31 kWh
- im Ladeverfahren mit autronic concept 25,7 kWh

Energiebedarf für 6 Jahre

- im Standard-Ladeverfahren 40.900 kWh
- im Ladeverfahren mit autronic concept 33.900 kWh

Gesamt-Energiekosten nach 6 Jahren

- im Standard-Ladeverfahren 6.135,00 Euro
- im Ladeverfahren mit autronic concept 5.085,00 Euro

Fazit: Die reine Ersparnis aufgrund des Ladeverfahrens entspricht stolzen 1.050,00 Euro.

Weitere Vorteile:

• Verlängerung der Batterielebensdauer
• Wassereinsparung
• Beitrag zur Reduzierung der Umweltbelastung (z.B. CO2-Ausstoß)