Einführung in die Batterien elektrischer Geräte, Teil 1: Traditionelle Technologien

Anmerkung des Herausgebers: Der folgende Beitrag wurde vom Batteriehersteller EnerSys aus Reading, Pennsylvania, exklusiv für Power Progress verfasst und hinsichtlich Länge und Stil redigiert. Er ist Teil einer dreiteiligen Serie von EnerSys zum Verständnis der Batterietechnologie für elektrische Geräte und Fahrzeuge.

Der Verbrennungsmotor (ICE) ist seit seiner Patentierung vor über 200 Jahren ein zuverlässiges Arbeitstier. Allerdings gerät der Verbrennungsmotor aufgrund gesetzlicher Emissionsvorschriften, schwankender Kraftstoffpreise, kostspieliger Motorwartungsanforderungen und sogar gesundheitlicher Bedenken hinsichtlich der Emissionen zunehmend unter die Lupe. Aus diesem Grund setzen viele OEMs bei Geräten wie Gabelstaplern und Bodenpflegegeräten zunehmend auf batterieelektrische Antriebe (BE).

Im letzten Jahrzehnt hat sich das Angebot an Batterieoptionen auf dem Markt erweitert, um einer Vielzahl von Anwendungen für Industrieanlagen gerecht zu werden, von herkömmlichen Blei-Säure-Batterien bis hin zu fortschrittlicheren Optionen wie Lithium-Ionen- und Dünnplatten-Blei-Säure-Batterien.

Um die Leistung einer Flotte zu optimieren, müssen OEMs und Gerätemanager alle Aspekte der Anwendung berücksichtigen, bevor sie die richtige Batterie auswählen. Zu diesen Überlegungen gehören der Strombedarf, die Lebensdauer der Ausrüstung, etwaige Leasingvertragslaufzeiten für die Ausrüstung und Platzbeschränkungen für Wartung und Lagerung von Ersatzbatterien.

In diesem ersten Teil einer dreiteiligen Artikelserie über die verschiedenen Batterietechnologien und ihre Anwendungen geht es um die traditionelle Bleibatterie mit flüssigem Elektrolyt. Dieser Batterietyp ist noch immer eine solide, bewährte und zuverlässige Technologie, die heute in vielen verschiedenen Anwendungen für Industriefahrzeuge und -geräte eingesetzt wird. Sie haben zwar einige Leistungsgrenzen, gelten aber dennoch für viele Flotten als hervorragende Option.

Blei-Säure-Einführung

Die herkömmliche Bleibatterie besteht aus Bleiplatten, die in eine flüssige Elektrolytlösung eingetaucht sind. Sie wurden erstmals im späten 19. Jahrhundert verwendet, um die Beleuchtung in Eisenbahnwaggons mit Strom zu versorgen. Heute sind sie die Standardoption zum Starten von Motoren in Straßenfahrzeugen wie Autos, Lastwagen und Motorrädern.

Die gefluteten Blei-Säure-Batterien Ironclad von EnerSys sind für eine Vielzahl von Anwendungen im Materialtransport konzipiert. (Foto: Enersys)

Es dauerte nicht lange, bis Unternehmen begannen, Batterien als primäre Energiequelle in Industriefahrzeugen zu testen, und im Jahr 1906 führte die Pennsylvania Railroad die ersten batteriebetriebenen Plattformwagen zum Transport von Gepäck an einem Bahnhof ein.

Als Bleibatterien in den 1990er Jahren billiger und leichter verfügbar wurden, führten viele große Gabelstaplerhersteller neue batteriebetriebene Maschinen für den Materialtransport in Innenräumen ein. Die Batterien werden auch häufig zum Antrieb von Bodenpflegegeräten und Nutzfahrzeugen wie Elektrokarren, Schleppern und Lastenträgern verwendet.

Bewährte Technologie

Herkömmliche Bleibatterien mit flüssigem Elektrolyt sind eine beliebte Wahl für Industrieanlagen, da sie die bewährteste Batterietechnologie darstellen. Sie sind zudem kostengünstiger als andere Batterieoptionen und bei vielen Batterieherstellern leicht erhältlich.

Es stehen viele verschiedene Bleibatterien mit flüssigem Elektrolyt zur Verfügung. Jede bietet unterschiedliche Spannungen, Leistungsabgaben und Kapazitäten, um den spezifischen Anwendungsanforderungen gerecht zu werden.

Obwohl diese Batterien sehr zuverlässig sind, weisen sie einige Nachteile auf, beispielsweise eine begrenzte Energiespeicherdichte, weshalb sie eher für Anwendungen mit leichterer Beanspruchung geeignet sind.

Leistungsdichte

Nasse Bleibatterien laden langsamer als andere Technologien. Für Industrieanlagen und Gabelstapler sind sie so konzipiert, dass sie auf einen Ladestand von etwa 20 Prozent entladen werden, bevor sie 10 bis 16 Stunden benötigen, um vollständig wieder aufgeladen und abgekühlt zu werden.

Bei anspruchsvolleren Anwendungen, bei denen solche Ladeunterbrechungszeiten nicht möglich sind, können die Batterien zwischen den Schichten ausgetauscht werden. Dies ist jedoch ein zeitaufwändiger Prozess, der den Kauf und die Lagerung zusätzlicher Batterien erfordert.

Mehr Wartung

Nasse Bleibatterien erfordern in der Regel einen höheren Wartungsaufwand als Batterien mit modernerer Technologie. So muss beispielsweise wöchentlich ausreichend Wasser nachgefüllt werden. Übermäßiges oder zu geringes Gießen führt zu Schäden und verkürzt die Lebensdauer der Batterie.

Darüber hinaus müssen sie regelmäßig ausgeglichen werden, indem sie mit einer höheren als der empfohlenen Spannung aufgeladen werden. Dadurch werden Sulfatkristalle entfernt, die sich im Laufe der Zeit bilden können. Ein unzureichender Ausgleich kann zu Kristallbildung führen, die die Batteriekapazität verringert.

Da diese Wartung zu längeren Ausfallzeiten führen kann, entscheiden sich viele Benutzer für die Aufbewahrung und Wartung von Ersatzbatterien.

Schnellladeoptionen

Schnellladefähige Bleibatterien mit flüssigem Elektrolyt wurden in den 1970er Jahren als Lösung für stark beanspruchte Geräte eingeführt. Sie basieren auf derselben Technologie wie herkömmliche Bleibatterien, verwenden jedoch verbesserte Zellverbinder und andere Komponenten, um ein schnelleres und intensiveres Laden zu ermöglichen.

Die geflutete Bleibatterie EnerSys Express ist für schnelles Laden ausgelegt. (Foto: EnerSys)

Die Anschaffungskosten von Schnellladebatterien sind in der Regel etwas höher als die ihrer herkömmlichen Gegenstücke. Am effektivsten sind sie in Kombination mit Express-Ladegeräten, die ebenfalls etwas teurer sind als Standard-Ladegeräte.

Mit Schnellladebatterien können Benutzer jedoch Gelegenheitsladungen während Arbeitspausen und anderen Unterbrechungen nutzen, wodurch die längeren Ladezeiten, die bei herkömmlichen Bleibatterien erforderlich sind, minimiert werden.

Da Schnellladebatterien einer intensiveren Nutzung ausgesetzt sind, ist eine ordnungsgemäße Wartung noch wichtiger. Sie müssen beispielsweise immer noch ausgeglichen und mit Wasser befüllt werden. Sie bieten außerdem eine geringere Energiedichte und sind daher am besten für Anwendungen mit mittlerer Belastung geeignet.

Schnellladebatterien haben je nach Nutzungsgrad und Wartungsplan eine durchschnittliche Lebensdauer von 2 bis 4 Jahren. Im Vergleich dazu hat eine herkömmliche Bleibatterie mit Nassbatterie eine typische Nutzungsdauer von 3 bis 6 Jahren – auch hier abhängig von Nutzung und Wartung.

In Teil 2 dieser Artikelserie geht es um fortschrittlichere Batterietechnologien.