Elektrifizierung in Nordamerika auf dem Vormarsch

Die EU hat bei der weltweiten Einführung der Elektrifizierung eine beeindruckende Führungsrolle übernommen. Strenge CO2-Emissionsprotokolle spielen dabei eine große Rolle, doch einige glauben, dass dies vielleicht noch mehr auf die Unterstützung von Regierungen zurückzuführen ist, die entschlossen sind, die Nutzung dieser Technologie voranzutreiben.

Bernhard Zabel, Vertriebsleiter, Xerotech

„Die EU hat es wirklich gut geschafft, staatliche Unterstützung für die Elektrifizierungsprogramme zu gewinnen“, sagt Bernhard Zabel, Vertriebsleiter bei Xerotech, einem irischen Anbieter von Batteriesystemen. Er verweist auf großzügige Anreizprogramme und Zuschüsse, die in Teilen Europas, insbesondere in Skandinavien, zur Verfügung gestellt wurden. „Die skandinavischen Länder haben die Elektrifizierung wirklich angenommen, indem sie Anreize und große Programmzuschüsse für diejenigen bereitgestellt haben, die elektrifizieren wollen. [Sie] haben die Notwendigkeit beschleunigt, über die bloße Einhaltung der CO2-Emissionsnormen hinauszugehen.“

Dies hat zur Umsetzung in mehreren Schlüsselmärkten geführt. „Sie haben es geschafft, Geräte in allen Bereichen vom Bergbau über das Baugewerbe bis hin zur Landwirtschaft erfolgreich zu elektrifizieren“, sagte Zabel. „Die Schifffahrtsindustrie wird in den skandinavischen Ländern eine große Erfolgsgeschichte werden. Sie elektrifizieren Fähren, Vergnügungskreuzer und Yachten.“

Solche Ergebnisse sind in Skandinavien und ganz Europa nicht unbemerkt geblieben. „Nordamerika hat wirklich aufgepasst. In gewisser Weise haben sie diesen Markt als Versuchskaninchen benutzt, um sicherzustellen, dass die Technologie funktioniert“, sagte Zabel. „Wir sehen immer mehr Anwendungsfälle aus der Praxis, die zeigen, dass der nordamerikanische Markt sie angenommen hat.“ Der Untertagebergbau, wo die Elektrifizierung von Baggern, Planierraupen und Ladern weit verbreitet ist, ist ein Paradebeispiel.

Attraktive Anreiz- und Förderprogramme auf Bundes- und Landesebene – Zabel bezeichnet Kalifornien als „Epizentrum der Elektrifizierung“ – kurbeln die Akzeptanz auch in anderen Marktsegmenten an.

„Obwohl Nordamerika ein wenig hinterherhinkt – tatsächlich hinkt es dem, was in der EU passiert, vielleicht vier oder fünf Jahre hinterher –, ist die Chance aus Bevölkerungssicht ziemlich groß“, sagte Zabel. „Wenn man sich die Anzahl der Flotten und die Serienvolumina ansieht, die Unternehmen wie Xerotech zur Elektrifizierung zur Verfügung stehen könnten, sind sie von gewaltigem Ausmaß.“

Je nach benötigter Energiemenge können verschiedene Größen und elektrische Konfigurationen verpackt werden. (Foto: Xerotech)

"Riesige Chance"

Xerotech verkauft in Nordamerika Akkupacks, die zur Stromversorgung von Baumaschinen, Bergbaumaschinen, Landwirtschaftsmaschinen und Militärmaschinen verwendet werden. Das Land macht bereits rund 50 Prozent des nordamerikanischen Marktes aus, und Zabel glaubt, dass es „riesige Chancen“ für weiteres Wachstum gibt.

„Wir verzeichnen derzeit eine große Anzahl von Anfragen aus diesem Markt zur Elektrifizierung. Dies betrifft vor allem die Bau- und Bergbauindustrie“, sagte Zabel. „Es gibt auch eine Reihe anderer Anwendungen, die allmählich in den Vordergrund rücken, es ist also eine ziemlich spannende Zeit.“

Die Akkupacks des Unternehmens wurden für den Einsatz in rauen Betriebsumgebungen entwickelt, die starken Stößen, Vibrationen und Erschütterungen sowie extrem hohen und niedrigen Temperaturen ausgesetzt sind. Dazu zählen Anwendungen im Baugewerbe, im Bergbau und in der Landwirtschaft, wobei der Schiffsbau ein Ziel für Anwendungen mit größerer Reichweite ist.

Abgesehen von den Batteriezellen werden alle Elemente der Batteriepacks unter Dach im Werk von Xerotech in Irland hergestellt. (Foto: Xerotech)

„Die Schifffahrtsindustrie wird wahrscheinlich ein wenig hinterherhinken“, sagte Zabel. „In den USA ist sie meiner Meinung nach noch nicht so weit verbreitet wie beispielsweise in den skandinavischen Ländern oder in Spanien und Italien … Aber ich denke, das ist nur eine Frage der Zeit.“

Xerotech bietet außerdem tragbare Energiespeicherlösungen im Megawattstundenbereich für Kunden an, die Solar- oder Windenergie nutzen oder Lösungen für das Baugewerbe und andere Arbeitsstätten benötigen.

Standardmäßige Anpassung

Zabel beschreibt die Akkupack-Lösungen von Xerotech als marken- und branchenunabhängig. „Das Einzigartige an Xerotech ist, dass uns die Anwendung eigentlich egal ist. Wenn Sie Akkuleistung brauchen und diese passt, haben wir grundsätzlich eine Lösung für Sie.“

„Wenn Sie einen Bagger von zwei verschiedenen Herstellern haben, benötigen Sie wahrscheinlich zwei verschiedene Batterietypen. Wir können problemlos eine Batterie liefern, die für beide Anwendungen geeignet ist“, fuhr er fort. „Aus Kundensicht sieht es so aus, als würden Sie eine maßgeschneiderte oder kundenspezifische Batterie erhalten, aber in Wirklichkeit ist alles ‚von der Stange‘ für uns. Dadurch können wir als Alleinlieferant für eine Reihe von Flotten in verschiedenen Märkten angesehen werden.“

Je nach benötigter Energiemenge werden verschiedene Größen und elektrische Konfigurationen verpackt. „Wir skalieren die elektrische Spezifikation in der Menge an Energie und Spannung, die wir bereitstellen können“, sagte Zabel. Diese Skalierbarkeit gilt auch für Lade-/Entlade-C-Raten. „Wir können dort einige einzigartige Konfigurationen bereitstellen, nicht nur in einem einzigen Paket, sondern wir können auch bis zu 20 verschiedene Pakete parallel stapeln, um Ihnen Energiespeicheranwendungen bis in den Megawattstundenbereich zu bieten.“

Mithilfe eines Online-Konfigurators können Kunden ihre spezifischen Anforderungen ermitteln und die für sie geeigneten Batterielösungen finden. „Außerdem erhalten sie alle 3D-CAD-Zeichnungen, DBC-Dateien und das vollständige Datenblatt mit den Spezifikationen“, bemerkte Zabel. „Viele Hersteller von Batteriepacks halten diese streng geheim, und das kann ich auch verstehen. Aber wir versuchen, ein einfaches Verständnis dafür zu ermöglichen, wie genau unsere Lösungen in eine Anwendung passen.“

Ein Team von Ingenieuren unterstützt die Kunden zusätzlich und kann sie durch alle Aspekte der Anwendung führen.

Vertikale Integration

Bevor Xerotech 2015 als neues Unternehmen an den Start ging, setzten sich die Gründer intensiv mit der Herstellung von Batterien auseinander.

Xerotech entschied sich aufgrund der hohen Verfügbarkeit und Skalierbarkeit für die Standardisierung einer zylindrischen Batteriezelle vom Typ 21700. (Foto: Xerotech)

„Wir haben entschieden, dass es besser ist, je stärker wir als Hersteller vertikal integriert sind“, sagte Zabel. „Wir eliminieren alle Risiken in der Lieferkette. Wir liefern lediglich Rohmaterialien und liefern am anderen Ende vollständig integrierbare Batteriepacks.“

Batteriezellen werden von bekannten und sorgfältig geprüften Lieferanten bezogen. Das Unternehmen entschied sich für eine Standardisierung auf eine zylindrische Batteriezelle 21700 (21 mm x 700 mm). „Wir haben uns dafür entschieden, weil diese in der Branche am leichtesten verfügbar war und uns die Möglichkeit bietet, in verschiedenen Größen zu skalieren und verschiedene Chemikalien in demselben Zellformat zu verwenden“, erklärte Zabel. „Also besteht auch hier kein Lieferkettenrisiko beim Kauf dieses bestimmten Zellformats.“

Alle anderen Elemente der Batteriepacks werden im Werk des Unternehmens in Irland unter Dach hergestellt. „Wir verwenden dieselben Materialien, dieselben Herstellungsverfahren und dieselben Qualitätsprozesse, sodass wir die Herstellung beschleunigen können. Tatsächlich können die meisten Bestellungen für Batteriepack-Prototypen innerhalb von etwa vier bis fünf Wochen abgeschlossen werden“, sagte Zabel. „Wir können sehr schnell auf die Anforderungen unserer Kunden reagieren.“

Auf Langlebigkeit und Sicherheit ausgelegt

Um die Lebensdauer und Sicherheit der Akkupacks zu verlängern, integriert Xerotech ein kombiniertes Wärmemanagementsystem, das die Akkus je nach Umgebung entweder kühlen oder heizen kann.

„Mit unserem Batteriemanagementsystem sorgen wir dafür, dass unsere Batteriepacks auf Modulebene bei etwa 25 Grad Celsius bleiben. Das ist die optimale Temperatur auf Zellebene“, sagte Zabel. „Wir verlängern im Grunde die Lebensdauer der Batteriezelle, indem wir diese optimale Temperatur aufrechterhalten, können aber auch schneller laden und entladen. Das Ende der Lebensdauer unserer Batteriepacks liegt also aufgrund der Art und Weise, wie wir unsere Packs thermisch verwalten, viel weiter hinten.“

Das Wärmemanagementsystem verwendet ein aktives Flüssigkeitskühl- und -heizsystem, das im Falle eines thermischen Durchgehens betroffene Module überfluten kann. (Foto: KHL-Mitarbeiter)

Das Wärmemanagement wird durch ein aktives Flüssigkeitskühl- und -heizsystem erreicht, das auch als aktives Feuerlöschsystem fungiert. Sollte es zu einem thermischen Durchgehen kommen, würden die betroffenen Module mit demselben 50/50-Glykol geflutet, das auch zur Kühlung der Batterien verwendet wird. „Es ist in einer offenen Hülle eingeschlossen, die zwischen jeder einzelnen Batteriezelle verläuft. Im Falle eines thermischen Durchgehens würde dieser Batteriesatz durch dieses Feuerlöschsystem effektiv gelöscht“, sagte Zabel.

Er fügte hinzu, dass auftretende thermische Ausreißer typischerweise das Ergebnis einer unzureichenden Kontrolle der Sicherheit und Leistung des Akkupacks sind. „Die Sicherheit und Leistung unseres Akkupacks wird vollständig durch unsere (von uns selbst entwickelte) Software über unser Akkumanagementsystem gesteuert. Daher sind wir ziemlich zuversichtlich, dass wir ein Paket haben, das ein hohes Maß an Sicherheit und Leistungsvorteilen bietet“, sagte Zabel.

Über Batterie-Nachrüstungen hinaus

Derzeit konzentriert sich Xerotech auf die Nachrüstung von Batteriepacks in bestehende Geräte. „Wir bauen im Grunde einen Dieselmotor aus und ersetzen ihn durch eine Batterie. Außerdem gibt es Wechselrichter, Aktuatoren, Brennstoffzellen, Stromverteilungseinheiten und viele andere Komponenten“, sagte Zabel. „Ich denke, in vielleicht fünf bis acht Jahren werden die OEMs damit beginnen, ihre Basisgeräte so herzustellen, dass sie mit Batteriesystemen kompatibel sind.“

„Wir machen es so einfach, eine Batterie zu kaufen wie einen Dieselmotor, und ich glaube, das haben wir erreicht. Aber es wäre noch viel einfacher, wenn die OEMs ihre Geräte tatsächlich speziell für die Batterieanwendung bauen würden.“

Da jeder Akkupack individuell für den Einsatzzweck entwickelt wird, hat das Unternehmen laut Zabel bereits Tausende verschiedener Konfigurationen entwickelt und könnte bis 2025 über Zehntausende verfügen. Dann will das Unternehmen eine noch leistungsstärkere und besser konfigurierbarere Version der nächsten Generation vorstellen.

„Es wird uns sehr helfen, wenn die OEMs schon in der Anfangsphase ein Design entwickeln, das Platz für die Batterie und die gesamte Ausrüstung bietet, die als komplette Einheit eingebaut werden muss. Aber wenn wir dann in der Lage sind, ein noch besser konfigurierbares Batteriepaket zu haben und diesen Platz auf dem effizientesten Niveau zu nutzen – das wird uns ein ganz neues Leistungsniveau auf der Ausrüstungs- und Leistungsebene bringen“, sagte Zabel. „Wir sind also ziemlich gespannt, was in Zukunft passieren wird.“

Podcast: Xerotech nimmt den nordamerikanischen Elektrifizierungsmarkt ins Visier Bernhard Zabel diskutiert die zunehmende Verbreitung der Elektrifizierung und künftige Chancen für Batteriepack-Lösungen