Die Lebensdauer entscheidet über die Wirtschaftlichkeit der Investition

BELATRON Li<sup>+</sup> Ladegerät mit liflex NG Batterie, geeignet für AGVs, Landmaschinen, Hubwagen, Baumaschinen, Stapler, Rasentraktoren, Arbeitsbühnen und Kehrmaschinen.

Ein klares Anforderungsprofil, verbunden mit dem Wissen um die aktuell verfügbaren technischen Möglichkeiten, hilft dem Fahrzeugbetreiber, die großen Unterschiede zwischen den heute verfügbaren Lithium-Ionen-Energiesystemen einzuordnen.

Lithium-Ionen-Batterien werden bereits seit vielen Jahren erfolgreich in vielen Bereichen eingesetzt. So auch in der Traktion sowie bei der Zwischenspeicherung von regenerativ erzeugtem Strom aus Solarzellen. Die Erfahrungen der vergangenen Jahre haben gezeigt, dass neben der Systemverfügbarkeit vor allem die Lebensdauer und die bei einem Lade-/Entladezyklus entnehmbare Energiemenge für den wirtschaftlichen Erfolg der Investition entscheidend ist.

Daher werden, wann immer über die Anschaffung von Lithium-Energiesystemen in der Intralogistik diskutiert wird, vor allem Wirtschaftlichkeit und Lebensdauer der verschiedenen Systeme thematisiert und kritisch hinterfragt. Doch um welche konkreten Anforderungen und Unterschiede geht es hier genau? Und welche Auswirkungen haben diese im Detail?

Diesen Themen gehen wir im vorliegenden Artikel nach und informierten uns zu Unterschieden und Details bei einem Spezialisten in diesem Bereich, Herrn Peter Höptner, Vertriebsleiter Traktion bei BENNING.

liflex ng Frontansicht
liflex NG
innovativ, zukunftssicher, modular, schnellladefähig, erfüllt DIN EN 1175, 24 V bis 120 V, 140 Ah bis 700 Ah.
longevity ensured by Q-Leveling

Wünsche und Ziele

Gehen wir zunächst von der aktuellen Marktsituation aus und schauen wir dazu einmal auf die Wünsche und Ziele der Kunden, also der Energiesystembetreiber. Diese sind: ROI, Anpassungsfähigkeit, Einsatzinformationen. Letztlich ergeben sich für den Hersteller daraus die zu erfüllenden Anforderungen, anhand derer Käufer die Systeme vergleichen und eine gesicherte Investitionsentscheidung treffen können.

Wirtschaftlichkeit, Flexibilität, Konnektivität

Wie bei einer unternehmerischen Investition nicht anders zu erwarten, stellt der schnelle Return on Investment (ROI) eine der höchsten Prioritäten dar. Damit einhergehend werden niedrige Betriebskosten, geringe Wartungs- und Serviceintervalle und ein unterbrechungs- und störungsfreier Betrieb genannt. Flexibilität hinsichtlich der Konnektivität der Systeme, z. B. zur Integration in hauseigene Energiemanagementsysteme, gewinnen ebenso an Bedeutung, wie auch ein möglichst einfacher und übersichtlicher Zugriff auf die wichtigsten Batterie- und Ladesystemparameter.

Second-Life, CO2-Footprint, Recycling

Last but not least zählen inzwischen auch ökologische Gesichtspunkte, wie der CO2-Footprint, ein nachhaltiges Recycling oder die Möglichkeit eines Second-Life-Einsatzes zu den Entscheidungskriterien. Selbstverständlich führen Einsatzart und auch die damit verbundenen unterschiedlichen Investitionszyklen zu einer individuelle Gewichtung der Ziele, dennoch resultieren daraus dieselben grundsätzlichen Anforderungen. Die Ableitung der zur Zielerreichung notwendigen Anforderungen erfordert eine differenzierte Betrachtungsweise, bezogen auf die verwendete Lithium-Ionen-Batterie, das Energiesystem (Ladegerät-/Batterie-Kombination) und auch auf den Systemlieferanten, bzw. den Systemhersteller.

ROI und Wirtschaftlichkeit

Beginnen wir mit der Wirtschaftlichkeit. Bezogen auf die Lithium-Ionen-Batterie steht diese im direkten Zusammenhang mit der Lebensdauer bzw. konkreter mit der Anzahl der entnehmbaren Zyklen.
Im Bereich der Intralogistik sprechen wir vom sog. „End of Life“, wenn nur noch 80 % der nominellen Batteriekapazität vorhanden sind. Das bedeutet nicht, dass die Batterie nicht nutzbar ist.

Vergleicht man verschiedene der aktuell verfügbaren Lithiumbatteriesysteme, werden je nach verwendetem Batterie-Management-System (BMS) große Unterschiede hinsichtlich der verfügbaren Ladezyklen festgestellt.

Besonders deutlich werden diese, wenn man Batterien mit einem BMS plus klassischem Ballancing mit einem BMS vergleicht, dass schon das neue Q-Leveling Verfahren nutzt.

Bereits nach 2 Jahren werden die Mehrkosten für die Investition in ein liflex NG Energiesystem durch die Betriebskostenersparnis kompensiert
Bereits nach 2 Jahren werden die Mehrkosten für die Investition in ein liflex NG Energiesystem durch die Betriebskostenersparnis kompensiert
Vergleich der Lebensdauer einer Lithium-Ionen-Batterie (LFP 8S1P) mit einem BMS oder einem BMS mit Q-Leveling
Vergleich der Lebensdauer einer Lithium-Ionen-Batterie (LFP 8S1P) ausgestattet mit einem BMS oder einem BMS mit Q-Leveling. Der Vergleich zeigt die Auswirkung des Energieverlustes einer Zelle auf das Gesamtsystem. Bei Nutzung des Q-Leveling Verfahrens fällt der Verlust deutlich geringer aus.

Längere Lebensdauer

Die Lebensdauer dieser neusten Lithium-Energiesystem-Generation mit Q-Leveling ist signifikant höher. Dies bedeutet grundsätzlich einen längeren Gesamtlebenszyklus und folglich längere tägliche Nutzungsdauer.

Somit kann in einem mehrschichtigen Betrieb die Reduzierung von Ladezeiten für Zwischenladungen zu erheblichen Zeiteinsparungen führen.

Bis zu 30 % höhere Effizienz

Kommen wir nun zum Energiesystem, also der Kombination aus Lithium-Ionen-Batterie- und Ladetechnik. Diese sollten optimal aufeinander abgestimmt sein, das betrifft sowohl Hard- als auch Software. Demzufolge hätten Störungen, die zu einem Ausfall der Flurförderzeuge führen, einen direkten Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit des gesamten Produktionsprozesses.

Modular aufgebaute Ladegeräte bieten hier den Vorteil, dass sie bei Ausfall eines Moduls mit reduzierter Leistung weiterhin betrieben werden können. Somit können die Flurförderzeuge weiterhin geladen werden. Darüber hinaus ermöglicht die modulare Bauweise eine Erweiterung oder Reduzierung sowie einen einfachen und schnellen Austausch des Moduls während des Serviceeinsatzes, so dass sich auch hier die Reparatur- und Stillstandzeiten deutlich verringern.

Einen großen Teil der Gesamtkosten stellen die Betriebskosten dar. Da sich hier im hohen Maße die Energiekosten widerspiegeln, sollte die Energieeffizienz der Systeme ein wichtiges Kriterium darstellen. Beispielsweise liegt der Wirkungsgrad bei den BELATRON Ladegeräten von BENNING bei ca. 96 %.

Die Frage bezüglich der Energieeffizienz, ob klassische Bleitechnik oder moderne Lithium-Ionen-Technik verwendet wird, sollte sich heute eigentlich nicht mehr stellen. Schließlich erfolgt die elektrochemische Umwandlung der elektrischen Energie in der Bleibatterie mit einem Wirkungsgrad von nur ca. 70 %. Die höheren Verluste sind im chemischen Prozess der Bleibatterie begründet.

Ladegeräte der Baureihe BELATRON Li+ 24 V bis 120 V, diverse Optionen verfügbar, z.B. Schutzart IP54 und höher oder verschiedene Kommunikationsschnittstellen
Schaubild und Vergleich der nutzbaren Energie bei Blei- und Lithiumbatterien + 34% höhere Energiekosten bei Bleibatterien
Vergleich der nutzbaren Energie bei Blei- und Lithiumbatterien

Durch den Einsatz eines Lithium-Ionen-Energiesystems werden nicht nur bis zu 34 % der für den Betrieb des Flurförderfahrzeugs notwendigen Energiekosten eingespart. Ebenso wird die CO2-Emission bei der Ladung von Lithium-Ionen-Antriebsbatterien um den gleichen Faktor gesenkt.

Bereits nach ca. zwei Jahren können die Mehrkosten für eine Investition in ein Lithium-Ionen-Energiesystem durch die Betriebskostenersparnis kompensiert werden. Das Schaubild "Betriebskostenersparnis über die Zeit" (siehe oben) zeigt dieses anhand eines Vergleichs des liflex NG Energiesystems 24 V, 7,2 kWh (280 Ah) mit einer Bleibatterie 24 V - 375 Ah. Ca. 34 % reduzierte Energie-, ca. 75 % geringere Wartungs- und ca. 60 % niedrigere Batteriehandlingskosten tragen massiv zum Erfolg der Investition bei.

Jahresenergieverbrauch und CO<sub>2</sub>-Emission bei der Ladung von Antriebsbatterien – Bleibatterie (Pb) / Lithium-Ionen-Batterie (Li)
Jahresenergieverbrauch und CO2-Emission bei der Ladung von Antriebsbatterien – Bleibatterie (Pb) / Lithium-Ionen-Batterie (Li)

Betriebsmittelauslastung erhöhen

Unterbrechungen des Flurfahrzeugbetriebs führen zu einer Verminderung des Nutzungsgrades. Daher gilt es, die Ladezeiten möglichst kurz zu halten oder diese ganz außerhalb der normalen Nutzungszeiten zu legen. Können beispielsweise bei einem 2-Schichtbetrieb in den jeweiligen Pausen (pro Schicht 1 x 15 min und 1 x 30 min) Zwischenladungen durchgeführt werden, wird keine Wechselbatterie benötigt.

Allerdings müssen dazu sowohl die Ladegeräte als auch die Lithium-Ionen-Speichersysteme für das Schnellladen mit hohen Strömen ausgelegt sein.

liflex NG Energiesysteme erfüllen diese Anforderung, sind schnellladefähig und können somit sehr effektiv für Zwischenladungen eingesetzt werden. Die Ladung erfolgt mit konstantem Strom.

Schaubild vom Kapazitätsverlauf eines liflex NG Energiesystems bei 2-Schichtbetrieb mit Zwischenladungen
Kapazitätsverlauf eines liflex NG Energiesystems bei 2-Schichtbetrieb mit Zwischenladungen

Flexibilität bei späterer Aus- oder Umrüstung (Replacement)

Das Plus an Flexibilität - Die Systeme können stehend oder liegend eingesetzt werden
Das Plus an Flexibilität - Die Systeme können stehend oder liegend eingesetzt werden

Nachhaltige Investitionssicherheit setzt ebenso größtmögliche Kompatibilität voraus. Bezogen auf die Ladegeräte bedeutet dies, dass u. a. die Möglichkeit besteht, zunächst klassische Blei-Batterien und nach Umstellung auch aktuelle Generationen von Lithium-Ionen-Batterien laden zu können.
Idealerweise ist eine entsprechende Umstellung der Systeme über Firmware-Updates möglich.

Bei der Auswahl des Herstellers des Lithium-Batterie-Systems sollte darauf geachtet werden, inwieweit dieser neben der Hard- auch die Software kontinuierlich weiterentwickelt. Letzteres nimmt insbesondere dann einen hohen Stellenwert ein, wenn eine Flotte von Fahrzeugen gemanagt wird und/oder die Energiesysteme mit einem firmeninternen Energie-Management-System (EMS) konnektiert sind.

Flexibilität rundum

Nehmen wir einmal an, ein Unternehmen möchte zunächst nur testweise einige wenige seiner neu anzuschaffenden oder vorhandenen Flurförderzeuge mit Lithium-Ionen-Batterien ausstatten. Die bestehende Fahrzeugflotte soll dann später nach und nach umgerüstet werden. Aus Sicht des Betreibers wäre es dann wirtschaftlich sinnvoll für alle eingesetzen Energiesysteme einen Ansprechpartner für Wartung, Service oder auch Miete zu haben.

Aufgrund der Vielzahl der unterschiedlichen Fahrzeugtypen gestaltet sich dieses jedoch machmal schwierig. Denn häufig sind die verfügbaren Batteriesysteme nur in wenigen Standardgrößen lieferbar.

Idealerweise sollte ein Batteriehersteller die Flexibilität bieten, die Lithium-Ionen-Batterien und auch die Tröge individuell für die unterschiedlichen Fahrzeugtypen konfigurieren zu können.

Aus diesem Grund haben wir bei unserer neusten Batteriegeneration liflex NG ein modulares Konzept entwickelt.

Die Baureihe ist in zwei Modultypen erhältlich: Standard und Slim. Beide Modultypen verfügen über die gleiche Kapazität. Die unterschiedlichen Gehäusegrößen werden durch eine andere Zellanordnung erzielt.

Die Systeme/Module können sowohl stehend als auch liegend eingesetzt werden. Damit ergibt sich je nach Einbausituation ein Plus an Flexibilität. Parallel dazu sind maßgefertigte Batterietröge erhältlich.

Beispiel mehrere liflex NG Modulkonfigurationen (Standard oder Slim / liegend oder stehend) in einem Schaubild nebeneinander
Beispiele für liflex NG Modulkonfigurationen (Standard oder Slim / liegend oder stehend)

Service und präventive Wartung garantieren eine lange Lebensdauer

Die aktuellen Generationen der Lithium-Energiesysteme sind weitestgehend wartungsfrei. Dennoch sollte jedes System regelmäßigen Wartungsintervallen unterliegen, um eine lange Lebensdauer sicherzustellen.

Dieses kann durch geschultes Personal des Betreibers oder durch Servicetechniker des Herstellers erfolgen.

Im Rahmen eines Wartungsvertrags zur präventiven Wartung und Lebensdauerverlängerung bietet BENNING eine erweiterte Gewährleistung an.

Nachhaltigkeit: Denken/Handeln

Unter ökologischen Aspekten sollte nicht nur die Energieeffizienz der Systeme betrachtet werden. Verantwortliches Handeln bedeutet auch zu hinterfragen, was mit den Lithium-Ionen-Akkus nach ihrem EOL geschieht.

Idealerweise können die Batterien zum Hersteller zurückgesandt werden und es bestehen dort Recycling- und/oder Second-Life-Konzepte.

Fazit

Es kann abschließend festgestellt werden, dass die Lebensdauer von Lithium-Ionen-Energiesystemen tatsächlich einen maßgeblichen Anteil an der Wirtschaftlichkeit der Investition trägt. Dabei fallen signifikante Unterschiede hinsichtlich der Lebensdauer aktuell verfügbarer Lithium-Ionen-Energiesysteme auf. Diese resultieren teilweise aus dem Festhalten verschiedener Hersteller am BMS mit klassischem Balancing-Verfahren.
Neuere Verfahren, die die Nutzungsdauer des Systems bis zum EOL um 30 bis 40 % steigern können, sind verfügbar (Q-Leveling).

Eine Anforderungscheckliste für ein Lithium-System sollte folgende Punkte betrachten:

  • Lebensdauer
  • Energieeffizienz
  • Schnell- und Zwischenladefähigkeit
  • Modularität
  • Kompatibilität und Konnektierungsmöglichkeiten der Systeme

Eine Anforderungscheckliste, die diesem Aspekt eine entsprechend hohe Position einräumt, gefolgt von einem langen Gewährleistungszeitraum mit Wartungsvertrag gibt zusätzliche Sicherheit und ist u. U. schon ein Indiz für die Qualität des Batterie-Systems. Dieser sollte von verantwortungsvollen Unternehmern ebenso in den Anforderungskatalog aufgenommen werden wie eine vom Batteriehersteller angebotene ökologisch nachhaltige Recycling- oder Second-Life-Lösung für das Lithium-Ionen-Batteriesystem.

Einfach mieten und testen

Perfekt abgestimmt auf die spezifischen Betriebsprozesse eines Unternehmens sind Mietmodelle für Investitionsgüter heute fester Bestandteil einer wirtschaftlichen Unternehmensführung. Sie geben dem Betreiber Planungssicherheit, ermöglichen den Einsatz modernster Produkte und offerieren Flexibilität und höchste Verfügbarkeit zum monatlichen Fixpreis.

Das BENNING Mietmodell für Energiepakete richtet sich sowohl an Fahrzeug- und Batteriehändler, sowie an Betreiber der Flurförderzeuge. Es bietet die Möglichkeit, sich ohne Risiko von den Vorteilen der Lithium-Ionen-Technologie im Praxiseinsatz zu überzeugen.

Hohe initiale Investitionskosten entfallen ebenso wie unkalkulierbare Aufwendungen für Service, Wartung oder Ersatz. Die Mietraten bleiben stabil. Das Ergebnis ist eine kontinuierlich verfügbare Flurförderzeugflotte. Nach Ablauf der Vertragslaufzeit besteht eine Übernahmemöglichkeit des Energiepaketes.

Das Mietmodell bietet einen umfassenden Komplettservice rund um Ihr Energiepaket
Peter Höptner

Autor/Kontakt: Peter Hoeptner, Vertriebsleiter Traktion, BENNING
Tel.: +49 2871 93 233
E-Mail:

Q-Leveling logo

Weitere Informationen

BENNING CMS Technology GmbH
Freiburg

Kontakt: Frederik Fuchs
Tel.: +49 7665 52372 11
E-Mail:
Web: www.q-leveling.de

Zurück