Lithiumbatterien für Baumaschinen: auch Baustellen werden jetzt elektrifiziert
22 Oktober 2024
Die Umstellung auf elektrische Baumaschinen ist schon seit einiger Zeit im Gange. Hauptziel ist hierbei, die Treibhausgasemissionen drastisch zu reduzieren und die ehrgeizigen Ziele des Pariser Abkommens zu erreichen. Ein Prozess, von dem zunächst kompaktere Maschinen betroffen waren, der sich aber allmählich auch auf leistungsstärkere und größere Maschinen und Fahrzeuge ausweitet.
Und wenn sich das Bauwesen, einer der Industriezweige, der weltweit schon immer ein großer Produzent von Emissionen war, für die Elektrifizierung entschieden hat, dann stellt sich eine Frage: An welchem Punkt befindet sich die technologische Entwicklung der Lithiumbatterien und wie können sie den Anforderungen dieser energieintensiven Fahrzeuge und Maschinen gerecht werden?
Kompakte Anwendungen setzen auf die Elektrifizierung mit Lithiumbatterien und benötigen eine hohe Energiedichte, Zuverlässigkeit und Effizienz
Kompaktfahrzeuge wie Bagger, Krane, Minikrane, Radlader, Dumper und Betonmischer sind für ein breites Spektrum von Bauarbeiten ausgelegt und verbrauchen im Durchschnitt viel Energie, auch wenn sie nicht den ganzen Tag über im Einsatz sind.
Damit sie ihre Arbeit vor Ort reibungslos verrichten können, benötigen sie daher eine Lithiumbatterie, die ihnen angemessene Kraft, eine hohe Autonomie und ein optimales Leistungsprofil verleiht.
Schlüsselwort: hohe Energiedichte
Die Entwicklung elektrisch betriebener Maschinen in der Baubranche wurde in den vergangenen Jahren vor allem durch das Fehlen von Optionen für die Speicherung von Energie limitiert. Sowohl Blei-Säure-Batterien als auch die ersten Lithiumbatterien waren nicht in der Lage, den Energiebedarf dieser Fahrzeuge zu decken, ohne dass die Maschinen durch sie extrem schwer wurden.
Durch die Einführung der Lithiumbatterien der neuesten Generation bedeutet die Entscheidung für ein Hybrid- oder Elektrofahrzeug nicht nur, dass Sie Zugang zu zahlreichen Vorteilen haben, Sie können auch bei gleicher Produktivität und Leistung nachhaltiger arbeiten.
Die technologische Forschung hat große Fortschritte gemacht, und die am weitesten entwickelten Lithium-Technologien können eine hohe Energiedichte auf immer kleinerem Raum und mit kleinem Volumen liefern.
Während bis vor kurzem die NMC-Technologie aufgrund ihrer Fähigkeit, eine sehr hohe spezifische Energie (220-240 Wh/kg) zu liefern, bei der Elektrifizierung von Baumaschinen dominierte, nimmt heute die LFP-Technologie einen immer wichtigeren Platz ein. Sie bietet vor allem eine erhöhte Energiedichte von bis zu 190 Wh/kg, zu der ein weiterer, von der Industrie besonders geschätzten Aspekt hinzukommt: die Sicherheit.
Sicherheit der Batterien: eine Priorität auf der Baustelle
Der Zugang zu Technologien, die die Sicherheit der Baustelle erhöhen, ist heute ein strategischer Hebel bei den Kaufentscheidungen aller OEMs und Hersteller, die in die Elektrifizierung ihrer Flotten investieren wollen.
Dank ihrer hohen Zersetzungstemperatur und der langsamen Wärmeabgabe – zwei Aspekte, die ein thermisches Durchgehen in kritischen Situationen verhindern – sind Lithiumbatterien mit LFP-Technologie auch in der Baubranche eine ausgezeichnete Wahl.
Diese Technologie ist in Verbindung mit einer ordnungsgemäßen Zellmontage und intelligenten Steuerelektronik, wie dem Flash Balancing System von Flash Battery, der ideale Kompromiss zwischen Energie und Zuverlässigkeit.
Die Entscheidung für eine Batterie, die etwas mehr Platz benötigt, aber hohe Leistung und optimale Sicherheit gewährleistet, ist in der Tat geschickter, insbesondere bei den immer beliebter werdenden Hochspannungssystemen, die 800 V überschreiten können und die, wenn sie nicht sorgfältig ausgelegt sind, eine echte Gefahr für den Bediener darstellen können.
Null Emissionen für maximale Betriebseffizienz
Der Wettlauf um die Senkung der Schadstoffemissionen von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren ist nicht nur eine Folge der jüngsten europäischen Vorschriften zur Dekarbonisierung: Der Einsatz elektrischer Maschinen ermöglicht nicht nur eine drastische Verringerung (wenn man sich für Hybridfahrzeuge entscheidet) oder eine vollständige Eliminierung (wenn man sich für vollelektrische Fahrzeuge entscheidet) der CO2-Emissionen, sondern auch eine Optimierung der Arbeitszyklen, da die Baumaschinen auch über lange Zeiträume in geschlossenen Räumen arbeiten können, ohne dass eine Unterbrechung erforderlich ist, um die von den Verbrennungsmotoren erzeugten giftigen Gase abzuführen.
Ein weiterer konkreter Vorteil von Lithiumbatterien in dieser Branche ist die geringere Geräuschentwicklung. Und es ist die Vermeidung von Geräuschemissionen, die für große Flexibilität bei der Nutzung in städtischen Gebieten sorgt, wo die Fahrzeuge ungestört und ohne zeitliche Beschränkungen arbeiten können.
Durch die Einführung der Hybridsysteme wird die Elektrifizierung auch bei großen Fahrzeugen immer greifbarer
Die Umstellung vom Verbrennungsmotor auf einen Elektromotor begann zunächst bei Anwendungen mit weniger als 50 kWh, heute erobert die Elektrifizierung auch den Bereich der leistungsstärkeren und größeren Maschinen und Fahrzeuge. Grund hierfür ist die sich ständig weiterentwickelnde Lithiumtechnologie, die immer mehr Energie auf kleinem Raum speichern kann, um die typischen Arbeitszyklen von Baumaschinen bewältigen zu können.
Angesichts der Situation und der Kenndaten der derzeit genutzten Technologie in Bezug auf Energie, Volumen und Ladeinfrastruktur bringt die Umstellung schwerer Fahrzeuge, z. B. großer Bagger, auf eine 100 % elektrische Lösung jedoch eine Reihe großer Herausforderungen mit sich und bleibt vorerst noch ein Zukunftsprojekt.
Bei diesen Fahrzeugen, die einen sehr hohen Energiebedarf haben und belastungsintensiven Arbeitszyklen ausgesetzt sind, ist ein Hybridsystem, bei dem die Batterie für einige Stunden genutzt und von einem Generator unterstützt wird, um die Stromversorgung weiterhin zu gewährleisten, sinnvoller.
Heute sprechen wir in diesem Zusammenhang noch von Dieselgeneratoren, in naher Zukunft könnten es jedoch mit Wasserstoff betriebene Brennstoffzellen, sein, eine Technologie mit großem Potenzial, die sich jedoch noch in der Entwicklung befindet.
Der Dekarbonisierung wurde folglich bereits auch bei den großen und schweren Maschinen in Angriff genommen, ist jedoch noch mit einigen Herausforderungen verbunden, angefangen bei der fehlenden Ladeinfrastruktur und den Schwierigkeiten, die anspruchsvollen Arbeitszyklen auf Energieseite ausreichend zu unterstützen.
Ein konkretes Beispiel für eine maßgeschneiderte Lösung im Baumaschinensektor: die 23,5 kWh Flash Battery für einen vollelektrischen Minilader
Mit der Umrüstung der kompaktesten Maschinen kündigt sich die elektrische Baustelle als nächster großer Entwicklungsschritt in der Bauindustrie an. Für eine solide Grundlage, ist es hierbei sehr wichtig, sich auf erfahrene Partner zu verlassen, die genau die Lithium-Ionen-Batterie entwickeln können, die am besten für die betrieblichen Anforderungen jeder einzelnen Anwendung geeignet ist.
Die Flash Battery 102,4 V, 230 Ah – 23,5 kWh ist ein Beispiel für eine maßgeschneiderte Lithiumbatterie, die wir für das Prototyping und die anschließende Serienproduktion eines Miniladers für die Baubranche konzipiert und hergestellt haben.
Ihre wichtigsten Merkmale:
- Hohe Energiedichte
- Mehrere Ladeoptionen: langsames Aufladen On-Board und schnelles Aufladen Off-Board
- Canbus-Fehlersuche, optional auch mit Fernsteuerung
- Gegen Vibrationen und mechanische Belastungen widerstandsfähige Struktur
- Maßgeschneiderte mechanische und elektrische Auslegung
Dank der maßgeschneiderten Lithiumbatterie kann dieser Minilader nachhaltiger und leiser arbeiten, ohne Kompromisse bei der Effizienz und Produktivität einzugehen, und bietet die gleiche Leistung wie sein Gegenstück mit Verbrennungsmotor.
Die Batterie wurde so konzipiert, dass sie bei geringem Platzbedarf maximale Energiedichte bietet. Aus mechanischer Sicht wurde sie speziell für die auf Baustellen typische Dauerbelastung ausgelegt.
Das Energiepaket bietet zudem im Energiesparmodus eine Autonomie von bis zu 8 Stunden und gewährleistet so einen kontinuierlichen Betrieb während des gesamten Arbeitstages, wenn in der Mittagspause eine Schnellladung durchgeführt wird.
Darüber hinaus sorgt ein Heizsystem dafür, dass das Fahrzeug auch in den rauesten Klimazonen eingesetzt werden kann. Durch die Integration des firmeneigenen automatischen Fernsteuerungssystems Flash Data Center von Flash Battery sind sowohl eine Selbstdiagnose als auch eine vorausschauende Wartung möglich.
Dieses spezielle Projekt, wie auch jede andere kundenspezifische Lithiumbatterie, die wir herstellen, ist daher das Ergebnis einer eingehenden Analyse und Untersuchung sowie einer bewährten Arbeitsmethodik, die uns zu echten Beratern für die Entwicklung von Elektrifizierungslösungen für die unterschiedlichsten Arbeitsanforderungen macht.
Von der Beratung über den Prototyp zur Serienproduktion: Der industrielle Ansatz von Flash Battery erleichtert die Umstellung der Baumaschinen auf Elektromotoren
Flash Battery‘s große Expertise in der Entwicklung von maßgeschneiderten Lithiumbatterien für die unterschiedlichsten Fahrzeuge, sowie die Einzigartigkeit der firmeneigenen Technologie, die eine stabile Leistung über den gesamten Lebenszyklus der Batterie gewährleistet, machen uns zum idealen Partner, auf den man sich verlassen kann, auch wenn der Elektrifizierungsprozess sehr komplex ist.
Kundenorientierte Beratung
Bevor ein Elektrifizierungsprojekt für eine Baumaschine in Angriff genommen wird, legt Flash Battery ganz besonderen Wert auf ein oft unterschätztes Element: den Dialog mit dem Hersteller.
Um das Projekt richtig planen und umsetzen zu können, muss bereits zu Anfang der tatsächliche Betriebskontext der Anwendung im Detail bekannt sein. Es müssen seine Merkmale untersucht und der tatsächliche Verbrauch, die Arbeitszyklen, die Umgebungsbedingungen bei der Nutzung, die eventuellen Stillstandszeiten, die für die Schnellladung genutzt werden könnten, und schließlich der Zustand der elektrischen Infrastruktur und die Zugangsmöglichkeiten zum Stromnetz analysiert werden.
Bau des Prototypen und Produktion
Erst nach einer sorgfältigen Ermittlung der Bedürfnisse und Anforderungen erfolgt die eigentliche Dimensionierung der Batterie, die Festlegung ihrer Kapazität und ihrer technischen Merkmale sowie die Erstellung des technischen Dossiers des Projekts, in dem auch die Wahl der am besten geeigneten mechanischen Konfiguration und der elektrischen Komponenten enthalten ist.
Sobald das genaue technische Dossier mit 2D- und 3D-Zeichnungen und Schaltplänen vorliegt, kann der Hersteller das Projekt offiziell genehmigen, wodurch der Startschuss für die tatsächliche Produktion des Prototypen gegeben und die Lieferkette für die Beschaffung der kundenspezifischen Komponenten aktiviert wird.
Abnahmeprüfung
In kurzer Zeit ist die Batterie dann für die abschließende Prüfung bereit: Bei der Abnahmeprüfung wird der Einsatz der Batterie simuliert, um zu überprüfen, ob alle Parameter eingehalten werden und die Batterie wie vorgesehen mit dem Fahrzeug und dem Ladegerät kommuniziert.
Dies ist von grundsätzlicher Wichtigkeit, vor allem wenn es sich um Hochspannungsbatterien mit 24 V bis über 800 V handelt. Bei ihnen ist die Testphase ein entscheidender Schritt, der mit größter Sorgfalt durchgeführt werden muss.
Funktionsanalyse am Einsatzort
Nachdem auch die Testphase bestanden wurde, ist das Batteriepaket bereit für den Versand, die Arbeit von Flash Battery ist hier jedoch noch nicht beendet! Nach der Auslieferung, beginnt eine ganz entscheidende Phase: Wir begleiten den Kunden bei der Installation des Systems, überwachen die Tests und bewerten die Leistung vor Ort, um gemeinsam zu überprüfen, ob die Batterie den Erwartungen entspricht und auch unter kritischen Einsatzbedingungen problemlos funktioniert.
Nur so kann die Serienproduktion erfolgreich gestartet werden: ein Prozess, der für immer mehr Baufahrzeuge den Übergang zur Emissionsfreiheit greifbarer macht.
