Lithium Eisenphosphat Batterien in Gabelstaplern

Das Konzept der Lithium-Eisen-Phosphat-Batterie ist noch relativ neu und unbekannt, zumindest im Gabelstaplerbereich. Es wird jedoch erwartet, dass sich diese Technik bald gegenüber den bisherigen, bekannteren Batterietechniken durchsetzen wird, da sie eine Reihe von sehr bemerkenswerten Vorteilen bietet. Es wird auch vom weltweit größten Hersteller von Elektrofahrzeugen vertrieben. Vor kurzem hat der chinesische BYD diesen Stock von Tesla übernommen, der als Schild an der Wand bezeichnet werden kann. In diesem Artikel gehen wir auf die Eigenschaften der Lithium-Eisen-Phosphat-Technik (LiFePo4) im Vergleich zu den gängigsten Pendants ein.

Lithium IJzer Fosfaat batterij voor heftrucks - Feyter Forklift Services

Die Technik

In einem zweipoligen elektrischen System haben wir einen Pol, in den die Elektronen eindringen, die Kathode, und einen gegenüberliegenden Pol, die Anode. Lithium-Eisen-Phosphat ist eine Neuentwicklung im Bereich der Batterien. Jüngste Entwicklungen haben zu neuen, umweltfreundlichen, aktiven Kathodenmaterialien auf Basis von Übergangszementphosphaten für Lithiumanwendungen geführt. Die neuen Batteriezellen verwenden Lithium-Eisen-Phosphat als Kathode. Die Verabreichung von Übergangselementen verändert die Beschaffenheit der aktiven Materialien und senkt den Innenwiderstand der Zelle.

 

Der Unterschied zu Lithium-Ion

Li-Ionen-Akkus sind den meisten Menschen von Handys und Laptops bekannt (Tatsache: die Akkus in den meisten modernen Telefonen stammen aus der BYD-Fabrik). Erst in den letzten Jahren wurde die Technologie zunehmend für schwerere Anwendungen wie Autos, Busse und Gabelstapler eingesetzt.

Lithium wird häufig in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, unter anderem in Elektrostaplern wie Lithium-Cobalt-Oxid (LiCoO2). Die in der Lithium-Eisen-Phosphat-Variante eingesetzte phosphatbasierte Technik hat eine hohe thermische und chemische Stabilität, was zu besseren Sicherheitsbedingungen in Li-Fe-Zellen führt als in Lithium-Ionen-Batterien mit anderen Kathoden. Eisen (Fe) ist ein intelligenteres Kathodenmaterial als Kobalt (Co), was unter anderem die Entfernung von Sauerstoffatomen bei Missbrauch der Batterie erschwert.

LiFePo4 ist auch bei möglichem Sauerstoffverlust (z.B. bei Kurzschluss oder Überladung) stabiler als andere Lithiumtechniken. Während Li-Ionen-Akkus noch einige Nachteile haben, wie z.B. Zündung bei Überhitzung durch Laden oder Kapazitätsmangel unter rauen Bedingungen, sind Lithium-Phosphat-Zellen bei Beschädigung oder Misshandlung während des Ladens und Entladens nicht brennbar und können hohen Temperaturen standhalten. Im Gegensatz zu Lithium-Ionen- und Lithium-Polymer- und Bleibatterien besteht keine Explosionsgefahr bei Überladung, Überhitzung, Kurzschluss und Beschädigung.

Ab einer bestimmten Betriebstemperatur hat die Lithium-Ionen-Technik das Problem, dass sie instabil werden kann. Die Natur der Elektrochemie kennt potentiell die Gefahr des thermischen Ausreißens: Wenn es zu heiß wird, kann es brennen. Aus diesem Grund sind unter anderem Lithium-Ionen-Batterien immer mit einem Batterie-Management-System ausgestattet. Dies garantiert jedoch nicht 100%ig, dass das Risiko verschwunden ist. Die Lithium-Eisen-Phosphat-Batterie beseitigt dieses Problem, da keine Wärmeentwicklung stattfindet. Während die bisherige Generation der LiPo-Zellen in ihrer Leistung noch stark von der Umgebungstemperatur beeinflusst wurde, ist dies bei den neuen LiFePO4-Zellen überhaupt nicht der Fall. Ob extrem kalt (-20°C) oder außergewöhnlich warm (+60°C), die Life Cells sind für nahezu jede denkbare Anwendung und jede Bedingung geeignet.

Batterij vergelijk Lithium-IJzerfosfaat, Lithium-Ion en Lood-Zuur | Feyter Forklift Services

Die obige Abbildung zeigt den Vergleich der Eigenschaften der Lithium-Eisen-Phosphat-Batterie mit Lithium-Ionen und Blei-Säure. Je weiter die Linie nach außen verläuft, desto besser verhält sich die Batterie entsprechend ihrer Eigenschaften.

 

Unterschied zu Bleibatterien

Die Blei-Säure-Batterie arbeitet auf der Basis der chemischen Reaktion zwischen Bleiplatten und Schwefelsäure. Diese Technik gibt es seit 1859. In den letzten eineinhalb Jahrhunderten wurde das Produkt natürlich unendlich verfeinert und verbessert. Da sich die Blei-Säure-Batterie jedoch als einzige gute Option als Traktionsbatterie für Gabelstapler etabliert hat, sind die damit verbundenen Nachteile akzeptiert und zum Standard geworden. Denken Sie an die kurze, durchschnittliche Lebensdauer von etwa 5 Jahren. Bei Bleibatterien nimmt die Kapazität schnell ab und ist nach ca. 1500 Ladezyklen fast aufgebraucht.

Mittlerweile gibt es Lösungen für die Nachteile dieser Batterie. Der LiFePo4-Akku hat weniger Kapazitätsverlust, was zu einer längeren Akkulaufzeit führt. Im Vergleich zu einer normalen Traktionsbatterie hält die lifePo4-Batterie wesentlich länger. Nach mehr als 10 Jahren hat die Lithium-Eisen-Phosphat-Batterie nach mehr als 2000 Lademomenten noch etwa 65% Kapazität.

Die Lithium-Eisen-Phosphat-Batterien verwenden keine giftigen Schwermetalle. Dadurch sind sie wesentlich umweltfreundlicher als NiCad- und Bleibatterien.

Be- und Entladen

Wie aus dem obigen Text hervorgeht, bietet die Lithium-Eisen-Phosphat-Technik eine Reihe von Vorteilen beim Laden und Entladen. Die Zellen können mindestens 2000 mal geladen werden, danach hat der Akku noch eine große Kapazität. Diese lange Lebensdauer geht Hand in Hand mit einem schnellen Ladevorgang. Je nach Ladegerättyp sind die Zellen in etwa einer halben Stunde voll geladen.

Der LiFePo4-Akku hat eine sehr kompakte Dichte, was zu einer sehr konstanten Entladung führt und der Zelle eine kontinuierliche volle Leistung bis zur vollständigen Entladung verleiht. Der Lithium-Eisen-Phosphat-Akku muss nicht sofort voll aufgeladen werden, so dass in strategischen Momenten wie Pausen eine unbegrenzte Zwischenladung möglich ist. Auf diese Weise wird eine Viertelstunde Aufladung Ihnen genug Energie geben, um je nach Art der Arbeit mehrere Stunden vorwärts zu kommen. Die Zwischenladung der Batterie, die keinen Ladezyklus zählt, ermöglicht einen kontinuierlichen Betrieb der Batterie.

Die Stabilität des LiFePo4-Akkus (wie oben beschrieben: keine Explosionsgefahr bei Überladung, Überhitzung, Kurzschluss und Beschädigung) ermöglicht das Laden an jedem Ort im Unternehmen. Damit entfällt die Installation einer Batterieladestation.

Nur Vorteile?

Gibt es nur Vorteile? Nein, leider haben die vielen Vorteile wie die sehr kurze Ladezeit, Haltbarkeit, geringes Gewicht, Umweltfreundlichkeit und eine lange Lebensdauer auch einen Nachteil: Die Lithium-Eisen-Phosphat-Batterien werden deutlich teurer als Blei-Säure-Batterien und ähnlich / möglicherweise etwas teurer als Lithium-Ionen gekauft. Wenn Sie jedoch nicht auf die Anschaffungskosten achten, sondern auch die Total Cost of Ownership berücksichtigen, werden Sie feststellen, dass dieser Nachteil über die Nutzungsdauer durch die längere Lebensdauer mit entsprechenden Garantien, die Wartungsfreiheit der lifePO4-Batterien und den 24/7-Einsatz, der Ersatzbatterien überflüssig macht, ausgeglichen wird. Der Grad, in dem der Stapler in Ihrem Unternehmen eingesetzt wird, ist wichtig, um den Kauf von Lithium-Stapler rentabel zu machen. Je mehr Stunden die Maschine pro Tag / pro Jahr macht, desto interessanter ist Lithium-Eisen-Phosphat. Um eine fundierte Auswahl zu treffen, kann eine umfangreiche Kalkulation für Ihre spezifische Anwendung eine Lösung bieten.

Schlussfolgerung

Alles in allem können wir die folgenden Vor- und Nachteile aufzählen, wenn wir das Lithium-Eisen-Phosphat mit den verschiedenen anderen Techniken auf dem Gabelstaplermarkt, wie z.B. Lithium-Ionen- und Blei-Säure-Batterien, vergleichen.

 

Beispiele:

  • Lange Lebensdauer, mit mehr als 75% Kapazität nach 10 Jahren
  • Umweltfreundlich
  • Schnelles Laden
  • Laden und Lagern in beliebigem Zustand (leer, halb voll, voll)
  • Zwischenladung beschädigt die Batterie nicht
  • Tiefentladungen verursachen keine bleibenden Schäden.
  • Kein Memory-Effekt
  • Keine Explosionsgefahr
  • Kontakt mit Wasser oder Einsatz bei extremen Temperaturen ist unbedenklich.
  • Wartungsfrei (keine tägliche Wartung mit Wasser nachfüllen)
  • Keine Installation einer Ladestation erforderlich

 

Nachteile:

  • Ein höherer Anschaffungspreis im Vergleich zur herkömmlichen Blei-Säure-Batterie
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