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Wenn Zuverlässigkeit zählt ...

Expertenwissen verständlich: Batterietechnik

30. August 2017

Für Nicht-Experten: Wir nehmen zwei Wasserkanister mit je 50 Liter Fassungsvermögen. In einem versenken wir einen Schwamm, der 25 Liter Wasser aufsaugen kann. Der andere bleibt wie er ist. Wir füllen beide mit Wasser. Der Kanister ohne Schwamm ist schnell befüllt, der mit Schwamm braucht länger um die 50 Liter komplett aufzunehmen, weil der Schwamm das Wasser nicht so schnell aufsaugt. Beim Ausgießen des Wassers ist es genauso.

Der Kanister ohne Schwamm ist unsere Lithium-Batterie, wir können bis zum Schluss das Wasser mit hoher Geschwindigkeit entnehmen und direkt wieder befüllen. Dabei ist es egal, ob der Kanister halb voll oder fast leer ist. So ist es auch mit dem Strom aus der Lithium-Batterie.

Der Kanister mit Schwamm ist unsere Blei-Batterie. Wir können ohne Problem die ersten 25 Liter ausgießen. Danach wird es schwieriger, weil der Schwamm das Wasser nicht so schnell freigibt. Eine komplette Entleerung ist wahrscheinlich nur mit Auspressen des Schwammes möglich. Haben wir beispielsweise 40 Liter entnommen und füllen nicht sofort wieder nach, trocknet die obere Hälfte des Schwammes – immerhin 15 Liter – aus. Dass sind 30 Prozent der Gesamtkapazität, und je länger Schwamm austrocknet, umso schwieriger wird das Befüllen. Es kann so weit gehen, dass der Schwamm kein Wasser mehr aufnimmt und wir haben 50 Prozent an Kapazität verloren. Bei den Blei-Batterien nennt man das Sulfatierung. Dabei schließen sich an der Oberfläche der Elektroden die Bleisulfat-Kristalle zu grobkörnigeren Ablagerungen zusammen. Leistungsverlust ist die Folge; im schlimmsten Fall wird die Batterie zerstört. Allerdings nimmt eine entladene Blei-Batterie keinen Schaden, wenn man sie sofort wieder auflädt. Die Lithium-Batterie dagegen ist zerstört, wenn sie einmal komplett entladen wird, was aber eine eingebaute Software verhindert.

Will ich allerdings 50 Liter Wasser immer schnell zur Verfügung haben, und auch schnell wieder nachfüllen können, nehme ich entweder zwei Kanister mit Schwamm (Blei-Batterien) oder einen Kanister ohne Schwamm (Lithium-Batterie). Ergo brauche ich bei 50 Prozent Entladetiefe bei gleicher Leistungsentnahme zwei Blei- oder eine Lithium-Batterie.

Hier muss dann jeder für sich selbst rechnen: Die Angaben der Hersteller und die Informationen auf den unterschiedlichen Internetportalen schwanken bezüglich Preis und Lebenserwartung schon erheblich. Die Preisangaben sind sehr unterschiedlich: So kann eine Lithium-Batterie je nach Typ und Ausführung bis zu fünfmal teurer sein als ein vergleichbarer Blei-Akku. Oder anderes ausgedrückt: Für einen Elektro-Niederhubwagen mit LI-Batterie kann ich zwei Hubwagen mit Blei-Batterien kaufen. Dafür ist das Gewicht des Lithium-Akkus bis zu 70 Prozent geringer und die Ladezyklen können mehr als das Dreifache betragen.

Der Einsatz entscheidet
Klar ist, dass den Lithium-Ionen-Batteriesystemen die Zukunft gehört. Denn nur diese leichten und leistungsstarken Akkumulatoren bringen die globale Elektromobilität nach vorne. Wer allerdings einen Elektrohubwagen oder einen Elektrostapler für seine tägliche Arbeit braucht, ist momentan noch gut beraten eine vernünftige Kosten-Nutzen-Analyse für seine Einsatzbedingungen zu erstellen. Wer seine Flurförderzeuge nur hin und wieder benutzt oder im Einschichtbetrieb seine Gabelstapler betreibt, ohne diese stets an ihrer Leistungsgrenze zu fahren, ist oft mit der guten alten Blei-Säure-Batterie (PbA) gut bedient. Sie ist ein preiswertes Massenprodukt mit etablierter Technik, besitzt einen relativ hohen Wirkungsgrad ohne Memory-Effekt und lässt sich gut recyceln. Hinzu kommt, dass ihr höheres Gewicht beim Einbau in Gabelstaplern kein Nachteil ist: Es wird einfach als Kontergewicht genutzt. Die Nachteile sind eine geringe Energiedichte und das schnelle Degradieren bei mehrmaliger Tiefentladung, eine begrenzte Zyklenzahl (Wiederaufladungen), eine hohe Wartungsintensität und Temperaturempfindlichkeit sowie die Umweltschädlichkeit durch das Blei. Allerdings können mit modernen Batteriemanagement-Systemen (BMS), wie sie in vielen Staplern zum Einsatz kommen, viele Schäden wie die schädlichen Tiefentladungen vermieden werden. 

Die Ergebnisse der Lithium-Ionen-Batterien in puncto Energie- und Leistungsdichte sind momentan unschlagbar und insbesondere im Mehrschichtbetrieb oder in harten Einsätzen eine zu kalkulierende Alternative. Durch ihre ausgezeichneten Leistungsverhältnisse können die Stapler länger arbeiten und die Batterien sind schneller wieder aufgeladen. Und wo man eventuell früher zwei Stapler brauchte, reicht vielleicht jetzt einer mit einem Lithium-Ionen-Wechsel-Akku. Die Batterie ist aufgrund ihres geringen Gewichtes schnell ausgetauscht. Im Allgemeinen hilft der spitze Bleistift beim Errechnen des Return on Investment: Denn ein Stapler im sieben Tage, 24 Stunden Einsatz kommt natürlich auch schneller an seine Verschleißgrenzen – egal wie gut die Batterie ist – und steht dann aufgrund von nötigen Reparaturen plötzlich still. Sicherlich sieht das bei Flotten schon wieder ganz anders aus. Hier ist guter Rat gefragt. Den gibt es bei guten Gabelstaplerlieferanten, die sich mittlerweile auch auf diesem Gebiet bestens auskennen.

So wie das höhere Gewicht des Blei-Akkus bei Gegengewichtsstaplern eher eine untergeordnete Rolle spielt und sogar vorteilhaft genutzt werden kann, bringt das geringere Gewicht der Lithium-Ionen-Batterie von nur rund 30 Prozent des Blei-Akkus bei Niederhubwagen wiederum Vorteile: Zum Beispiel wenn die Hubwagen auf LKW oder Transportern mitgeführt werden, kann die Zuladung erhöht werden und das Handling gestaltet sich einfacher. Diese Art der Für und Wider müssen gesammelt und gegenüber gestellt werden. Nur so kann man zu einer wirtschaftlichen Entscheidung kommen.

In der LI-Technik sind heute noch nicht alle Fragen und Probleme geklärt: Wie sieht es mit der Entsorgung der Lithium-Ionen-Batterie aus? Da gibt es noch keine allgemein tauglichen Konzepte. Das  Gefahrenpotential durch Unfälle ist bei den Lithium-Ionen-Batterien in Elektroautos noch sehr hoch, da die Batterien ungeschützter verbaut sind als in Flurförderzeugen, wo sie meist in Stahlgehäusen stecken. Eine durch Fremdeinwirkung beschädigte Lithium-Ionen-Batterie muss wegen der hohen Selbstentzündungsgefahr fachmännisch entsorgt und behandelt werden.

TIPP:
Mieten statt sofort kaufen. Wer sich nicht sicher ist, kann die benötigte Lagertechnik oder die Gabelstapler mit Lithium-Ionen-Batterien mieten. So lernen Anwender und Eigentümer die Technik kennen, ohne selbst die höheren Kosten und das Risiko voll tragen zu müssen.