Akku Technik

Der Klassiker.  Die AGM-VRLA DEEP CYCLE Batterie. Die komplett verschlossenen Blei-Säure Akkus sind in absolut wartungsfreier AGM-VRLA Technologie für verschiedenste Anwendungen konzipiert.

Die Batterien werden mit der neuesten Technik hergestellt und einzeln geprüft. Durch ein spezielles Herstellungsverfahren ist der Akku äußerst belastbar und langlebig. Daraus resultiert die hohe Zyklenfestigkeit. Die Batterien genügen höchsten Ansprüchen und gehören ohne Zweifel zu den robustesten und zuverlässigsten, wartungsfreien AGM DEEP CYCLE Batterien auf dem Markt. 

Eigenschaften ZL Deep Cycle

• hohe Zyklenfestigkeit
• wartungsfrei
• verschlossen
• auslaufsicher
• lange Lebensdauer sehr geringe Selbstentladung
• Sicherheitsventil gegen Überdruck (VRLA-Technologie)

Der Unterschied:

Die positive Elektrode besteht aus (LiFePO4) Lithium Eisen Sulfat anstelle von herkömmlichem (LiCoO2) Lithium Cobalt Oxid. Die negative Elektrode besteht aus Graphit (hartem Kohlenstoff) mit eingelagertem Lithium. Ein solcher Akkumulator hat gegenüber dem herkömmlichen LIFO eine geringere Energiedichte , neigt aber – auch bei mechanischer Beschädigung – NICHT zum „thermischen Durchgehen.“

Der Unterschied zu herkömmlichen Lithium-Ionen-Zellen mit Lithium-Cobalt(III)-oxid (LiCoO2) wird beim Lade- oder Entladeprozess des LiFePo Akkus deutlich. In der chemischen Reaktion wird kein Sauerstoff freigesetzt. Sauerstoff kann zusammen mit Lithium-Cobaltoxid-Kathoden zum thermischen „Unfall“ bei Lithium-Ionen-Akkumulatoren führen, was unter ungünstigen Bedingungen zum selbstständigen Entflammen der Zelle führt.

Aufgrund des festen Elektrolyt und der Zellchemie gelten LiFePO4-Zellen als eigensicher, d. h. ein thermisches Durchgehen und eine Membranabschmelzung wie bei Lithium-Ionen Akus gilt als ausgeschlossen.

Nachfolgend finden Sie eine Aufstellung von Vorteilen bzw. einen Vergleich zwischen Blei-Gel und LiFePo4 Technik

• Man benötigt nur ca. 50% der Blei-Kapazität wenn man auf LiFePo4 umsteigen möchte, dadurch ergeben sich über 50% Gewichts- und Platzersparnis.
• 4 bis 5-fach höhere Lade Zyklenzahl ergibt sich eine wesentlich höhere Lebensdauer.
• Eine Vollladung ist bei LFP nicht zwingend notwendig.
• Sehr hoher Ladewirkungsgrad, annähernd 100% der eingespeisten Energie können auch wieder entnommen werden.
• Auch 50Ah LFP können 1000W Wechselrichter versorgen und zwar bei fast jedem Ladezustand.
• Hohe Lade und Entladeströme über den gesamten Ladezustand möglich.
• Ein Batteriemanagement System (BMS) ist Pflicht und bereits integriert
• Flexible Ladeendspannung es können auch Blei Ladegeräte weiter verwendet werden
• Anders als bei LI-ION Batterien sind Lithium Batterien eigensicher – es besteht hier keine Brandgefahr

Als Trend sehen wir bei FORSIS, dass der Weg zukünftig in Richtung LiFePo Technik geht. Die Vorteile sind klar oben zu erkennen.

Technik Bleigel

• Kapazität 40Ah, 65Ah, 85Ah oder 120Ah
• Spannung 12V / Akku
• Anzahl der Akku 2x Stück immer in Reihenschaltung
• Ladezyklen ca. 500-600 Mal bis 70% Vollladung
• Ladestrom 10A oder 15A max.
• max. Entladung Abhängig vom Tiefentladeschutz ca. 70%
• Bauform vollständig geschlossenes Gehäuse Blockform mit Schraub-Polen
• Gewicht je nach Akku zwischen 28kg und 70kg
• Abmessungen ident
• DC/AC Wandler 350W, 600W oder 1200 W

Technik LiFePo

• Kapazität 50Ah / 80  Ah
• Spannung 24V / Akku
• Anzahl der Akku 1 Stück
• Ladezyklen ca. 4000 bis 95% Vollladung
• Ladestrom in Abhängigkeit des Ladegerätes max. 1C
• max. Entladung Abhängig vom Tiefentladeschutz ca. 98%
• Bauform vollständig geschlossenes Gehäuse Blockform mit Schraub-Polen
• Gewicht je nach Akku ca. 13 kg
• Abmessungen ident
• DC/AC Wandler 350W, 600W oder 1200 W

Anhand eines konkreten Beispiel wollen wir gemeinsam die Dimensionierung einer Akku Versorgung für einen mobilen Arbeitsplatz durchspielen. Wir gehen davon aus, das er Kunde ein großes und flexibles System konfigurieren will und deshalb eine Vielzahl von Endgeräten hat

Folgende Komponenten Drucker sollen auf dem mobilen Arbeitsplatz eingesetzt werden: FORSIS PANEL PC PROFI S 2150 MT mit Scanner und verschiedene Drucker: z.B. 2x ZEBRA ZM400, TSC TTP2410MT, HP Laserjet P3015

1. Ermittlung von Versorgung und Verbrauch

Anhand der technischen Unterlagen (Datenblatt usw. ) der Hersteller ist die erste Aufgabe die Versorgungsspannung und die Leistungsaufnahme der Geräte festzustellen. Zur Auslegung der Akku Technik müssen wir folgende zwei Szenarien betrachten: Anlauf und Dauerbetrieb

Versorgungspannung Angaben zum Vertrauch in Stromaufnahme oder Leistung

Dabei muss unterschieden werden zwischen Druckbetrieb bzw. Anlauf und Standby

ZEBRA ZM400 - Versorgungsspannung 230V AC / Stromaufnahme 5A bei 230V AC ca. 1150W k.A.

TSC TTP2410MT - Versorgungsspannung 230V AC / Leistungsaufnahme ca. 220 W, keine Angaben zur Stromaufnahme

HP Laserjet P3015 - Versorgungsspannung 230V AC / Worst case Leistungsaufnahme 750 W, Standby Betrieb 10W

PROFI PANEL PC - Versorgungsspannung 24V DC / ca. 40W im Betrieb

Scanner - Versorgungsspannung 5V DC / Leistungsaufnahme ca. 5W via USB Schnittstelle des PANEL PCs

Anmerkung: Oft geben die Datenblätter und Handbücher relativ wendig Auskunft zu den maximal Werten der Geräte. Es sollte deshalb immer eine Toleranz nach oben berücksichtigt werdne.

1.1. Den Anlauf aller Komponente zum Einschaltzeitpunkt.

Hier fahren alle Systeme gleichzeitig hoch und gehen in Betrieb. Speziell die Leistungsaufnahme der Drucker ist hier genau zu beachten.Ähnliches Verhalten ist auch beim Druckbetrieb

Der Kunde gibt uns nun zum Beispiel an, dass der TSC Drucker zum Einsatz kommt und folgende Kombinationen möglich sind, hinzu kommen noch alle weiteren Verbraucher wie PC usw.

Beispiel:  Arbeitsplatz Wareneingang:

2x TSC 2x 220 W = 440W

PC Technik 40W

Summe 480W

Beispiel Arbeitsplatz Warenausgang:

2x TSC 440W

1x HP 750W

PC Technik 40W

Summe 1230W

Hieraus leitet sich nun zuerst die Auswahl des DC/AC Wandlers ab. Wichtig ist dabei die Luft nach oben. Der Peak im Einschaltaugenblick muss durch den DC/AC Wandler abgefangen werden. Die genaue Leistungsaufnahme des TSC Drucker ist nicht definitiv klar liegt, erschein der 1200W Wandler an seinen Grenzen zu sein. Um Sicherheit zu bekommen wäre der 1800 W eine Alternative.

2. Betriebszeiten der Arbeitsstation

Hier geht es eher darum wie lange hält mein Akku. Als Basis ist ein Mischungsverhältnis zwischen Nutzungszeit und Standby Zeit der Verbraucher zu finden.

Die Maximal Leistung wurde bereits errechent. Die Frage nach der durchschnittlichen Leistungsentnahme, also dem Normalbetrieb, ist deshalb sehr wichtig.

Im Normalbetrieb gehen wir davon aus, dass die Arbeitsstationen ca. 30% Leistungsverbrauch im Betrieb haben. Bitte hierzu das Datenblattes prüfen.
VORSICHT: Entspricht nicht den Angaben zum Standby Mode.
Im Normalbetrieb ist die gesamte Leistungsaufnahme somit zum Beispiel bei 1.230W * 30% = 369W.

Verfacht dargestellt muss die Leistung, welche aus dem DC/AC Wandler entnommen wird auch zugeführt werden.
AC Seite: Stromentnahme:  369VA /  30V = ca. 1,6 A. Das heißt, diese 369VA müssen auf der 24V DC Seite auch zugeführt werden.
DC Seite: Stromzufuhr:        369 W /  24V = ca. 15 A

Somit ist die Stromentnahme ca. 15A aus dem Akku. Die Verlustleistung des DC/AC Wandlers wird in diesem Fall nicht berücksichtigt.

Wenn Sie jetzt in einer Schicht (8 Arbeitsstunden) ein Nutzungsverhältnis von zum Beispiel 50% haben. Benötigen Sie vier Stunden lang 15A pro Stunde. Somit also 60Ah.