TriCOM-Ladesysteme für Antriebsbatterien

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1 TriCOM-Ladesysteme für Antriebsbatterien Technische Informationen

2 Anforderungen an ein Traktionsbatterie-Ladegerät Aufgabe eines Traktionsbatterie-Ladegeräts: Batterien laden in einer vorgegebenen Ladezeit entsprechend dem Einsatz der Batterien in 1, 2 oder 3-Schichten Durchführung einer wirksamen Ausgleichsladung am Wochenende Es soll die Batterie schonend laden: Niedriger Temperaturanstieg der zu ladenden Batterie (Zuordnung, Ladefaktor, Wechselstromüberlagerung) Keine extreme Überladung Ausreichend genaue Ladefaktorsteuerung (keine Unterladung, Mindestladezeiten) Automatische ausreichende Wochenendausgleichsladung (nicht nur Erhaltungspulse) Wie muß ein Ladegerät aufgebaut und ausgelegt sein: Wenige Typen für den gesamten Batteriegrößenbereich (Anpassung durch Zuordnung und über Ladezeiten) Übersichtlichkeit der angebotenen Ladegerätefamilien Betriebssicher in der Praxis (z. B. keine EUW-Verschlauchung und EUW- Pumpe) Laden mit anerkannten Ladekennlinien Preiswert Sparsamer Energie- und Wasserverbrauch (der Batterie) Robust, hohe Lebensdauer (z. B. keine Lüfter) Einfache Reparaturmöglichkeit vor Ort

3 Die TriCOM-Traktionsbatterie-Ladegeräte Um diese Anforderungen zu erfüllen bietet akkuteam zwei Typen von Laderäten an: W a, - und PULSLADER (W p W a ) W a, -Lader für Ladezeiten von 7,5 bis 14 Stunden für 1 und 2-Schichtbetrieb. PULSLADER ab 6,5 Stunden Ladezeit für 1, 2 und 3-Schichtbetrieb GfS TriCOM Pulsladegeräte XL Pulsladegeräte 100% Aufladung der Batterien ohne Säurepumpe, Luftschläuche und Spezialbatteriestecker Energieeinsparung Optimal geeignet zum Einsatz im Mehrschichtbetrieb Kurze Ladezeiten Ladefaktor 1.07 Geringer Wasserverbrauch Längere Lebensdauer der Batterien Nur geringe Temperaturerhöhung durch kleinen Ladefaktor Auslesemöglichkeit der letzten 128 Ladedaten LED Betriebsanzeige und digitale Anzeige für Ladespannung, Ladestrom, eingeladene Ah und die Ladezeit. GfS TriCOM Wa-Ladegerät - L Ladegeräte - Ladegeräte Preiswerte, universelle Ladegeräte für alle Traktionsbatterietypen Einfache Handhabung Exakte Ladesteuerung Automatische Ausgleichsladung LED-Betriebsanzeige Geeignet auch für Antriebsbatterien mit reduziertem Antimongehalt Auslesemöglichkeit der letzten 128 Ladedaten

4 Wa - Ladegeräte Typ: TriCOM L Die Ladegeräte der Baureihe TriCOM L sind mit neuster Ladeelektronik ausgerüstet und eignen sich besonders zum Laden von wartungsarmen Batterien. Sie wurden speziell für Ladezeiten zwischen 8,5 und 14 Stunden entwickelt. Alle Ladegeräte werden mit Netzkabel mit Stecker sowie Batteriekabel ohne Ladestecker geliefert. Der nach Wa - Kennlinie vollautomatisch ablaufende Ladevorgang wird Ah bilanzierend über einen Micro-Prozessorschalter gesteuert und überwacht. Die zur Vollladung benötigte Strommenge wird durch laufende Erfassung des Ladestromes gemessen, berechnet und mit dem Ladefaktor multipliziert. Diese Lademethode führt zu einer zuverlässigen, schonenden und energiesparenden Aufladung der Batterie. Bei Störung ist zusätzlich eine Sicherheitsabschaltung vorgesehen, die die Ladung unterbricht. Die Geräte sind ausgerüstet mit digitaler Anzeige und mit LED- Dioden, die den Ladezustand zusätzlich signalisieren. Alle Ladedaten werden gespeichert und können über eine Schnittstelle RS 232 ausgelesen bzw. abgerufen werden. Eigenschaften: Amperestunden - bilanzierendes Ladeverfahren zeitverzögerte automatische Einschaltung selbsttätige Abschaltung nach Ende der Ladung automatische Ausgleichsladung Temperaturüberwachung des Transformators Sicherheitsabschaltung bei Störungen Anzeige des Betriebszustands über LED Speicherung der aktuellen Ladedaten RS 232-Schnittstelle zum Auslesen der Ladedaten Digitalanzeige für Ladespannung, Ladestrom, eingeladene Ah und Ladezeit Optionen: Luftpumpe ( Air ) - Einheit zur Elektrolytumwälzung Ansteuerung für automatische Wasserbefüllung Vorteile: bewährte Ladetechnik für kurze Ladezeiten optimierte batterieschonende Ladung einfache Bedienung Charakteristik der W a -Ladekennlinie Hintergrundbeleuchtetes Display mit Klartextanzeige für Spannung, Strom, Lademenge und Ladezeit Ladestrom 3,0 2,9 2,8 [%] Ladestrom Ladespannung 2,7 2,6 2,5 2,4 2,3 [V/Z] Ladespannung 20 2,2 10 2,1 0 2, [Stunden] Ladezeit

5 Puls - Ladegeräte Typ: TriCOM XL Die in der Praxis erprobten und patentierten Ladegeräte der Baureihe TriCOM XL sind geeignet zur Ladung der verschiedensten Batterien mit flüssigem Elektrolyt. Die Geräte arbeiten mit WpWa-Kennlinie. Die Steuerung erfolgt mit einer neu entwickelten Micro-Prozessoreinheit, die den Ladeverlauf abhängig von dem Entladezustand der Batterie steuert. Die Ladung arbeitet mit Ah- Zählung, so dass die Batterie weder über- noch unterladen werden kann. Durch den Kennlinienverlauf und die Pulsierung des Ladestromes können sehr kurze Ladezeiten (ca. 6,5 Stunden) erreicht werden und eine Säureschichtung in der Batterie wirkungsvoll verhindert. Durch den geringen Ladefaktor von 1,07 wird Energie eingespart und die Batterie schonend geladen bzw. die Lebensdauer der Batterie positiv beeinflusst. Die Geräte sind ausgerüstet mit digitaler Anzeige und mit LED- Dioden, die den Ladezustand zusätzlich signalisieren. Alle Ladedaten werden gespeichert und können über eine Schnittstelle RS 232 ausgelesen bzw. abgerufen werden. Eigenschaften: Amperestunden - bilanzierendes Ladeverfahren Ladung mit reduziertem Ladefaktor zeitverzögerte automatische Einschaltung selbsttätige Abschaltung nach Ende der Ladung automatische Ausgleichsladung Temperaturüberwachung des Transformators Sicherheitsabschaltung bei Störungen Anzeige des Betriebszustands über LED Speicherung der aktuellen Ladedaten RS 232-Schnittstelle zum Auslesen der Ladedaten Digitalanzeige für Ladespannung, Ladestrom, eingeladene Ah und Ladezeit Optionen: Ansteuerung für automatische Wasserbefüllung Vorteile: höhere Batterielebensdauer höhere Verfügbarkeit des Fuhrparks Reduzierung der Kosten für Investitionen Reduzierung der Kosten für Instandhaltung Reduzierung der Kosten für Energie optimal geeignet zum Einsatz im Mehrschichtbetrieb Charakteristik der Puls-Ladekennlinie einfache und anwenderfreundliche Bedienkonsole mit Serviceschnittstelle Fehlerspeicher und Statistik für 128 Ladevorgänge Ladestrom 2,8 2,7 2,6 [%] Ladestrom Ladespannung 2,5 2,4 2,3 2,2 2,1 [V/Z] Ladespannung 20 2,0 10 1,9 0 1, [h] Ladezeit

6 Die Vorteile der Pulsladung 100% Aufladung der Batterien ohne Säurepumpe, Luftschläuche und Spezialbatteriestecker. Kurzzeitladung (Zwei- und Dreischichtbetrieb), ohne zusätzlichen Aufwand durch Air-Einrichtung und Air-Batterie Normale Ladung innerhalb 10 Stunden Langzeitladung innerhalb 14 Stunden Die Batterien werden schonend geladen. Dadurch Verlängerung der Lebensdauer Energieeinsparung durch geringeren Ladefaktor 1.07 Geringerer Wasserverbrauch und Wartungsaufwand Auslesemöglichkeit der letzten Ladedaten Gleicher Preis wie die bisher verwendeten, nicht mehr der heutigen Technik entsprechenden WoWa- Geräte Geringerer Preis für Kurzzeitladung als die bisher verwendeten Geräte mit Air-Einrichtung PULSLADUNG im Vergleich zur Ladung mit Elektrolytumwälzung und zur konventionellen W o W a -Ladung Klassische Bleitraktionsbatterien schnell laden: Batterien mit Elektrolytumwälzung TriCOM-PULSLADUNG Batteriezellen in Sonderbauweise Pumpe und Luftschläuche Luftdruck- und Lecküberwachung Empfindliche Verschlauchung, Luftkupplung konventionelle PzS- oder PzS-L Zellen entfällt entfällt robuste, einfache Technik

7 Die Vorteile der Pulsladung Kurze Ladezeiten. [A/100 Ah] Zuordnung WoWa- EUW Ladefaktor 1, 07 IUIa-EUW-Kennli nie Ladefak tor 1,07 Ladeze ite n vo n P zs- Ba tt erie n in Abhä ngigke it v on de r Kennli nie und de r Zuo rdnung Entladung: 80 %; neue Batterie; Elektrolyttemperatur: - 40 C IUIa-K ennli nie Ladefaktor 1, 20 WoWa-Kennlinie Ladefaktor 1, 20 WpWa-Kennlinie (Puls) Ladefaktor 1,07 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0 8,5 9,0 9,5 10,0 10,5 11,0 11,5 12,0 12,5 13,0 13,5 14,0 [Stunden] Ladezeit Wa-Kennl ini e Ladefaktor 1, 20 Durch den kleinen Ladefaktor nur eine geringe Temperaturerhöhung und dadurch eine längere Lebensdauer der Batterien und geringer Wasserverbrauch Wärmeentwicklung nach gewähltem Ladesystem (Ladezeit 8h) 60 Puls WoWa IUIA-E UW IUIa Wh/Zellen/100Ah/C BIS 2,4V/Z Wo 96% bis 100% bis LF 1,05 bis LF 1,07 bis LF 1,17 bis LF 1,2

8 Einfluß der Batterietemperatur auf die Batteriegebrauchsdauer Die veröffentlichten ZVEI-Diagramme gehen von folgender Formel aus: ED N * T N * M +) LD E = Ti( ln n*i 5 ) * S * N T N (I) (Lebenserwartung) Geht man als Beispiel für eine fiktiven Einsatz von folgenden Bedingungen aus: Ti = mittlere Betriebstemperatu r = angenommen: 35 C T N = Nenntemperatur: C ED N = Nennenergiedurchsatz (1500 * 80 %): 1200 N*I 5 = Vielfaches des Entladestroms I 5 : 0,9 * I 5 N = Nutzung pro Tag: 1,5 S = Einsatztage pro Jahr (Zyklen pro Zyklentest): 240 Tage M +) = Anzahl Monate im Jahr (ohne m +) in Jahren: keine Angabe und setzt man obige Werte in die Gleichung (I) ein, so ergibt sich die zu erwartende Gebrauchsdauer bei diesen Bedingungen zu: 1500 * 0,80 * * 1 LD E = = 2,929 Jahre mit 240 Tagen/Jahr ( ln 0,9) * 240 * 1,5 Zyklen = LD E * S * N (Gleichung II) Zyklen = 2,929 * 240 * 1,5 = 1054 Zyklen Vergleichsrechnung mit einer n ur um 5 C höheren mittleren Batterietemperatur (40 C): Ti = mittlere Betriebstemperatu r = angenommen: 40 C T N = Nenntemperatur: C ED N = Nennenergiedurchsatz (1500 * 80 %): 1200 N*I 5 = Vielfaches des Entladestroms I 5 : 0,9 * I 5 N = Nutzung pro Tag: 1,5 S = Einsatztage pro Jahr (Zyklen pro Zyklentest): 240 Tage M +) = Anzahl Monate im Jahr (ohne m +) in Jahren: keine Angabe Und setzt man obige Werte in die Gleichung (I) ein, so ergibt sich die zu erwartende Gebrauchsdauer bei diesen Bedingungen zu: 1500 * 0,80 * * 1 LD E = = 2,563 Jahre mit 240 Tagen/Jahr ( ln 0,9) * 240 * 1,5 Zyklen = LD E * S * N (Gleichung II) Zyklen = 2,563 * 240 * 1,5 = 922 Zyklen Eine Reduzierung der mittleren Batterietemperatur von nur 5 C führt somit zu einer Lebensdauerverlängerung der Traktionsbatterie von ca 14 %.

9 Im Vergleich: Herkömmliche Ladetechnik und die neue Pulsladetechnik Nachfolgende Kennlinien zeigen deutlich die Vorteile der Pulsladetechnik in bezug auf die Wärmeentwicklung, Einsparung bei den Betriebskosten und Verlängerung der Lebensdauer Ihrer Batterie! Einsparung über 1 Jahr und über die gesamte Batterielebensdauer (ZVEI) 1500 Einsparung /Jahr W owa+euw Einsparung /Jahr W pwa (Puls ) Einsparung /Lebens dauer WoWa+ EUW Einsparung /Lebens dauer WpWa (P uls) EURO /240 24/270 24/320 24/420 24/600 48/420 80/600 Batterietyp V / Ah Berechnungsgrundlage Schichten pro Jahr: 240 Energiepreis: 0,05 / kwh dest Wasser: 0,25 / l Arbeitszeit 25 / h Lebensdauer nach gewähltem Ladesystem (ZVEI) Lebensdauer (WoW a Jahre) Lebensdauer (Puls lader Jahre) Jahre 5,5 5,4 5,3 5,2 5,1 5 4,9 4,8 4,7 4,6 4,5 24/240 24/270 24/320 24/420 24/600 48/420 48/600 48/750 Batterietyp V / Ah Wärmeentwicklung nach gewähltem Ladesystem (Ladezeit 8h) 60 Puls WoWa IUIA-E UW IUIa Wh/Zellen/100Ah/C BIS 2,4V/Z Wo 96% bis 100% bis LF 1,05 bis LF 1,07 bis LF 1,17 bis LF 1,2

10 Technische Information zur Ladetechnik von Traktionsbatterien: Zwischenladungen: Zwischenladungen zur Erhöhung der Einsatzdauer von Traktionsbatterien sind sinnvoll, aber nur dann, wenn diese erst ab einer bestimmten Mindestentladetiefe durchgeführt werden. Volle Batterien, oder Batterien mit einem Ladezustand über ca. 80 % K Nenn zwischenzuladen, führt zu unnötigen Überladungen und einer zusätzlichen schädlichen Batterieerwärmung mit dadurch bedingter geringeren Batterielebensdauer. Die Stromaufnahme bei Zwischenladungen ist vom Ladezustand abhängig. Je tiefer die Batterie entladen ist, um so effektiver sind Zwischenladungen mit einem entsprechend höherem Ladestrom, den die Batterie aufnehmen kann. Nach der EN (IEC 1044) sind Zwischenladungen von Blei-Antriebsbatterien nur zulässig, wenn der Batterie mindestens % ihrer Nennkapazität entnommen wurde. Weiterhin sollte täglich eine normale Ladung vorgesehen werden, um einer Schädigung der Batterie vorzubeugen. Würde man die Batterie ausschließlich mit Zwischenladungen betreiben und hätte nicht mindestens alle 2 3 Tage eine Volladung, so würden hierdurch Lebensdauerprobleme entstehen. Bei täglichen Zwischenladungen im Bereich von bis zu % Wiedereinladung der Nennkapazität pro Tag und einer in der Nacht erfolgten Vollladung entstehen keine Probleme. Zwischenladungen können mit allen Ladekennlinien durchgeführt werden. Ein Einsatz der Elektrolytumwälzung (EUW) ist nicht erforderlich. Säureschichtung durch Zwischenladungen: Da Zwischenladungen sinnvoller weise in einem so tiefen Ladezustand der Batterie durchgeführt werden, dass nicht die Gasungsspannung erreicht wird, entsteht während der Zwischenladung keine Säuredurchmischung. Bei Zwischenladungen tritt ein dünner Säurefilm an der Oberfläche der Platten auf. Dieser Film wird durch Adhäsionskräfte gehalten. Platte Adhäsion Wird die Batterie vollgeladen, treten folgende Effekte ein: Bei der Ladung mit Puls-Kennlinie wird keine Luft von außen zugeführt, sondern die Platten durch gezielte Stromstöße zum kurzzeitigen Gasen angeregt. Die Gasung kommt also aus den Platten und löst den Säuref ilm ab, um ihn mit dem Elektrolyt zu vermischen. Säurefilm ca. 0,16 mm Die Ladung mit Puls-Kennlinie hat den Vorteil dass die starken Adhäsionskräfte, die den Säurefilm an der Platte halten, leichter überwunden werden und die Säure optimal durchmischt wird. Ein weiterer Vorteil der Pulsladung gegenüber der Elektrolytumwälzung ist, dass der Aufwand der Lufterzeugung und Verteilung in den einzelnen Zellen entfällt und dass keine Sonderbatterien für EUW eingesetzt werden müssen. Das System der Pulsladung ist dadurch einfacher, preiswerter und störungsunanfälliger. Aus diesen Gründen ist auch bei häufigen Zwischenladungen die Pulsladung gegenüber der Elektrolytumwälzung ( EUW ) das bessere Ladeverfahren!