WHITEPAPER Toyota Li-Ion Neue Maßstäbe setzen

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1 WHITEPAPER INHALT Einleitung S. 2 Der Blei-Säure-Batterie weit überlegen S. 3 Vorteile für die Intralogistik S. 3 Toyota Li-Ion einzigartig am Markt S. 4 Herausforderungen und Ausblick S. 5 Firmenprofil S. 5 Leiter Technisches Competence Center Toyota Material Handling Deutschland GmbH Hannoversche Straße Isernhagen Telefon: Fax: info@de.toyota-industries.eu

2 In Zeiten des Klimawandels und steigender Preise für fossile Brennstoffe ist Elektromobilität längst keine ferne Zukunftsvision mehr. Die Politik setzt sich ehrgeizige Ziele und wird zum wichtigen Treiber ebenso wie die rasante Weiterentwicklung neuer Speichermedien. Die Lithium-Ionen-Akkumulatoren (im folgenden auch Li-Ionen ) spielen dabei eine Schlüsselrolle. In vielen Anwendungen im Haushalt, insbesondere im Bereich der Unterhaltungselektronik-Industrie, sind sie längst Standard. Seit einigen Jahren schickt sich die Technologie an, auch den Bereich der Investitionsgüter zu erobern moderne Hochleistungs-Akkus machen es möglich. Wie so oft leisten dabei die Flurförderzeug-Hersteller und ihre Batterie-Partner wichtige Pionierarbeit. Die vergleichsweise hohen Anschaffungskosten, die die Lithium-Ionen-Batterie im Gegensatz zum Blei-Säure-Akku verursacht, standen dabei bisher einer größeren Kommerzialisierung entgegen. Doch die Zeiten ändern sich: Die Bandbreite an verfügbaren Lösungen, die die Industrie bis zur Serienreife entwickelt, wächst beständig. Und in bestimmten Einsatzszenarien rechnet sich die neue Technologie schon heute. Die bestehenden Angebote unterscheiden sich jedoch noch sehr stark. Das betrifft vor allem die chemische Zusammensetzung der Energiespeicher und den Grad der Integration in das Flurförderzeug. Als Wegbereiter auf diesem Gebiet gilt Toyota Material Handling. Unter dem Namen Toyota Li-Ion hat der Weltmarktführer schon 2013 eine komplette Range an Lagertechnikgeräten mit Lithium-Ionen als Standardoption auf den Markt gebracht, darunter Niederhubwagen und Kommissionierer. Feldtests haben gezeigt, dass sich die Maschinen schon nach zwei Jahren bezahlt machen können. Dem höheren Anschaffungspreis stehen dabei deutlich geringere Stillstandzeiten der Geräte, niedrigere Energieverbräuche und -kosten gegenüber. Hinzu kommen wichtige ökologische Aspekte wie die Senkung von CO 2 -Emissionen. Abbildung 1: Seit 2013 verfügbare Toyota Li-Ion-Modelle WHITEPAPER April 2015 Seite 2

3 Der Blei-Säure-Batterie weit überlegen Im Vergleich zur herkömmlichen Blei-Säure-Batterie sammeln Li-Ionen-Systeme viele Pluspunkte. So sind Zwischenladungen nun ausdrücklich erwünscht. Da mit sehr hohen Strömen geladen werden kann, verkürzen sich die Ladezeiten drastisch; bei der Li-Ionen-Technologie von Toyota ist eine Vollladung bereits innerhalb einer Stunde möglich. Des Weiteren kann eine wesentlich größere Energiemenge entnommen und Batteriekapazitäten dadurch reduziert werden. Vorteilhaft ist auch, dass es sich um wartungsfreie Systeme handelt. Eine aufwendige Pflege ist nicht mehr erforderlich, und damit verbundene Fehler und Folgekosten entfallen. Im Vergleich zur herkömmlichen Blei-Säure-Batterie ist die Lebens dauer eines Lithium-Ionen-Akkus mit bis zu Zyklen zwei- bis dreimal so lang. Ein weiterer Pluspunkt: Dank eines deutlich verbesserten Wirkungsgrads sind Li-Ionen-Systeme unempfindlich gegenüber Belastungsspitzen. Die höhere Leistungsfähigkeit resultiert zum einen aus der größeren nutzbaren Energiemenge, zum anderen aus der höheren Energiedichte. Vorteile für die Intralogistik Die Eigenschaften von Li-Ionen sind zweifelsohne vielversprechend. Für den Alltag im Lager ergeben sich daraus signifikante Vorteile: Bei intensiven Mehrschichteinsätzen können beispielsweise schon reguläre Arbeitsunterbrechungen wie die Mittagspause für Zwischenladungen genutzt werden. Ein zweiter Batteriesatz ist somit nicht mehr erforderlich, ebenso wenig wie die fürs Wechseln aufgebrachte Zeit. Außerdem spart der Kunde Servicekosten: Für das Nachfüllen von Wasser ist weder eigenes Personal noch der Support vom Batterie hersteller nötig. Die Tatsache, dass das Energie-System geschlossen ist und keine Gasung entsteht, bietet weitere Chancen: Zwischenladungen können theoretisch überall und nicht mehr nur in den dafür ausgewiesenen Bereichen erfolgen. Aufwendige, kostspielige Belüftungssysteme sind somit hinfällig. Auch unter Umweltaspekten bieten Li-Ionen viele Vorteile: Im Gegensatz zur Blei-Säure-Batterie fallen keine giftigen Schwermetalle an. Zudem ist die Gefahr des Auslaufens gebannt. Dank der Hochfrequenztechnik ist das Ladeverhalten Lebensdauer Energiedichte Umweltfreundlich Output Schnellladung Zwischenladung Batterie-Management- System CO 2 -Bilanz Kosten Wartungsfrei Leistung Keine Gasung Energieeffizienz Abbildung 2: Wesentliche Faktoren eines Li-Ionen-Systems WHITEPAPER April 2015 Seite 3

4 insgesamt deutlich effizienter. Hinzu kommt, dass ein Ausgleichsladen der Batterie nach dem eigentlichen Ladevorgang zur Schonung des Akkus nicht mehr erforderlich ist. Unterm Strich stehen so Energieersparnisse von bis zu 30 Prozent, was die Ressourcen schont und zu einer besseren CO 2 - Bilanz des Kunden beiträgt. Auch die Produktivität erhöht sich, da Li-Ionen während der gesamten Entladephase eine stabile Spannung aufweisen. Die Akkumulatoren stellen dem Bediener also immer die gleiche Leistung zur Verfügung unabhängig davon, ob die Restkapazität 80 % oder nur noch 20 % beträgt. Bei der Blei-Säure-Batterie gestaltet sich dieser Sachverhalt anders die Leistungsfähigkeit nimmt hier gegen Ende der Entladephase ab. Bei Toyota Li-Ion handelt es sich um so ein vollintegriertes System. Via CAN-Bus ist es an die Kommunikation des Flurförderzeugs angebunden. Diese bis dato einmalige Integration erhöht die Sicherheit bei der Bedienung drastisch. So wird zum Beispiel rechtzeitig erkannt, wann die Batterieladung sich dem Ende neigt, eine Unterspannung droht oder gar ein einzelnes Modul ausfällt. Diese Informationen werden an die Steuerung des Flurförderzeugs gemeldet, was mit einer Aktivierung entsprechender Sicherheitsprogramme einhergeht. Reaktionen des Systems können zum Beispiel die Reduzierung der Geschwindigkeit, die Anzeige einer limitierten Bedienzeit oder die Einschränkung von Funktionen sein. All das wird dem Bediener über das Standard-Display des Flurförderzeugs angezeigt. Durch die vollständige Integration in das Gesamtsystem des Flurförderzeugs ist der Energiespeicher optimal auf die Para meter des Geräts abgestimmt. Das erhöht nicht nur die Sicher heit, sondern hat auch den Charme, dass die Zulassung bereits von Herstellerseite gewährleistet ist. Toyota Li-Ion einzigartig am Markt Die Entwicklung von Li-Ionen-Zellen und deren Nutzbarmachung ist komplex es kommt dabei ganz entscheidend auf ein funktionierendes Zusammenspiel von Elektronik, Ladegerät und Temperaturüberwachung an. Letzteres übernimmt ein Batteriemanagement-System, das vor Überhitzung schützt. Da das Flurförderzeug unmittelbar auf die Parameter Einfluss nimmt, muss es voll ins Gerät integriert werden. Flurförderzeug Gateway Abbildung 4: Das Toyota Li-Ion-System Ein weiteres Alleinstellungsmerkmal von Toyota Li-Ion ist das patentierte Pol-Design, das viele Vorteile mit sich bringt zum Beispiel eine einfache und intuitive Trennung des Stromflusses. Außerdem sind der Zellendeckel und die Pol-Spannung dicht verschweißt, so dass es selbst bei einer Hochdruck-Reinigung von Gerät und Batterie nicht zu Kriechströmen kommt. Über denselben Anschluss wird auch die Verbindung mit dem Ladestecker hergestellt. BMS BMS Modul Modul Batteriesystem/Trog Abbildung 3: Vollständige Integration in das Flurförderzeug Zurzeit konzentriert sich Toyota mit seiner Li-Ionen-Technologie auf 24-Volt-Modelle. Eine Ausweitung auf weitere Gerätetypen, also auch auf 48-Volt-Modelle, ist aber fest eingeplant. Das momentane Angebot umfasst 100-, 150-, 200- und 300-Ah-Systeme. Das hat seine Gründe: zum einen zeigt die Praxis, dass größere Kapazitäten nur selten benötigt werden. Zum anderen sei an dieser Stelle wieder auf das schnelle und flexible Ladeverhalten von Li-Ion verwiesen; außerdem kann im Vergleich zur herkömmlichen Blei-Säure-Batterie mehr Energie entnommen werden. Ein ausschlaggebendes Argument für kleinere Systeme sind nicht zuletzt die niedrigeren Produktions- und daraus resultierenden Anschaffungskosten. WHITEPAPER April 2015 Seite 4

5 Herausforderungen und Ausblick Schon heute ist die Li-Ionen-Technologie ein Gewinn insbesondere im intensiven Mehrschichteinsatz, der schon von einer Batterie abgebildet werden kann. Entscheidend dabei ist das Lademanagement: macht man hier alles richtig und nutzt die beschriebenen Vorteile von Li-Ion voll aus, ist kein Batteriewechsel mehr nötig. In diesem Szenario beträgt die Amortisationszeit zirka 2 Jahre. Es ist keine gewagte Prognose, dass sich dieser positive Trend weiter fortsetzen wird. Die Technologie muss jedoch noch weiter reifen, außerdem müssen Branchen-Standards gesetzt werden. Für die chemische Zusammensetzung der Li-Ionen-Zelle gibt es zum Beispiel bis heute keinen gemeinsamen Nenner. Kunden, die sich für die Technologie interessieren und vergleichen, müssen das Thema also sehr differenziert betrachten. Einheitliche Standards fehlen auch von der Versicherungswirtschaft, die dem Thema noch unschlüssig gegenübersteht. Diskutiert werden zum Beispiel Brandrisiken bei der Massenlagerung von Lithium-Ionen-Akkumulatoren. Natürlich: überall dort, wo Energie gespeichert wird, müssen Sicherheitsmaßnahmen getroffen werden. Das war so bei der Entwicklung der Blei-Säure-Batterie und gilt nun auch für Li-Ionen. Und tatsächlich gibt es derzeit noch große qualitative Unterschiede. Fest steht aber auch, dass es schon heute Systeme gibt, die den höchsten Sicherheitsstandards voll und ganz gerecht werden. Toyota ist das beste Beispiel: Selbstverständlich haben wir die eingesetzte Technologie gemeinsam mit unserem Batterie-Partner vor ihrer Zertifizierung durch aufwendige Testverfahren geprüft. Wie beschrieben beinhaltet das System zum Beispiel eine elektronische Steuerung, die vor Überhitzungen und Störungen schützt. Auch auf einen ausgewiesenen Sicher heitsbereich, wie es für Blei-Säure- Batterie erforderlich ist, kann, aufgrund der nicht vorhandenen Gasung, verzichtet werden. Die größte Herausforderung ist zurzeit der Anschaffungspreis. Bei gleicher Batterie-Kapazität (Ah) liegt dieser für Li-Ionen bis zu 7-mal höher als bei einer vergleichbaren Blei- Säure-Batterie. Natürlich können wir unseren Kunden anhand von Business Cases seriös vorrechnen, in welchen Szenarien sich Lithium-Ionen-Akkus heute schon rechnen. Für einige Kunden ist die Hürde aber momentan noch zu hoch. Dennoch: Die Chancen für das Li-Ionen-System sind groß. Die Marktakzeptanz ist da. Außerdem ist davon auszugehen, dass die Produktionskosten für die Batterie-Zellen weiter sinken werden, mit dem Automobilsektor als wichtigem Treiber. Anders, als in der Flurförderzeug-Branche, wird hier für den Massenmarkt produziert, was hohe Aufwendungen im F&E- Bereich rechtfertigt. Mit dem Prius Plug-in Hybrid geht Toyota mit gutem Beispiel voran: Die Technologie erweitert den Vollhybrid- Antrieb mit einer größeren Batterie, die an jeder 220V-Steckdose in nur 90 Minuten aufgeladen werden kann. Von genau diesen Entwicklungen profitiert am Ende auch der Stapler-Kunde. Angaben zum Unternehmen Die Toyota Material Handling Deutschland GmbH (TMHDE) ist der hiesige Vertreter des weltweit größten Flurförderzeug- Herstellers: der Toyota Industries Corporation (TICO). TMHDE hat seinen Hauptsitz in Isernhagen bei Hannover. Im April 2007 ist das Unternehmen aus dem Zusammenschluss von Toyota Gabelstapler Deutschland und BT Deutschland hervorgegangen. Toyota bietet seitdem über einen dualen Vertrieb mit 16 Händlern, sechs Toyota Stapler Centern und acht weiteren Niederlassungen Flurförderzeuge der Marken BT und Toyota, intralogistische Lösungen sowie alle produktbezogenen Dienstleistungen an. Das Spektrum reicht vom Handhubwagen über Routenzugsysteme und Gabelstapler aller Antriebsarten bis zu automati sierten Lösungen. Inklusive des Händlernetzwerks arbeiten zurzeit rund Mitarbeiter für das Unternehmen. Die Werke, die für den europäischen Markt produzieren, befinden sich in Ancenis (Frankreich), Mjölby (Schweden) und Bologna (Italien). Sie sind nach dem Umweltstandard ISO zertifiziert und fertigen nach dem weltweit bekannten Toyota Produktionssystem (TPS). Kontakt Toyota Material Handling Deutschland GmbH Hannoversche Straße Isernhagen Telefon: Fax: info@de.toyota-industries.eu WHITEPAPER April 2015 Seite 5