Unsere Energie für Ihren Erfolg. Andreas Suermann

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1 Unsere Energie für Ihren Erfolg Andreas Suermann Accumulatorenwerke HOPPECKE Carl Zoellner & Sohn GmbH Bontkirchener Straße 1 D Brilon-Hoppecke Motive Power Systems Reserve Power Systems Special Power Systems Service

2 Konzernstruktur - Gesellschaften Holdinggesellschaft Accumulatorenwerke HOPPECKE HOPPECKE Batterien HOPPECKE Wuhan HOPPECKE Batterie Systeme HOPPECKE Technologies & ABT HOPPECKE Service HOPPECKE Metallhütte HOPPECKE International Brilon, D Bleibatteriesysteme F&E Produktion Vertrieb Recycling von Bleisäure- Industriebatteriesystemen Wuhan, CN Bleibatteriesysteme Produktion Vertrieb Brilon, D Alkalische Batteriesysteme F&E Produktion Vertrieb Recycling von alkalischen Industriebatteriesystemen Zwickau, D Ladegeräte, Neue Batterietechnologien (Li-Ion), Systemtechnik F&E Produktion Brilon, D Kundenservice Wartung & Inspektion von Batteriesystemen Sicherheitsprüfung Systemberatung Schulungen Brilon, D Recycling Recycling von Bleibatterien in der eigenen Metallhütte Tochtergesellschaften, weltweit Produktion Vertrieb Service 2

3 Produktionsstandorte Produktionswerk u. Unternehmenszentrale in Brilon-Hoppecke, D Produktionsstätte in Wuhan, CN Produktionsstätten in Brilon u. Zwickau, D HOPPECKE Batterien HOPPECKE Wuhan HOPPECKE Batterie Systeme HOPPECKE Technologies & ABT Brilon, D Bleibatteriesysteme Wuhan, CN Bleibatteriesysteme Brilon, D Alkalische Batteriesysteme Zwickau, D Ladegeräte, Neue Batterietechnologien (Li-Ion), Systemtechnik F&E Produktion Vertrieb Recycling von Bleisäure- Industriebatteriesystemen Produktion Vertrieb F&E Produktion Vertrieb Recycling von alkalischen Industriebatteriesystemen F&E Produktion 3

4 Auslegung von Batterien 4

5 USV EATON KVA 112,5 KW cosphi = 0,9 WR = 96% Batterieauslegung bei USV Anlagen 5

6 Auslegung von Batterien ~ ~ USV M Anzahl der Zellen Strom oder Leistung Entladeschlußspannung Batterietyp Batterie Wirkungsgrad cos ϑ U min U max η Bekannte Größen Wirkungsgrad η cos ϑ U min U max Entladeschlußspannnung Zellenanzahl Benötigte Batterieleistung Batterietyp 6

7 Auslegung von Batterien Beispiel: USV-Batterie: Anforderungen an die Batterie: 1.) Anzahl der Zellen: 240 Zellen 2.) Spannung: Umin: 384 V Umax: 564 V 3.) USV-Leistung: 120 KVA 4.) cos phi: 0,9 5.) Wirkungsgrad: 96% 6.) Entladezeit: 20 min 7.) Batterietyp: verschlossene Bleibatterie 7

8 Auslegung von Batterien verschlossene Blockbatterie power.com HC EUROBAT Einstufung high performance (10-12 Jahre) HC (35 Ah) - HC (150 Ah) exzellentes Hochstromverhalten bei hoher Lebensdauer integrierte Griffleiste integrierte Zentralentgasung mit Keramikfritte für sichere und zielgerichtete Gasabführung bewährtes und einheitliches Verbinder- und Polkonzept glatte, leicht zu reinigende Oberfläche und robustes Gehäuse aus schlagfestem Polypropylen 8

9 Auslegung von Batterien Kunststoffumspritzter Pol mit Messingeinlage positive Platte 9 positives Gitter Plattenpaket negatives Gitter Vlies negative Platte 9

10 Auslegung von Batterien Berechnung der Entladeschlußspannung: Umin = 384 V = 1,60 V / Zelle Anz. Zellen 240 Zelle Berechnung der Batterieleistung: P Batt = USV-Leistg. x cos phi = 120 kva x 0,9 = 112,5 KW Wirkungsgrad 0,96 10

11 Auslegung von Batterien Auswahl der optimalen Batterie: 240 Zellen = 40 Batterieblöcke 6 Z/Block PBatt. Anz. Zellen = Leistung / Zelle 112,5 KW = 469 W / Zelle 240 Zellen 11

12 Auslegung von Batterien Projektierungsdaten power.com HC Us = 1,6 V/cell Entladeleistung in W pro Zelle 12

13 Auslegung von Batterien Es kommen 40 Blöcke vom Batterietyp power.com HC zum Einsatz. Die Batterie liefert 20 Minuten eine Leistung von 240 Zellen x 503 W = 120,7 KW. Die geforderte Leistung ist 112,7 KW. Somit hat die Batterie eine Leistungsreserve bzw. die Überbrückungszeit ist größer 20 Minuten. 13

14 Lastabhängige Batteriekapazität Kapazität 100Ah = 10A x 10h 100Ah = 100A x 1h falsch! 14

15 Batteriekapazität in Abhängigkeit vom Entladestrom Typischer Spannungsverlauf einer Blei-Säure-Batterie bei unterschiedlicher Belastung 2,20 2,15 2,10 Spannung U [V] 2,05 2,00 1,95 1,90 1,85 16 A 8 A 1,80 1,75 32 A 1, Entladezeit t [min] 15

16 Lastabhängige Batteriekapazität 2,20 2,20 2,15 2,15 2,10 2,05 2,10 2,00 Spannung U [V] 2,05 2,00 1,95 1,90 1,85 1,95 1,90 1,85 1,80 1,75 1,70 8 A 16 A 32 A C1 C2 C3 16 A A 1,80 C3 1,75 32 A Kapazität bei Belastung mit 8 A = 8,0 A x 11,5 h = 92,0 Ah 1,70 C2 Kapazität bei Belastung mit 16,0 A = 16,0 A x 4,75 h (5,75???) = 76,0 Ah C1 Kapazität bei Belastung mit 32,0 A = 32,0 A x 1,7 h (2,875???) = 54,4 Ah Entladezeit t [min] 16

17 Auslegung der Batterien mit Battfind Eigenschaften Auswahl Produkt 17

18 Auslegung der Batterien mit Battfind Endspannung Entladezeit Zellenanzahl Auswahl Leistung Cos phi Wirkungsgrad 18

19 Auslegung der Batterien mit Battfind Ergebnis Max. Last Max. Überbrückungszeit Leistungsauslastung 19

20 Berechnung der Batterieabsicherung Batterieleistung ist: 112,5 kw Umin = 384 Volt Berechnung: 112,5 KW = 293 Ampere 384 Volt Es kommt der Leistungsschalter NZMN3-A320 zum tragen. Bei einer Absicherung mit NH Trennern von EFEN, würden Sicherungen NH 2A zum tragen kommen. 20

21 Auslöseeigenschaften von EFEN Sicherungen Die Sicherungen werden für eine Überbrückungszeit von 20 Minuten ( 1200 Sekunden) und einem maximalen Strom von 293 Ampere ausgewählt. 21

22 Auslegung der Blockverbinder 22

23 Auslegung der Verbindungskabel Strom I: 293 A Länge des Verbinders l: m Querschnitt des Verbinders : 120 mm 2 spezifischer Widerstand Kupfer: Bei einem Strom von 293 Ω mm 2 0,0178 m 2 Ω mm 0,0178 Länge [m] Spannung [V] = m Strom [A] 2 Queschnitt [mm ] 2 Ω mm 0,0178 Spannung [V] = m mm 5 m 293 A = 0,22 V 23

24 Auslegung der Verbindungskabel HOPPECKE Batterieanschlusskabel: Verwendung von Kabel H07RNF (doppelte Isolation) für kurzschlussfeste Verlegung. Zum Beispiel 07 = Isolationsspannung 700V Kabeltyp H07RNF 24

25 Belüftung von Batterieräumen Warum Belüftung an der Batterieanlage? Ständige Zersetzung von Wasser in der Batterie durch die niedrige Wasserstoffüberspannung von Wasser V Keine 100 % Rekombinationsrate bei verschlossenen Batterien auch bei verschlossenen Batterien ist Belüftung notwendig Zwischen 4 bis 78% Wasserstoffanteil in der Luft ist ein zündfähiges Gemisch gegeben Sehr niedrige Zündenergie von 0,02 mj (Vergleich Benzin: 0,24 mj) (statische Entladung ausreichend) 25

26 Aufbau Bleibatterie (VLA) ständige Wasserzersetzung Wasserzersetzungsrate Zunahme der Wasserzersetzung Sauerstoffentwicklung Wasserstoffentwicklung 2H + + 2e - H 2 Negative Elektrode ~ 2,40 Volt ~ 2,23 Volt ~ 2,00 Volt Ruhespannung eines Bleiakkumulators Wasserzersetzungsspannung 1,227 Volt Positive Elektrode O 2- ½O 2 + 2e - -0,8-0,6-0,4-0,2 0 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 Volt Blei -0,23V Bleidioxid +1,70V Wasserzersetzung ist eine sekundäre Reaktion in Blei-Säure bzw. NiCd Batterien, die nicht vermieden werden kann! 26

27 Belüftung von Batterieräumen DIN EN Optimierter Luftstrom Abluft Batterie Zuluft 27

28 Berechnungsgleichung Belüftung Q Luft = 0,05 x n x I gas x C n [m 3 /h] Q Luft = notwendiger Luftdurchsatz n = Anzahl der Zellen I gas = Gasungsstrom 1 ma bei verschlossenen Batterien beim Ladeerhaltungsbetrieb 5 ma bei geschlossenen Batterien beim Ladeerhaltungsbetrieb 8 ma bei verschlossenen Batterien beim Starkladebetrieb 20 ma bei geschlossenen Batterien beim Starkladebetrieb C n = Batteriekapazität 28

29 Passive Belüftung Ist aktive Belüftung immer notwendig? Nein, da natürliche Belüftung immer vorhanden ist. Sie sollte einer Zwangsbelüftung aus Sicherheitsgründen vorgezogen werden. (Fehleranfälligkeit) Q Luft = notwendiger Luftduchsatz [m 3 /h] Zu und Abluftöffnung sollte vorhanden sein. A Luft = 28 x Q Luft A Luft = Querschnittsfläche für jeweils Zuluft- und Abluftöffnung [cm 2 ] Öffnungen müssen an gegenüberliegenden Wänden liegen, oder einen Mindestabstand von 2 m einhalten, wenn sich die Öffnungen in der selben Wand befinden. Wenn der Luftvolumenstrom QLuft nicht durch natürliche Belüftung sichergestellt werden kann, ist technische Belüftung erforderlich und das Ladegerät muss mit dem Belüftungssystem gekoppelt sein. (Bedarfsgerechte Belüftung) 29

30 Ohne Belüftung 30

31 Ohne Belüftung 31

32 Ohne Belüftung 32

33 Vielen Dank... Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! 33