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Unsere Energie für Ihren

Erfolg

Andreas Suermann

Accumulatorenwerke HOPPECKE

Carl Zoellner & Sohn GmbH

Bontkirchener Straße 1

D-59929 Brilon-Hoppecke

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Konzernstruktur - Gesellschaften

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Batterien

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& ABT

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HOPPECKE

International

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F&E

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Vertrieb

Recycling von

Bleisäure-

Industriebatteriesystemen

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Bleibatteriesysteme

Produktion

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Brilon, D

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Batteriesysteme

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alkalischen

Industriebatteriesystemen

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(Li-Ion), Systemtechnik

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Recycling von

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in der eigenen

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weltweit

Produktion

Vertrieb

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2


Produktionsstandorte

Produktionswerk u. Unternehmenszentrale in Brilon-Hoppecke, D ■ Produktionsstätte in Wuhan, CN ■ Produktionsstätten in Brilon u. Zwickau, D

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Vertrieb

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Recycling von alkalischen

Industriebatteriesystemen

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Produktion

3


Auslegung von Batterien

4


USV EATON

9390

120 KVA

112,5 KW

cosPhi = 0,9

WR = 96%

Batterieauslegung bei USV Anlagen

5


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


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


Auslegung von Batterien

verschlossene Blockbatterie

power.com HC

EUROBAT Einstufung high performance

(10 - 12 Jahre)

HC 121200 (35 Ah) - HC 125300 (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


Auslegung von Batterien

Kunststoffumspritzter Pol mit

Messingeinlage

positive Platte

9

positives Gitter

Plattenpaket

negatives Gitter

Vlies

negative Platte

9


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


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


Auslegung von Batterien

Projektierungsdaten power.com HC

Us = 1,6 V/cell Entladeleistung in W pro Zelle

12


Auslegung von Batterien

Es kommen 40 Blöcke vom Batterietyp

power.com HC 125300 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


Lastabhängige Batteriekapazität

Kapazität

100Ah = 10A x 10h

100Ah = 100A x 1h

falsch !

14


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

1,70

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390 420 450 480 510 540 570 600 630 660 690 720

Entladezeit t [min]

15


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

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390 420 450 480 510 540 570 600 630 660 690 720

8 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

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390 420 450 480 510 540 570 600 630 660 690 720

C1 Kapazität bei Belastung mit 32,0 A = 32,0 A x 1,7 h (2,875 ???) = 54,4 Ah

Entladezeit t [min]

16


Auslegung der Batterien mit Battfind

Eigenschaften

Auswahl Produkt

17


Auslegung der Batterien mit Battfind

Endspannung

Entladezeit

Zellenanzahl

Auswahl Leistung

Cos phi

Wirkungsgrad

18


Auslegung der Batterien mit Battfind

Ergebnis

Max. Last

Max. Überbrückungszeit

Leistungsauslastung

19


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


Auslöseeigenschaften von EFEN Sicherungen

Die Sicherungen werden für

eine Überbrückungszeit von

20 Minuten ( 1200 Sekunden)

und einem maximalen Strom

von 293 Ampere ausgewählt.

21


Auslegung der Blockverbinder

22


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

2

120 mm

× 5 m

× 293 A = 0,22 V

23


Auslegung der Verbindungskabel

HOPPECKE Batterieanschlusskabel:

Verwendung von Kabel H07RNF (doppelte Isolation) für kurzschlussfeste

Verlegung.

Zum Beispiel 07 = Isolationsspannung 700V

Kabeltyp H07RNF

24


Belüftung von Batterieräumen

Warum Belüftung an der Batterieanlage?

Ständige Zersetzung von Wasser in der Batterie durch die niedrige

Wasserstoffüberspannung von Wasser 1.227 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


Aufbau Bleibatterie (VLA)–

ständige Wasserzersetzung

Wasserzersetzungsrate

Zunahme der

Wasserzersetzung

Sauerstoffentwicklung

Wasserstoffentwicklung

Negative Elektrode

~ 2,40 Volt

~ 2,23 Volt

~ 2,00 Volt

Ruhespannung eines

Bleiakkumulators

Wasserzersetzungsspannung

Positive Elektrode

2H + + 2e - → H 2

O 2- → ½O 2 + 2e -

1,227 Volt

-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


Belüftung von Batterieräumen

DIN EN 50272-2

Optimierter Luftstrom

Abluft

Batterie

Zuluft

27


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


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


Ohne Belüftung

30


Ohne Belüftung …

31


Ohne Belüftung …

32


Vielen Dank . . .

Vielen Dank

für Ihre

Aufmerksamkeit!

www.hoppecke.com

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