www.hoppecke.com - bei der IBH IT-Service GmbH
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Unsere Energie für Ihren<br />
Erfolg<br />
Andreas Suermann<br />
Accumulatorenwerke HOPPECKE<br />
Carl Zoellner & Sohn <strong>GmbH</strong><br />
Bontkirchener Straße 1<br />
D-59929 Brilon-Hoppecke<br />
<strong>www</strong>.<strong>hoppecke</strong>.<strong>com</strong><br />
Motive Power<br />
Systems<br />
Reserve Power<br />
Systems<br />
Special Power<br />
Systems<br />
<strong>Service</strong>
Konzernstruktur - Gesellschaften<br />
Holdinggesellschaft Accumulatorenwerke HOPPECKE<br />
HOPPECKE<br />
Batterien<br />
HOPPECKE<br />
Wuhan<br />
HOPPECKE<br />
Batterie<br />
Systeme<br />
HOPPECKE<br />
Technologies<br />
& ABT<br />
HOPPECKE<br />
<strong>Service</strong><br />
HOPPECKE<br />
Metallhütte<br />
HOPPECKE<br />
International<br />
Brilon, D<br />
Bleibatteriesysteme<br />
F&E<br />
Produktion<br />
Vertrieb<br />
Recycling von<br />
Bleisäure-<br />
Industriebatteriesystemen<br />
Wuhan, CN<br />
Bleibatteriesysteme<br />
Produktion<br />
Vertrieb<br />
Brilon, D<br />
Alkalische<br />
Batteriesysteme<br />
F&E<br />
Produktion<br />
Vertrieb<br />
Recycling von<br />
alkalischen<br />
Industriebatteriesystemen<br />
Zwickau, D<br />
Ladegeräte,<br />
Neue Batterietechnologien<br />
(Li-Ion), Systemtechnik<br />
F&E<br />
Produktion<br />
Brilon, D<br />
Kundenservice<br />
Wartung &<br />
Inspektion<br />
von Batteriesystemen<br />
Sicherheitsprüfung<br />
Systemberatung<br />
Schulungen<br />
Brilon, D<br />
Recycling<br />
Recycling von<br />
Bleibatterien<br />
in <strong>der</strong> eigenen<br />
Metallhütte<br />
Tochtergesellschaften,<br />
weltweit<br />
Produktion<br />
Vertrieb<br />
<strong>Service</strong><br />
2
Produktionsstandorte<br />
Produktionswerk u. Unternehmenszentrale in Brilon-Hoppecke, D ■ Produktionsstätte in Wuhan, CN ■ Produktionsstätten in Brilon u. Zwickau, D<br />
HOPPECKE<br />
Batterien<br />
HOPPECKE<br />
Wuhan<br />
HOPPECKE<br />
Batterie Systeme<br />
HOPPECKE<br />
Technologies & ABT<br />
Brilon, D<br />
Bleibatteriesysteme<br />
Wuhan, CN<br />
Bleibatteriesysteme<br />
Brilon, D<br />
Alkalische Batteriesysteme<br />
Zwickau, D<br />
Ladegeräte,<br />
Neue Batterietechnologien<br />
(Li-Ion), Systemtechnik<br />
F&E<br />
Produktion<br />
Vertrieb<br />
Recycling von Bleisäure-<br />
Industriebatteriesystemen<br />
Produktion<br />
Vertrieb<br />
F&E<br />
Produktion<br />
Vertrieb<br />
Recycling von alkalischen<br />
Industriebatteriesystemen<br />
F&E<br />
Produktion<br />
3
Auslegung von Batterien<br />
4
USV EATON<br />
9390<br />
120 KVA<br />
112,5 KW<br />
cosPhi = 0,9<br />
WR = 96%<br />
Batterieauslegung <strong>bei</strong> USV Anlagen<br />
5
Auslegung von Batterien<br />
~<br />
~<br />
USV<br />
M<br />
Anzahl <strong>der</strong> Zellen<br />
Strom o<strong>der</strong> Leistung<br />
Entladeschlußspannung<br />
Batterietyp<br />
Batterie<br />
Wirkungsgrad<br />
cos ϑ<br />
U min<br />
U max<br />
η<br />
Bekannte Größen<br />
Wirkungsgrad η<br />
cos ϑ<br />
U min<br />
U max<br />
Entladeschlußspannnung<br />
Zellenanzahl<br />
Benötigte Batterieleistung<br />
Batterietyp<br />
6
Auslegung von Batterien<br />
Beispiel: USV-Batterie:<br />
Anfor<strong>der</strong>ungen an die Batterie:<br />
1.) Anzahl <strong>der</strong> Zellen: 240 Zellen<br />
2.) Spannung: Umin: 384 V<br />
Umax: 564 V<br />
3.) USV-Leistung: 120 KVA<br />
4.) cos phi: 0,9<br />
5.) Wirkungsgrad: 96%<br />
6.) Entladezeit: 20 min<br />
7.) Batterietyp: verschlossene Bleibatterie<br />
7
Auslegung von Batterien<br />
verschlossene Blockbatterie<br />
power.<strong>com</strong> HC<br />
EUROBAT Einstufung high performance<br />
(10 - 12 Jahre)<br />
HC 121200 (35 Ah) - HC 125300 (150 Ah)<br />
exzellentes Hochstromverhalten <strong>bei</strong> hoher<br />
Lebensdauer<br />
integrierte Griffleiste<br />
integrierte Zentralentgasung mit<br />
Keramikfritte für sichere und zielgerichtete<br />
Gasabführung<br />
bewährtes und einheitliches Verbin<strong>der</strong>- und<br />
Polkonzept<br />
glatte, leicht zu reinigende Oberfläche und<br />
robustes Gehäuse aus schlagfestem<br />
Polypropylen<br />
8
Auslegung von Batterien<br />
Kunststoffumspritzter Pol mit<br />
Messingeinlage<br />
positive Platte<br />
9<br />
positives Gitter<br />
Plattenpaket<br />
negatives Gitter<br />
Vlies<br />
negative Platte<br />
9
Auslegung von Batterien<br />
Berechnung <strong>der</strong> Entladeschlußspannung:<br />
Umin = 384 V = 1,60 V / Zelle<br />
Anz. Zellen<br />
240 Zelle<br />
Berechnung <strong>der</strong> Batterieleistung:<br />
P Batt = USV-Leistg. x cos phi = 120 kVA x 0,9 = 112,5 KW<br />
Wirkungsgrad 0,96<br />
10
Auslegung von Batterien<br />
Auswahl <strong>der</strong> optimalen Batterie:<br />
240 Zellen = 40 Batterieblöcke<br />
6 Z/Block<br />
PBatt.<br />
Anz. Zellen<br />
= Leistung / Zelle<br />
112,5 KW = 469 W / Zelle<br />
240 Zellen<br />
11
Auslegung von Batterien<br />
Projektierungsdaten power.<strong>com</strong> HC<br />
Us = 1,6 V/cell Entladeleistung in W pro Zelle<br />
12
Auslegung von Batterien<br />
Es kommen 40 Blöcke vom Batterietyp<br />
power.<strong>com</strong> HC 125300 zum Einsatz.<br />
Die Batterie liefert 20 Minuten eine Leistung von<br />
240 Zellen x 503 W = 120,7 KW.<br />
Die gefor<strong>der</strong>te Leistung ist 112,7 KW.<br />
Somit hat die Batterie eine Leistungsreserve bzw.<br />
die Überbrückungszeit ist größer 20 Minuten.<br />
13
Lastabhängige Batteriekapazität<br />
Kapazität<br />
100Ah = 10A x 10h<br />
100Ah = 100A x 1h<br />
falsch !<br />
14
Batteriekapazität in Abhängigkeit<br />
vom Entladestrom<br />
Typischer Spannungsverlauf einer Blei-Säure-Batterie <strong>bei</strong> unterschiedlicher<br />
Belastung<br />
2,20<br />
2,15<br />
2,10<br />
Spannung U [V]<br />
2,05<br />
2,00<br />
1,95<br />
1,90<br />
1,85<br />
16 A<br />
8 A<br />
1,80<br />
1,75<br />
32 A<br />
1,70<br />
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<br />
Entladezeit t [min]<br />
15
Lastabhängige Batteriekapazität<br />
2,20<br />
2,20<br />
2,15<br />
2,15<br />
2,10<br />
2,05<br />
2,10<br />
2,00<br />
Spannung U [V]<br />
2,05<br />
2,00<br />
1,95<br />
1,90<br />
1,85<br />
1,95<br />
1,90<br />
1,85<br />
1,80<br />
1,75<br />
1,70<br />
8 A<br />
16 A<br />
32 A<br />
C1 C2 C3<br />
16 A<br />
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<br />
8 A<br />
1,80<br />
C3<br />
1,75<br />
32 A<br />
Kapazität <strong>bei</strong> Belastung mit 8 A = 8,0 A x 11,5 h = 92,0 Ah<br />
1,70 C2 Kapazität <strong>bei</strong> Belastung mit 16,0 A = 16,0 A x 4,75 h (5,75 ???) = 76,0 Ah<br />
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<br />
C1 Kapazität <strong>bei</strong> Belastung mit 32,0 A = 32,0 A x 1,7 h (2,875 ???) = 54,4 Ah<br />
Entladezeit t [min]<br />
16
Auslegung <strong>der</strong> Batterien mit Battfind<br />
Eigenschaften<br />
Auswahl Produkt<br />
17
Auslegung <strong>der</strong> Batterien mit Battfind<br />
Endspannung<br />
Entladezeit<br />
Zellenanzahl<br />
Auswahl Leistung<br />
Cos phi<br />
Wirkungsgrad<br />
18
Auslegung <strong>der</strong> Batterien mit Battfind<br />
Ergebnis<br />
Max. Last<br />
Max. Überbrückungszeit<br />
Leistungsauslastung<br />
19
Berechnung <strong>der</strong> Batterieabsicherung<br />
Batterieleistung ist: 112,5 kW<br />
Umin = 384 Volt<br />
Berechnung:<br />
112,5 KW = 293 Ampere<br />
384 Volt<br />
Es kommt <strong>der</strong> Leistungsschalter NZMN3-A320 zum tragen.<br />
Bei einer Absicherung mit NH Trennern von EFEN, würden Sicherungen<br />
NH 2A zum tragen kommen.<br />
20
Auslöseeigenschaften von EFEN Sicherungen<br />
Die Sicherungen werden für<br />
eine Überbrückungszeit von<br />
20 Minuten ( 1200 Sekunden)<br />
und einem maximalen Strom<br />
von 293 Ampere ausgewählt.<br />
21
Auslegung <strong>der</strong> Blockverbin<strong>der</strong><br />
22
Auslegung <strong>der</strong> Verbindungskabel<br />
Strom I: 293 A<br />
Länge des Verbin<strong>der</strong>s l: m<br />
Querschnitt des Verbin<strong>der</strong>s : 120 mm 2<br />
spezifischer Wi<strong>der</strong>stand Kupfer:<br />
Bei einem Strom von 293<br />
Ω × mm 2<br />
0,0178<br />
m<br />
2<br />
Ω × mm<br />
0,0178 × Länge [m]<br />
Spannung [V] =<br />
m<br />
× Strom [A]<br />
2<br />
Queschnitt [mm ]<br />
2<br />
Ω× mm<br />
0,0178<br />
Spannung [V] = m<br />
2<br />
120 mm<br />
× 5 m<br />
× 293 A = 0,22 V<br />
23
Auslegung <strong>der</strong> Verbindungskabel<br />
HOPPECKE Batterieanschlusskabel:<br />
Verwendung von Kabel H07RNF (doppelte Isolation) für kurzschlussfeste<br />
Verlegung.<br />
Zum Beispiel 07 = Isolationsspannung 700V<br />
Kabeltyp H07RNF<br />
24
Belüftung von Batterieräumen<br />
Warum Belüftung an <strong>der</strong> Batterieanlage?<br />
Ständige Zersetzung von Wasser in <strong>der</strong> Batterie durch die niedrige<br />
Wasserstoffüberspannung von Wasser 1.227 V<br />
Keine 100 % Rekombinationsrate <strong>bei</strong> verschlossenen Batterien – auch <strong>bei</strong><br />
verschlossenen Batterien ist Belüftung notwendig<br />
Zwischen 4 bis 78% Wasserstoffanteil in <strong>der</strong> Luft ist ein zündfähiges Gemisch<br />
gegeben<br />
Sehr niedrige Zündenergie von 0,02 mJ (Vergleich Benzin: 0,24 mJ)<br />
(statische Entladung ausreichend)<br />
25
Aufbau Bleibatterie (VLA)–<br />
ständige Wasserzersetzung<br />
Wasserzersetzungsrate<br />
Zunahme <strong>der</strong><br />
Wasserzersetzung<br />
Sauerstoffentwicklung<br />
Wasserstoffentwicklung<br />
Negative Elektrode<br />
~ 2,40 Volt<br />
~ 2,23 Volt<br />
~ 2,00 Volt<br />
Ruhespannung eines<br />
Bleiakkumulators<br />
Wasserzersetzungsspannung<br />
Positive Elektrode<br />
2H + + 2e - → H 2<br />
O 2- → ½O 2 + 2e -<br />
1,227 Volt<br />
-0,8<br />
-0,6<br />
-0,4<br />
-0,2<br />
0<br />
1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 Volt<br />
Blei -0,23V<br />
Bleidioxid +1,70V<br />
Wasserzersetzung ist eine sekundäre Reaktion in Blei-Säure bzw. NiCd –<br />
Batterien, die nicht vermieden werden kann!<br />
26
Belüftung von Batterieräumen<br />
DIN EN 50272-2<br />
Optimierter Luftstrom<br />
Abluft<br />
Batterie<br />
Zuluft<br />
27
Berechnungsgleichung Belüftung<br />
Q Luft = 0,05 x n x I gas<br />
x C n<br />
[m 3 /h]<br />
Q Luft = notwendiger Luftdurchsatz<br />
n = Anzahl <strong>der</strong> Zellen<br />
I gas<br />
= Gasungsstrom<br />
1 mA <strong>bei</strong> verschlossenen Batterien <strong>bei</strong>m Ladeerhaltungsbetrieb<br />
5 mA <strong>bei</strong> geschlossenen Batterien <strong>bei</strong>m Ladeerhaltungsbetrieb<br />
8 mA <strong>bei</strong> verschlossenen Batterien <strong>bei</strong>m Starkladebetrieb<br />
20 mA <strong>bei</strong> geschlossenen Batterien <strong>bei</strong>m Starkladebetrieb<br />
C n = Batteriekapazität<br />
28
Passive Belüftung<br />
Ist aktive Belüftung immer notwendig?<br />
Nein, da natürliche Belüftung immer vorhanden ist. Sie sollte einer Zwangsbelüftung<br />
aus Sicherheitsgründen vorgezogen werden. (Fehleranfälligkeit)<br />
Q Luft = notwendiger Luftduchsatz [m 3 /h]<br />
Zu – und Abluftöffnung sollte vorhanden sein.<br />
A Luft = 28 x Q Luft<br />
A Luft = Querschnittsfläche für jeweils Zuluft- und Abluftöffnung [cm 2 ]<br />
Öffnungen müssen an gegenüberliegenden Wänden liegen, o<strong>der</strong> einen<br />
Mindestabstand von 2 m einhalten, wenn sich die Öffnungen in <strong>der</strong> selben<br />
Wand befinden.<br />
Wenn <strong>der</strong> Luftvolumenstrom QLuft nicht durch natürliche Belüftung sichergestellt<br />
werden kann, ist technische Belüftung erfor<strong>der</strong>lich und das Ladegerät<br />
muss mit dem Belüftungssystem gekoppelt sein. (Bedarfsgerechte<br />
Belüftung)<br />
29
Ohne Belüftung<br />
30
Ohne Belüftung …<br />
31
Ohne Belüftung …<br />
32
Vielen Dank . . .<br />
Vielen Dank<br />
für Ihre<br />
Aufmerksamkeit!<br />
<strong>www</strong>.<strong>hoppecke</strong>.<strong>com</strong><br />
33
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