Die Logistik schließt die Lücke zwischen Produktion und Konsum. Alles, was wir in Geschäften kaufen oder online bestellen und nach Hause versenden lassen, wurde woanders hergestellt, verpackt und verladen. Und das mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit irgendwann auch von einem Gabelstapler in einem Logistikzentrum irgendwo auf der Welt. Gabelstapler sind die fleißigen Bienen in Lager und Logistik. Sie arbeiten 24 Stunden am Tag, bis zu 365 Tage im Jahr. Die gute Nachricht: Der Großteil dieser Abermillionen Maschinen fährt inzwischen elektrisch. Die weniger gute: Der Strom dafür kommt zumeist aus einer Bleisäurebatterie.
Das ist zum einen wenig umweltfreundlich – das Schwermetall Blei hat bereits in geringen Dosen eine gesundheits- und umweltschädigende Wirkung – und zum anderen anstrengend für die schichtenden Gabelstaplerfahrer:innen. Bei drei Schichten am Tag muss das Team drei Mal die Bleisäurebatterie wechseln. Nach 8 Stunden immer dasselbe Vorgehen: die leere Batterie ans Ladekabel hängen, den Wasserstand messen und bei Bedarf nachwässern, die Ersatzbatterie in den Stapler und weiter in die nächste Schicht.

(Foto | Scott Van Osdol)
Ein Gabelstapler braucht also mindestens 2 bis 3 Bleisäurebatterien pro Arbeitstag, die abwechselnd geladen, neu eingesetzt und ordentlich gepflegt werden müssen, damit sie ihre vorgesehene Lebensdauer erreichen. Ihr Einsatz und ihre Wartung kosten die Logistiker:innen Zeit und Geld.
Elektrifiziert – aber wie?
Ethium ist eine Art Start-up innerhalb von EControls, einem in den USA führenden Unternehmen für Motorsteuerung und Kraftstoffsysteme von Gabelstaplern. Sie kennen den Markt – wissen, wie Gabelstapler eingesetzt werden, wie aufwendig und kostenintensiv der Betrieb mit Bleisäurebatterien ist. Jinger McPeak, Vice President von Ethium, sagt: „Der Gabelstaplermarkt ist sehr weit, was die Elektrifizierung angeht, viel weiter als beispielsweise der Bereich Automotive. Uns bei Ethium war klar, dass der nächste Schritt jetzt zu einer nachhaltigeren Antriebslösung gehen muss – also haben wir die fortschrittlichste Batterie auf dem Markt entwickelt. Dabei haben wir uns von unseren langjährigen OEM-Kunden inspirieren lassen, die Teil der Transformation sind.“

„Der Gabelstaplermarkt ist zu weiten Teilen elektrifiziert. Jetzt gehen wir gemeinsam mit den OEM den nächsten Schritt zu einer nachhaltigeren Antriebslösung.“
Jinger McPeak, Vice President Ethium by EControls
2016 startete Ethium also die Entwicklung einer Lithium-Ionen-Batterie für den Gabelstaplermarkt. Der Vorteil für das Unternehmen: die jahrelange Erfahrung des Mutterkonzerns und die Datensätze aus all den Kalibrierungen, Motorsteuerungen und Kraftstoffsystemen für Stapler. Trotzdem begannen die Entwickler:innen komplett von vorne. „Jedes Projekt bei Ethium startet mit einem sogenannten Level-1-Meeting. Wir stecken kluge Köpfe aus den unterschiedlichen Disziplinen in einen Raum, schreiben die Idee an die Tafel und sagen: Was denkt ihr? Und dann wird diskutiert und gehirnt. Bei 200 Ingenieur:innen im Unternehmen, viele davon mit Doktor, kann das durchaus lebhaft werden“, erklärt Jinger McPeak lachend, „aber so entstehen die besten Lösungen.“
5 nachhaltige Technologien für die Lithium-
Ionen-Batterie
Insgesamt fünf Jahre haben die Ingenieur:innen an der Lithium-Ionen-Batterie getüftelt, fünf nachhaltige, technologische Vorteile entwickelt, die ihre Sicherheit und Langlebigkeit garantieren. Jinger McPeak spricht von einem „technischen Wunderwerk“: Die Batteriebox ist kompakter als eine übliche Bleisäurebatterie und hat dabei die doppelte Ladekapazität. In nur einer Stunde ist sie vollständig aufgeladen und muss nicht gewässert oder wie übliche Lösungen gewartet werden – und lebt trotzdem bis zu viermal länger.
Auch der Umweltaspekt war bei der Entwicklung wichtig: „Der Kern unserer Lösung ist Lithium-Eisenphosphat (LFP). Es ist nicht brennbar, nicht explosiv, hat die höchste Lebensdauer und größte Entladetiefe der infrage kommenden Materialien. Es erhält weder Kobalt noch Nickel und damit weniger Rohstoffe.“ Einen der fünf nachhaltigen Technologievorteile nennt Ethium „active balancing“.
Dabei wird der „Füllstand“ der Zellen konstant überwacht und bei Bedarf zum Beispiel Energie von einer volleren in eine mit geringerem Ladestand geleitet, damit alle Zellen immer gleichmäßig laden und entladen. Das macht die Batterie deutlich effizienter und verlängert ihre Lebensdauer. Zum Schutz setzt Ethium auf „active safety“ und „passive safety“. Bei der aktiven Sicherheit geht es um die Überwachung der Daten, die konstant von jedem Modul innerhalb der Batterie von einer eigenen Batteriemanagement-Elektronik geliefert werden und Aufschluss über den Zustand geben.
Passiv heißt, dass alle Zellen per Bonddraht verbunden sind – verlässt eine Zelle ihre „Komfortzone“, wird sie wie bei einer Sicherung automatisch ausgeschaltet. Das macht die Batterie zur schlauesten und ausgleichsfähigsten auf dem Markt. Essenziell bei Batterien ist die richtige Temperatur. Dafür gibt es die Technologien „active heating“ und „active cooling“, erklärt Jinger McPeak: „Die Langlebigkeit von Lithium-Ionen-Batterien hängt stark davon ab, dass sie immer angenehme ‚T-Shirt- Temperaturen‘ haben. Deswegen werden unsere Batterien aktiv gekühlt und aktiv gewärmt.“
Sensoren messen die Temperatur von vielen der Hunderten Zellen pro Batteriemodul – insgesamt circa 3.000 Zellen pro Batteriebox. Wird es zu warm oder zu kalt, stellt das Batteriemanagementsystem entsprechend die Kühlung oder die Heizung an.


Ein Kompaktlüfter für die Kühlung
Für die aktive Kühlung ist der IP68-geschützte Kompaktlüfter 4118N/2H4PU von ebm-papst zu ständig. Er saugt Außenluft durch Kanäle im Gehäuse der Batterie, leitet sie über die Metallseite der Module und kühlt damit die Zellen zielgerichtet ab. Der Kompaktlüfter ist UL-zertifiziert, eine Sicherheitsbestimmung der OEM, die es für den Einsatz auf dem amerikanischen Markt braucht. Joe Giacona, Director Transportation and Mobile bei ebm-papst in Farmington, USA, sagt: „Ethium kam wegen einer robusten Lösung für die aktive Kühlung ihrer Batterie auf uns zu. Unser Team hat dann in enger Zusammenarbeit mit ihren Ingenieur:innen und unseren Kolleg:innen in Deutschland den optimalen Kompaktlüfter gefunden, der genau den Leistungsanforderungen entsprach.“
Jinger McPeak unterstreicht: „Dass sich unsere Ingenieur:innen aufgrund der Leistungswerte und der Robustheit für den Kompaktlüfter entschieden haben und dagegen, eine eigene Lösung zu entwickeln, spricht definitiv für das Produkt und ist ein Kompliment!“ Möchte ein Kunde nun von der Bleisäure- zur Lithium-Ionen-Batterie wechseln, kann er die alte Batterie einfach gegen eine neue Batterie von Ethium tauschen und losfahren – wegen der normierten Anschlüsse und der identischen Baugröße kein Problem.
So funktioniert die innovative Batterielösung von Ethium

Einen der größten Vorteile für die Kunden sieht Jinger McPeak aber in der Fülle an Daten: „Wenn jemand eine Gabelstaplerflotte managt, braucht er rund um die Uhr zuverlässige Daten: Ladezustand der Batterie, Standzeit, Verhalten während einer durchschnittlichen Schicht – all diese Daten stellt die Batterie über ein Web-Interface zur Verfügung. Niemand muss raten oder nach Gefühl handeln. Im besten Fall entdecken unsere Kunden sogar zusätzliche logistische Kapazitäten und können Gabelstapler effizienter einsetzen, ohne neues Equipment anschaffen zu müssen.“
Während ihrer Schicht laden die Fahrer:innen die Lithium-Ionen-Batterie jeweils in den kurzen Pausen. Rund eine Stunde pro Schicht reicht völlig aus. Kein Wasserstandmessen, Wässern oder Warten. Mehrere 1.000 Ladezyklen in 18 Monaten ohne den Verlust von Kapazitäten. „Wir sind bereit für die Transformation“, sagt Jinger McPeak.
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