De nieuwe accu’s en supercondensatoren voor automatische systemen voor goederenafhandeling

08/11/2017

De laatste jaren heeft er een algemene verandering plaatsgevonden op het gebied van de technologie die wordt gebruikt om elektrische energie op te slaan in automatische systemen voor goederenafhandeling. De grootste fabrikanten in de sector hebben geleidelijk de loodaccu’s vervangen door lithium-ion-accu’s en supercondensatoren, aangezien deze de prestaties van elektronische apparatuur maximaliseren.

Deze nieuwe voorzieningen vormen een doorbraak voor systemen voor goederenafhandeling in het algemeen en voor automatische goederenafhandelingssystemen in het bijzonder. Om beter te begrijpen hoe deze ontwikkeling de markt heeft verbeterd en ontwikkeld, moeten we eerst de eigenschappen van de traditionele accu’s, zoals de loodaccu, kennen.

 

Loodaccu’s

Loodaccu’s bevatten een zwavelzuur/watermengsel waarin parallel geplaatste loden platen zijn ondergedompeld, afgewisseld per polariteit, die fungeren als de kathode (negatieve pool) en anode (positieve pool) van de accu. Binnenin de batterij ontstaan een aantal chemische reacties tussen de loden platen die het mogelijk maken om elektrische energie op te slaan en af te geven, al naargelang de behoeften van het apparaat dat ze van energie voorzien.

Deze accu’s worden wereldwijd veelvuldig gebruikt dankzij de lage kostprijs per eenheid opgeslagen elektrische energie (ook wel lage kostprijs per kWu genoemd). Bovendien houden de accu's de elektrische energie goed vast wanneer ze niet worden gebruikt.

 

De ruimte waarin de loodaccu’s worden opgeladen moet zeer goed geventileerd en geïsoleerd zijn, verwijderd van de opslagzones

 

Daar staat tegenover dat ze weinig energie kunnen opslaan per gewichtseenheid of volume. Het opladen duurt gewoonlijk 8 tot 14 uur, aangezien de chemische reactie die ontstaat in de accu traag moet zijn, om de opslagcapaciteit niet voortijdig te doen afnemen. Een ander nadeel is dat er tijdens dat proces dampen en gassen vrijkomen, waardoor er een goed geventileerde ruimte beschikbaar moet zijn voor de accu.

De levensduur van deze accu’s bedraagt tussen 200 en 400 op- en ontlaadcycli, waarbij volledige ontlading wordt afgeraden omdat dit de levensduur verkort. Ze vereisen ook onderhoud om te garanderen dat ze goed werken en wanneer hun levensduur is bereikt moeten de materialen correct worden verwerkt aangezien deze zeer vervuilend zijn.

De afgelopen decennia is de industrie, als gevolg van de toenemende olieschaarste, nieuwe middelen gaan onderzoeken en ontwikkelen om de afhankelijkheid van fossiele brandstoffen te verminderen en de uitstoot van broeikasgassen te minimaliseren.

We onderzoeken twee van de meest geavanceerde oplossingen wat uitgebreider:

 

Lithium-ion-accu’s (Li-ion)

Lithium-ion-accu’s maken gebruik van lithiumzout als elektrische geleider. Er bestaan veel verschillende lithium-iontechnologieën afhankelijk van de gebruikte materialen voor de samenstelling van de kathode en anode van de accu, zoals ijzerfosfaat, kobaltoxide, kaliumoxide, enz.

Deze technologie biedt door haar eigenschappen de industrie vele voordelen:

  • Hoge specifieke energie: ze slaan een grotere hoeveelheid energie op in een kleinere behuizing dan loodaccu’s.
  • Grotere energie-efficiëntie: ze worden minder heet en zijn efficiënter bij het op- en ontladen dan loodaccu’s. Met hoge intensiteit kan de accu op- en ontladen worden in slechts 3 tot 4 uur, zonder kwaliteitsverlies. Daardoor zijn ze uitermate geschikt voor apparaten die zware ladingen met hoge snelheid en met veel acceleraties moeten vervoeren.
  • Lange levensduur: afhankelijk van de specifieke lithium-iontechnologie, kunnen deze accu’s tot vier keer langer meegaan dan de traditionele.
  • Niet vervuilend: ze bevatten geen zware metalen of verontreinigende stoffen. Bovendien is het niet nodig ze als gevaarlijk afval te verwerken aan het einde van hun levensduur. Ze produceren ook geen dampen tijdens het oplaadproces.
  • Ze vereisen geen onderhoud.
  • Hoger rendement bij lage temperaturen: de lithium-iontechnologie werkt binnen een breed temperatuurbereik zonder kwaliteitsverlies of verkorting van de levensduur.

 

Lithium-ion-accu’s bieden een hoog rendement in koel- en vriesruimtes

 

Niettemin zijn er ook enkele nadelen:

  • Elektronisch beveiligingscircuit: de onderdelen van de accu worden beschermd door een elektronisch beveiligingscircuit. Hoewel het daardoor wel mogelijk is om de laadstatus van de accu kenbaar te maken aan het apparaat en zo het opladen, ontladen en de levensduur te optimaliseren.
  • Opladen bij vriestemperaturen: de accu’s kunnen niet worden opgeladen bij temperaturen onder 0°C. Wanneer de accu’s worden gebruikt in vriesruimtes dan moet het oplaadpunt zich hier buiten bevinden. Zo niet, dan moeten de accu’s worden verwarmd tijdens het opladen.
  • Hogere kostprijs per kWu: de kostprijs per opgeslagen energie-eenheid is hoger dan die van loodaccu’s. Desalniettemin, de hogere kostprijs wordt gecompenseerd door de langere levensduur van een lithium-ion-accu, wat de totale kostprijs per cyclus drukt.

 

Supercondensatoren

Ook bekend als EDL condensatoren (Electrical Double Layer), zijn supercondensatoren apparaten die grote hoeveelheden energie kunnen opslaan, duizenden keren meer dan traditionele condensatoren.

We noemen enkele van hun talrijke voordelen op:

  • Grote elektrische capaciteit: ze kunnen op- en ontlaadcycli met zeer hoge intensiteit aan zonder voortijdig aan kwaliteit in te boeten. Het opladen kan gebeuren in enkele seconden.
  • Zeer lange levensduur: de elektronische componenten hebben een hoge duurzaamheid. Ze kunnen miljoenen op- en ontlaadcycli doorstaan mits in geschikte temperatuur condities gehouden.
  • Eenvoudig oplaadproces: er is geen bepaalde I-V curve (current voltage curve) vereist en er bestaat geen risico op overlading, in tegenstelling tot loodaccu’s.
  • Veiligheid: bij supercondensatoren bestaat er geen risico op kwaliteitsverlies of ontsteking door overlading of diepe ontlading.
  • Ze vereisen geen onderhoud.
  • Uitstekend rendement bij lage temperaturen: supercondensatoren ondervinden slechts minimaal rendementsverlies en geen kwaliteitsverlies wanneer ze werken bij lage temperaturen, het tegenovergestelde gebeurt: hun levensduur wordt erdoor verlengd.

Ze hebben echter ook hun beperkingen:

  • Lage specifieke energie: de supercondensatoren kunnen een grote hoeveelheid energie opslaan, maar niet zo veel als traditionele accu’s met dezelfde afmetingen en gewicht.
  • Gematigde ontlaadratio: ze verliezen gemakkelijker spontaan elektrische energie.
  • Hoge kostprijs per kWu: de initiële kostprijs van de supercondensatoren is hoger dan die van traditionele accu’s. Dat wordt echter weer goedgemaakt door hun lange levensduur.
     

Accu’s in het Pallet Shuttle-systeem van Mecalux

De integratie van het automatische of semi-automatische Pallet Shuttle-systeem in een magazijn is een ideale oplossing om de productiviteit en winstgevendheid te verhogen. Het systeem is ten zeerste aan te bevelen voor installaties met een groot aantal pallets per SKU (Stock Keeping Unit) en een constante in- en uitstroom van goederen.

 

 

 

 

 

 

 




De accu’s worden uit de shuttles gehaald en in de laadstations van het magazijn geplaatst

 

Beide systemen bieden een oplossing voor verschillende behoeften: bij het semi-automatische systeem stuurt een magazijnmedewerker de bewegingen van de shuttle aan met een via Wi-Fi verbonden tablet nadat de shuttle in het juiste kanaal is geplaatst door een heftruck; het automatische systeem wordt aangestuurd via het WMS (Warehouse Management System) en biedt het automatische goederenafhandelingssysteem (magazijnkranen of transfert cars) ondersteuning bij het localiseren van de shuttle en de lading in het betreffende kanaal. In beide gevallen begeven de heftrucks zich niet in de gangpaden van de opslagzone, wat de kans op incidenten en de onderhoudskosten vermindert. De door elektrische motoren aangedreven shuttle verplaatst zich volledig autonoom door de kanalen om de pallets te laden en te lossen. De semi-automatische versie maakt gebruik van lithium-iron-accu’s en de automatische van supercondensatoren.

Wat zijn de verschillen:

 

Lithium-iron-accu in de semi-automatische Pallet Shuttle

Het semi-automatische Pallet Shuttle-systeem maakt gebruik van een lithium-iron-accu als energiebron.

De keuze voor een lithium-iron-accu in plaats van supercondensatoren werd vooral gemaakt vanuit de overweging dat de semi-automatische Pallet Shuttle een langere autonomie moest hebben. Deze batterijen munten uit door hun hoge specifieke energie, die met een maximale prestatie tot 10 uur beschikbaar blijft (afhankelijk van de kenmerken van het magazijn).

Deze technologie bevat geen vluchtige metalen, wat een extra niveau van veiligheid en duurzaamheid biedt. De accu bestaat uit lithium-ioncellen van ijzerfosfaat die in series met elkaar verbonden zijn en daarnaast een nominale spanning van 25,6 V leveren en een opslagcapaciteit van 55 Ah.

De accu is speciaal ontworpen voor Mecalux, aangezien zowel de beveiliging als het beheer ervan zijn aangepast aan de parameters van de semi-automatische Pallet Shuttle.

 

Systeem van supercondensatoren in de automatische Pallet Shuttle

De automatische Pallet Shuttle is uitgerust met een systeem van supercondensatoren als belangrijkste elektrische energiebron.

De supercondensatoren zijn het meest geschikt voor het automatische systeem, aangezien ze binnen enkele seconden opnieuw kunnen worden opgeladen. Daardoor zijn de shuttles altijd beschikbaar en kunnen ze 24 uur per dag operationeel zijn.

De automatische Pallet Shuttle verplaatst zich tussen de verschillende opslagkanalen met behulp van magazijnkranen of transfer cars, waarbij de supercondensatoren opladen.

 

 

 

 

 

 

Bij de installatie van het automatische Pallet Shuttle-systeem in een magazijn, is er de keuze tussen twee verschillende opties: de magazijnkraan of tranfert car(s)

 



Het systeem accumuleert de benodigde elektrische energie om laad- en loscycli van pallets van 1500 kg uit te voeren in opslagkanalen met een diepte tot 45 m. De oplaadtijd varieert al naargelang de diepte van de kanalen en het gewicht van de laadeenheden (in kanalen met een gemiddelde lengte hoeft dat maar enkele seconden te duren). Op die manier wordt een hoge duurzaamheid gewaarborgd zonder dat er onderhoud nodig is.