TCO und die Lebensdauer einer elektrischen Maschine

Die Gesamtbetriebskosten (TCO) spielen bei der Planung des Kaufs eines neuen Industriefahrzeugs oder einer mobilen Arbeitsmaschine nach wie vor eine zentrale Rolle. Dies gilt umso mehr beim Kauf eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs, insbesondere wenn die Maschine einen wesentlichen Bestandteil des Einkommens des Besitzers darstellt.

Die Grundkosten sind ein Hauptanliegen, aber die Berechnung der Gesamtbetriebskosten kann verdeutlichen, dass die Investition in eine neue Maschine über den ursprünglichen Kaufpreis hinaus bewertet werden sollte.

In den meisten Teilen der Europäischen Union ist die Umstellung auf nachhaltigere Technologien Teil des politischen Wandels zur Unterstützung der Umweltschutzziele (wie im Green Deal 2050 der EU). Hersteller von Off-Highway-Maschinen und Industriefahrzeugen müssen die neuen Vorschriften einhalten, indem sie sich entweder für ein Hybridfahrzeug (Verbrennungsmotor/batterieelektrischer Antrieb) oder ein reines Elektrofahrzeug entscheiden.

Lithium-Ionen-Akkupacks von Flash Battery. (Foto: Flash Battery)

Der in Italien ansässige Hersteller von Lithium-Ionen-Batterien Flash Battery hat eine Analyse der Gesamtbetriebskosten (TCO) für die Elektrifizierung mobiler Arbeitsmaschinen oder Industriefahrzeuge durchgeführt, um potenziellen Käufern ein klareres Szenario der zukünftigen Ausgaben zu bieten.

Da die Hersteller entweder herkömmliche Blei-Säure-Batterien oder die effizientere Lithiumchemie verwendet haben, vergleicht die Bewertung von Flash Battery ein Fahrzeug mit Verbrennungsmotor mit gleichwertigen Modellen, die Blei-Säure-Batterien verwenden, und einem anderen, das eine Lithiumbatterielösung verwendet.

Der Hauptunterschied zwischen einem Fahrzeug mit Lithiumbatterie und einem Verbrennungs- oder Blei-Säure-Modell liegt derzeit in den Kosten des Lithium-Akkupacks. Eine umfassende TCO-Analyse kann die tatsächlichen finanziellen Vorteile von Lithium-Batterien aufzeigen.

Laut Flash Battery sind für eine genaue Gesamtbetriebskosten einige entscheidende Faktoren entscheidend, darunter Fix- und variable Kosten, die berücksichtigt werden müssen:

• Kaufpreis
• Instandhaltungskosten
• Kraftstoff
• Auswirkungen von Prämien und Förderungen für die Umstellung auf Elektromobilität

TCO-Berechnung

In den 12 Jahren, in denen Flash Battery industrielle Lithiumbatterien produziert hat, hat das Unternehmen mit vielen OEMs aus unterschiedlichen Branchen bei der Umstellung auf Lithium zusammengearbeitet.

„Die Gesamtbetriebskosten werden auch weiterhin ein wichtiges Beschleunigungsinstrument für die Umstellung auf Elektroenergie sein.“ Marco Righi, Gründer und CEO von Flash Battery (Foto: Flash Battery)

Basierend auf einem realen Beispiel aus der Zusammenarbeit mit einem Kunden im Bereich industrieller Elektrofahrzeuge, bei dem Flash Battery den Kunden durch den Prozess der Nachrüstung seiner mit Bleibatterien betriebenen Fahrzeuge mit Lithiumakkus führte, analysierte das Unternehmen das Fallszenario im Detail.

Die TCO-Analyse für dasselbe Fahrzeug mit Diesel-, Blei-Säure- oder Lithium-Batterieantrieb ist in der zugehörigen Grafik dargestellt. Die Informationen decken einen Zeitraum von 10 Jahren ab und beinhalten die Anschaffungskosten, die Wartungskosten sowie die Energiebilanz/Kraftstoffkosten des Fahrzeugs.

Im Folgenden werden die einzelnen Kostenfallelemente näher erläutert:

Kaufpreis

Der Kaufpreis ist die Anfangsinvestition, die der Kunde tätigen muss, wenn er sich für den Kauf des Fahrzeugs entscheidet.

Während die Anschaffungskosten eines mit Lithiumbatterien betriebenen Fahrzeugs höher sind, zeigt die Grafik, dass sich die Anfangsinvestition unter Berücksichtigung der Wartungs- und Kraftstoffkosten/Energiebilanz innerhalb des gegebenen Zeitraums amortisiert.

Wartung

Der Anteil der Wartungskosten an den Gesamtbetriebskosten ist leicht zu erkennen: Fahrzeuge mit Lithiumbatterien haben wesentlich geringere Betriebskosten.

Laut Flash Battery vereinfacht die geringere technische Komplexität eines Elektroantriebsstrangs die Wartung und vermeidet den regelmäßigen Austausch ganzer Komponentensätze in einem Fahrzeug mit Verbrennungsmotor aufgrund von Verschleiß.

Bei Blei-Säure-Batterien stellt die regelmäßige Wartung (einschließlich Wassernachfüllen, Wartung des Füllkreislaufs und Korrosionsschutz von Teilen und Anschlusspolen) einen der größten Kostenfaktoren dar. Darüber hinaus spielen bei der Verwendung von Blei-Säure-Batterien noch weitere Faktoren eine Rolle, beispielsweise die Kosten für Ladeeinrichtungen in Innenräumen. Diese benötigen aufgrund der beim Laden freigesetzten Gase einen eigenen Raum, und die Absaugung und Entsorgung dieser Gase verursachen zusätzliche Kosten. Blei-Säure-Batterien müssen zudem mit demineralisiertem Wasser aufgefüllt werden und benötigen daher eine Wasserentsalzungsanlage.

Quelle: Flash Battery

Energiebilanz/Brennstoff

Strom gilt derzeit als sparsamer als Diesel. Elektrofahrzeuge sind energieeffizienter als ihre Pendants mit Verbrennungsmotor (80 % gegenüber 30 %), und die Strompreise schwanken in der Regel weniger stark als die Preise für Öl und seine Derivate.

Blei versus Lithium

Die Lebensdauer eines Bleiakkumulators ist etwa viermal kürzer als die eines Lithiumakkumulators (1.000 Ladezyklen im Vergleich zu 3.500 Zyklen). Bleiakkumulatoren haben zudem eine geringe Ladeeffizienz: Sie erreichen eine Rate von etwa 75 % im Vergleich zu 96 % bei Lithiumakkumulatoren.

Bleibatterien benötigen sechs bis acht Stunden für eine vollständige Ladung. Lithiumbatterien hingegen unterstützen Teil- und Schnellladung, sodass sie mehrmals am Tag und in kürzerer Zeit geladen werden können. Eine leere Blei-Säure-Batterie muss nach acht Stunden Betrieb ausgetauscht und in einem speziellen Raum zum Laden aufbewahrt werden.

TCO-Analyse für einen Industrietraktor über einen Zeitraum von 10 Jahren und mit ein bis zwei Arbeitszyklen pro Tag. Quelle: Flash Battery

Bleibatterien sind zudem größer und schwerer als Lithiummodelle. Dies kann erhebliche Auswirkungen auf die Logistik haben, da der Austauschzeitraum und das Risiko für die Arbeiter erheblich sind. All diese Variablen erhöhen die Gesamtbetriebskosten.

Laut Flash Battery zeigt der Vergleich, dass die Elektrifizierung von Industriemaschinen oder Fahrzeugen mit Lithiumbatterien eine finanziell sinnvolle Entscheidung ist. Trotz der höheren Anfangsinvestition ergibt die TCO-Analyse im Laufe der Zeit ein günstigeres Endergebnis.

„Die Gesamtbetriebskosten werden zu einem wichtigen Hebel und bleiben für immer mehr Branchen ein unverzichtbares Instrument zur Beschleunigung der Umstellung auf Elektroantrieb“, so Marco Righi, Gründer und CEO von Flash Battery. „Die TCO-Analyse bietet einen klaren und transparenten Überblick über die finanziellen Vorteile der Umstellung auf Elektroantrieb und dient Herstellern als strategisches Instrument für fundierte Entscheidungen. Dies ermöglicht eine schnellere Umstellung auf nachhaltigere Lösungen mit geringeren Umweltauswirkungen.“

Flash Battery verzeichnete 2023 einen Rekordumsatz. Flash Battery verzeichnete 2023 einen Umsatz von 34 Millionen Euro, ein Anstieg von 54 % im Vergleich zu 2022. Die Mitarbeiterzahl stieg um 36,7 %.

Einführung in die Batterien elektrischer Geräte, Teil 3: Auswahl der richtigen Batterie. Eine gut abgestimmte Batterietechnologie und ein passendes Ladesystem optimieren das Potenzial einer Flotte, indem sie die Produktivität maximieren, den Wartungsaufwand reduzieren und ungeplante Ausfallzeiten vermeiden.