Como dimensionar a bateria para sua frota de empilhadeiras

Este guia prático para a transição de uma frota de caminhões a propano para caminhões elétricos em um armazém analisa os benefícios da mudança e as quatro variáveis que determinam o tamanho da bateria necessário para o projeto.

Foto: Eneroc EUA

Por que mudar?

Manutenção. Um motor de combustão interna precisa de trocas de óleo, filtros, velas de ignição, correias, mangueiras, sistema de arrefecimento e manutenção do sistema de escape. Um sistema de propulsão elétrica não possui nenhum desses componentes. Caminhões elétricos exigem menos manutenção programada e menos reparos não planejados.

Combustível. A eletricidade custa menos que o propano por unidade de trabalho realizada. Em um caminhão operando em turnos completos, essa diferença representa um custo mensurável no orçamento operacional anual.

Tempo de inatividade. Os caminhões a propano geralmente precisam de uma troca de tanque em algum momento durante o turno. As baterias de lítio carregam durante os intervalos, então o caminhão permanece em serviço.

Infraestrutura. A ausência de propano no local significa que você não precisa de um compartimento para cilindros ou um tanque de armazenamento a granel; você não precisa gerenciar cronogramas de entrega e estoque de combustível. Os carregadores de empilhadeira são instalados dentro do prédio, utilizando a rede elétrica existente, e as atualizações geralmente são financiadas por diversos programas de eletrificação de concessionárias de energia, estaduais e federais .

Segurança. Os gases de escape dos motores a propano contêm monóxido de carbono, razão pela qual as frotas de veículos a propano em ambientes fechados exigem ventilação e monitorização de CO. Os camiões elétricos eliminam ambos os requisitos.

Sustentabilidade. Um caminhão elétrico não produz emissões de gases de escape no ponto de uso, o que melhora a qualidade do ar interno e elimina uma fonte direta de emissões da operação. Dependendo da matriz energética, também é uma forma provável de reduzir as emissões de CO2 da sua operação.

Nenhum desses argumentos é novo. O que mudou foi a resposta para a próxima pergunta.

Por que agora?

A tecnologia de chumbo-ácido limita o que os caminhões elétricos podem fazer. Uma bateria de chumbo-ácido tem uma densidade de energia muito menor, armazenando muito menos energia do que uma bateria de íon-lítio, e perde ciclos de vida útil se for descarregada regularmente abaixo de 40% de sua capacidade nominal. As baterias de chumbo-ácido não foram projetadas para competir com uma empilhadeira a propano em termos de capacidade energética.

A bateria de lítio LFP elimina essa limitação. Ela armazena mais energia, pode ser descarregada com segurança até 80% da sua profundidade de descarga (DOD), próxima à sua capacidade nominal total, aceita uma carga de reposição durante uma pausa e não é danificada por múltiplos carregamentos parciais. Uma única bateria cobre toda a vida útil do caminhão (ou dois períodos de contratos de leasing de 3 anos; consulte a calculadora online de expectativa de vida útil da bateria ).

O custo também mudou. O lítio era um produto premium quando entrou neste mercado. A diferença inicial de custo em relação às baterias de chumbo-ácido é agora tão pequena que os menores custos de energia e manutenção geralmente a compensam no primeiro ano de operação. Nos últimos dois anos, as baterias de lítio se tornaram a melhor tecnologia a um preço competitivo. Essa é a definição de um novo padrão.

Como escolher o tamanho certo de bateria de lítio

Uma bateria subdimensionada deixa o caminhão fora de serviço antes do fim do turno, enquanto uma bateria superdimensionada aumenta o custo com uma capacidade que nunca é utilizada. Quatro variáveis principais determinam a quantidade ideal.

Energia por hora. Os fabricantes divulgam o consumo de energia tanto para caminhões a propano quanto para caminhões elétricos, de acordo com a norma ISO 23308 , o padrão internacional para medição do consumo de energia em caminhões industriais. A norma define um ciclo de teste fixo: o caminhão levanta sua carga nominal, percorre uma distância predefinida, abaixa a carga e repete esse ciclo um número determinado de vezes por hora.

Como ambos os caminhões operam no mesmo ciclo sob as mesmas condições, um caminhão a propano e um caminhão elétrico com a mesma capacidade nominal podem ser comparados diretamente. Com base nas especificações anunciadas pelo fabricante, um galão de propano realiza o mesmo trabalho que aproximadamente 4,85 kWh de eletricidade. Essa proporção converte a taxa de consumo de propano na taxa de consumo horário de energia elétrica do caminhão substituto.

Horas de trabalho. Dimensionar a bateria com base nas horas do horímetro, não na duração do turno. Um caminhão alocado a um turno de oito horas normalmente registra de cinco a seis horas de operação. O restante corresponde a tempo ocioso, espera e pausas. Estamos baseando os cálculos em 65% do tempo de trabalho real. Para dimensionar a bateria, calcule a partir da duração do turno: turno de 8 horas × 0,65 = 5,2 horas de operação registradas.

Idade da bateria. A capacidade diminui ao longo da vida útil da bateria. Uma bateria nova, dimensionada para cobrir um turno no dia da entrega, pode não ter a capacidade necessária posteriormente, durante o período de garantia. Dimensionar a bateria considerando a capacidade ao final de sua vida útil garante que o caminhão opere de forma confiável durante todo o turno e por todo o período de serviço.

Condições de operação. O frio reduz tanto a capacidade disponível da bateria quanto a velocidade com que ela aceita carga, portanto, caminhões que operam em armazéns refrigerados, docas abertas ou pátios externos em climas frios precisam adicionar 15% à capacidade da bateria. A inclinação da rampa e os acessórios hidráulicos aumentam ainda mais a demanda. Garras, rotadores e implementos de empurrar e puxar consomem energia a cada ciclo, e um caminhão subindo uma rampa usa mais energia por viagem do que um caminhão trabalhando em um piso plano.

Os números de conversão

Cada linha abaixo compara um caminhão a propano e um caminhão elétrico com capacidade nominal idêntica, do mesmo fabricante de empilhadeiras, de acordo com a norma ISO 23308, o padrão internacional para medição do consumo de energia de veículos industriais.

Exemplo: Empilhadeira elétrica de 80V com capacidade de carga de 5.000 lb (aproximadamente 2.267 kg), com operação planejada de 5,2 horas (medida pelo medidor) e garantia de 70% da capacidade da bateria ao final de sua vida útil.

5,2 horas × 6,3 kWh/h (linha 2 na tabela acima) = 32,8 kWh por dia. 32,8 kWh ÷ 0,70 capacidade de fim de vida útil × 1.000 ÷ 80 V = 585 Ah, arredondando para 600 Ah.

Faça seus próprios cálculos.

Nossa calculadora online transforma essas quatro variáveis em uma especificação de bateria. Insira a capacidade nominal do caminhão e a duração do turno de trabalho, e ela retornará o tamanho de bateria necessário em kWh e a classificação equivalente em ampères-hora na voltagem do seu caminhão.

A ferramenta também estima o custo anual de energia antes e depois da mudança. Os preços do propano e da eletricidade são definidos por padrão com base nas médias da Califórnia; portanto, substitua-os pelas suas tarifas para uma comparação precisa.

Os resultados são estimativas. Acessórios, inclinação da rampa, distância percorrida e configuração de carregamento afetam o valor final, portanto, é sempre melhor coletar dados reais sobre o consumo de energia para dimensionar uma bateria de lítio que alimente suas empilhadeiras de forma confiável em qualquer dia de operação.

Maxim Khabur é diretor de marketing da Eneroc USA.