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Akkutechnik hält Einzug bei der Feuerwehr, aber es gibt noch Steine auf dem Weg zum kompletten Umstieg.

Zach Allen: Zach Allen ist der CEO von Bloom Capital LLC, Investor und Eigentümer von RAMFAN, KrakenPower, XFDirect und weiteren Firmen. Er ist seit 2013 Feuerwehrmann und  investiert seit 2018 in Projekte, um die Branche neu zu gestalten. Die RAMFAN Lüftertechnologie ist weltweit führend und hat den Maßstab für Innovationen in der Branche neu gesetzt.

Er hat die Expansion seiner Firmen in die Märkte für Fire & Rescue forciert und ist in der gesamten Branche ein Vordenker bei wichtigen Themen wie Akkutechnologie, Leistung und Sicherheit. Er hat weltweit zahlreiche Publikationen veröffentlicht und arbeitet mit einigen der größten Hersteller der Branche sowie mit Hilfsorganisationen zusammen, um die Akkutechnologie und -Sicherheit weiter zu verbessern.

Seit mehr als einem Jahrzehnt ist bekannt, dass die Kohlenmonoxid (CO)-Belastung mit steigenden Krebsraten bei Ersthelfern in Verbindung gebracht werden kann. Mit diesem Bewusstsein und der fortschreitenden Akkutechnologie wurde es den Herstellern von Feuerwehrausrüstung und -fahrzeugen möglich, eine Vielzahl von Werkzeugen und sogar ganze Fahrzeuge Batterieelektrisch zu betreiben. Da immer mehr Geräte mit Akku erhältlich sind, steht eine neue Herausforderung bevor: die immer leistungsfähigeren Akkus schnell aufzuladen, damit keine Ausfallzeiten entstehen. Wenn wir über das Aufladen nachdenken, egal ob es sich um Rettungsgeräte, Lüfter, Taschenlampen oder ganze Fahrzeuge handelt, müssen wir eine gemeinsame Größe im Auge behalten – den Stromverbrauch, gemessen in Wattstunden (Wh).

Die größten Stromverbraucher

Der Lkw selbst ist natürlich der größte Stromverbraucher. Ein Fahrgestell in E-Ausführung würde bereits ein riesiges Batteriepaket benötigen, um ein Vielfaches größer als das eines normalen PKW, nur um eine Stunde lang mit voller Leistung operieren zu können. Erschwerend kommt hinzu, dass die Feuerwehren individuelle Fahrgestelle und Umbauten benötigen. Die Entwicklung eines elektrifizierten Fahrgestells ist enorm teuer und kompliziert und der Kunde erwartet Partnerschaften mit namhaften Batterieherstellern oder einen Wechsel zu kommerziellen Fahrgestellen von Herstellern wie Tesla, Nikola, Daimler, etc. Der RT von Rosenbauer ist bereits erhältlich (ca. 1,2 Mio. $) und verfügt über beeindruckende Spezifikationen. Darunter die Fähigkeit sich selbst mit einem eingebauten Dieselmotor aufzuladen und bis zu 18.000 Watt an externe Verbraucher (z. B. Hochleistungslüfter) abzugeben. Es ist klar, dass es trotz der faszinierenden Technik noch ein paar Jahre dauern wird, bis wir eine vernünftige Lösung für die vollständige Elektrifizierung von Feuerwehrfahrzeugen haben. Bis dahin sind Hybridsysteme mit Lithiumbatterien an Bord, die alle Systeme mit Strom versorgen, ohne dass sie giftige Abgase ausstoßen. Mit kleinen, emissionsarmen Generatoren wird bei Bedarf effizient nachgeladen, um die Akkus Einsatzbereit zu halten. Dies kann mit einem entsprechend konstruiertem Ladegerät realisiert werden, das eine oder mehrere Lithiumbatterien über einen Wechselrichter auflädt. Bei der Verwendung von Lithiumbatterien mit mehr als 100Ah wird ein fest verbautes Ladegerät mit hoher Leistung empfohlen, um eine vollständige Ladung vor dem nächsten Einsatz zu gewährleisten. Der 230 V Netzanschluss stößt bei großen Akkus irgendwann an seine Grenzen und es kann Stunden dauern Geräte und Fahrzeuge wieder aufzuladen. Die größten Stromverbraucher im Lkw, abgesehen vom Lkw selbst, sind die PPV-Lüfter. Die Modelle mit größerer Leistung sind in der Regel benzinbetrieben, aber mit Blick auf die Beseitigung krebserregender CO-Emissionen am Einsatzort müssen solche Lüfter zukünftig elektrisch betrieben werden, wenn der großvolumige Luftstrom als taktisches Mittel beibehalten werden soll.

Die Fähigkeit Geräte mit hoher Leistungsaufnahme, (z.B. PPV-Lüfter mit der gleichen Luftleistung wie die heutigen benzinbetriebenen Modelle) zu Betreiben und gleichzeitig die CO-Reduktion zu erreichen, erfordert eine vollständig neue Geräteklasse. Eine universelle Plattform für möglichst alle Werkzeuge. Dies bedeutet viel nutzbare Akku-Kapazität in Kombination mit Hochleistungswechselrichtern, die mit 240 V oder sogar 400 V Spannung arbeiten. Wenn die Leistung der Fahrzeug-Lichtmaschine nicht ausreicht, kann ein kompakter Stromerzeuger mit geringer Leistung als Ladelösung dienen. Mit ihm werden die Lithiumbatterien bei einem längeren Einsatz oder auf dem Rückweg zur Wache zuverlässig aufgeladen.

Wenn Sie die verschiedenen Verbraucher im Fahrzeug addieren (Klima-/Filteranlagen, Beleuchtung, Funk, Rettungsgeräte, PPV-Ventilatoren, Elektrowerkzeuge, etc.), ist eine einzige 200-Ah-Lithiumbatterie schnell in weniger als 30 Minuten verbraucht.

Keine Ausfallzeit

Als Einsatzkräfte können wir uns nicht immer den Luxus leisten darauf zu warten, dass Akku-Geräte komplett geladen wurden bevor wir sie wieder einsetzen. Konzepte für  “Null-Ausfallzeit” mag für diejenigen die noch keine akkubetriebenen Geräte einsetzen Neuland sein. Doch wir alle werden bald erkennen, dass die Ladezeit der Akkus entscheidend ist und nicht alle Akkus und Ladegeräte gleich sind. Mit benzinbetriebenen Rettungsgeräten oder PPV-Ventilatoren dauert das „Aufladen“ gerade einmal 30 Sekunden.

Nach der Nutzung eines Hochleistungs-Akkugerätes kann das Aufladen oft 2 bis 6 Stunden und in machen fällen auch noch länger dauern. Faktoren sind die Batteriegröße, Ladestrom und die Verfügbarkeit des Ladegerätes. Die beste Lösung um keine Ausfallzeiten zu haben, sind Geräte mit austauschbaren Akkus. Dies erfordert zwar zusätzliche Batterien, aber die Geräte können innerhalb von Sekunden wieder in Betrieb genommen werden. Viele Feuerwehren führen batteriebetriebene Geräte ein, ohne die nötige Infrastruktur mit Wechselakkus zu berücksichtigen um ohne Ausfallzeiten Arbeiten zu können.

Wann sind die Ladegeräte aktiv?

• Bei Landstrom: Das Aufladen kann über 6 Stunden dauern – ab dem Zeitpunkt des Einsteckens an der Wache
• Mit Strom aus der Lichtmaschine: Die Fahrtzeiten sind oft nicht ausreichend, um die Batterie vollständig aufzuladen.
• Dauerhafter Wechselstrom: Wechselstromausgang vom Wechselrichter, der so verbaut ist, dass er in der Wache, während der Fahrt und am Einsatzort aktiv ist. Eine ideale Lösung für eine kontinuierliche Batterieladung für Werkzeuge der neuen Generation.

Wie viel Zeit wird zum Aufladen benötigt?

Kapazität / Ladestrom = Ladezeit

• Lkw-Batterie: 200Ah/50A = 4 Stunden
• PPV-Lüfter: 8Ah/3A = 2,7 Stunden
• Rettungsgerät: 7Ah/3.3A = 2.2 Stunden

Die o.g. Rechenbeispiele sind theoretische Beispiele ohne Berücksichtigung von Verlusten und abflachenden Ladekurven. In der Realität sind die Ladezeiten länger.

Die Kunst des Generatordesigns und der Integration

Viele Stromerzeuger auf dem Markt sind nur für externe Verbraucher ausgelegt. Das bedeutet, dass sie nicht für das Laden oder die Stromversorgung interner Systeme ausgelegt sind, sondern für Verbraucher die an die Steckdosen angeschlossen werden.

Die effizienteste Generatorinstallation wäre ein vollständig integriertes System, bei dem der Generator selbst überall verbaut werden kann. Fernbedienbar, mit Ladegeräten, Wechselrichtern und Steckdosen im gesamten Fahrzeug. Sowohl Gleichstrom- als auch Wechselstromfähig, mit nahtloser Umschaltung von Bord- auf Landstrom und umgekehrt.
Anstelle eines Stromerzeugers, der auf die Spitzenlast dimensioniert sein muss und dadurch die meiste Zeit in einem ineffizienten Teillastbereich läuft, könnte ein Lithium-Eisen-Phosphat-Akku (LiFEPO4) die Lösung sein. Der Akku liefert geräuschlos und emmissionsfrei Strom. Wechselrichter können problemlos auf Lasten bis zu 12 kW ausgelegt werden, was für einen Betrieb von mehreren Werkzeugen ausreicht. Die Laufzeit hängt davon ab, wie viele Batterien Sie an Bord haben. Sechs Lithiumbatterien liefern eine Leistung von 12 kW für eine ganze Stunde Dauerlast – was ziemlich unwahrscheinlich ist, da die meisten Werkzeuge nur kurzzeitig verwendet werden. Spitzenlasten werden von den Akkus bedient, dadurch kann ein sehr kleiner und effizienter Stromerzeuger an das Akku-System gekoppelt werden um die Akkus bei Bedarf direkt an der Einsatzstelle nachzuladen.

Nachteile

Fahr- oder Ruhezeiten reichen oft nicht aus um die Akkus vollständig aufzuladen. Hohe Einsatzfrequenzen lassen nicht genügend Zeit, um die Akkus der Werkzeuge vollständig aufzuladen. Leistungsstarke On-Board-Ladesysteme sind erforderlich, um Werkzeuge voll aufgeladen und einsatzbereit zu halten.

Anforderungen in Zukunft

Feuerwehren, die planen auf akkubetriebene Werkzeuge umzusteigen, sollten die Ladezeit als Schlüsselfaktor berücksichtigen, bevor sie einsteigen. Ladezeiten sind nicht nur ein einfacher Markenvergleich. Wenn 2–6 Stunden Ladezeit zu lang sind, kann eine bessere Ladeinfrastruktur an Bord des Fahrzeugs eine Lösung sein. Heutzutage verwenden die meisten batteriebetriebenen Geräte haben Akkus mit weniger als 200 Wh. Die schnellsten verfügbaren Ladegeräte laden 200 Wh in 2 Stunden oder weniger auf. Die Werkzeuge von morgen werden leistungsfähiger sein und bei gleicher Betriebsdauer größere Akkus benötigen.

Ladezeiten nach Akkugröße:

• 100 Wh: 1,0 Stunden (Akku für kleine Elektrowerkzeuge)
• 200 Wh: 1,6 Stunden (Akku für Rettungsgeräte)
• 300 Wh: 2,4 Stunden (PPV-Lüfterakku, < 1 PS)
• 400 Wh: 3,2 Stunden (Hochleistungs-PPV-Lüfter, > 1 PS )
• 500 Wh: 4,0 Stunden (PPV-Lüfter mit großer Leistung, >2 PS)
• 2.000 Wh: 12 Stunden (einzelne Lithium-LKW-Batterie, Blei-Säure-Ersatz)

Werkzeug und Ausrüstung soll 10-20 Jahre lang einsatzfähig bleiben. Alles sollte daher so konzipiert sein, dass auch in 10 Jahren noch alle modernen Werkzeuge genutzt werden können. Ansonsten besteht das Risiko eines veralteten Fuhrparks und damit einhergehend eine verminderte Leistungsfähigkeit bei Einsätzen. Die Feuerwehr war schon immer Technologie-Vorreiter, um allen neuen Gefahren stets einen Schritt voraus zu sein. Gefahren für die Helfer bekommen einen immer größeren Stellenwert. Moderne Akku-Systeme ermöglichen eine spürbare Reduktion der CO Belastung und schützen so nicht nur die Umwelt, sondern auch die Gesundheit der Einsatzkräfte.

Weitere Informationen finden Sie unter: euramco.com

Euramco auf der RETTmobil: Halle 7, Stand 706