Амперчасове във ватчасове: Пълно ръководство за преобразуване

Загубихме проект за AGV за хладилно съхранение през третото тримесечие на миналата година. Инженерът на клиента настоя за преизчисляване на действителните Wh с помощта на 80% DoD плюс техния собствен коефициент на намаляване на температурата. Ние цитирахме директно, използвайки номиналните 100Ah на производителя, умножени по 12V, и в крайна сметка получихме около 15% отстъпка.

 

Честно казано, смятах, че изчисленията им бяха твърде консервативни по онова време. Поглеждайки назад, температурната им корекция наистина беше агресивна, но вече бяхме загубили наддаването-да се спори правилно или не беше безсмислено. Оттогава изискваме всички оферти да включват работен лист за изчисление на намаление и той трябва да премине през инженеринг, преди финансовият директор да се подпише. Процесът е по-досаден, но поне няма да губим сделки заради основни грешки като тези отново.

 

Този опит ме накара да осъзная нещо: повечето хора третират преобразуването на Ah в Wh като математика в средното училище-Wh е равно на Ah по V, готово. Но всеки, който действително извършва обществени поръчки, знае, че зад тази „проста формула“ се крият много клопки.

Да започнем със самата формула

Wh=Ah × V, правилно. 100Ah батерия при 12V номинал ви дава 1200Wh.

Но това 12V е номиналното напрежение. При реална работа напрежението варира между 10,5 V и 14,4 V. Кой номер използвате?

По-точен метод е да се интегрира кривата на разреждане, натрупвайки Ah, умножено по моментното напрежение V(t). Теоретично най-прецизният, но честно казано рядко правим това в действителни проекти-твърде тромави и не много доставчици дори могат да осигурят пълни криви на разтоварване.

Урокът от миналогодишния проект AGV

Обратно към този изгубен проект. Оценихме трима доставчици и ето как изглеждаше:

Гледайки чисто $/Wh:

Доставчик C изглежда като най-добрата сделка, нали? Но не можехме да чакаме 16 седмици-закъсненията на проекти означаваха пет{2}}цифрени санкции на седмица. В крайна сметка цитирахме с доставчик Б и клиентът използва данните на доставчик В, за да твърди, че нашият размер е грешен.

Нито една от страните всъщност не е направила грешки в изчисленията-предположенията са различни. Използвахме номинално напрежение плюс стандартен DoD; те използваха измерено напрежение в средната -точка плюс агресивно намаляване на мощността. Как изобщо спорите за това? Технически и двете могат да бъдат оправдани; комерсиално, който губи, го приема.

Защо сега се фокусирам повече върху Wh, отколкото върху Ah

Ах има голям проблем като показател: не отразява енергията, а само заряда.

За всички батерии с капацитет 100 Ah:

Защо използваемият капацитет на оловната{0}}киселина е по-малък от половината? DoD е ограничен до 50%, в противен случай животът на цикъла пада драстично. LFP може да се разреди до 80% или дори 90%, като същевременно поддържа жизнен цикъл.

Тази разлика често се пренебрегва по време на фазата на цитиране. Финансовият директор вижда оловна-киселина на $180 срещу LFP на $400 и първата реакция е "повече от двойно по-висока цена." Но ако изчислите действителната използваема енергия, оловната-киселина е около $0,30/Wh, LFP около $0,38/Wh-разликата не е толкова драматична. Фактор на циклите на подмяна и LFP всъщност е по-евтин.

Разбира се, това зависи от конкретното приложение. За сценарии с една-смяна, леко-работа, оловната-киселина може наистина да е по-икономична-няма нужда да натискате LFP.

Температура: Променлива, която много хора подценяват

Имаме клиент в Уисконсин, работещ с хладилна верига-техният склад е около 40 градуса F през цялата година-, падайки под 20 градуса F през зимата. Те използваха AGM батерии преди и трябваше да ги сменят след 14 месеца, когато капацитетът падна под 60% от номиналния-напълно неизползваем.

След преминаване към LFP, 26 месеца в същата среда и все още над 90% капацитет. Възвръщаемостта на инвестициите в този случай изглежда страхотна, но трябва да съм ясен: това е най-добрият-сценарий-студената верига е най-доброто място на LFP.

Ето приблизително как температурата влияе върху капацитета (това са наши собствени тестови данни; различните производители ще варират):

Както можете да видите, когато температурата спадне, разликата между двата типа батерии се разширява. В приложенията за хладилно съхранение предимството на LFP е значително.

Но имайте предвид,-това е производителност при разреждане. Зареждането при ниска-температура за LFP е друга клопка. Зареждането под 0 градуса причинява литиево покритие и много BMS системи просто ще блокират зареждането. Ако клиентите се оплакваха от това, казвайки, че батерията е счупена-, всъщност се задейства защитният механизъм на BMS. Продажбите няма да ви кажат това предварително.

Как да изчислим TCO

Имам данни от два сравними флота. Ние контролирахме променливите, доколкото е възможно, но все още има разлики в операциите на клиентите-вземете данните само като справка.

Спестени около $120K, безотказност между месеци 14 и 16, в зависимост от това как изчислявате частта от разходите за престой.

Флот B сега е на 38 месеца и все още има около 87% капацитет. Въз основа на тази крива на разграждане, още 3 години не би трябвало да са проблем. Автопарк А вече е преминал през един цикъл на смяна на батерията и е на път да се нуждае от друг.

Клопки при оразмеряването на капацитета

Виждал съм много хора, занимаващи се с доставки, да оразмеряват батериите за "безопасност". 100Ah биха били достатъчни, но те купуват 200Ah. Разбираемо мислене, но този подход има проблеми с LFP.

LFP не обича да остава при висок SOC-в дългосрочен план. Имахме клиент, който надвиши размера с 40%, мислейки, че е консервативен. Две години по-късно запазването на капацитета им всъщност беше по-лошо от батериите с нормален размер. Проверката на регистрационните файлове на BMS показа, че батериите са постоянно над 75% SOC, рядко дълбоко-разредени.

Клетките, плаващи при високо напрежение в дългосрочен-срочен план, всъщност ускоряват стареенето на календара.

Нашият текущ принцип за оразмеряване: работете назад от 70-80% DoD при най-лоши-условия. 15-20% марж е достатъчен – не ставайте алчни.

Ето как да изчислите (използвайки действителен проект като пример):

1. Първо, определете енергийните нужди. Да кажем, че оборудването работи непрекъснато при 500 W в продължение на 6 часа-това са необходими 3000 Wh суровини.
2. След това добавете намаление. Вътрешно използваме коефициент 0,65 за складови приложения, покриваща температура, C-степен, стареене и т.н. За хладилно съхранение използваме 0,55.3000Wh ÷ 0.65=4615Wh
3. Добавете оперативен марж от 15%.4615Wh ÷ 0.85=5430Wh
4. При 12,8 V номинал: 5430 ÷ 12.8=424Ah.

Така че що се отнася до спецификациите, изберете конфигурация от 450Ah или 500Ah.

Този метод няма да пасне на всеки сценарий, но е по-надежден от оразмеряването директно от номиналните стойности.

Ефектът на Peukert

Нямах намерение да пиша този раздел, тъй като има минимално въздействие върху LFP, но тъй като това е пълно ръководство, заслужава да се спомене.

Оловно{0}}киселинните батерии показват значително намаление на капацитета при високи C-скорости-това се нарича ефект на Peukert. 100Ah AGM батерия, разредена при 1C (100A), може да достави само 55-60Ah. Цифрите в таблицата с данни на производителя се основават на тестове C/20 или C/10, далеч от реалната употреба.

Показателят на Peukert на LFP е около 1,02-1,05, по същество незначителен. Независимо дали разреждате при 0,5C или 1C, капацитетът се различава само с няколко процента.

Така че, ако вашето приложение включва високи-избухвания на ток-AGV ускорение, повдигане на мотокар и т.н.-номиналният капацитет на оловната киселина е само референтно число; какво всъщност получавате зависи от работния цикъл. Номиналният капацитет на LFP е относително надежден.

За какво да внимавате с доставчиците

Няма да препоръчвам или злословя конкретни доставчици тук. Всеки има плюсове и минуси и нашите сценарии за приложение може да не се отнасят за вашите.

Но има няколко неща, които мога да споделя:

• За доставчиците на батерии на пазара сега клетките идват само от няколко източника. CATL, BYD, GOTION, EVE-тези топ играчи представляват по-голямата част от пазарния дял. Така че често не сравнявате качеството на клетката, а BMS дизайна и възможностите за интегриране на пакета.
   
• Когато питате доставчиците за криви на разтоварване, поискайте поне три: 0,2C, 0,5C, 1C. Много по-малки доставчици не могат да ги произвеждат или да ви дадат диаграми, очевидно копирани от някой друг. По-големите доставчици обикновено първо ще попитат за конкретното ви приложение, след което ще предоставят целеви тестови данни.
   
• Това, че продажбите не могат да отговорят на технически въпроси на място, не означава много. Важното е дали можете да получите използваеми данни в рамките на 72 часа. Истинският червен флаг е мълчанието на радиото след запитване или получаването на куп общи маркетингови материали.
   
• Прочетете внимателно гаранционните условия. Много доставчици пишат "10 години или 4000 цикъла", но ситният шрифт има ограничения за пропускателна способност, които могат да бъдат достигнати на 6 години. Някои определят циклите по абсурдни начини-10% DoD и 90% DoD се считат за един и същ цикъл, което прави такива гаранции по същество безполезни.
   
• UL 9540A данни от теста за термично разгонване-всички законни доставчици на LFP трябва да ги имат. Тези, които се колебаят и казват „можем да организираме тестване“, или не са се тествали, или са тествали с неблагоприятни резултати.