Amper sati u vat sati: Potpuni vodič za konverziju

Izgubili smo projekat hladnjače AGV u trećem kvartalu prošle godine. Inženjer klijenta je insistirao na ponovnom izračunavanju stvarnog Wh koristeći 80% DoD plus njihov vlastiti faktor smanjenja temperature. Citirali smo direktno koristeći 100Ah puta 12V od proizvođača, i na kraju smo dobili oko 15% popusta.

 

Iskreno, mislio sam da su njihove kalkulacije u to vrijeme bile previše konzervativne. Gledajući unatrag, njihova korekcija temperature bila je zaista agresivna, ali smo već izgubili ponudu-svađanje ispravno ili pogrešno je besmisleno. Od tada, zahtijevamo da sve ponude uključuju radni list za izračunavanje umanjenja vrijednosti i on mora proći kroz inženjering prije nego što finansijski direktor potpiše. Proces je dosadniji, ali barem nećemo opet gubiti poslove zbog takvih osnovnih grešaka.

 

Ovo iskustvo me natjeralo da shvatim nešto: većina ljudi tretira Ah u Wh konverziju kao matematiku srednje škole-Wh jednako Ah puta V, gotovo. Ali svako ko se zaista bavi nabavkom zna da se iza ove "jednostavne formule" kriju mnoge zamke.

Počnimo sa samom formulom

Wh=Ah × V, tačno. Baterija od 100 Ah pri nominalnom naponu od 12 V daje vam 1200 Wh.

Ali tih 12V je nominalni napon. U stvarnom radu, napon varira između 10,5V i 14,4V. Koji broj koristite?

Precizniji metod je da se integriše krivulja pražnjenja, akumulirajući Ah pomnožen trenutnim naponom V(t). Teoretski najprecizniji, ali iskreno, rijetko to radimo u stvarnim projektima-preglomaznim, a malo dobavljača može čak dati potpune krivulje pražnjenja.

Lekcija iz prošlogodišnjeg AGV projekta

Vratimo se tom izgubljenom projektu. Procijenili smo tri dobavljača, a evo kako je to izgledalo:

Gledajući isključivo na $/Wh:

Dobavljač C izgleda kao najbolja ponuda, zar ne? Ali nismo mogli čekati 16 sedmica-kašnjenja u projektu značila su pet{2}}kazna za nedjelje. Na kraju smo citirali dobavljača B, a klijent je koristio podatke dobavljača C kako bi argumentirao da je naša veličina pogrešna.

Nijedna strana zapravo nije napravila greške u proračunu-pretpostavke su bile različite. Koristili smo nominalni napon plus standardni DoD; koristili su izmjereni srednji-napon plus agresivno smanjenje snage. Kako se uopšte svađaš oko ovoga? Tehnički se i jedno i drugo može opravdati; komercijalno, ko izgubi to prihvata.

Zašto se sada više fokusiram na Wh nego na Ah

Ah ima veliki problem kao metrika: ne odražava energiju, samo naboj.

Za sve baterije od 100 Ah:

Zašto je upotrebljivi kapacitet olovne{0}}kiseline manji od polovine? DoD je ograničen na 50%, inače životni vijek ciklusa dramatično opada. LFP se može isprazniti do 80% ili čak 90% uz održavanje životnog ciklusa.

Ova razlika se često zanemaruje tokom faze citiranja. Finansijski direktor vidi olovnu{1}}kiselinu od 180 USD u odnosu na LFP od 400 USD, a prva reakcija je "više nego duplo veća cijena." Ali ako izračunate stvarnu upotrebljivu energiju, olovna-kiselina je oko 0,30 USD/Wh, LFP oko 0,38 USD/Wh-razmak nije tako dramatičan. Uzmite u obzir cikluse zamjene i LFP je zapravo jeftiniji.

Naravno, to ovisi o specifičnoj primjeni. Za jednu{1}}smjenu, lagane{2}} scenarije, olovna-kiselina bi zaista mogla biti ekonomičnija-nema potrebe za guranjem LFP-a.

Temperatura: Varijabla koju mnogi ljudi potcjenjuju

Imamo klijenta u Wisconsinu koji radi hladni lanac-u njihovom skladištu je oko 40 stepeni F tokom cijele godine-, a zimi padne ispod 20 stepeni F. Prije su koristili AGM baterije i morali su ih zamijeniti nakon 14 mjeseci kada je kapacitet pao ispod 60% od ocijenjenog-potpuno neupotrebljivi.

Nakon prelaska na LFP, 26 mjeseci u istom okruženju i dalje iznad 90% kapaciteta. ROI na ovom slučaju izgleda sjajno, ali moram biti jasan: ovo je najbolji-scenarij-hladni lanac je slatka tačka LFP-a.

Evo kako temperatura utječe na kapacitet (ovo su naši vlastiti testni podaci; različiti proizvođači će se razlikovati):

Kao što vidite, kada temperatura padne, jaz između dva tipa baterija se povećava. U aplikacijama za hladno skladištenje, prednost LFP-a je značajna.

Ali imajte na umu-ovo je učinak pražnjenja. Nisko{2}}punjenje za LFP je još jedna zamka. Punjenje ispod 0 stepeni uzrokuje litijumsko prevlačenje, a mnogi BMS sistemi će jednostavno blokirati punjenje. Da se klijenti žale na ovo, govoreći da je baterija pokvarena-to je zapravo bio mehanizam zaštite BMS-a. Prodaja vam to neće proaktivno reći.

Kako izračunati TCO

Imam podatke iz dvije uporedive flote. Kontrolirali smo varijable što je više moguće, ali još uvijek postoje razlike u operacijama korisnika-podatke uzmite samo kao referencu.

Ušteđeno je oko 120.000 USD, bez rentabilnosti između 14. i 16. mjeseca, ovisno o tome kako izračunate dio troškova zastoja.

Flota B sada ima 38 mjeseci i još uvijek ima oko 87% kapaciteta. Na osnovu ove krivulje degradacije, još 3 godine ne bi trebalo da bude problem. Flota A je već prošla kroz jedan ciklus zamjene baterija i uskoro će trebati drugi.

Zamke pri određivanju kapaciteta

Vidio sam mnoge ljude koji su nabavili prevelike baterije zbog "sigurnosti". 100Ah bi bilo dovoljno, ali oni kupuju 200Ah. Razumljivo razmišljanje, ali ovaj pristup ima problema sa LFP-om.

LFP ne voli dugotrajno-ostajanje na visokom SOC-u. Imali smo klijenta koji je bio prevelik za 40%, misleći da je konzervativan. Dvije godine kasnije, njihov kapacitet je bio lošiji od baterija normalne veličine. Provjera BMS evidencije pokazala je da su baterije stalno iznad 75% SOC, rijetko duboko-ispražnjene.

Ćelije koje plutaju na visokom naponu dugoročno-u stvari ubrzavaju kalendarsko starenje.

Naš trenutni princip određivanja veličine: radite unatrag od 70-80% DoD u najgorim-uslovima. 15-20% margine je dovoljna - nemojte postati pohlepni.

Evo kako izračunati (koristeći stvarni projekat kao primjer):

1. Prvo odredite potrebu za energijom. Recimo da oprema radi neprekidno na 500W tokom 6 sati-to je 3000Wh neobrađenih potreba.
2. Zatim dodajte smanjenje kapaciteta. Interno koristimo faktor 0,65 za primjene u skladištu, temperaturu pokrivanja, stopu C-, starenje, itd. Za hladno skladištenje koristimo 0,55,3000Wh ÷ 0.65=4615Wh
3. Dodajte operativnu marginu od 15%.4615Wh ÷ 0.85=5430Wh
4. Na 12.8V nominalno: 5430 ÷ 12.8=424Ah.

Dakle, -mudro, odaberite konfiguraciju od 450 Ah ili 500 Ah.

Ova metoda neće odgovarati svakom scenariju, ali je pouzdanija od dimenzioniranja direktno iz nominalnih vrijednosti.

Peukertov efekat

Nisam nameravao da pišem ovaj odeljak jer ima minimalan uticaj na LFP, ali pošto je ovo kompletan vodič, vredan pomena.

Olovne{0}}kiselinske baterije pokazuju značajno smanjenje kapaciteta pri visokim C-stopama-to se naziva Peukertov efekat. AGM baterija od 100Ah ispražnjena pri 1C (100A) može isporučiti samo 55-60Ah. Podaci proizvođača su bazirani na C/20 ili C/10 testiranju, daleko od stvarne upotrebe.

LFP-ov Peukert eksponent je oko 1,02-1,05, u suštini zanemarljiv. Bilo da se prazni na 0,5C ili 1C, kapacitet se razlikuje za samo nekoliko procenata.

Dakle, ako vaša aplikacija uključuje velike-strujne rafale-AGV ubrzanje, dizanje viljuškara, itd.{3}}nazivni kapacitet olovne kiseline je samo referentni broj; šta ćete zapravo dobiti zavisi od radnog ciklusa. Nazivni kapacitet LFP-a je relativno pouzdan.

Na šta treba obratiti pažnju kod dobavljača

Ovdje neću preporučiti niti vređati bilo koje određene dobavljače. Svaki od njih ima prednosti i nedostatke, a naši scenariji primjene možda se ne odnose na vaš.

Ali postoji nekoliko stvari koje mogu podijeliti:

• Za dobavljače baterijskih paketa koji su sada na tržištu, ćelije dolaze iz samo nekoliko izvora. CATL, BYD, GOTION, EVE-ovi vrhunski igrači zauzimaju najveći dio tržišnog udjela. Tako često ne uspoređujete kvalitet ćelije već BMS dizajn i sposobnost integracije paketa.
   
• Kada tražite od dobavljača krivulje pražnjenja, zatražite najmanje tri: 0,2C, 0,5C, 1C. Mnogi manji dobavljači ih ne mogu proizvesti ili vam dati grafikone očigledno kopirane od nekog drugog. Veći dobavljači će obično prvo pitati o vašoj specifičnoj aplikaciji, a zatim dati ciljane testne podatke.
   
• Nemogućnost prodaje da odgovori na tehnička pitanja na licu mjesta ne znači mnogo. Važno je da li možete dobiti upotrebljive podatke u roku od 72 sata. Prava crvena zastava je radio tišina nakon pitanja ili dobijanja gomile generičkih marketinških materijala.
   
• Pažljivo pročitajte uslove garancije. Mnogi dobavljači pišu "10 godina ili 4000 ciklusa", ali sitni ispis ima ograničenja protoka koja bi mogla biti pogođena na 6 godina. Neki definiraju cikluse na apsurdne načine-10% DoD i 90% DoD računaju se kao isti ciklus, čineći takve garancije u suštini bezvrijednim.
   
• Podaci o UL 9540A termičkom testiranju-svi zakoniti prodavci LFP-a trebali bi ih imati. Oni koji oklijevaju i kažu "možemo dogovoriti testiranje" ili nisu testirali ili su testirali sa nepovoljnim rezultatima.