Amperogodziny na watogodziny: kompletny przewodnik po konwersji

W trzecim kwartale ubiegłego roku straciliśmy projekt chłodni AGV. Inżynier klienta nalegał na ponowne obliczenie rzeczywistej wartości Wh przy użyciu 80% DoD plus własny współczynnik obniżania wartości znamionowych temperatury. Podaliśmy bezpośrednio cenę znamionową producenta 100Ah razy 12V i ostatecznie otrzymaliśmy około 15% zniżki.

 

Szczerze mówiąc, uważałem wówczas, że ich obliczenia były zbyt konserwatywne. Patrząc wstecz, korekta temperatury rzeczywiście była agresywna, ale już przegraliśmy przetarg-kłócenie się o to, czy coś jest dobre, czy złe, było bezcelowe. Od tego czasu wymagamy, aby wszystkie wyceny zawierały arkusz kalkulacji obniżenia wartości znamionowych, który musi przejść proces inżynieryjny przed podpisaniem umowy przez dyrektora finansowego. Proces jest bardziej żmudny, ale przynajmniej nie stracimy ponownie transakcji z powodu takich podstawowych błędów.

 

To doświadczenie uświadomiło mi coś: większość ludzi traktuje konwersję Ah na Wh jak matematykę w gimnazjum.-Wh równa się Ah razy V, gotowe. Jednak każdy, kto faktycznie zajmuje się zaopatrzeniem, wie, że za tą „prostą formułą” kryje się wiele pułapek.

Zacznijmy od samej formuły

Wh=Ah × V, poprawnie. Akumulator 100Ah przy nominalnym napięciu 12V daje 1200Wh.

Ale to 12 V to napięcie nominalne. W rzeczywistej pracy napięcie waha się pomiędzy 10,5 V a 14,4 V. Którego numeru używasz?

Bardziej dokładną metodą jest całkowanie krzywej rozładowania, akumulacji Ah pomnożonej przez chwilowe napięcie V(t). Teoretycznie najbardziej precyzyjne, ale szczerze mówiąc, rzadko to robimy w rzeczywistych projektach-zbyt kłopotliwych, a niewielu dostawców jest w stanie zapewnić nawet pełne krzywe rozładowania.

Lekcja z zeszłorocznego projektu AGV

Wracając do tego utraconego projektu. Oceniliśmy trzech dostawców i oto jak to wyglądało:

Patrząc wyłącznie na $/Wh:

Dostawca C wygląda na najlepszą ofertę, prawda? Ale nie mogliśmy czekać 16 tygodni.-Opóźnienia w projekcie oznaczały pięciocyfrowe-kary tygodniowo. Skończyło się na złożeniu oferty u Dostawcy B, a klient wykorzystał dane Dostawcy C, aby argumentować, że nasz rozmiar był nieprawidłowy.

Żadna ze stron tak naprawdę nie popełniła błędów w obliczeniach-założenia były inne. Użyliśmy napięcia nominalnego plus standardowy DoD; zastosowali zmierzone-napięcie średnie i agresywne obniżanie wartości znamionowych. Jak w ogóle o tym dyskutować? Technicznie oba mogą być uzasadnione; komercyjnie, ktokolwiek przegra, akceptuje to.

Dlaczego teraz skupiam się bardziej na Wh niż Ah

Ah ma poważny problem jako metryka: nie odzwierciedla energii, a jedynie ładunek.

Dla akumulatorów o pojemności 100Ah:

Dlaczego użyteczna pojemność-kwasu ołowiowego jest mniejsza niż połowa? DoD jest ograniczony do 50%, w przeciwnym razie żywotność cyklu drastycznie spada. LFP może rozładować się do 80%, a nawet 90%, zachowując żywotność cyklu.

Różnica ta jest często pomijana na etapie wyceny. Dyrektor finansowy widzi kwas ołowiowy-w cenie 180 dolarów w porównaniu z LFP na poziomie 400 dolarów, a pierwszą reakcją jest „cena ponad dwukrotnie wyższa”. Ale jeśli obliczysz rzeczywistą energię użytkową,-kwas ołowiowy kosztuje około 0,30 USD/Wh, LFP około 0,38 USD/Wh-różnica nie jest aż tak dramatyczna. Uwzględnij cykle wymiany, a LFP jest w rzeczywistości tańszy.

Oczywiście zależy to od konkretnego zastosowania. W przypadku pracy na jedną-zmianę-lekkiej pracy kwas ołowiowy-może być naprawdę bardziej ekonomiczny-nie ma potrzeby stosowania LFP.

Temperatura: zmienna, której wiele osób nie docenia

Mamy klienta w Wisconsin zajmującego się łańcuchem chłodniczym.-W jego magazynie panuje temperatura około 40 stopni F przez cały rok-, a zimą spada poniżej 20 stopni F. Korzystali już wcześniej z akumulatorów AGM i musieli je wymienić po 14 miesiącach, gdy pojemność spadła poniżej 60% znamionowej-całkowicie bezużytecznej.

Po przejściu na LFP, 26 miesięcy w tym samym środowisku i nadal powyżej 90% wydajności. ROI w tym przypadku wygląda świetnie, ale muszę wyrazić się jasno: jest to-najlepszy scenariusz-łańcuch chłodniczy jest najlepszym rozwiązaniem dla LFP.

Oto mniej więcej wpływ temperatury na pojemność (to są nasze własne dane testowe; różni producenci mogą się różnić):

Jak widać, gdy temperatura spada, różnica między dwoma typami akumulatorów powiększa się. W zastosowaniach chłodniczych przewaga LFP jest znacząca.

Pamiętaj jednak,-jest to wydajność rozładowania. Ładowanie w niskiej-temperaturze w przypadku LFP to kolejna pułapka. Ładowanie poniżej 0 stopni powoduje pokrywanie się litem, a wiele systemów BMS po prostu blokuje ładowanie. Jeśli klienci narzekali na to, twierdząc, że bateria jest uszkodzona,-w rzeczywistości było to uruchomienie mechanizmu zabezpieczającego BMS. Sprzedaż nie powie Ci tego proaktywnie.

Jak obliczyć całkowity koszt posiadania

Mam dane z dwóch porównywalnych flot. W miarę możliwości kontrolowaliśmy zmienne, ale nadal istnieją różnice w działaniach klientów.-Dane należy traktować wyłącznie jako odniesienie.

Oszczędność około 120 tys. dolarów przy progu rentowności pomiędzy 14 a 16 miesiącem, w zależności od sposobu obliczenia części kosztów przestojów.

Flota B ma obecnie 38 miesięcy i nadal wykorzystuje około 87% wydajności. Bazując na tej krzywej degradacji, kolejne 3 lata nie powinny stanowić problemu. Flota A przeszła już jeden cykl wymiany baterii i wkrótce będzie potrzebować kolejnego.

Pułapki związane z doborem pojemności

Widziałem wielu ludzi zajmujących się zakupami akumulatorów o dużych rozmiarach ze względu na „bezpieczeństwo”. Wystarczyłoby 100Ah, ale kupują 200Ah. Zrozumiały sposób myślenia, ale takie podejście ma problemy z LFP.

LFP nie lubi pozostawać-na dłuższą metę na wysokim SOC. Mieliśmy klienta, który przewymiarował o 40%, myśląc, że to konserwatywne. Dwa lata później ich pojemność była w rzeczywistości gorsza niż w przypadku akumulatorów o normalnej wielkości. Sprawdzanie dzienników BMS wykazało, że akumulatory były stale powyżej 75% SOC i rzadko były głęboko-rozładowane.

Ogniwa utrzymujące się pod wysokim napięciem-w dłuższej perspektywie faktycznie przyspieszają starzenie się kalendarza.

Nasza obecna zasada dotycząca rozmiaru: cofnij się od 70-80% DoD w najgorszych-warunkach. 15-20% marginesu wystarczy — nie popadaj w zachłanność.

Oto jak obliczyć (na przykładzie rzeczywistego projektu):

1. Najpierw określ zapotrzebowanie na energię. Załóżmy, że sprzęt działa nieprzerwanie z mocą 500 W przez 6 godzin-co daje surowe zapotrzebowanie na 3000 Wh.
2. Następnie dodaj obniżenie wartości znamionowych. Wewnętrznie używamy współczynnika 0,65 do zastosowań magazynowych, obejmujących temperaturę, współczynnik C-, starzenie się itp. Do przechowywania w chłodni używamy 0,55,3000 Wh ÷ 0.65=4615 Wh
3. Dodaj marżę operacyjną w wysokości 15%.4615Wh ÷ 0.85=5430Wh
4. Przy nominalnym napięciu 12,8 V: 5430 ÷ 12.8=424Ah.

Zatem pod względem specyfikacji-wybierz konfigurację 450 Ah lub 500 Ah.

Ta metoda nie pasuje do każdego scenariusza, ale jest bardziej niezawodna niż ustalanie rozmiaru bezpośrednio na podstawie wartości znamionowych.

Efekt Peukerta

Nie miałem zamiaru pisać tej sekcji, ponieważ ma ona minimalny wpływ na LFP, ale ponieważ jest to kompletny przewodnik, warto o tym wspomnieć.

Akumulatory ołowiowe-kwasowe wykazują znaczną redukcję pojemności przy wysokich-współczynnikach C-. Nazywa się to efektem Peukert’a. Akumulator AGM 100Ah rozładowany do 1C (100A) może dostarczyć tylko 55-60Ah. Dane zawarte w arkuszu danych producenta opierają się na testach C/20 lub C/10 i są dalekie od rzeczywistego użytkowania.

Wykładnik Peukerta LFP wynosi około 1,02-1,05, co jest zasadniczo nieistotne. Niezależnie od tego, czy rozładowujesz w temperaturze 0,5°C, czy 1°C, pojemność różni się tylko o kilka procent.

Jeśli więc Twoje zastosowanie wymaga-skoków prądu-przyspieszania pojazdów AGV, podnoszenia wózków widłowych itp.-pojemność znamionowa kwasu ołowiowego to tylko liczba referencyjna; to, co faktycznie otrzymasz, zależy od cyklu pracy. Wydajność znamionowa LFP jest stosunkowo niezawodna.

Na co zwracać uwagę u dostawców

Nie będę tutaj polecał ani obmawiał żadnego konkretnego dostawcy. Każdy ma zalety i wady, a nasze scenariusze zastosowań mogą nie mieć zastosowania do Twojego.

Ale jest kilka rzeczy, którymi mogę się podzielić:

• W przypadku obecnych na rynku dostawców akumulatorów ogniwa pochodzą z zaledwie kilku źródeł. CATL, BYD, GOTION, EVE-ci najlepsi gracze mają większość udziału w rynku. Często nie porównuje się jakości ogniw, ale projekt BMS i możliwości integracji pakietów.
   
• Pytając dostawców o krzywe rozładowania, poproś o co najmniej trzy: 0,2C, 0,5C, 1C. Wielu mniejszych dostawców nie jest w stanie ich wyprodukować lub udostępnić wykresów w sposób oczywisty skopiowanych od kogoś innego. Więksi dostawcy zazwyczaj najpierw pytają o konkretną aplikację, a następnie dostarczają ukierunkowane dane testowe.
   
• To, że sprzedaż nie jest w stanie odpowiedzieć na pytania techniczne na miejscu, niewiele znaczy. Liczy się to, czy możesz uzyskać użyteczne dane w ciągu 72 godzin. Prawdziwą czerwoną flagą jest cisza radiowa po zapytaniu lub otrzymaniu stosu ogólnych materiałów marketingowych.
   
• Przeczytaj uważnie warunki gwarancji. Wielu dostawców pisze „10 lat lub 4000 cykli”, ale drobnym drukiem podano ograniczenia przepustowości, które mogą osiągnąć 6 lat. Niektórzy definiują cykle w absurdalny sposób-10% DoD i 90% DoD liczy się jako ten sam cykl, co sprawia, że ​​takie gwarancje są w zasadzie bezwartościowe.
   
• Dane z testu niestabilności termicznej UL 9540A-powinni je posiadać wszyscy legalni dostawcy LFP. Ci, którzy się wahają i mówią „możemy zorganizować badania”, albo nie przeprowadzali testów, albo uzyskali niekorzystne wyniki.