Amp Hours to Watt Hours: Kompletný sprievodca prevodom

V 3. štvrťroku minulého roka sme prišli o projekt chladiarenského AGV. Inžinier klienta trval na prepočítaní skutočnej Wh pomocou 80 % DoD plus ich vlastného faktora zníženia teploty. Priamo sme citovali pomocou výrobcu 100 Ah krát 12 V a skončili sme so zľavou asi 15 %.

 

Úprimne, v tom čase som si myslel, že ich výpočty boli príliš konzervatívne. Keď sa pozrieme späť, ich korekcia teploty bola skutočne agresívna, ale už sme prehrali ponuku-hádať sa, či je správne alebo nesprávne, bolo zbytočné. Odvtedy vyžadujeme, aby všetky cenové ponuky obsahovali pracovný hárok na výpočet zníženia a pred odhlásením finančného riaditeľa musí prejsť inžinierskym procesom. Tento proces je únavnejší, ale aspoň nestratíme obchody kvôli takýmto základným chybám.

 

Vďaka tejto skúsenosti som si niečo uvedomil: väčšina ľudí berie konverziu Ah na Wh ako stredoškolskú matematiku-Wh sa rovná Ah krát V, hotovo. Ale každý, kto skutočne robí obstarávanie, vie, že za týmto „jednoduchým vzorcom“ sa skrýva množstvo úskalí.

Začnime samotnou formulou

Wh=Ah × V, správne. Batéria s kapacitou 100 Ah pri nominálnom napätí 12 V vám dáva 1200 Wh.

Ale tých 12V je menovité napätie. V skutočnej prevádzke napätie kolíše medzi 10,5V a 14,4V. Ktoré číslo používate?

Presnejšou metódou je integrácia vybíjacej krivky, pričom sa akumuluje Ah vynásobené okamžitým napätím V(t). Teoreticky najpresnejšie, ale úprimne povedané, zriedka to robíme v skutočných projektoch-príliš ťažkopádne a len málo dodávateľov dokonca dokáže poskytnúť úplné krivky vybíjania.

Lekcia z minuloročného projektu AGV

Späť k stratenému projektu. Hodnotili sme troch dodávateľov a takto to vyzeralo:

Pri pohľade čisto na $/Wh:

Dodávateľ C vyzerá ako najlepšia ponuka, však? Nemohli sme však čakať 16 týždňov-meškanie projektu znamenalo päť{2}}ciferné pokuty za týždeň. Nakoniec sme citovali s dodávateľom B a klient použil údaje dodávateľa C, aby tvrdil, že naša veľkosť bola nesprávna.

Ani jedna zo strán v skutočnosti neurobila chyby vo výpočtoch,{0}}predpoklady boli odlišné. Použili sme nominálne napätie plus štandardné DoD; použili namerané stredné-napätie plus agresívne zníženie. Ako sa o tom vôbec hádate? Technicky možno odôvodniť oboje; komerčne, kto prehrá, to akceptuje.

Prečo sa teraz zameriavam viac na Wh ako na Ah

Ah má ako metrika veľký problém: neodráža energiu, ale iba náboj.

Pre všetky batérie s kapacitou 100 Ah:

Prečo je využiteľná kapacita-kyseliny olova menšia ako polovica? DoD je obmedzené na 50 %, inak životnosť cyklu dramaticky klesá. LFP sa môže vybiť na 80 % alebo dokonca 90 % pri zachovaní životnosti cyklu.

Tento rozdiel sa často prehliada vo fáze citovania. CFO vidí olovo-kyselinu za 180 USD oproti LFP za 400 USD a prvou reakciou je „viac ako dvojnásobná cena“. Ak však vypočítate skutočnú využiteľnú energiu, olovená-kyselina je približne 0,30 USD/Wh, LFP približne 0,38 USD/Wh-rozdiel nie je taký dramatický. Zohľadnite výmenné cykly a LFP je v skutočnosti lacnejší.

Samozrejme to závisí od konkrétnej aplikácie. Pre jedno{1}}zmenné a nenáročné-scenáre môže byť olovená-kyselina skutočne úspornejšia-netreba tlačiť na LFP.

Teplota: premenná, ktorú mnohí ľudia podceňujú

Máme klienta vo Wisconsine, ktorý robí chladiaci reťazec-vo svojom sklade má celoročne okolo 40 stupňov F-, pričom v zime klesá pod 20 stupňov F. Predtým používali batérie AGM a museli ich vymeniť po 14 mesiacoch, keď kapacita klesla pod 60 % hodnotenej-úplne nepoužiteľné.

Po prechode na LFP 26 mesiacov v rovnakom prostredí a stále nad 90 % kapacity. Návratnosť investícií v tomto prípade vyzerá skvele, ale mal by som byť jasný: toto je najlepší-prípadový scenár-sladký reťazec LFP.

Tu je zhruba to, ako teplota ovplyvňuje kapacitu (toto sú naše vlastné testovacie údaje; rôzni výrobcovia sa budú líšiť):

Ako vidíte, keď teplota klesne, rozdiel medzi týmito dvoma typmi batérií sa zväčší. V aplikáciách chladiarní je výhoda LFP významná.

Ale všimnite si-toto je výkon pri vybíjaní. Ďalším úskalím je nabíjanie pri nízkej teplote pre LFP. Nabíjanie pod 0 stupňov spôsobuje pokovovanie lítiom a mnohé systémy BMS jednoducho zablokujú nabíjanie. Ak by sa na to klienti sťažovali a tvrdili, že batéria je vybitá-, v skutočnosti sa spustil ochranný mechanizmus BMS. Predaj vám to proaktívne nepovie.

Ako vypočítať TCO

Mám údaje z dvoch porovnateľných flotíl. Kontrolovali sme čo najviac premenných, no stále existujú rozdiely v operáciách zákazníkov{1}}údaje berte len ako referenčné.

Ušetrilo sa približne 120 000 USD, čo je rentabilita medzi 14. a 16. mesiacom, v závislosti od toho, ako vypočítate časť nákladov na prestoje.

Flotila B má teraz 38 mesiacov a stále má kapacitu približne 87 %. Na základe tejto degradačnej krivky by ďalšie 3 roky nemali byť problémom. Flotila A už prešla jedným cyklom výmeny batérie a čoskoro bude potrebovať ďalší.

Úskalia dimenzovania kapacity

Videl som veľa ľudí obstarávajúcich nadrozmerné batérie kvôli „bezpečnosti“. 100Ah by stačilo, ale kupujú 200Ah. Pochopiteľné myslenie, ale tento prístup má problémy s LFP.

LFP nemá rád dlhodobé-vysoké SOC. Mali sme klienta, ktorý sa predimenzoval o 40 %, myslel si, že je konzervatívny. O dva roky neskôr bola ich kapacita v skutočnosti horšia ako u batérií normálnej veľkosti. Kontrola záznamov BMS ukázala, že batérie boli neustále nad 75 % SOC, len zriedka hlboko-vybité.

Bunky plávajúce pri vysokom napätí dlhodobo-v skutočnosti urýchľujú starnutie kalendára.

Náš súčasný princíp dimenzovania: pracujte spätne od 70-80 % DoD za najhorších-podmienok. 15-20% marže stačí – nebuďte chamtiví.

Tu je návod, ako vypočítať (ako príklad použite skutočný projekt):

1. Najprv určte potrebu energie. Povedzme, že zariadenie beží nepretržite pri 500 W počas 6 hodín-to je surová potreba 3 000 Wh.
2. Potom pridajte zníženie. Interne používame faktor 0,65 pre skladové aplikácie, kryciu teplotu, rýchlosť C-, starnutie atď.
3. Pridajte prevádzkovú maržu 15 %.4615Wh ÷ 0.85=5430Wh
4. Pri nominálnom napätí 12,8 V: 5430 ÷ 12.8=424Ah.

Konkrétne-vyberte konfiguráciu 450 Ah alebo 500 Ah.

Táto metóda nevyhovuje každému scenáru, ale je spoľahlivejšia ako dimenzovanie priamo z menovitých hodnôt.

Peukertov efekt

Nechcel som písať túto časť, pretože má minimálny vplyv na LFP, ale keďže ide o kompletnú príručku, stojí za zmienku.

Olovené-kyselinové batérie vykazujú výrazné zníženie kapacity pri vysokých-mierach C-toto sa nazýva Peukertov efekt. 100Ah AGM batéria vybitá pri 1C (100A) môže dodať iba 55-60Ah. Údaje z údajového listu výrobcu sú založené na testovaní C/20 alebo C/10, ďaleko od skutočného použitia.

Peukertov exponent LFP je okolo 1,02-1,05, v podstate zanedbateľný. Či už vybíjate pri 0,5C alebo 1C, kapacita sa líši len o niekoľko percent.

Ak teda vaša aplikácia zahŕňa vysoké{0}}výboje prúdu-zrýchlenie AGV, zdvíhanie vysokozdvižným vozíkom atď.{3}}menovitá kapacita olova je len referenčné číslo; to, čo skutočne dostanete, závisí od pracovného cyklu. Menovitá kapacita LFP je relatívne spoľahlivá.

Na čo si dať pozor u dodávateľov

Nebudem tu odporúčať ani osočovať žiadnych konkrétnych dodávateľov. Každý má svoje klady a zápory a naše aplikačné scenáre nemusia platiť pre tie vaše.

Existuje však niekoľko vecí, ktoré môžem zdieľať:

• Pre dodávateľov batériových jednotiek na trhu teraz články pochádzajú len z niekoľkých zdrojov. CATL, BYD, GOTION, EVE-títo najlepší hráči majú väčšinu podielu na trhu. Často neporovnávate kvalitu buniek, ale dizajn BMS a schopnosť integrácie balenia.
   
• Keď požadujete od dodávateľov krivky vypúšťania, požadujte aspoň tri: 0,2C, 0,5C, 1C. Mnoho menších predajcov ich nevie vyrobiť alebo vám dajú grafy zjavne skopírované od niekoho iného. Väčší dodávatelia sa zvyčajne najprv spýtajú na vašu konkrétnu aplikáciu a potom poskytnú cielené testovacie údaje.
   
• Neschopnosť predaja odpovedať na technické otázky na mieste veľa neznamená. Dôležité je, či môžete získať použiteľné dáta do 72 hodín. Skutočnou červenou vlajkou je ticho v rádiu po opýtaní alebo získaní hromady všeobecných marketingových materiálov.
   
• Pozorne si prečítajte záručné podmienky. Mnoho predajcov píše „10 rokov alebo 4 000 cyklov“, ale drobné písmo má limity priepustnosti, ktoré môžu byť dosiahnuté po 6 rokoch. Niektorí definujú cykly absurdnými spôsobmi-10 % DoD a 90 % DoD sa počítajú ako rovnaký cyklus, vďaka čomu sú takéto záruky v podstate bezcenné.
   
• Všetci legitímni predajcovia LFP z UL 9540A by ich mali mať k dispozícii{{1}. Tí, ktorí váhajú a hovoria „môžeme zabezpečiť testovanie“, buď netestovali, alebo testovali s nepriaznivými výsledkami.