Amp Hours to Watt Hours: Kompletní průvodce převodem

Ve třetím čtvrtletí loňského roku jsme přišli o projekt chladírenského AGV. Inženýr klienta trval na přepočtu skutečné Wh pomocí 80% DoD plus jejich vlastního faktoru snížení teploty. Citovali jsme přímo s použitím výrobcem ohodnocených 100 Ah krát 12 V a skončili jsme se slevou asi 15 %.

 

Upřímně jsem si tehdy myslel, že jejich výpočty byly příliš konzervativní. Když se ohlédneme zpět, jejich korekce teploty byla skutečně agresivní, ale už jsme prohráli-diskutování, zda je správné nebo nesprávné, bylo zbytečné. Od té doby požadujeme, aby všechny nabídky obsahovaly pracovní list pro výpočet snížení a musí projít inženýrstvím, než se finanční ředitel podepíše. Proces je zdlouhavější, ale alespoň neztratíme obchody kvůli takovým základním chybám.

 

Díky této zkušenosti jsem si něco uvědomil: většina lidí považuje převod Ah na Wh za matematiku na střední škole-Wh se rovná Ah krát V, hotovo. Ale každý, kdo skutečně dělá zadávání zakázek, ví, že za tímto „jednoduchým vzorcem“ se skrývá spousta úskalí.

Začněme samotným vzorcem

Wh=Ah × V, správně. 100Ah baterie při jmenovitém 12V vám dává 1200Wh.

Ale těch 12V je jmenovité napětí. Ve skutečném provozu napětí kolísá mezi 10,5V a 14,4V. Jaké číslo používáte?

Přesnější metodou je integrace vybíjecí křivky, akumulující Ah násobené okamžitým napětím V(t). Teoreticky nejpřesnější, ale upřímně řečeno, zřídka to děláme ve skutečných projektech-příliš těžkopádných a jen málo dodavatelů dokonce dokáže poskytnout úplné vybíjecí křivky.

Poučení z loňského projektu AGV

Zpět k tomu ztracenému projektu. Hodnotili jsme tři dodavatele a takto to vypadalo:

Při pohledu čistě na $/Wh:

Dodavatel C vypadá jako nejlepší nabídka, že? Ale nemohli jsme čekat 16 týdnů-zpoždění projektu znamenalo pěticiferné pokuty za týden. Nakonec jsme uvedli nabídku dodavatele B a klient použil data dodavatele C, aby tvrdil, že naše dimenzování bylo špatné.

Žádná ze stran ve skutečnosti neudělala chyby ve výpočtu-předpoklady byly odlišné. Použili jsme jmenovité napětí plus standardní DoD; použili naměřené střední-napětí plus agresivní snížení výkonu. Jak se o tom vůbec hádáte? Technicky lze odůvodnit obojí; komerčně, kdo prohraje, to přijímá.

Proč se nyní zaměřuji více na Wh než Ah

Ah má hlavní problém jako metrika: neodráží energii, pouze nabíjí.

Pro všechny baterie s kapacitou 100 Ah:

Proč je využitelná kapacita olova-kyseliny menší než polovina? DoD je omezeno na 50 %, jinak životnost cyklu dramaticky klesá. LFP se může vybít na 80 % nebo dokonce 90 % při zachování životnosti cyklu.

Tento rozdíl je ve fázi kotování často přehlížen. CFO vidí olovo-kyselinu za 180 USD oproti LFP za 400 USD a první reakcí je „více než dvojnásobná cena“. Ale pokud spočítáte skutečně použitelnou energii, olovo-kyselina je asi 0,30 USD/Wh, LFP asi 0,38 USD/Wh-není ten rozdíl tak dramatický. Zohledněte cykly výměny a LFP je ve skutečnosti levnější.

Samozřejmě záleží na konkrétní aplikaci. Pro jedno-směnné a lehké-scénáře může být olověná-kyselina skutečně ekonomičtější-není třeba tlačit na LFP.

Teplota: Proměnná, kterou mnoho lidí podceňuje

Máme klienta ve Wisconsinu, který provádí chladicí řetězec-jeho sklad má celoročně teplotu kolem 40 stupňů F-, v zimě klesá pod 20 stupňů F. Dříve používali baterie AGM a museli je vyměnit po 14 měsících, když kapacita klesla pod 60 % hodnocené-zcela nepoužitelné.

Po přechodu na LFP 26 měsíců ve stejném prostředí a stále nad 90 % kapacity. Návratnost investic v tomto případě vypadá skvěle, ale měl bych být jasný: toto je nejlepší-případový scénář-sladký řetězec LFP.

Zde je zhruba to, jak teplota ovlivňuje kapacitu (toto jsou naše vlastní testovací data; různí výrobci se budou lišit):

Jak vidíte, když teplota klesne, propast mezi dvěma typy baterií se zvětší. V aplikacích chladírenských skladů je výhoda LFP významná.

Mějte však na paměti,-že se jedná o výkon při vybíjení. Dalším úskalím je nízkoteplotní nabíjení LFP. Nabíjení pod 0 stupňů způsobuje lithiové pokovování a mnoho systémů BMS nabíjení jednoduše zablokuje. Pokud by si na to klienti stěžovali a tvrdili, že baterie byla rozbitá,-ve skutečnosti se spustil ochranný mechanismus BMS. Prodej vám to proaktivně neřekne.

Jak vypočítat TCO

Mám data ze dvou srovnatelných flotil. Kontrolovali jsme proměnné, jak jen to bylo možné, ale stále existují rozdíly v zákaznických operacích,{1}}berte data pouze jako referenční.

Ušetřeno asi 120 000 $, návratnost mezi 14. a 16. měsícem, v závislosti na tom, jak vypočítáte část nákladů na prostoje.

Flotila B má nyní 38 měsíců a stále má kapacitu 87 %. Na základě této degradační křivky by další 3 roky neměly být problémem. Flotila A již prošla jedním cyklem výměny baterie a bude potřebovat další.

Úskalí dimenzování kapacity

Viděl jsem mnoho lidí, kteří nakupují, předimenzované baterie kvůli „bezpečnosti“. 100Ah by stačilo, ale kupují 200Ah. Pochopitelný způsob myšlení, ale tento přístup má problémy s LFP.

LFP nemá rád dlouhodobé-setrvání na vysokých SOC. Měli jsme klienta, který se předimenzoval o 40 %, myslel si, že je konzervativní. O dva roky později byla jejich kapacita ve skutečnosti horší než u baterií normální velikosti. Kontrola protokolů BMS ukázala, že baterie byly trvale nad 75 % SOC, jen zřídka-vybité hluboko.

Buňky plovoucí pod vysokým napětím-dlouhodobě ve skutečnosti urychlují kalendářní stárnutí.

Náš současný princip dimenzování: pracujte zpětně od 70-80% DoD za nejhorších-podmínek. 15-20% marže je dostatečná – nebuďte chamtiví.

Zde je návod, jak vypočítat (pomocí skutečného projektu jako příkladu):

1. Nejprve určete potřebu energie. Řekněme, že zařízení běží nepřetržitě na 500 W po dobu 6 hodin-to je 3000 Wh nezpracovaných požadavků.
2. Poté přidejte snížení. Interně používáme faktor 0,65 pro skladové aplikace, krycí teplotu, rychlost C-, stárnutí atd. Pro skladování v chladu používáme 0,55,3000 Wh ÷ 0.65=4615Wh
3. Přidejte provozní marži ve výši 15 %.4615Wh ÷ 0.85=5430Wh
4. Při jmenovitém napětí 12,8 V: 5430 ÷ 12.8=424Ah.

Konkrétně-vyberte konfiguraci 450Ah nebo 500Ah.

Tato metoda nebude vyhovovat každému scénáři, ale je spolehlivější než dimenzování přímo z jmenovitých hodnot.

Peukertův efekt

Nechtěl jsem psát tuto sekci, protože má minimální dopad na LFP, ale protože se jedná o kompletní průvodce, stojí za zmínku.

Olověné-kyselinové baterie vykazují výrazné snížení kapacity při vysokých-sazbách C-toto se nazývá Peukertův efekt. 100Ah baterie AGM vybitá při 1C (100A) může dodat pouze 55-60Ah. Údaje v technickém listu výrobce jsou založeny na testování C/20 nebo C/10, daleko od skutečného použití.

Peukertův exponent LFP je kolem 1,02-1,05, v podstatě zanedbatelný. Ať už vybíjíte při 0,5C nebo 1C, kapacita se liší jen o pár procent.

Pokud tedy vaše aplikace zahrnuje vysoké-výboje proudu-zrychlení AGV, zvedání vysokozdvižného vozíku atd.{3}}jmenovitá kapacita olova je pouze referenční číslo; to, co skutečně získáte, závisí na pracovním cyklu. Jmenovitá kapacita LFP je poměrně spolehlivá.

Na co si dát u dodavatelů pozor

Nebudu zde doporučovat ani hanit žádné konkrétní dodavatele. Každý má své klady a zápory a naše scénáře aplikace se nemusí vztahovat na váš.

Ale je tu pár věcí, které mohu sdílet:

• Pro dodavatele bateriových sad na současném trhu pocházejí články pouze z několika zdrojů. CATL, BYD, GOTION, EVE-tito nejlepší hráči tvoří většinu podílu na trhu. Často tedy neporovnáváte kvalitu buněk, ale design BMS a schopnost integrace balení.
   
• Když požadujete od dodavatelů výstupní křivky, požadujte alespoň tři: 0,2C, 0,5C, 1C. Mnoho menších prodejců je nedokáže vyrobit nebo vám poskytne grafy zjevně zkopírované od někoho jiného. Větší prodejci se obvykle nejprve zeptají na vaši konkrétní aplikaci a poté poskytnou cílená testovací data.
   
• To, že prodej není schopen zodpovědět technické dotazy na místě, mnoho neznamená. Důležité je, zda můžete získat použitelná data do 72 hodin. Skutečnou červenou vlajkou je rozhlasové ticho po dotazu nebo získání hromady obecných marketingových materiálů.
   
• Pečlivě si přečtěte záruční podmínky. Mnoho prodejců píše „10 let nebo 4000 cyklů“, ale drobné písmo má limity propustnosti, které mohou být zasaženy po 6 letech. Někteří definují cykly absurdními způsoby-10 % DoD a 90 % DoD se počítá jako stejný cyklus, takže takové záruky jsou v podstatě bezcenné.
   
• Všichni legitimní prodejci LFP by je měli mít k dispozici-testovací data UL 9540A. Ti, kteří váhají a říkají „můžeme zajistit testování“, buď netestovali, nebo testovali s nepříznivými výsledky.