Amp-hores a watt-hora: guia de conversió completa

Vam perdre un projecte AGV d'emmagatzematge frigorífic el tercer trimestre de l'any passat. L'enginyer del client va insistir a recalcular el Wh real utilitzant un 80% de DoD més el seu propi factor de reducció de la temperatura. Havíem cotitzat directament utilitzant la classificació del fabricant de 100 Ah per 12 V i vam acabar amb un 15% de descompte.

 

Sincerament, vaig pensar que els seus càlculs eren massa conservadors en aquell moment. Mirant enrere, la seva correcció de temperatura va ser efectivament agressiva, però ja havíem perdut l'oferta-argumentar bé o mal no tenia sentit. Des d'aleshores, exigim que totes les cotitzacions incloguin un full de càlcul de desclassificació, i s'ha de passar per enginyeria abans que el director financer tanqui. El procés és més tediós, però almenys no tornarem a perdre acords per errors bàsics com aquest.

 

Aquesta experiència em va fer adonar-me d'alguna cosa: la majoria de la gent tracta la conversió de Ah a Wh com les matemàtiques de secundària-Wh és igual a Ah per V, fet. Però qualsevol que realment faci la compra sap que darrere d'aquesta "fórmula senzilla" s'amaguen moltes trampes.

Comencem amb la fórmula mateixa

Wh=Ah × V, correcte. Una bateria de 100 Ah a 12 V nominals us ofereix 1200 Wh.

Però aquest 12V és la tensió nominal. En funcionament real, la tensió oscil·la entre 10,5 V i 14,4 V. Quin número fas servir?

Un mètode més precís és integrar la corba de descàrrega, acumulant Ah multiplicat per la tensió instantània V(t). Teòricament és el més precís, però sincerament, poques vegades ho fem en projectes reals-massa feixucs i no molts proveïdors poden ni tan sols proporcionar corbes de descàrrega completes.

La lliçó del projecte AGV de l'any passat

Tornem a aquell projecte perdut. Hem avaluat tres proveïdors i així és com es veia:

Mirant exclusivament a $/Wh:

El proveïdor C sembla la millor oferta, oi? Però no vam poder esperar 16 setmanes-els retards del projecte van suposar penalitzacions de cinc-xifres per setmana. Vam acabar citant amb el proveïdor B i el client va utilitzar les dades del proveïdor C per argumentar que la nostra mida era incorrecta.

En realitat, cap de les dues parts va cometre errors de càlcul-les suposicions eren diferents. Hem utilitzat tensió nominal més DoD estàndard; van utilitzar una tensió de punt mitjà-mesurada més una reducció agressiva. Com discuteixes sobre això? Tècnicament tots dos es poden justificar; comercialment, qui perd ho accepta.

Per què ara em concentro més en Wh que Ah

Ah té un problema important com a mètrica: no reflecteix energia, només carrega.

Per a bateries totes classificades a 100 Ah:

Per què la capacitat útil del plom-àcid és inferior a la meitat? DoD està limitat al 50%, en cas contrari, la vida del cicle disminueix dràsticament. LFP pot descarregar fins al 80% o fins i tot al 90% mentre es manté el cicle de vida.

Aquesta diferència sovint es passa per alt durant la fase de cotització. El director financer considera que el plom-àcid és de 180 dòlars en comparació amb el LFP de 400 dòlars, i la primera reacció és "més del doble del preu". Però si calculeu l'energia útil real, el plom-àcid és d'uns 0,30 $/Wh, i el LFP d'uns 0,38 $/Wh-la diferència no és tan espectacular. Teniu en compte els cicles de substitució i la LFP és realment més barata.

Per descomptat, això depèn de l'aplicació específica. Per a escenaris d'un sol-torn,-lleuger, el plom-àcid pot ser realment més econòmic-no cal empènyer LFP.

Temperatura: una variable que molta gent subestima

Tenim un client a Wisconsin que fa la cadena de fred-el seu magatzem es troba al voltant de 40 graus F durant tot l'any-, baixant per sota dels 20 graus F a l'hivern. Abans feien servir bateries AGM i les van haver de substituir després de 14 mesos quan la capacitat va baixar per sota del 60% de la classificació-completament inutilitzable.

Després de canviar a LFP, 26 mesos en el mateix entorn i encara per sobre del 90% de capacitat. El retorn de la inversió en aquest cas sembla fantàstic, però hauria de ser clar: aquest és el millor-escenari-la cadena de fred és el punt dolç de LFP.

A continuació, es mostra aproximadament com la temperatura afecta la capacitat (aquestes són les nostres pròpies dades de prova; els diferents fabricants variaran):

Com podeu veure, quan la temperatura baixa, la bretxa entre els dos tipus de bateries s'amplia. En aplicacions d'emmagatzematge en fred, l'avantatge de LFP és important.

Però tingueu en compte que-aquest és el rendiment de la descàrrega. La càrrega a baixa-temperatura per a LFP és un altre inconvenient. La càrrega per sota de 0 graus provoca un revestiment de liti i molts sistemes BMS simplement bloquejaran la càrrega. Si els clients es van queixar d'això, dient que la bateria estava trencada-en realitat va ser el mecanisme de protecció del BMS que s'activava. Les vendes no us ho diuen de manera proactiva.

Com calcular el TCO

Tinc dades de dues flotes comparables. Hem controlat les variables tant com era possible, però encara hi ha diferències en les operacions dels clients-agafar les dades només com a referència.

Estalviat uns 120.000 dòlars, l'equilibri entre els mesos 14 i 16, depenent de com calculeu la part del cost del temps d'inactivitat.

La flota B té ara 38 mesos i encara al voltant del 87% de la capacitat. A partir d'aquesta corba de degradació, 3 anys més no haurien de ser un problema. La flota A ja ha passat per un cicle de substitució de la bateria i està a punt de necessitar-ne un altre.

Problemes de dimensionament de la capacitat

He vist moltes persones de contractació sobredimensionar bateries per "seguretat". 100Ah n'hi hauria prou, però en compren 200Ah. Mentalitat comprensible, però aquest enfocament té problemes amb LFP.

A LFP no li agrada mantenir-se a un SOC alt-a llarg termini. Teníem un client que es va sobredimensionar en un 40%, pensant que era conservador. Dos anys més tard, la seva retenció de capacitat era realment pitjor que les bateries de mida normal. La comprovació dels registres de BMS va mostrar que les bateries estaven constantment per sobre del 75% de SOC, poques vegades es descarregaven-profundament.

Les cèl·lules que floten a alt voltatge a llarg{0}}acceleren l'envelliment del calendari.

El nostre principi de mida actual: treballar enrere a partir d'un 70-80% DoD en el pitjor-cas de les condicions. 15-20% de marge és suficient; no us agradi.

A continuació es mostra com calcular (utilitzant un projecte real com a exemple):

1. En primer lloc, determineu el requeriment energètic. Suposem que l'equip funciona contínuament a 500 W durant 6 hores-és a dir, un requisit brut de 3000 Wh.
2. A continuació, afegiu la reducció. Internament, utilitzem un factor de 0,65 per a aplicacions de magatzem, temperatura de cobertura, taxa de C-, envelliment, etc. Per a l'emmagatzematge en fred, utilitzem 0,55,3000Wh ÷ 0.65=4615Wh
3. Afegiu un marge operatiu del 15%.4615Wh ÷ 0.85=5430Wh
4. A 12,8 V nominal: 5430 ÷ 12.8=424Ah.

Per tant, pel que fa a les especificacions-, seleccioneu una configuració de 450 Ah o 500 Ah.

Aquest mètode no s'adapta a tots els escenaris, però és més fiable que la mida directament a partir dels valors nominals.

L'efecte Peukert

No anava a escriure aquesta secció perquè té un impacte mínim en LFP, però com que aquesta és una guia completa, val la pena esmentar-la.

Les bateries de plom-àcid mostren una reducció significativa de la capacitat a altes taxes de C--això s'anomena efecte Peukert. Una bateria AGM de 100 Ah descarregada a 1 C (100 A) només pot oferir 55-60 Ah. Les xifres del full de dades del fabricant es basen en proves C/20 o C/10, lluny de l'ús real.

L'exponent de Peukert de LFP està al voltant de 1,02-1,05, essencialment insignificant. Tant si descarregueu a 0,5 °C o 1 °C, la capacitat només difereix en un poc per cent.

Per tant, si la vostra aplicació implica-ràfegues de corrent-elevades, acceleració AGV, aixecament de carretons elevadors, etc.-la capacitat nominal del plom-àcid és només un número de referència; el que realment obteniu depèn del cicle de treball. La capacitat nominal de LFP és relativament fiable.

Què cal tenir en compte amb els proveïdors

No recomanaré ni dirà malament cap proveïdor específic aquí. Tothom té pros i contres, i és possible que els nostres escenaris d'aplicació no s'apliquin al vostre.

Però hi ha algunes coses que puc compartir:

• Per als proveïdors de bateries del mercat ara, les cèl·lules provenen de només un grapat de fonts. CATL, BYD, GOTION, EVE-aquests principals jugadors representen la major part de la quota de mercat. Sovint no compareu la qualitat de les cèl·lules sinó la capacitat d'integració de paquets i disseny de BMS.
   
• Quan demaneu als proveïdors les corbes de descàrrega, sol·liciteu almenys tres: 0,2C, 0,5C, 1C. Molts venedors més petits no poden produir-los o donar-vos gràfics òbviament copiats d'una altra persona. Els venedors més grans solen preguntar primer sobre la vostra aplicació específica i després proporcionaran dades de prova dirigides.
   
• Les vendes no poder respondre preguntes tècniques al moment no vol dir gaire. El que importa és si podeu obtenir dades utilitzables en un termini de 72 hores. La veritable bandera vermella és el silenci de la ràdio després de demanar o rebre un munt de materials de màrqueting genèrics.
   
• Llegiu atentament els termes de la garantia. Molts venedors escriuen "10 anys o 4000 cicles", però la lletra petita té límits de rendiment que podrien arribar als 6 anys. Alguns defineixen els cicles de maneres absurdes-10% DoD i 90% DoD compten com el mateix cicle, fent que aquestes garanties siguin essencialment sense valor.
   
• Les dades de prova de fuita tèrmica UL 9540A-els proveïdors legítims de LFP haurien de tenir-ho tots. Aquells que dubten i diuen "podem organitzar proves" o bé no ho han fet o bé han fet una prova amb resultats desfavorables.