ساعت آمپر به ساعت وات: راهنمای کامل تبدیل
ما یک پروژه AGV سردخانه را در سه ماهه سوم سال گذشته از دست دادیم. مهندس مشتری اصرار داشت که Wh واقعی را با استفاده از 80% DoD به اضافه ضریب کاهش دمای خود محاسبه کند. ما مستقیماً با استفاده از 100Ah امتیاز تولید کننده در 12V نقل قول کرده بودیم و در نهایت حدود 15٪ تخفیف داشتیم.
راستش را بخواهید، من فکر می کردم محاسبات آنها در آن زمان خیلی محافظه کارانه بود. با نگاهی به گذشته، تصحیح دمای آنها واقعاً تهاجمی بود، اما ما قبلاً پیشنهاد را از دست داده بودیم-مشاهده درست یا غلط بیهوده بود. از آن زمان، ما نیاز داریم که همه نقلقولها شامل یک کاربرگ محاسبه درجهبندی شوند، و باید قبل از امضای مدیر مالی، مهندسی را طی کند. این روند خستهکنندهتر است، اما دستکم دیگر به خاطر اشتباهات اساسی مانند آن، معاملات را از دست نخواهیم داد.
این تجربه باعث شد من متوجه چیزی شوم: اکثر مردم با تبدیل Ah به Wh مانند ریاضی دبیرستان رفتار میکنند-Wh برابر است با Ah ضربدر V، انجام شد. اما هر کسی که واقعاً تدارکات را انجام می دهد می داند که در پشت این "فرمول ساده" مشکلات زیادی پنهان شده است.
بیایید با خود فرمول شروع کنیم
Wh=Ah × V، درست است. یک باتری 100 آمپر ساعتی با ولتاژ اسمی 12 ولت به شما 1200 وات ساعت می دهد.
اما آن 12 ولت ولتاژ نامی است. در عملکرد واقعی، ولتاژ بین 10.5 ولت و 14.4 ولت در نوسان است. شما از کدام عدد استفاده می کنید؟
رویکرد فعلی ما استفاده از ولتاژ میانه-ولتاژ تخلیه- ولتاژ واقعی در حدود وسط SOC است. برای LFP، ما معمولاً به جای 12 ولت از 12.8 ولت استفاده می کنیم که 6.7 درصد انرژی بیشتری به شما می دهد. زیاد به نظر نمی رسد، اما در بین 50 لیفتراک، این پول واقعی است.
یک روش دقیق تر، ادغام منحنی دبی، انباشت Ah ضرب در ولتاژ لحظه ای V(t) است. از نظر تئوری دقیقترین است، اما صادقانه بگویم که ما به ندرت این کار را در پروژههای واقعی{1}}خیلی دست و پاگیر انجام میدهیم، و حتی بسیاری از تامینکنندگان نمیتوانند منحنیهای تخلیه کامل را ارائه دهند.
درس از پروژه AGV سال گذشته
بازگشت به آن پروژه از دست رفته. ما سه تامین کننده را ارزیابی کردیم و در اینجا به نظر می رسد:
تامین کننده A
فروشنده معتبر-سرب-اسید، 12.0V/100Ah به قیمت 178.50 دلار شامل مالیات، شرایط پرداخت 60-روزه، تحویل یک هفته ای. رابطه خوب، کسی که وقتی اوضاع خراب می شود تماس بگیرد.
تامین کننده B
فروشنده جدید LFP-12.8V/100Ah به قیمت 423 دلار شامل مالیات، 30٪ سپرده مورد نیاز، زمان تحویل 8 هفته. پاسخ پشتیبانی فنی مناسب بود.
تامین کنندهC
همچنین LFP-13.2V/100Ah با قیمت 389 دلار، همچنین واریز وجه الزامی بود، اما زمان تحویل 16 هفته بود. فروش گفت که قابل مذاکره است، اما معلوم شد که BS است.
نگاه صرف به $/Wh:
تامین کننده A: 178.50 دلار ÷ 1200 وات ساعت=0.149 دلار/وات ساعت
تامین کننده B: $423 ÷ 1280Wh=$0.330/Wh
تامین کننده C: $389 ÷ 1320Wh=$0.295/Wh
تامین کننده C به نظر بهترین معامله است، درست است؟ اما نمیتوانستیم 16 هفته صبر کنیم-تاخیر پروژه به معنای پنج{2}}جریمه در هفته بود. ما در نهایت با ارائهدهنده B نقلقول کردیم، و مشتری از دادههای تامینکننده C برای استدلال اشتباه بودن اندازه ما استفاده کرد.
هیچ یک از طرفین واقعاً اشتباهات محاسباتی مرتکب نشدند-فرضها متفاوت بودند. ما از ولتاژ اسمی به علاوه استاندارد DoD استفاده کردیم. آنها از ولتاژ میانه-نقطه اندازه گیری شده به علاوه کاهش تهاجمی استفاده کردند. اصلاً چطور در این مورد بحث می کنید؟ از نظر فنی هر دو را می توان توجیه کرد. از نظر تجاری، هر کس ضرر کند آن را می پذیرد.
چرا اکنون بیشتر روی Wh تمرکز می کنم تا Ah
Ah به عنوان یک معیار یک مشکل اساسی دارد: انرژی را منعکس نمی کند، فقط شارژ را نشان می دهد.
برای باتری هایی که همگی دارای ظرفیت 100 آمپر ساعت هستند:
| تایپ کنید | ولتاژ اسمی | Wh محاسبه شد | قابل استفاده تقریبی |
|---|---|---|---|
| اسید سرب غرق شده- | 12.0V | 1200 | ~500-600 |
| مجمع عمومی سالانه | 12.0V | 1200 | ~550-650 |
| الافپی | 12.8V | 1280 | ~950-1050 |
| الافپی | 13.2V | 1320 | ~1000-1100 |
چرا ظرفیت قابل استفاده سرب-اسید کمتر از نصف است؟ DoD به 50٪ محدود شده است، در غیر این صورت عمر چرخه به طور چشمگیری کاهش می یابد. LFP می تواند تا 80% یا حتی 90% تخلیه شود در حالی که عمر چرخه را حفظ می کند.
این تفاوت اغلب در مرحله نقل قول نادیده گرفته می شود. مدیر مالی، سرب{1}}اسید را 180 دلار در مقابل LFP در 400 دلار می بیند، و اولین واکنش "بیش از دو برابر قیمت" است. اما اگر انرژی واقعی قابل استفاده را محاسبه کنید، اسید سرب حدود 0.30 دلار در وات ساعت است، LFP حدود 0.38 دلار در وات ساعت-این شکاف چندان چشمگیر نیست. در چرخه های جایگزینی فاکتور بگیرید و LFP در واقع ارزان تر است.
البته این بستگی به کاربرد خاص دارد. برای سناریوهای تکشیفتی، سبک-سرب-اسید ممکن است واقعاً اقتصادیتر باشد-بدون نیاز به فشار دادن LFP.
دما: متغیری که بسیاری از مردم آن را دست کم می گیرند
ما یک مشتری در ویسکانسین داریم که در حال انجام زنجیره سرد-انبار آنها در حدود 40 درجه فارنهایت در تمام طول سال است-، و در زمستان به زیر 20 درجه فارنهایت میرسد. آنها قبلاً از باتریهای AGM استفاده میکردند، و پس از 14 ماه که ظرفیت به زیر 60 درصد از -کاملاً غیرقابل استفاده کاهش یافت، مجبور شدند آنها را تعویض کنند.
پس از تغییر به LFP، 26 ماه در همان محیط و همچنان بالای 90 درصد ظرفیت. ROI در این مورد عالی به نظر می رسد، اما باید واضح بگویم: این بهترین-سناریوی مورد-زنجیره سرد نقطه شیرین LFP است.
در اینجا تقریباً نحوه تأثیر دما بر ظرفیت (این داده های آزمایشی خود ما است؛ تولید کنندگان مختلف متفاوت خواهند بود):
| الافپی | مجمع عمومی سالانه | |
|---|---|---|
| 77 درجه فارنهایت / 25 درجه | 100% | 100% |
| 60 درجه فارنهایت / 15 درجه | 94-97% | 85-90% |
| 40 درجه فارنهایت / 4 درجه | 85-90% | 70-80% |
| 20 درجه فارنهایت / -7 درجه | 70-78% | 55-65% |
| 0 درجه فارنهایت / -18 درجه | 50-60% | 35-45% |
همانطور که می بینید، وقتی دما کاهش می یابد، فاصله بین دو نوع باتری بیشتر می شود. در کاربردهای ذخیره سازی سرد، مزیت LFP قابل توجه است.
اما توجه داشته باشید-این عملکرد تخلیه است. شارژ کردن دمای پایین برای LFP یک دام دیگر است. شارژ زیر صفر درجه باعث آبکاری لیتیوم می شود و بسیاری از سیستم های BMS به سادگی شارژ را قفل می کنند. اگر مشتریان از این موضوع شکایت داشتند و گفتند که باتری خراب شده است-در واقع مکانیزم حفاظتی BMS فعال شده است. فروش به طور فعال این را به شما نمی گوید.
نحوه محاسبه TCO
من داده هایی از دو ناوگان قابل مقایسه دارم. ما تا حد امکان متغیرها را کنترل کردیم، اما هنوز تفاوتهایی در عملیات مشتری وجود دارد-دادهها را فقط به عنوان مرجع در نظر بگیرید.
ناوگان A: 20 کامیون دسترسی، سرب-اسید، عملیات 2 شیفت
کار تعمیر و نگهداری سال 1 بر اساس سوابق کارت زمان نسبتاً دقیق است: 18.2 هزار دلار. از سال 2، مشتری پیمانکاران را تغییر داد، و ما فقط مجموع فاکتورها را داریم که ممکن است موارد دیگر{4}}کمتر دقیق باشد.
محاسبه هزینه خرابی سخت ترین است. ما بر اساس 30 دقیقه در هر تعویض باتری، ضرب در نرخ کار ساعتی تخمین زدیم. این عدد بسیار محافظه کارانه است. تأثیر بهره وری واقعی احتمالاً بیشتر است، اما نمی توان به طور دقیق آن را تعیین کرد.
الکتریسیته برای سال 1 اندازهگیری میشود، با افزایش 5 درصدی برای سالهای 2 و 3 تخمین زده میشود.
ارقام خشن:
سال 1: باتری 72 هزار دلار + تعمیر و نگهداری ~ 18 هزار دلار + برق ~ 8.5 هزار دلار + زمان خاموشی ~ 31 هزار دلار=~ 130 هزار دلار
سال 2: تعمیر و نگهداری ~ 20 هزار دلار + برق ~ 9 هزار دلار + توقف ~ 34 هزار دلار=~ 63 هزار دلار
سال 3: تعویض باتری 54 هزار دلار + تعمیر و نگهداری ~ 21 هزار دلار + برق ~ 9.5 هزار دلار + زمان خاموشی ~ 37 هزار دلار=~ 122 هزار دلار
مجموعاً سه-سال حدود 315 هزار دلار، بدون احتساب هزینه های تهویه مطبوع و فضای کف اتاق باتری.
ناوگان B: 20 کامیون دسترسی، LFP، عملکرد 2 شیفت
سال 1 سرمایه گذاری اولیه 168 هزار دلار، پس از آن اساساً حداقل تعمیر و نگهداری و برق.
سال 1: باتری 168 هزار دلار + تعمیر و نگهداری ~ 2.5 هزار دلار + برق ~ 6 هزار دلار=~ 177 هزار دلار
سال 2: تعمیر و نگهداری ~ 2.5 هزار دلار + برق ~ 6 هزار دلار=~ 8.5 هزار دلار
سال 3: تعمیر و نگهداری ~ 2.5 هزار دلار + برق ~ 6.5 هزار دلار=~ 9 هزار دلار
مجموع سه-سال حدود 195 هزار دلار.
حدود 120 هزار دلار صرفه جویی شده است، بین ماه های 14 تا 16، بسته به نحوه محاسبه بخش هزینه خرابی.
ناوگان B اکنون 38 ماهه است و هنوز حدود 87 درصد ظرفیت دارد. بر اساس این منحنی تخریب، 3 سال دیگر نباید مشکلی ایجاد کند. ناوگان A قبلاً یک چرخه تعویض باتری را پشت سر گذاشته است و در شرف نیاز به دیگری است.
مشکلات اندازه گیری ظرفیت
من بسیاری از افراد تدارکاتی را دیده ام که باتری ها را برای "ایمنی" بزرگ می کنند. 100Ah کافی است اما آنها 200Ah می خرند. طرز فکر قابل درک است، اما این رویکرد با LFP مشکلاتی دارد.
LFP دوست ندارد در بلندمدت-در SOC بالا بماند. ما یک مشتری داشتیم که 40 درصد بزرگتر بود و فکر می کرد محافظه کارانه است. دو سال بعد، حفظ ظرفیت آنها در واقع بدتر از باتری های با اندازه معمولی بود. بررسی گزارشهای BMS نشان داد که باتریها دائماً بالاتر از 75٪ SOC هستند، به ندرت عمیق-دشارژ میشوند.
سلولهای شناور در ولتاژ بالا در درازمدت-در واقع پیری تقویم را تسریع میکنند.
اصل اندازه فعلی ما: از 70-80% DoD در بدترین-شرایط{2}}% حاشیه کافی است - حریص نشوید.
در اینجا نحوه محاسبه (با استفاده از یک پروژه واقعی به عنوان مثال):
- ابتدا نیاز انرژی را تعیین کنید. فرض کنید تجهیزات به مدت 6 ساعت به طور مداوم با 500 وات کار می کند-که نیاز خام به 3000 وات ساعت است.
- سپس درجه بندی را اضافه کنید. در داخل، از ضریب 0.65 برای کاربردهای انبار، دمای پوشش، C-سرعت، کهنگی و غیره استفاده میکنیم. برای ذخیرهسازی سرد، از 0.55.3000Wh ÷ 0.65=4615Wh استفاده میکنیم.
- اضافه کردن حاشیه عملیاتی 15%.4615Wh ÷ 0.85=5430Wh
- در 12.8 ولت اسمی: 5430 ÷ 12.8=424آه.
بنابراین از نظر مشخصات، یک پیکربندی 450Ah یا 500Ah را انتخاب کنید.
این روش برای هر سناریو مناسب نیست، اما قابل اعتمادتر از اندازه گیری مستقیم از مقادیر رتبه بندی شده است.
اثر پیکرت
من قصد نداشتم این بخش را بنویسم زیرا کمترین تأثیر را بر LFP دارد، اما از آنجایی که این یک راهنمای کامل است که قابل ذکر است.
باتریهای سرب-اسید کاهش ظرفیت قابلتوجهی را در نرخهای بالای C نشان میدهند که به آن اثر Peukert میگویند. یک باتری AGM 100Ah که در 1C (100A) دشارژ می شود ممکن است فقط 55-60Ah را تولید کند. ارقام برگه داده سازنده بر اساس آزمایش C/20 یا C/10 است که دور از استفاده واقعی است.
توان Peukert LFP حدود 1.02-1.05 است که اساساً ناچیز است. چه در دمای 0.5 درجه سانتیگراد یا یک درجه سانتیگراد تخلیه کنید، ظرفیت فقط چند درصد متفاوت است.
بنابراین اگر برنامه شما شامل-فشارهای جریانی بالا-شتاب AGV، بالابر لیفتراک و غیره است.-ظرفیت نامی اسید سرب فقط یک عدد مرجع است. آنچه در واقع به دست می آورید به چرخه وظیفه بستگی دارد. ظرفیت رتبه بندی LFP نسبتا قابل اعتماد است.
چه چیزی را با تامین کنندگان تماشا کنید
من هیچ تامین کننده خاصی را در اینجا توصیه نمی کنم یا بدگویی نمی کنم. هر کدام مزایا و معایبی دارند و سناریوهای کاربردی ما ممکن است در مورد شما صدق نکنند.
اما چند نکته وجود دارد که می توانم به اشتراک بگذارم:
- برای تامین کنندگان بسته باتری موجود در بازار، سلول ها فقط از تعداد انگشت شماری منبع می آیند. CATL، BYD، GOTION، EVE{1}}این بازیکنان برتر بیشتر سهم بازار را در اختیار دارند. بنابراین اغلب شما کیفیت سلول را مقایسه نمی کنید، بلکه طراحی BMS و قابلیت یکپارچه سازی بسته را مقایسه می کنید.
- هنگام درخواست منحنی های تخلیه از تامین کنندگان، حداقل سه مورد را درخواست کنید: 0.2C، 0.5C، 1C. بسیاری از فروشندگان کوچکتر نمی توانند آنها را تولید کنند، یا نمودارهایی را که آشکارا از شخص دیگری کپی شده اند به شما ارائه دهند. فروشندگان بزرگتر معمولاً ابتدا در مورد برنامه خاص شما سؤال می کنند، سپس داده های آزمایشی هدفمند را ارائه می دهند.
- فروش که قادر به پاسخگویی به سوالات فنی در محل نیست، معنای زیادی ندارد. مهم این است که آیا می توانید داده های قابل استفاده را در عرض 72 ساعت دریافت کنید. پرچم قرمز واقعی سکوت رادیویی پس از پرسیدن یا دریافت انبوهی از مواد بازاریابی عمومی است.
- شرایط گارانتی را با دقت بخوانید. بسیاری از فروشندگان می نویسند "10 سال یا 4000 چرخه"، اما چاپ ریز دارای محدودیت هایی است که ممکن است در 6 سال برآورد شود. برخی چرخهها را به روشهای پوچ تعریف میکنند-10% وزارت دفاع و 90% وزارت دفاع بهعنوان چرخههایی که چنین ضمانتهایی اساساً بیارزش هستند.
- دادههای آزمایشی UL 9540A{1}}فروشندگان قانونی LFP باید همه آن را داشته باشند. کسانی که تردید می کنند و می گویند "ما می توانیم آزمایش ترتیب دهیم" یا تست نکرده اند یا با نتایج نامطلوب آزمایش کرده اند.
افکار نهایی
خود تبدیل Ah به Wh سخت نیست. چیزی که سخت است این است که بدانید از کدام اعداد استفاده کنید و چگونه نتایج را تفسیر کنید.
اعداد برگه مشخصات نقطه شروع هستند نه پاسخ. باتری هایی که همگی دارای ظرفیت 100 آمپر ساعت هستند می توانند انرژی واقعی بسیار متفاوتی را تحت ولتاژها، مواد شیمیایی و شرایط کاری مختلف ارائه دهند.
مشکلاتی که ما با آن مواجه شده ایم اساساً همه در بالا مستند شده اند. هر پروژه متفاوت است و مسائل خاص نیاز به تحلیل خاصی دارد. میتوانید در لینکدین من را پیدا کنید تا درباره سؤالات اندازههای مشابه گپ بزنم-شاید همه پاسخها را نداشته باشند، اما خوشحال میشویم که برخی از دیدگاهها را به اشتراک بگذارم.
