Ampere in Wattora: guida completa alla conversione

Abbiamo perso un progetto AGV per celle frigorifere nel terzo trimestre dell'anno scorso. L'ingegnere del cliente ha insistito per ricalcolare i Wh effettivi utilizzando l'80% DoD più il proprio fattore di declassamento della temperatura. Avevamo fatto un preventivo diretto utilizzando la potenza nominale di 100 Ah moltiplicata per 12 V del produttore e abbiamo ottenuto uno sconto di circa il 15%.

 

Onestamente, all’epoca pensavo che i loro calcoli fossero troppo prudenti. Guardando indietro, la loro correzione della temperatura è stata davvero aggressiva, ma avevamo già perso la gara-dibattere su cosa fosse giusto o sbagliato fosse inutile. Da allora, richiediamo che tutti i preventivi includano un foglio di calcolo per il calcolo del declassamento, che deve essere sottoposto al processo di progettazione prima che il CFO approvi. Il processo è più noioso, ma almeno non perderemo nuovamente accordi a causa di errori basilari come quello.

 

Questa esperienza mi ha fatto capire una cosa: la maggior parte delle persone tratta la conversione da Ah a Wh come i calcoli delle scuole medie:-Wh è uguale Ah per V, fatto. Ma chiunque si occupi effettivamente di procurement sa che dietro questa "formula semplice" si nascondono molte insidie.

Cominciamo con la formula stessa

Wh=Ah × V, corretto. Una batteria da 100 Ah a 12 V nominali ti dà 1200 Wh.

Ma quei 12V sono la tensione nominale. Durante il funzionamento effettivo, la tensione oscilla tra 10,5 V e 14,4 V. Quale numero usi?

Un metodo più accurato consiste nell'integrare la curva di scarica, accumulando Ah moltiplicati per la tensione istantanea V(t). Teoricamente il più preciso, ma onestamente lo facciamo raramente nei progetti reali-troppo macchinosi, e non molti fornitori riescono nemmeno a fornire curve di scarico complete.

La lezione del progetto AGV dell'anno scorso

Torniamo a quel progetto perduto. Abbiamo valutato tre fornitori ed ecco come è apparso:

Osservando esclusivamente $/Wh:

Il fornitore C sembra l'offerta migliore, giusto? Ma non potevamo aspettare 16 settimane,-i ritardi nel progetto significavano penalità a cinque- cifre a settimana. Alla fine abbiamo fatto un preventivo con il Fornitore B e il cliente ha utilizzato i dati del Fornitore C per sostenere che il nostro dimensionamento era sbagliato.

Nessuna delle due parti ha effettivamente commesso errori di calcolo-i presupposti erano diversi. Abbiamo utilizzato la tensione nominale più la DoD standard; hanno utilizzato la tensione del punto medio-misurata più un declassamento aggressivo. Come fai a discutere di questo? Tecnicamente entrambi possono essere giustificati; commercialmente chi perde lo accetta.

Perché ora mi concentro più su Wh che su Ah

Ah ha un grosso problema come metrica: non riflette l'energia, ma solo la carica.

Per le batterie tutte da 100 Ah:

Perché la capacità utilizzabile del piombo-acido è inferiore alla metà? La DoD è limitata al 50%, altrimenti la durata del ciclo si riduce drasticamente. L'LFP può scaricarsi all'80% o addirittura al 90% mantenendo il ciclo di vita.

Questa differenza viene spesso trascurata in fase di quotazione. Il CFO vede il piombo-acido a $ 180 contro LFP a $ 400 e la prima reazione è "più del doppio del prezzo". Ma se si calcola l'energia effettivamente utilizzabile, il piombo-acido è di circa 0,30 $/Wh, l'LFP di circa 0,38 $/Wh-il divario non è così drammatico. Se si tiene conto dei cicli di sostituzione, l'LFP è effettivamente più economico.

Naturalmente, questo dipende dall'applicazione specifica. Per scenari di-turno singolo,-servizio leggero, il piombo-acido potrebbe essere davvero più economico-senza bisogno di spingere l'LFP.

La temperatura: una variabile che molti sottovalutano

Abbiamo un cliente nel Wisconsin che applica la catena del freddo-il cui magazzino si trova a circa 40 gradi F tutto l'anno-, scendendo sotto i 20 gradi F in inverno. Prima utilizzavano batterie AGM e hanno dovuto sostituirle dopo 14 mesi quando la capacità è scesa al di sotto del 60% di quella nominale-completamente inutilizzabile.

Dopo il passaggio a LFP, 26 mesi nello stesso ambiente e ancora al di sopra del 90% della capacità. Il ROI in questo caso sembra ottimo, ma dovrei essere chiaro: questo è lo-scenario migliore-la catena del freddo è il punto debole di LFP.

Ecco approssimativamente come la temperatura influisce sulla capacità (questi sono i nostri dati di test; i diversi produttori possono variare):

Come puoi vedere, quando la temperatura scende, il divario tra i due tipi di batterie si allarga. Nelle applicazioni di conservazione a freddo, il vantaggio di LFP è significativo.

Ma tieni presente che-si tratta di prestazioni di scarico. La ricarica a bassa-temperatura per LFP è un'altra trappola. La ricarica al di sotto di 0 gradi provoca la placcatura al litio e molti sistemi BMS bloccheranno semplicemente la ricarica. Se i clienti si sono lamentati di questo, dicendo che la batteria era rotta-, in realtà è stato il meccanismo di protezione BMS ad attivarsi. Le vendite non te lo diranno in modo proattivo.

Come calcolare il TCO

Ho i dati di due flotte comparabili. Abbiamo controllato il più possibile le variabili, ma ci sono ancora differenze nelle operazioni dei clienti-prendiamo i dati solo come riferimento.

Risparmiato circa $ 120.000, pareggio tra i mesi 14 e 16, a seconda di come si calcola la parte del costo del tempo di inattività.

La flotta B è ora a 38 mesi e ha ancora una capacità pari all’87% circa. Sulla base di questa curva di degrado, altri 3 anni non dovrebbero essere un problema. La flotta A ha già effettuato un ciclo di sostituzione della batteria e sta per averne bisogno di un altro.

Insidie ​​del dimensionamento della capacità

Ho visto molti addetti all'approvvigionamento di batterie sovradimensionate per "sicurezza". 100Ah sarebbero sufficienti ma acquistano 200Ah. Mentalità comprensibile, ma questo approccio ha problemi con la LFP.

L'LFP non ama restare con un SOC elevato a lungo termine-. Avevamo un cliente che sovradimensionava del 40%, pensando che fosse conservativo. Due anni dopo, la capacità di ritenzione era addirittura peggiore rispetto a quella delle batterie di dimensioni normali. Il controllo dei registri BMS ha mostrato che le batterie erano costantemente al di sopra del 75% di SOC, raramente-scaricate completamente.

Le celle fluttuanti ad alta tensione a lungo-termine accelerano effettivamente l'invecchiamento del calendario.

Il nostro attuale principio di dimensionamento: lavorare a ritroso partendo dal 70-80% DoD nelle peggiori-condizioni del caso. 15-20% di margine è sufficiente: non diventare avido.

Ecco come calcolare (utilizzando un progetto reale come esempio):

1. Innanzitutto, determinare il fabbisogno energetico. Supponiamo che l'apparecchiatura funzioni ininterrottamente a 500 W per 6 ore-il requisito grezzo è di 3000 Wh.
2. Quindi aggiungere il declassamento. Internamente, utilizziamo un fattore 0,65 per applicazioni di magazzino, temperatura di copertura, tariffa C-, invecchiamento, ecc. Per la conservazione a freddo, utilizziamo 0,55,3000 Wh ÷ 0.65=4615Wh
3. Aggiungi un margine operativo del 15%.4615Wh ÷ 0.85=5430Wh
4. A 12,8 V nominali:5430 ÷ 12.8=424Ah.

Quindi,-a livello di specifiche, seleziona una configurazione da 450 Ah o 500 Ah.

Questo metodo non è adatto a tutti gli scenari, ma è più affidabile rispetto al dimensionamento diretto dai valori nominali.

L'effetto Peukert

Non avevo intenzione di scrivere questa sezione poiché ha un impatto minimo su LFP, ma poiché si tratta di una guida completa, vale la pena menzionarla.

Le batterie al piombo-mostrano una riduzione significativa della capacità a velocità C-elevate-questo è chiamato effetto Peukert. Una batteria AGM da 100 Ah scaricata a 1C (100 A) potrebbe fornire solo 55-60 Ah. I dati della scheda tecnica del produttore si basano su test C/20 o C/10, lontani dall'uso reale.

L'esponente di Peukert della LFP è intorno a 1,02-1,05, sostanzialmente trascurabile. Sia che si scarichi a 0,5°C o 1°C, la capacità differisce solo di una piccola percentuale.

Pertanto, se la tua applicazione prevede elevati-sbalzi di corrente-accelerazione AGV, sollevamento di carrelli elevatori, ecc.-la capacità nominale del piombo-acido è solo un numero di riferimento; ciò che ottieni effettivamente dipende dal ciclo di lavoro. La capacità nominale di LFP è relativamente affidabile.

A cosa prestare attenzione con i fornitori

Non consiglierò né parlerò male di alcun fornitore specifico qui. Ognuno ha pro e contro e i nostri scenari applicativi potrebbero non applicarsi al tuo.

Ma ci sono alcune cose che posso condividere:

• Per i fornitori di batterie attualmente presenti sul mercato, le celle provengono solo da una manciata di fonti. CATL, BYD, GOTION, EVE-questi principali player rappresentano la maggior parte della quota di mercato. Molto spesso non si confronta la qualità delle celle ma la progettazione del BMS e la capacità di integrazione del pacco.
   
• Quando si richiedono ai fornitori le curve di scarico richiederne almeno tre: 0,2C, 0,5C, 1C. Molti fornitori più piccoli non possono produrli o fornirti grafici ovviamente copiati da qualcun altro. I fornitori più grandi in genere chiedono prima informazioni sulla tua applicazione specifica, quindi forniscono dati di test mirati.
   
• Il fatto che le vendite non siano in grado di rispondere a domande tecniche sul posto non significa molto. Ciò che conta è se puoi ottenere dati utilizzabili entro 72 ore. Il vero campanello d'allarme è il silenzio radio dopo aver chiesto o ricevuto una pila di materiale di marketing generico.
   
• Leggere attentamente i termini della garanzia. Molti fornitori scrivono "10 anni o 4000 cicli", ma le clausole scritte in piccolo indicano limiti di produttività che potrebbero essere raggiunti a 6 anni. Alcuni definiscono i cicli in modi assurdi:-10% DoD e 90% DoD contano come lo stesso ciclo, rendendo tali garanzie sostanzialmente inutili.
   
• I dati dei test di instabilità termica UL 9540A-tutti i fornitori LFP legittimi dovrebbero averli. Coloro che esitano e dicono "possiamo organizzare i test" o non hanno testato o hanno testato con risultati sfavorevoli.