Akumulatora uzlādes laika kalkulators: cik ilgi nepieciešams pilnībā uzlādēt

Es nokļuvu šajā nozarē pa sētas durvīm. Sāku kā elektrisko darbuzņēmējs, kurš veica paneļu modernizāciju noliktavām, nepārtraukti saņēmu jautājumus par akumulatoru, uz kuriem nevarēju atbildēt, un galu galā vairāk laika pavadīju energosistēmām nekā elektroinstalācijai. Tas bija 2016. gads. Astoņus gadus vēlāk esmu pieskāries apmēram 400 autoiekrāvēju akumulatoru uzstādīšanas vietām Vidējos Rietumos un Dienvidaustrumos, galvenokārt pārveidojot no svina-skābes uz litiju.

 

Uzlādes laika jautājums parādās gandrīz katrā pārdošanas zvanā. Autoparku vadītāji vēlas numuru. "Cik ilgi uzlādēt?" Vienkāršs jautājums, sarežģīta atbilde. Ātrā formula, ko visi izmanto tiešsaistē, liks jums tikt galā, taču esmu novērojis, ka šī pati formula rada kļūdu 340 000 USD vērtībā saldētavā Indianapolisā. Viņi noteica uzlādes infrastruktūras izmērus, pamatojoties uz teorētiskajiem skaitļiem, un pēc tam atklāja, ka faktiskie uzlādes laiki ir par 40% ilgāki, jo neviens neņēma vērā 2 grādu apkārtējās vides temperatūru viņu saldētavas pieturas zonā. Pagāja astoņi mēneši, lai saņemtu budžeta apstiprinājumu elektrības modernizācijai, kas viņiem bija jāveic no paša sākuma.

 

Ļaujiet man aplūkot to, kas patiesībā ir svarīgs uzlādes laika aprēķinos, un, vēl svarīgāk, ko šie skaitļi nozīmē jūsu iepirkuma lēmumam.

Formulas un kāpēc viņi tev melo

Pamata aprēķins ir pieejams visur tiešsaistē:

200Ah akumulators ar 20A lādētāju aizņem 10 stundas. Gatavs.

Izņemot to, ka tas tā nedarbojas. Šī formula paredz 100% uzlādes efektivitāti, kas neeksistē. Katrs akumulatora ķīmiskais sastāvs uzlādes laikā zaudē enerģiju. LiFePO4 darbojas no 95% līdz 98% atkarībā no šūnas kvalitātes un temperatūras. Esmu testējis CATL 280Ah šūnas, kas sasniedza 97,8% istabas temperatūrā, bet budžeta elementu partija no 3. līmeņa piegādātāja pagājušajā gadā identiskos apstākļos pārvaldīja tikai 93,2%. NMC ķīmiskās vielas parasti ir no 90% līdz 95%. Svina skābe ir atrodama visā kartē — no 68% vecā akumulatorā aukstā laikā līdz varbūt 85% jaunā akumulatorā optimālā temperatūrā.

Efektivitātes{0}}pielāgotā formula:

Šis 200Ah akumulators ar 20A ar 95% efektivitāti faktiski aizņem 10,5 stundas. Ar 85% svina-skābes efektivitāti jūs skatāties uz 11,8 stundām.

Bet šeit lielākā daļa kalkulatoru apstājas, un šeit sākas reālas problēmas.

CC-CV uzlāde: kāpēc pēdējie 20% aizņem uz visiem laikiem

Katrs litija lādētājs izmanto divu{0}}fāžu procesu. Pirmā fāze ir pastāvīga strāva, kurā lādētājs akumulatorā iespiež vienmērīgu strāvas stiprumu, līdz spriegums sasniedz augšējo robežu. LiFePO4 tas ir 3,65 V uz vienu šūnu, kas nozīmē 58,4 V standarta 48 V pakotnei. NMC atslēdzas pie 4,2 V uz vienu šūnu.

Pastāvīga strāva nodrošina aptuveni 80% uzlādes līmeni. Vienkāršā formula šai porcijai darbojas diezgan labi.

Pēc tam lādētājs pārslēdzas pastāvīgā sprieguma režīmā. Spriegums paliek nemainīgs, kamēr strāva pakāpeniski samazinās. Akumulators ir "pilns", kad strāva samazinās līdz aptuveni 3% no sākotnējās CC vērtības. Šī fāze aizpilda atlikušos 20%, bet var apēst 30% līdz 40% no kopējā uzlādes laika.

Es kādreiz domāju, ka tā ir tikai tehniska detaļa, līdz izplatīšanas centrs Memfisā man parādīja savus uzlādes žurnālus. Viņi bija ieprogrammējuši savus lādētājus atvienot pēc 2,5 stundām, pamatojoties uz aprēķinu, kurā tika pieņemta lineāra uzlāde. Katrs akumulators apstājās pie 83% līdz 86% SOC. Viņu operatori domāja, ka viņiem ir 8 stundas darbības laika, un viņi saņem 6,5–7. Produktivitātes skaitļiem nebija jēgas, kamēr kāds neizvilka BMS datus.

CV fāzes ilgums arī palielinās līdz ar bateriju novecošanos. Šī parādība ir detalizēti aprakstīta BU-409. rakstā par Battery University. Degradēta šūna ar 82% atlikušo jaudu neuzlādējas ātrāk, jo tajā ir mazāka jauda. Tas faktiski aizņem aptuveni tikpat daudz laika kā jaunai šūnai, jo tā agrāk pāriet CV režīmā un ilgāk pavada vājstrāvas konusā. Viņu līdzība ir noderīga: jauns sportists sprints līdz finišam ar gandrīz nekādu palēninājumu, bet vecāks skrējējs sāk staigāt pusceļā.

Temperatūras efekti, kas patiešām ir svarīgi

Specifikāciju lapas parāda veiktspēju 25 grādu temperatūrā. Es nekad neesmu redzējis noliktavu, kurā uzlādes zonā tiek uzturēta 25 grādu temperatūra-visu gadu.

No 20 līdz 25 grādiem viss darbojas, kā paredzēts. Šī ir jūsu bāzes līnija.

No 5 grādiem līdz 20 grādiem jūs redzēsiet, iespējams, par 5% līdz 15% jaudas samazināšanos un nedaudz ilgāku uzlādes laiku. Lielākā daļa operāciju nepamana.

No 0 līdz 5 grādiem jebkuras pienācīgas sistēmas BMS sāks samazināt uzlādes strāvu. Paredzams, ka uzlādes laiks dubultosies vai trīskāršosies. Esmu izmērījis 48 V 400 Ah iepakojumus, kas uzlādējas 2,5 stundās 22 grādu temperatūrā, kas aizņem vairāk nekā 7 stundas 3 grādu temperatūrā.

Zem 0 grādiem lietas kļūst bīstamas. LiFePO4 uzlādēšana zem sasalšanas temperatūras izraisa litija pārklājumu uz anoda virsmas. Šis bojājums ir neatgriezenisks un kumulatīvs, katru reizi samazinot gan jaudu, gan cikla kalpošanas laiku. Pareiza BMS pilnībā bloķē uzlādi šajās temperatūrās, taču esmu saskāries ar lētām sistēmām, kas parāda tikai brīdinājuma gaismu un ļauj operatoram to ignorēt. Nekad neuzticieties BMS, kas ļauj uzlādēt zem 0 grādiem. Rakstā BU-410 par Battery University ir dokumentēts litija pārklājuma mehānisms un parādīti bojājumu mikroskopiski attēli.

Virs 45 grādiem uzlāde ievērojami paātrina degradāciju. Ja jūsu uzlādes zona vasarā kļūst karsta, pārvietojiet lādētājus vai pievienojiet ventilāciju. Esmu redzējis, ka vienas vasaras laikā iepakojumi zaudēja 15% ietilpību, jo tie tika uzlādēti blakus iekraušanas dokam, kas vērsts-uz dienvidiem bez gaisa plūsmas.

Praktisks risinājums: uzlādes laika aprēķināšanai ir nepieciešams temperatūras korekcijas koeficients. Tālāk esošajā tabulā ir parādīts, ko es izmantoju projektu aplēsēm.

Jaudas izvēles problēma, par ko neviens nerunā

Lielākā daļa tiešsaistes diskusiju uzskata akumulatora ietilpību kā vienkāršu jautājumu "jo lielāks, jo labāk". Praksē izvēle starp šūnu izmēriem rada kompromisus, kas ietekmē uzlādes darbību, siltuma pārvaldību un ilgtermiņa uzticamību.

Lieliem prizmatiskiem elementiem, piemēram, 280Ah vai 314Ah formātiem, ir zemākas izmaksas par kWh. Taču to virsmas-un -tilpuma attiecība ir mazāka, kas nozīmē, ka tie labāk saglabā siltumu, bet arī lēnāk uzsilst no aukstuma uzsūkšanās.

Pagājušajā ziemā es veicu salīdzinošos testus ar 100Ah un 280Ah elementiem no tā paša ražotāja. Sākot no -15 grādiem, 100Ah elementi sasniedza drošu uzlādes temperatūru 14 minūtēs ar mūsu standarta apkures sistēmu. 280Ah šūnas aizņēma 23 minūtes. Gandrīz 10 minūšu atšķirība vienā uzlādes ciklā.

Plānotām maiņu operācijām ar paredzamiem uzlādes logiem tas var nebūt svarīgi. Iedarbiniet sildītāju 30 minūtes agrāk, un baterijas būs gatavas, kad tās būs vajadzīgas. Lietojumprogrammām pēc pieprasījuma ar neregulāru nosūtīšanu šīs papildu 10 minūtes var izvilkt visu jūsu darbību.

Otra problēma ir šūnu-līdz-konsekvence. Iepakojumā, kas veidots no 100Ah elementiem, ir vairāk atsevišķu elementu, kam jāsaglabā līdzsvars. Taču šīm mazākajām šūnām ir tendence uzrādīt stingrāku konsistenci vienā partijā, jo termiskie gradienti ražošanas laikā ir mazāki. Viens klients pārgāja no 320Ah elementiem uz 100Ah šūnām, jo ​​viņu BMS pastāvīgi satrauca par sprieguma starpību. 320 Ah iepakojums parasti uzrādīja 50 mV izplatību starp šūnām. 100Ah rezerves pakete paliek zem 15mV.

Tam ir nozīme uzlādes laikā, jo BMS balansēšana notiek uzlādes cikla beigās. Lielākas sprieguma atšķirības nozīmē ilgāku balansēšanas laiku, kas pagarina kopējo laiku līdz pilnīgai uzlādei.

C-Likmes izvēle un reālie-Pasaules maksas laiki

C-rate izsaka uzlādes strāvu kā jaudas reizinājumu. 100Ah akumulators, kas tiek uzlādēts pie 1C, saņem 100 ampērus. Pie 0,5C tas saņem 50 ampērus.

Attiecība starp C-likmi un uzlādes laiku nav lineāra CV fāzes dēļ. Divkāršojot uzlādes strāvu, kopējais uzlādes laiks netiek samazināts uz pusi.

0,5 C temperatūrā tipiskam LiFePO4 iepakojumam CC režīmā ir nepieciešamas aptuveni 100 minūtes, lai sasniegtu 80% SOC, pēc tam vēl 40–50 minūtes CV režīmā, lai pabeigtu uzlādi. Kopā apmēram 2,5 stundas.

1C temperatūrā CC fāze samazinās līdz aptuveni 50 minūtēm, bet CV fāze joprojām aizņem 35 līdz 45 minūtes. Kopā apmēram 1,5 stundas.

Jūs dubultojāt pašreizējo, bet tikai samazinājāt kopējo laiku par 40%. CV fāze ir relatīvi fiksēta neatkarīgi no CC likmes.

Pie 2C (ja jūsu šūnas to atbalsta) CC fāze samazinās līdz varbūt 25 minūtēm, CV fāze paliek aptuveni 30 līdz 40 minūtes. Kopā apmēram 1 stunda. Jūs četrkāršojāt strāvu salīdzinājumā ar 0,5 C, bet samazinājāt laiku tikai par 60%.

Siltuma ražošanas kolonna ir svarīga. Augstāks C{1}}nozīmē vairāk enerģijas, kas tiek zaudēta kā siltums šūnās. Ja nav atbilstošas ​​siltuma pārvaldības, uzlādes laikā paaugstinās šūnu temperatūra, kas izraisa BMS samazināšanos, kas pagarina uzlādes laiku, kas daļēji pārkāpj ātrās uzlādes mērķi. Esmu redzējis 2C{5}}novērtētas sistēmas, kurām karstā vidē faktiski ir nepieciešams ilgāks laiks nekā 1C sistēmām, jo ​​BMS pusi cikla pavada termiskās aizsardzības režīmā.

Kur uzlādes laiks atbilst autoparka ekonomikai

Šeit tiek pieņemti lēmumi par iepirkumu. Uzlādes laiks nav tikai tehniska specifikācija. Tas tieši ietekmē nepieciešamo akumulatoru skaitu, lādētāju skaitu un to, vai jūsu elektriskā infrastruktūra spēj izturēt slodzi.

Ļaujiet man veikt īstu salīdzinājumu, ko mēs veicām pagājušajā gadā 3PL operācijai Dalasā, kurā tika darbināti 36 1. klases iekrāvēji divās maiņās.

A scenārijs: svina-skābe ar akumulatora nomaiņu

Tradicionālā pieeja. Katram autoiekrāvējam ir nepieciešami trīs akumulatoru komplekti: viens darba, viens uzlādes, viens dzesēšanas. Svina-skābes akumulatoriem pirms atkārtotas izmantošanas ir nepieciešams 8 stundu uzlādes laiks un 8 stundu dzesēšana. Kopā 108 akumulatori, katrs aptuveni 4200 USD par 48V 600Ah vienībām.

Ikgadējās ekspluatācijas izmaksas ietvēra elektrību (svina{0}}skābes turp un atpakaļ{1}}reisa efektivitāte aptuveni 80% nozīmē ievērojamus zaudējumus), laistīšanas un apkopes darbu, akumulatora telpas HVAC un rezerves rezerves. Svina-skābe intensīvas-lietošanas gadījumos parasti ilgst 1500 līdz 2000 ciklu, kas nozīmē 3 līdz 4 gadus divās maiņu darbībās.

B scenārijs: litijs ar iespējamu uzlādi

LiFePO4 akumulatorus var uzlādēt pārtraukumu laikā bez bojājumiem vai dzesēšanas prasībām. Katram autoiekrāvējam ir nepieciešams viens akumulators. Kopā 36 akumulatori par aptuveni 11 800 ASV dolāriem par līdzvērtīgām 48 V 400 Ah LFP vienībām (nepieciešama mazāka ietilpība, jo litijs nodrošina pilnu jaudu visā izlādes laikā, atšķirībā no svina-skābes, kurai ir jāpaliek virs 50%, lai saglabātu dzīvi).

Ikgadējās darbības izmaksas stāsta par visu pārējo:

Nomaiņas rezerves aprēķinos tiek pieņemts, ka šajā lietojumprogrammā svina -skābes akumulatori kalpo vidēji 3,5 gadus, un gadā ir jānomaina aptuveni 31 akumulators, katrs maksājot 3650 ASV dolārus (cenas par nomaiņu nedaudz samazinās, līdz ar konta izveidošanu). Šajā lietojumprogrammā LiFePO4 tiek nodrošināta 10 gadu garantija bez paredzamās nomaiņas.

8 gadu TCO kopsavilkums:

Litija opcija 8 gadu laikā maksā par 69% mazāk. Sākotnējā ieguldījuma starpības atmaksa notiek 5. mēnesī.

Šajā konkrētajā analīzē tika izmantoti šī Dalasas klienta skaitļi. Jūsu skaitļi atšķirsies atkarībā no elektroenerģijas tarifiem, darbaspēka izmaksām, maiņu modeļiem un vietējām būvniecības izmaksām. Taču atšķirības lielums atspoguļo to, ko es redzu lielākajā daļā vairāku-maiņu darbību.

Vienas{0}}maiņas darbības: atšķirīga matemātika

Ekonomika būtiski mainās vienas maiņas{0}}iekārtām. Ja aprīkojums katru dienu ir dīkstāvē 14–16 stundas, akumulatora nomaiņas darbs pazūd no vienādojuma, un svina-skābei ir laiks pareizi uzlādēt un atdzesēt, izmantojot vienu akumulatora komplektu.

20{1}}iekrāvēja darbībai vienā maiņā:

Litijs joprojām uzvar, bet starpība ir daudz mazāka. Atmaksāšanās ilgst 4 līdz 5 gadus, nevis 5 mēnešus. Operācijām, kuras nav pārliecinātas par saviem ilgtermiņa plāniem, tas maina riska aprēķinu.

Klienti šajā situācijā ir izvēlējušies svina{0}skābi, jo viņi nebija pārliecināti, ka pēc 5 gadiem joprojām atradīsies šajā iestādē. Tas ir likumīgs biznesa lēmums.

Ko BMS ietekmē jūsu uzlādes laiks

Akumulatora pārvaldības sistēma kontrolē to, kas patiesībā notiek uzlādes laikā, un lēti BMS modeļi ir lielākā daļa uzlādes problēmu, kuras es novēršu.

Trīs BMS darbības, kas ietekmē uzlādes laiku:

Šūnu sprieguma mērīšanas precizitāte.Rūpnieciskās -kategorijas BMS ierīces mēra atsevišķu elementu spriegumu ±2 mV robežās. Budžeta vienības var sasniegt tikai ±10 mV. 16 šūnu virknē kumulatīvā kļūda var sasniegt 160 mV. Tas izraisa priekšlaicīgu CV režīma ievadīšanu, viltus balansēšanas aktivizētājus un nekonsekventu maksas pārtraukšanu. Esmu redzējis iepakojumus, kas displejā rādīja "100%", bet faktiski bija no 94% līdz 102% atkarībā no izmērītās šūnas.

Līdzsvarot pašreizējo un stratēģiju.Pasīvā balansēšana izkliedē lieko enerģiju siltuma veidā caur rezistoriem. Aktīvā balansēšana pārnes enerģiju starp šūnām. Pasīvā balansēšana parasti darbojas no 50 līdz 200 mA, kas nozīmē, ka ir nepieciešamas 5 līdz 20 stundas, lai līdzsvarotu 1% SOC starpību starp šūnām. Lielākā daļa BMS vienību balansē tikai uzlādes līknes augšpusē vai apakšā, tādēļ, ja nekad neuzlādēsiet līdz 100%, balansēšana var arī nenotikt. Aktīvā balansēšana maksā par 15% līdz 25% vairāk, taču daudz ātrāk tiek galā ar nelīdzsvarotību.

Termiskās samazināšanas līknes.Kad elementa temperatūra paaugstinās, labi{0}}izstrādāta BMS samazina uzlādes strāvu, lai novērstu bojājumus. Problēma ir tā, ka šīs vērtības samazināšanas līknes dažādiem ražotājiem ir ļoti atšķirīgas. Esmu redzējis BMS vienības, kas samazina strāvu par 50% pie 35 grādiem, un citas, kas uztur pilnu strāvu līdz 45 grādiem. Neviens no tiem nav noteikti nepareizi, taču tie rada ļoti atšķirīgus uzlādes laikus siltā vidē.

Jautājiet savam piegādātājam faktiskos BMS parametrus: mērījumu precizitāti uz vienu elementu, balansēšanas strāvu un sprūda slieksni, termiskās samazināšanas līkni. Ja viņi tos nevar nodrošināt, meklējiet citu piegādātāju.

Izplatītas iepirkuma kļūdas

1. kļūda: infrastruktūras izmēru noteikšanai tiek izmantots teorētiskais uzlādes laiks.

Jūsu lādētājiem un elektriskajiem pakalpojumiem ir jāapstrādā reāls uzlādes laiks, nevis aprēķini. Iebūvēt minimālo rezervi 20%. Izmaksas par nelielu izmēru pārsniegšanu ir daudz mazākas nekā vēlākas modernizēšanas izmaksas.

2. kļūda: tiek ignorētas sezonālās izmaiņas.

Sistēma, kas darbojas nevainojami pavasarī, var ciest ziemā. Ja jūsu iekārtā netiek kontrolēts klimats{1}}, iegūstiet datus par uzlādes laiku pie paredzamajām galējībām.

3. kļūda: visu litiju uzskatīt par līdzvērtīgu.

Dažādu ražotāju LiFePO4 darbojas atšķirīgi. Šūnu kvalitāte, BMS dizains un termiskā pārvaldība ietekmē reālo-uzlādes laiku. Pieprasiet testa datus par konkrēto pērkamo produktu, nevis vispārīgas "litija akumulatora" specifikācijas.

4. kļūda: aizmirstot par novecošanu.

Uzlādes laiks palielinās, akumulatoriem novecojot. Sistēma, kas tikko apmierina jūsu vajadzības, kad jauna, 3. vai 4. gadā. Izstrādāts tā, lai tā atbilstu -darba beigām-, nevis -dzīves sākumam.

5. kļūda: aprēķins, pamatojoties uz pilniem izlādes cikliem.

Lielākajai daļai darbību baterijas netiek izlādētas. Ja jūsu tipiskais cikls ir 60% izlādes, uzlādes laika aprēķināšanai jāizmanto 60%, nevis 100%. Pārmērīga lieluma izmantošana, pamatojoties uz pilniem cikliem, izšķērdē infrastruktūras jaudu.

Ātra uzziņa projekta aplēsēm

Šie skaitļi paredz istabas temperatūru un veselīgas baterijas. Pielāgojiet saviem faktiskajiem apstākļiem.

Precīzu skaitļu iegūšana jūsu darbībai

Vispārīgie kalkulatori sniedz vispārīgas atbildes. Lai pieņemtu lēmumus par iepirkumu, kas ietver ievērojamu kapitālu, jums ir nepieciešami aprēķini, pamatojoties uz jūsu īpašo aprīkojumu, vidi un darbības modeļiem.

Mēs veicam detalizētu uzlādes laika analīzi kā daļu no mūsu projekta darbības jomas Polinovel. Nosūtiet mums savas pašreizējās akumulatora specifikācijas, maiņu grafiku, telpas temperatūras diapazonu un uzlādes perioda pieejamību. Mēs modelēsim paredzamos uzlādes laikus un parādīsim, kā dažādas konfigurācijas ietekmē jūsu infrastruktūras prasības un TCO.

Projektiem, kas pārsniedz 10 vienības, analīze ir bezmaksas. Mazākiem projektiem joprojām ir vērts sarunāties, lai pārliecinātos, ka nepieļaujat kādu no izplatītākajām izmēra kļūdām.

Kontaktpersona: sales@polinovelpowbat.com

Sazinieties tagad

Datu tabulas atspoguļo tipiskus veiktspējas diapazonus, kas novēroti vairākiem ražotājiem un lietojumprogrammām. Konkrēti rezultāti ir atkarīgi no šūnu kvalitātes, BMS konfigurācijas, vides apstākļiem un darbības modeļiem. Temperatūras korekcijas koeficienti, kuru pamatā ir LiFePO4 ķīmija; NMC un citas ķīmiskās vielas var atšķirties. TCO aprēķinos tiek izmantoti tekstā norādītie pieņēmumi; faktiskajiem rezultātiem nepieciešama vietnei{4}}specifiska analīze.

Atsauces:
1. Akumulatora universitāte, "BU-409: uzlāde litija-jonu" un "BU-410: uzlāde augstā un zemā temperatūrā" (batteryuniversity.com/article/bu-409-lādēšana-litijs,{13} batteryuniversity.com/article/bu-410-charging-at-high-and-low-temperatures)
2. BloombergNEF, “Battery Price Survey 2024”, kurā dokumentēts, ka vidējās iepakojuma cenas visā pasaulē samazinās līdz 139 $/kWh (about.bnef.com).