Litija baterijas aukstā laikā: veiktspēja un labākā prakse

Pagājušajā ziemā mēs zaudējām gandrīz 47 000 USD vienā projektā Minesotā. Saldētas pārtikas izplatītājs no mums nopirka 32 LFP akumulatorus. Specifikāciju lapā norādīts, ka darba temperatūras diapazons ir no -20 līdz 60 grādiem. Izskatījās labi. Trīs mēnešus vēlāk četri iepakojumi bija miruši, un klients draudēja ar tiesvedību.

 

Galvenais cēlonis? Tie -20 grādi bija izlādes, nevis uzlādes temperatūra. LFP akumulatori veido litija dendrītus, ja tiek uzlādēti zem 0 grādiem. Battery University par to ir rakstījusi gadiem ilgi, taču mēs to neuztvērām pietiekami nopietni. Dārga nodarbība.

 

Tāpēc šajā rakstā ir aprakstīts, ko astoņi aukstā klimata{0}}gadi man ir iemācījuši. Nav vispārīgs padoms. Reāla darbības pieredze, kam ir nozīme B2B iepirkumos.

Vissvarīgākais punkts: aukstā uzlāde ir desmit reizes bīstamāka nekā auksta uzlāde

Daudzi iepirkumu vadītāji man jautā, vai litija baterijas strādā ziemā. Jā, viņi to dara. Bet jums ir jāsaprot, ko nozīmē "darbs".

Auksta akumulatora izlāde tikai samazina pieejamo jaudu. LFP pie -20 grādiem nodrošina aptuveni 50% līdz 60% no nominālās jaudas. NMC iegūst aptuveni 70%. LTO saglabā 90%. Mēs paši esam pārbaudījuši šos skaitļus, un tie atbilst pētījumiem, ko Sjaņas Dzjaotongas universitāte publicējusi žurnālā Journal of Power Sources (DOI: 10.1016/j.jpowsour.2022.230892).

Uzlāde ir pilnīgi atšķirīga.

Xi'an Jiaotong papīrs noteica LFP jaudas saglabāšanu līdz 31,5% pie -20 grādiem noteiktos apstākļos. Es sākumā neticēju šim skaitlim. Pēc tam paši pārbaudījām CATL 280Ah šūnas. Dažas partijas uzrādīja tikai 48% aizturi pie -20 grādiem. Viena un tā pati produktu saime, dažādas partijas, 13 procentu punktu atšķirības.

Tāpēc es tagad pieprasu piegādātājiem īpašus{0}}partijas testu ziņojumus. Vispārējās specifikācijas lapas nav pieņemamas.

Kā dažādas ķīmijas darbojas zemā temperatūrā

Šie 8-20% svina-skābei nav drukas kļūda. Battle Born veica salīdzinošu testēšanu un atklāja, ka svina{5}}skābes akumulatori būtībā ir bezjēdzīgi zem sasalšanas temperatūras. Tas izskaidro, kāpēc tradicionālajām saldētavām, kurās izmanto svina-skābes iekrāvējus, ir nepieciešamas īpašas akumulatoru sildīšanas telpas, kuru darbība vien izmaksā 1000–2000 £ gadā.

LTO ir pelnījis īpašu uzmanību. Tas maksā trīs reizes vairāk nekā LFP, bet ārkārtīgi aukstā vidē tā ir vienīgā ķīmija, kurai pilnībā uzticos. Mēs izvietojām LTO pakotnes kalnrūpniecības klientam Nunavutā, kas darbojas -40 grādu temperatūrā. Trīs gadu laikā jaudas samazināšanās ir mazāka par 3%. Klients gandrīz noraidīja LTO izmaksu dēļ. Tagad viņi ir mūsu lojālākie atkārtotie klienti.

Jaudas izvēles problēma, par ko neviens nerunā

Tas kļūst sarežģīti.

Lielas ietilpības elementiem, piemēram, 280Ah vai 314Ah prizmatikām, ir zemākas izmaksas par kWh. Taču to virsmas-līdz-tilpuma attiecība ir mazāka. Divas sekas: labāka siltuma saglabāšana, bet lēnāka sasilšana no aukstās uzsūkšanās.

Mēs pārbaudījām viena ražotāja 100Ah un 280Ah šūnas. Uzsildīšana no -15 grādiem līdz uzlādes temperatūrai prasīja 14 minūtes 100Ah elementam un 23 minūtes 280Ah elementam. Gandrīz 10 minūšu atšķirība.

Plānotām maiņu darbībām šīs 10 minūtes var pārvaldīt ar priekšsildīšanu. Iedarbiniet sildītāju 30 minūtes agrāk. Taču lietojumprogrammām pēc pieprasījuma, piemēram, ārkārtas loģistikai vai neregulārai nosūtīšanai, šī atšķirība kļūst kritiska.

Vienkārša lēmumu sistēma:

Vēl viena lieta, ko vairumam cilvēku pietrūkst: mazākas šūnas iepakojumā nozīmē labāku šūnu{0}}līdz-konsekvenci un mazāku BMS līdzsvarošanas slodzi. Viens klients uzstāja uz 320Ah elementiem, lai ietaupītu naudu. Sešus mēnešus vēlāk sprieguma starpība paketē pārsniedza 50 mV, un BMS pastāvīgi satrauca. Pārslēdzu uz 100Ah šūnām, problēma pazuda.

TCO analīze: kad litijs faktiski atmaksājas?

Reāli skaitļi no 2024. gada projekta. Minesotas 3PL klients, 32 iekrāvēji, jaukta vides un atdzesēta noliktava. Pirmā gada faktiskās darbības izmaksas:

Gada darbības izmaksu salīdzinājums (USD par vienību)

Litija iegādes prēmija: aptuveni 14 200 USD par vienību. Ietaupot 1870 USD gadā, statiskais atmaksāšanās periods ir 7,6 gadi.

Bet šim aprēķinam ir trūkums.

Svina-skābes akumulatori aukstumā parasti kalpo 3–4 gadus, nevis 5 gadus, kā apgalvo ražotāji. Mūsu dati no trim saldētavu klientiem parāda vidējo faktisko kalpošanas laiku 3,8 gadi. Pielāgots aprēķins:

10 gadu TCO salīdzinājums

Uzglabāšana aukstumā ir visefektīvākā litija izmantošana, jo svina{0}}skābe tik ātri sadalās zemā temperatūrā. Sliktākajā gadījumā, ko esmu redzējis: klienta svina-skābes iekrāvēja akumulators -18 grādu saldētavā izturēja 18 mēnešus, līdz jauda samazinājās līdz 40%.

BMS izvēle: visvairāk aizmirstais lēmums

Minesotas projekts izgāzās BMS dēļ.

Mēs izmantojām zemu{0}}ķīniešu BMS ar tikai diviem temperatūras sensoriem, kas novietoti iepakojuma pretējos galos. Vidējās šūnas skrēja par 7-8 grādiem aukstāk nekā gali. BMS rādīja 5 grādus un atļāva uzlādi. Faktiskā vidējā šūnu temperatūra bija -3 grādi. Pēc vairākiem mēnešiem vidējām šūnām bija par 15% mazāka jauda nekā gala šūnām.

Manas pašreizējās BMS prasības:

Šos īpašos jautājumus esmu uzdevis daudziem piegādātājiem. Mazāk nekā viena trešdaļa var skaidri atbildēt. Tie, kas nevar atbildēt, nesaņem manu biznesu.

Lauka veiktspējas dati

Trīs projekti, kurus esam izsekojuši vairāk nekā divus gadus:

Projekts A: Mineapolisas saldētava (no -5 līdz -25 grādiem)
24 LFP pakotnes ar PTC apkuri, izvietotas 2022. gadā. Jaudas saglabāšana pēc diviem gadiem: 94,8%. Notika divi aukstā-laika negadījumi, un abos gadījumos operatori izlaida priekšsildīšanas procedūras. Iekārtu atteices rādītājs samazinājās no 4,1% ar svina skābi līdz 0,3%.

Projekts B: Edmontonas āra loģistikas pagalms (+25 grāds līdz -35 grādiem)
8 NMC komplekti ar siltumsūkņa siltuma vadību, ieviesti 2023. gadā. Ziemā izmantojamā jauda: 78% no vasaras bāzes līmeņa. Aukstās palaišanas kļūmes-: nulle. Apkures enerģijas patēriņš: 4,2% no kopējās caurlaides. Šis projekts mainīja manu viedokli par siltumsūkņa vērtību lielā aukstumā.

Projekts C: Nunavutas kalnrūpniecības darbība (-10 grādi līdz -45 grādi)
6 LTO pakotnes, izvietotas 2021. gadā. Jaudas saglabāšana pēc trim gadiem: 97,1%. Ar temperatūru -saistīti incidenti: nulle. Investīcijas atguvās 28 mēnešos, salīdzinot ar prognozētajiem 36 mēnešiem. Klienta vārdi: "Ja es zinātu, ka tas darbosies tik labi, es būtu visu pārveidojis pirmajā gadā."

Jautājumi no nozares forumiem, ko vērts zināt

Es regulāri pārlūkoju Forkliftaction forumus un Reddit r/electricvehicles, lai redzētu, ar ko lietotāji patiesībā saskaras. Vairākas tēmas parādās atkārtoti:

• SOC novērtējums kļūst neuzticams.LFP izlādes līknes ir plakanas, padarot -no-lādes stāvokļa aprēķinu sarežģītu pat normālos apstākļos. Zemā temperatūrā novērtējuma kļūda var pārsniegt 20%. Mums ir bijuši klienti, kuri ziņoja par pēkšņām izslēgšanām par parādīto 25% maksu. Risinājums: apmāciet operatorus saprast, ka zemas temperatūras SOC rādījumi ir tikai aptuveni. Atstājiet lielākas piemales.
   
• Uzlādes laiks dubultojas vai trīskāršojas.2024. gada janvāra Čikāgas polārā virpuļa laikā EV īpašnieki stundām ilgi gaidīja uzlādes stacijās. Problēma nebija lādētājos. Akumulatori bija pārāk auksti, lai pieņemtu uzlādi. Priekšsildīšanas iespēja ir būtiska, un operatoriem ir jāattīsta ieradums priekšsildīšanu sākt agri.
   
• BMS loģika starp zīmoliem krasi atšķiras.Tesla uzsildīšana ilgst aptuveni 15 minūtes. Dažiem zīmoliem ir nepieciešamas vairāk nekā 40 minūtes. Iepirkuma laikā vienmēr pieprasiet piegādātājiem aukstuma-uzsūkšanas-lai-noteiktu gatavību.

Tehnoloģiju tendences, kuras vērts skatīties 2025. gadā

Cietvielu{0}}akumulatori zemās temperatūrās darbojas daudz labāk nekā šķidro elektrolītu sistēmas, jo cietie elektrolīti aukstos apstākļos nesabiezē un nesasalst. QuantumScape ir publicējis -30 grādu testa datus, kas izskatās daudzsološi, taču apjoma ražošana joprojām ir gadu attālumā.

Tūlītēji aktuālāk: zemas{0}}temperatūras elektrolītu izstrāde. Asahi Kasei šogad komercializē elektrolītu uz acetonitrila- bāzes, apgalvojot, ka tas nodrošina lielu jaudu pie -40 grādiem. Ja tas nodrošina ražošanas apjomu, aukstā reģiona lietojumprogrammas sniedz ievērojamu labumu.

Paš-uzsilšanas akumulatoru tirgus tagad pārsniedz 1,2 miljardus ASV dolāru. Šīs baterijas integrē sildelementus tieši šūnu struktūrā, panākot daudz augstāku apkures efektivitāti nekā ārējās PTC sistēmās.

Noslēguma domas

Litija baterijas var pilnībā darboties aukstā vidē. Taču veiksmīgai izvietošanai ir nepieciešama rūpīgāka atlase un disciplinētākas darbības procedūras nekā mērenā klimata{1}}lietotnes.

Mani ieteikumi:

Jebkurš auksts{0}}klimata izvietojums: pieprasīt partijas-specifiskus testa datus. Nepaļaujieties uz vispārīgām specifikācijām.

Mēs to darām uzņēmumā Polinovel gandrīz desmit gadus. Ja jums ir konkrēts pieteikums, ko apspriest, sazinieties ar mūsu inženieru komandu. Mēs varam sniegt ieteikumus, pamatojoties uz jūsu faktiskajiem darbības apstākļiem.