Akun latausajan laskin: kuinka kauan täyteen latautuu

Pääsin tälle alalle takaoven kautta. Aloitti sähköurakoitsijana, joka teki paneelipäivityksiä varastoihin, ja häneltä kysyttiin jatkuvasti akkukysymyksiä, joihin en osannut vastata, ja lopulta vietti enemmän aikaa sähköjärjestelmiin kuin johdotukseen. Se oli 2016. Kahdeksan vuotta myöhemmin olen käsitellyt ehkä 400 trukkien akkuasennusta Keskilännen ja Kaakkoisosissa, enimmäkseen muunnoksia lyijy-haposta litiumiksi.

 

Latausaikakysymys tulee esiin melkein jokaisessa myyntipuhelussa. Kalustopäälliköt haluavat numeron. "Kuinka kauan ladata?" Yksinkertainen kysymys, monimutkainen vastaus. Nopea kaava, jota kaikki käyttävät verkossa, saa sinut palloon, mutta olen nähnyt saman kaavan aiheuttavan 340 000 dollarin virheen Indianapolisissa sijaitsevassa kylmävarastossa. He mitoittivat latausinfrastruktuurinsa teoreettisten lukujen perusteella ja huomasivat sitten, että niiden todelliset latausajat olivat 40 % pidempiä, koska kukaan ei ottanut huomioon 2 asteen ympäristön lämpötilaa pakastimessa. Kesti kahdeksan kuukautta saada budjettihyväksyntä sähköpäivitykselle, joka heidän olisi pitänyt tehdä alusta alkaen.

 

Joten anna minun käydä läpi, mikä on todella tärkeää latausaikalaskelmien kannalta, ja mikä tärkeintä, mitä luvut tarkoittavat hankintapäätöksesi kannalta.

Kaavat ja miksi he valehtelevat sinulle

Peruslaskenta on kaikkialla verkossa:

200 Ah akku 20 A laturilla kestää 10 tuntia. Tehty.

Paitsi että se ei toimi niin. Tämä kaava olettaa 100 % lataustehokkuutta, jota ei ole olemassa. Jokainen akkukemia menettää energiaa latauksen aikana. LiFePO4 toimii 95-98 % riippuen kennon laadusta ja lämpötilasta. Olen testannut CATL 280Ah -kennoja, jotka saavuttivat 97,8 % huoneenlämmössä, mutta erä tason -3 toimittajan budjettikennoja viime vuonna onnistui vain 93,2 % samoissa olosuhteissa. NMC-kemiat ovat tyypillisesti 90 % ja 95 % välillä. Lyijyhappoa on kaikkialla kartalla, 68 %:sta vanhassa akussa kylmällä säällä aina 85 %:iin uudessa optimaalisessa lämpötilassa.

Tehokkuuden{0}}mukautettu kaava:

Tuo 200 Ah:n akku 20 A:lla 95 %:n teholla kestää itse asiassa 10,5 tuntia. 85 %:n lyijy-happotehokkuuden ansiosta odotat 11,8 tuntia.

Mutta tähän useimmat laskimet pysähtyvät, ja tästä alkavat todelliset ongelmat.

CC-CV-lataus: Miksi viimeiset 20 % kestää ikuisuuden

Jokainen litiumlaturi käyttää kaksi{0}}vaiheista prosessia. Ensimmäinen vaihe on vakiovirta, jossa laturi työntää tasaista ampeeria akkuun, kunnes jännite saavuttaa ylärajan. LiFePO4:lle se on 3,65 V per kenno, mikä tarkoittaa 58,4 V tavalliselle 48 V:lle. NMC katkaisee 4,2 V per kenno.

Vakiovirta saa sinut noin 80 % lataukseen. Yksinkertainen kaava toimii kohtuullisen hyvin tälle osalle.

Sitten laturi siirtyy vakiojännitetilaan. Jännite pysyy kiinteänä, kun taas virta pienenee vähitellen. Akku on "täynnä", kun virta putoaa noin 3 %:iin alkuperäisestä CC-arvosta. Tämä vaihe täyttää loput 20 %, mutta voi syödä jopa 30-40 % kokonaislatausajasta.

Luulin aiemmin, että tämä oli vain tekninen yksityiskohta, kunnes Memphisin jakelukeskus näytti minulle latauslokit. He olivat ohjelmoineet laturinsa katkeamaan 2,5 tunnin kuluttua laskelman perusteella, jossa oletettiin lineaarista latausta. Jokainen akku pysähtyi 83 %:sta 86 % SOC:iin. Heidän operaattorinsa luulivat, että heillä oli 8 tuntia käyttöaikaa ja he saivat 6,5–7. Tuottavuusluvuissa ei ollut mitään järkeä, ennen kuin joku otti BMS-tiedot.

Myös CV-vaiheen kesto pitenee paristojen ikääntyessä. Artikkeli BU-409 Battery Universitystä kattaa tämän ilmiön yksityiskohtaisesti. Heikentynyt kenno, jonka kapasiteettia on jäljellä 82 %, ei lataudu nopeammin, koska siinä on vähemmän kapasiteettia täytettävänä. Se vie itse asiassa suunnilleen saman kokonaisajan kuin uusi solu, koska se siirtyy CV-tilaan aikaisemmin ja viettää pidempään pienvirran kartiotilassa. Niiden vertaus on hyödyllinen: nuori urheilija sprintti maaliin tuskin hidastuen, kun taas vanhempi juoksija alkaa kävellä puolivälissä.

Lämpötilan vaikutukset, joilla on todella merkitystä

Tekniset tiedot osoittavat suorituskyvyn 25 asteessa. En ole koskaan nähnyt varastoa, joka ylläpitää 25 astetta vuoden ympäri-latausalueella.

20 ja 25 asteen välillä kaikki toimii odotetusti. Tämä on perustasi.

5–20 asteen välillä näet ehkä 5–15 %:n kapasiteetin pienenemisen ja hieman pidemmät latausajat. Suurin osa operaatioista ei huomaa.

Nollan ja viiden asteen välillä minkä tahansa kunnollisen järjestelmän BMS alkaa vähentää latausvirtaa. Latausajan odotetaan kaksin- tai kolminkertaistuvan. Olen mitannut 48V 400Ah pakkauksia, jotka latautuvat 2,5 tunnissa 22 asteessa ja yli 7 tuntia 3 asteessa.

Alle 0 astetta asiat ovat vaarallisia. LiFePO4:n lataaminen jäätymisen alapuolelle aiheuttaa anodin pintaan litiumpinnoituksen. Tämä vaurio on pysyvä ja kumuloituva, mikä vähentää sekä kapasiteettia että syklin käyttöikää jokaisen tapahtuman yhteydessä. Kunnollinen BMS estää lataamisen kokonaan näissä lämpötiloissa, mutta olen törmännyt halpoihin järjestelmiin, jotka näyttävät vain varoitusvaloa ja sallivat kuljettajan ohittaa. Älä koskaan luota BMS:ään, jonka avulla voit ladata alle 0 asteen. Akkuyliopiston artikkeli BU-410 dokumentoi litiumpinnoitusmekanismin ja näyttää mikroskooppikuvia vauriosta.

45 asteen yläpuolella lataus nopeuttaa hajoamista merkittävästi. Jos latausalueesi kuumenee kesällä, joko siirrä laturit toiseen paikkaan tai lisää tuuletus. Olen nähnyt pakkausten kapasiteetin menettävän 15 % yhden kesän aikana, koska ne latasivat etelään -suuntautuvan lataustelakan vieressä, jossa ei ollut ilmavirtaa.

Käytännöllinen takeaway: latausaikalaskelmasi tarvitsee lämpötilan korjauskertoimen. Alla olevasta taulukosta käy ilmi, mitä käytän projektiarvioissa.

Kapasiteetin valintaongelma Kukaan ei puhu siitä

Useimmat verkkokeskustelut käsittelevät akun kapasiteettia yksinkertaisena "isompi sitä parempi" -kysymyksenä. Käytännössä solukokojen valinta luo kompromisseja, jotka vaikuttavat latauskäyttäytymiseen, lämmönhallintaan ja pitkän aikavälin luotettavuuteen.

Suuret prismaattiset kennot, kuten 280 Ah tai 314 Ah, ovat alhaisemmat kilowattitunnilta. Mutta niiden pinta--tilavuussuhde- on pienempi, mikä tarkoittaa, että ne säilyttävät lämpöä paremmin, mutta myös lämpenevät hitaammin kylmästä liotuksesta.

Tein vertailutestejä viime talvena saman valmistajan 100Ah ja 280Ah kennoilla. -15 astetta alkaen 100Ah:n kennot saavuttivat turvallisen latauslämpötilan 14 minuutissa vakiolämmitysjärjestelmällämme. 280 Ah:n kennot kestivät 23 minuuttia. Lähes 10 minuutin ero latausjaksoa kohden.

Tällä ei ehkä ole väliä ajoitetuissa vuorotöissä, joissa on ennakoitavissa olevat latausikkunat. Käynnistä lämmitin 30 minuuttia aikaisemmin ja paristot ovat valmiina, kun tarvitset niitä. On-demand-sovelluksissa, joissa lähetys on epäsäännöllistä, ylimääräinen 10 minuuttia voi kulua koko toimintosi läpi.

Toinen ongelma on solujen-to{1}}yhteensopivuus. 100 Ah:n kennistä rakennetussa paketissa on enemmän yksittäisiä kennoja, joiden on pysyttävä tasapainossa. Mutta nämä pienemmät kennot osoittavat yleensä tiukempaa konsistenssia erän sisällä, koska valmistuksen aikaiset lämpögradientit ovat pienempiä. Yksi asiakas vaihtoi 320 Ah kennoista 100 Ah kennoihin nimenomaan, koska heidän BMS-järjestelmänsä hälytti jatkuvasti jännite-erosta. 320 Ah:n pakkaus osoitti rutiininomaisesti 50 mV:n leviämistä solujen välillä. 100Ah:n vaihtopakkaus pysyy alle 15mV.

Tällä on merkitystä latausajan kannalta, koska BMS-tasapainotus tapahtuu latausjakson lopussa. Suuremmat jännite-erot tarkoittavat pidempää tasapainotusaikaa, mikä pidentää kokonaisaikaa todellisen täyden latauksen saavuttamiseen.

K-Hintojen valinta ja todelliset-Maailman veloitusajat

C-nopeus ilmaisee latausvirran kapasiteetin kerrannaisena. 100 Ah:n akku, joka ladataan 1C:llä, vastaanottaa 100 ampeeria. 0,5 C:ssa se vastaanottaa 50 ampeeria.

C-nopeuden ja latausajan välinen suhde ei ole lineaarinen CV-vaiheen vuoksi. Latausvirran kaksinkertaistaminen ei puolita kokonaislatausaikaa.

0,5 C:n lämpötilassa tyypillinen LiFePO4-pakkaus kestää noin 100 minuuttia CC-tilassa saavuttaakseen 80 % SOC:n ja sitten vielä 40–50 minuuttia CV-tilassa latauksen loppuun saattamiseksi. Yhteensä noin 2,5 tuntia.

1C:ssa CC-vaihe putoaa noin 50 minuuttiin, mutta CV-vaihe kestää edelleen 35-45 minuuttia. Yhteensä noin 1,5 tuntia.

Kaksinkertaistit virran, mutta leikkasit vain kokonaisaikaa 40 %. CV-vaihe on suhteellisen kiinteä CC-nopeudesta riippumatta.

2C:ssa (jos solusi tukevat sitä) CC-vaihe putoaa ehkä 25 minuuttiin, CV-vaihe pysyy noin 30-40 minuutin ajan. Yhteensä noin 1 tunti. Neljänkertaistit virran 0,5 C:een verrattuna, mutta leikkasit aikaa vain 60 %.

Lämmöntuottopylväs on tärkeä. Korkeammat C-nopeudet tarkoittavat enemmän energiaa, joka menetetään lämpönä solujen sisällä. Ilman asianmukaista lämmönhallintaa kennon lämpötila nousee latauksen aikana, mikä laukaisee BMS:n aliarvostuksen, mikä pidentää latausaikaa, mikä osittain kumoaa pikalatauksen tarkoituksen. Olen nähnyt 2C{5}}luokiteltuja järjestelmiä, jotka itse asiassa kestävät kauemmin kuin 1C-järjestelmät kuumissa ympäristöissä, koska BMS viettää puolet jaksosta lämpösuojaustilassa.

Missä latausaika sopii laivaston talouteen

Täällä tehdään hankintapäätökset. Latausaika ei ole vain tekninen eritelmä. Se vaikuttaa suoraan siihen, kuinka monta akkua tarvitset, kuinka monta laturia tarvitset ja kestääkö sähköinfrastruktuurisi kuorman.

Haluaisin käydä läpi todellisen vertailun, jonka teimme viime vuonna 3PL-operaatiolle Dallasissa, jossa käytettiin 36 luokan 1 -haarukkatrukkia kahdessa vuorossa.

Skenaario A: Lyijy-happo ja akun vaihto

Perinteinen lähestymistapa. Jokainen trukki tarvitsee kolme akkusarjaa: yksi toimiva, yksi lataus, yksi jäähdytys. Lyijy-happoakut tarvitsevat 8 tunnin latausajan ja 8 tunnin jäähdytyksen ennen uudelleenkäyttöä. Yhteensä 108 akkua, kukin noin 4 200 dollaria 48 V 600 Ah yksiköissä.

Vuotuisiin käyttökustannuksiin sisältyi sähkö (lyijy{0}}hapon edestakainen-hyötysuhde noin 80 % tarkoittaa huomattavia häviöitä), kastelu- ja huoltotyöt, akkutilan LVI ja vaihtovarat. Lyijy-happo raskas-käyttösovelluksissa kestää tyypillisesti 1 500–2 000 sykliä, mikä tarkoittaa 3–4 vuotta kahdessa -vuorotyössä.

Skenaario B: Litium tilauslatauksella

LiFePO4-akut voivat latautua taukojen aikana ilman vaurioita tai jäähdytysvaatimuksia. Jokainen trukki tarvitsee yhden akun. Yhteensä 36 akkua, kukin noin 11 800 dollaria vastaavia 48 V 400 Ah LFP-yksiköitä varten (pienempi kapasiteetti tarvitaan, koska litium tarjoaa täyden kapasiteetin koko purkauksen ajan, toisin kuin lyijy-happo, jonka on pysyttävä yli 50 % eliniän säilyttämiseksi).

Vuotuiset käyttökustannukset kertovat loput:

Vaihtovaran laskennassa oletetaan, että lyijyakut kestävät keskimäärin 3,5 vuotta tässä sovelluksessa, mikä edellyttää noin 31 akun vaihtamista vuodessa hintaan 3 650 dollaria (hinnat laskevat hieman vaihtojen osalta tilin luomisen myötä). LiFePO4:llä on 10 vuoden takuu tässä sovelluksessa ilman odotettua vaihtoa.

8 vuoden TCO yhteenveto:

Litiumvaihtoehto maksaa 69 % vähemmän 8 vuoden aikana. Alkusijoituksen eron takaisinmaksu tapahtuu kuukaudessa 5.

Tässä analyysissä käytettiin Dallas-asiakkaan numeroita. Numerosi vaihtelevat sähköhintojen, työvoimakustannusten, työvuorojen ja paikallisten rakennuskustannusten perusteella. Mutta eron suuruus edustaa sitä, mitä näen useimmissa monivuoroisissa operaatioissa.

Yhden{0}}vuoron operaatiot: erilainen matematiikka

Talous muuttuu huomattavasti yhden vuoron{0}}tiloissa. Jos laitteet ovat käyttämättömänä 14–16 tuntia päivässä, akun vaihtotyö katoaa yhtälöstä ja lyijy-hapolla on aikaa latautua ja jäähtyä kunnolla yhdellä akkusarjalla.

20{1}}trukin yksivuorokäyttö:

Litium voittaa edelleen, mutta marginaali on paljon pienempi. Takaisinmaksu kestää 4-5 vuotta 5 kuukauden sijaan. Tämä muuttaa riskilaskelmaa sellaisten toimintojen osalta, jotka eivät ole varmoja pitkän aikavälin suunnitelmistaan{5}}.

Olen saanut asiakkaat tässä tilanteessa valitsivat lyijy-hapon nimenomaan, koska he eivät olleet varmoja, että he olisivat edelleen kyseisessä laitoksessa viiden vuoden kuluttua. Se on laillinen liikepäätös.

Mitä BMS tekee latausajalle

Akunhallintajärjestelmä ohjaa, mitä latauksen aikana todella tapahtuu, ja halvat BMS-mallit ovat useimpien vianetsinnän suorittamien latausongelmien lähde.

Kolme BMS-käyttäytymistä, jotka vaikuttavat latausaikaan:

Kennojen jännitteen mittaustarkkuus.Teollisuusluokan -BMS-yksiköt mittaavat yksittäisten kennojen jännitteitä ±2 mV:n tarkkuudella. Budjettiyksiköt voivat saavuttaa vain ±10 mV. 16-kennoisessa sarjassa kumulatiivinen virhe voi olla 160 mV. Tämä aiheuttaa ennenaikaisen CV-tilan siirtymisen, vääriä tasapainotusliipaisuja ja epäjohdonmukaisen latauksen lopettamisen. Olen nähnyt pakkauksia, joissa näytössä oli "100 %", mutta todellisuudessa 94 %:sta 102 %:iin riippuen mitatusta solusta.

Tasapainottaa nykyinen ja strategia.Passiivinen tasapainotus haihduttaa ylimääräistä energiaa lämpönä vastusten läpi. Aktiivinen tasapainotus siirtää energiaa solujen välillä. Passiivinen tasapainotus toimii tyypillisesti 50–200 mA, mikä tarkoittaa, että solujen välisen 1 %:n SOC-eron tasapainottaminen kestää 5–20 tuntia. Useimmat BMS-yksiköt tasapainottavat vain latauskäyrän ylä- tai alareunaa, joten jos et koskaan lataa 100%, tasapainotus ei välttämättä tapahdu. Aktiivinen tasapainotus maksaa 15–25 % enemmän, mutta käsittelee epätasapainoa paljon nopeammin.

Terminen vähennyskäyrät.Kun kennon lämpötila nousee, hyvin{0}}suunniteltu BMS vähentää latausvirtaa vaurioiden estämiseksi. Ongelmana on, että nämä vähennyskäyrät vaihtelevat hurjasti valmistajien välillä. Olen nähnyt BMS-yksiköitä, jotka leikkaavat virtaa 50 % 35 asteessa ja muita, jotka ylläpitävät täyden virran 45 asteeseen. Kumpikaan ei välttämättä ole väärin, mutta ne tuottavat hyvin erilaisia ​​latausaikoja lämpimissä ympäristöissä.

Kysy toimittajaltasi todelliset BMS-parametrit: mittaustarkkuus solua kohden, tasapainotusvirta ja liipaisukynnys, terminen vähennyskäyrä. Jos he eivät voi tarjota näitä, etsi toinen toimittaja.

Yleiset hankintavirheet

Virhe 1: Teoreettisen latausajan käyttäminen infrastruktuurin mitoittamiseen.

Laturien ja sähköpalveluiden tulee käsitellä todellisia latausaikoja, ei laskelmia. Sisäänrakennettu vähintään 20 % marginaali. Hieman ylimitoituksen hinta on paljon pienempi kuin myöhemmän jälkiasennuksen kustannukset.

Virhe 2: kausivaihtelun huomioimatta jättäminen.

Keväällä täydellisesti toimiva järjestelmä voi vaikeuksia talvella. Jos laitoksesi ei ole ilmasto{1}}säädelty, hanki latausaikatiedot odotettavissa olevissa äärilämpötiloissa.

Virhe 3: Kaiken litiumin käsitteleminen vastaavina.

Eri valmistajien LiFePO4 toimii eri tavalla. Kennojen laatu, BMS-suunnittelu ja lämmönhallinta vaikuttavat kaikki -todellisiin latausaikoihin. Vaadi ostamasi tuotteen testitietoja, ei yleisiä "litiumpariston" teknisiä tietoja.

Virhe 4: Unohdat ikääntymisen.

Latausajat pidentyvät akkujen ikääntyessä. Järjestelmä, joka tuskin vastaa tarpeitasi uutena, jää alle vuonna 3 tai 4. Suunnittele loppu--käyttöiän lopputulokseen, ei käyttöiän-alkuun-.

Virhe 5: Laskenta perustuu täydellisiin purkujaksoihin.

Useimmat toiminnot eivät tyhjennä akkuja. Jos tyypillinen syklisi on 60 %:n purku, latausaikalaskelman tulisi käyttää 60 %:a, ei 100 %. Täyteen sykliin perustuva ylimitoitus hukkaa infrastruktuurin kapasiteettia.

Pikaopas projektiarvioon

Nämä luvut edellyttävät huoneenlämpötilaa ja terveitä akkuja. Säädä todellisia olosuhteita vastaavaksi.

Tarkkojen numeroiden saaminen toimintaasi varten

Yleiset laskimet antavat yleisiä vastauksia. Merkittäviä pääomaa sisältäviin hankintapäätöksiin tarvitaan laskelmia, jotka perustuvat omiin laitteisiin, ympäristöön ja toimintatapoihin.

Suoritamme yksityiskohtaisia ​​latausaikaanalyysejä osana projektimme laajuutta Polinovelilla. Lähetä meille nykyiset akkutietosi, vuoroaikataulusi, tilan lämpötila-alue ja latausikkunan saatavuus. Mallinnoimme odotetut latausajat ja näytämme, kuinka eri kokoonpanot vaikuttavat infrastruktuurivaatimuksiisi ja kokonaiskustannuksiin.

Analyysi on ilmainen yli 10 yksikön projekteille. Pienemmissä projekteissa kannattaa silti keskustella, jotta et tee yhtä yleisistä kokovirheistä.

Ota yhteyttä: sales@polinovelpowbat.com

Ota yhteyttä nyt

Tietotaulukot kuvastavat useiden valmistajien ja sovellusten tyypillisiä suorituskykyalueita. Tarkat tulokset riippuvat solun laadusta, BMS-kokoonpanosta, ympäristöolosuhteista ja toimintatavoista. LiFePO4-kemiaan perustuvat lämpötilan korjauskertoimet; NMC ja muut kemiat voivat vaihdella. TCO-laskelmissa käytetään tekstissä esitettyjä oletuksia; todelliset tulokset edellyttävät sivustokohtaista-analyysiä.

Viitteet:
1. Battery University, "BU-409: Charging Lithium-ion" ja "BU-410: Charging at High and Low Temperatures" (batteryuniversity.com/article/bu-409-charging-litium{13} batteryuniversity.com/article/bu-410-charging-at-high-and-low-temperatures)
2. BloombergNEF, "Battery Price Survey 2024", joka dokumentoi pakkausten keskihinnan laskevan 139 dollariin/kWh maailmanlaajuisesti (about.bnef.com)