Ličio baterijos šaltu oru: našumas ir geriausia praktika

Praėjusią žiemą praradome beveik 47 000 USD dėl vieno projekto Minesotoje. Šaldytų maisto produktų platintojas iš mūsų nupirko 32 LFP akumuliatorių paketus. Specifikacijų lape nurodyta, kad darbinės temperatūros diapazonas yra nuo -20 laipsnių iki 60 laipsnių. Atrodė gerai. Po trijų mėnesių keturios pakuotės mirė, o klientas grasino teisiniais veiksmais.

 

Pagrindinė priežastis? Tie -20 laipsnių buvo iškrovimo, o ne įkrovimo temperatūra. LFP baterijos sudaro ličio dendritus, kai įkraunami žemiau 0 laipsnių. Battery University apie tai rašė daugelį metų, bet mes į tai nežiūrėjome pakankamai rimtai. Brangi pamoka.

 

Taigi šiame straipsnyje aprašoma, ko aš iš tikrųjų išmoko aštuoneri metai{0}}šalto klimato. Ne bendri patarimai. Tikra veiklos patirtis, kuri svarbi B2B pirkimams.

Svarbiausias taškas: šaltas įkrovimas yra dešimt kartų pavojingesnis nei šaltas iškrovimas

Daugelis pirkimų vadovų manęs klausia, ar ličio baterijos veikia žiemą. Taip, jie daro. Bet jūs turite suprasti, ką reiškia „darbas“.

Šalto akumuliatoriaus iškrovimas tiesiog sumažina turimą talpą. LFP esant -20 laipsnių suteikia maždaug 50–60 % vardinės talpos. NMC gauna apie 70 proc. LTO išlaiko 90 proc. Šiuos skaičius išbandėme patys ir jie atitinka Xi'an Jiaotong universiteto žurnale „Journal of Power Sources“ (DOI: 10.1016/j.jpowsour.2022.230892) paskelbtus tyrimus.

Įkrovimas yra visiškai kitoks.

Xi'an Jiaotong popierius matavo LFP pajėgumo išlaikymą iki 31,5 % esant -20 laipsnių tam tikromis sąlygomis. Iš pradžių netikėjau šiuo skaičiumi. Tada patys išbandėme CATL 280Ah elementus. Kai kurios partijos parodė tik 48% sulaikymą esant -20 laipsnių. Ta pati produktų šeima, skirtingos partijos, 13 procentinių punktų skirtumai.

Štai kodėl dabar iš tiekėjų reikalauju{0}}konkrečių partijų bandymų ataskaitų. Bendrieji specifikacijų lapai nepriimtini.

Kaip įvairios cheminės medžiagos veikia žemoje temperatūroje

Tie 8-20 % švino-rūgščiai nėra rašybos klaida. „Battle Born“ atliko lyginamuosius bandymus ir nustatė, kad švino{5}}rūgštiniai akumuliatoriai iš esmės nenaudingi žemiau užšalimo temperatūros. Tai paaiškina, kodėl tradicinėse šaldymo patalpose, kuriose naudojami švino rūgšties šakiniai krautuvai, reikia specialių baterijų šildymo patalpų, kurių eksploatavimas kasmet kainuoja 1 000–2 000 GBP.

KOP nusipelno ypatingo dėmesio. Tai kainuoja tris kartus daugiau nei LFP, bet ypač šaltoje aplinkoje tai yra vienintelė chemija, kuria visiškai pasitikiu. Mes įdiegėme LTO paketus kasybos klientui Nunavute, veikiančiam -40 laipsnių temperatūroje. Po trejų metų pajėgumų sumažėjimas yra mažesnis nei 3%. Klientas beveik atmetė LTO dėl išlaidų. Dabar jie yra mūsų ištikimiausi nuolatiniai klientai.

Pajėgumų pasirinkimo problema Niekas nekalba

Tai tampa sudėtinga.

Didelės talpos elementai, tokie kaip 280 Ah arba 314 Ah prizminiai elementai, turi mažesnę kWh kainą. Tačiau jų paviršiaus-ir-tūrio santykis yra mažesnis. Dvi pasekmės: geresnis šilumos išlaikymas, bet lėtesnis atšilimas nuo šalto mirkymo.

Išbandėme to paties gamintojo 100Ah ir 280Ah elementus. Įkaitinimas nuo -15 laipsnių iki įkrovimo temperatūros užtruko 14 minučių 100 Ah elementui ir 23 minutes 280 Ah elementui. Beveik 10 minučių skirtumas.

Suplanuotoms pamaininėms operacijoms šias 10 minučių galima valdyti naudojant išankstinį pašildymą. Įjunkite šildytuvą 30 minučių anksčiau. Tačiau naudojant pagal pareikalavimą taikomas programas, pvz., avarinę logistiką ar nereguliarų siuntimą, šis skirtumas tampa labai svarbus.

Paprasta sprendimų sistema:

Dar vieno dalyko dauguma žmonių pasigenda: mažesni langeliai pakuotėje reiškia geresnį ląstelių{0}}į-nuoseklumą ir mažesnę BMS balansavimo apkrovą. Vienas klientas reikalavo 320Ah elementų, kad sutaupytų pinigų. Po šešių mėnesių įtampos skirtumas pakuotėje viršijo 50 mV ir BMS nuolat kėlė nerimą. Perjungta prie 100Ah celių, problema dingo.

TCO analizė: kada litis iš tikrųjų atsiperka?

Realūs skaičiai iš 2024 m. projekto. Minesota 3PL klientas, 32 šakiniai krautuvai, mišrus aplinkos ir šaldymo sandėlis. Pirmųjų metų faktinės veiklos sąnaudos:

Metinės veiklos sąnaudų palyginimas (USD už vienetą)

Ličio pirkimo priemoka: maždaug 14 200 USD už vienetą. Sutaupius 1870 USD per metus, statinis atsipirkimo laikotarpis yra 7,6 metų.

Tačiau šis skaičiavimas turi trūkumų.

Švino-rūgšties akumuliatoriai šaldytuve paprastai tarnauja 3–4 metus, o ne 5 metus, kaip teigia gamintojai. Mūsų trijų šaldymo kamerų klientų duomenys rodo, kad vidutinė faktinė tarnavimo trukmė yra 3,8 metų. Pakoreguotas skaičiavimas:

10 metų TCO palyginimas

Laikymas šaldiklyje yra geriausias ličio atvejis, nes švino{0} rūgštis taip greitai skyla esant žemai temperatūrai. Blogiausias mano matytas atvejis: kliento švino-krautuvo akumuliatorius -18 laipsnių šaldiklyje išsilaikė 18 mėnesių, kol talpa sumažėjo iki 40%.

BMS pasirinkimas: labiausiai nepastebėtas sprendimas

Tas Minesotos projektas žlugo dėl BMS.

Naudojome pigų{0}}kinišką BMS su tik dviem temperatūros jutikliais, išdėstytais priešinguose pakuotės galuose. Vidurinės ląstelės buvo 7-8 laipsniais šalčiau nei galai. BMS rodė 5 laipsnius ir leido įkrauti. Vidutinė kameros temperatūra buvo -3 laipsniai. Po kelių mėnesių vidurinės ląstelės turėjo 15 % mažesnę talpą nei galinės ląstelės.

Mano dabartiniai BMS reikalavimai:

Daugeliui tiekėjų uždaviau šiuos konkrečius klausimus. Mažiau nei trečdalis gali atsakyti aiškiai. Tie, kurie negali atsakyti, negauna mano reikalo.

Lauko našumo duomenys

Trys projektai, kuriuos stebėjome daugiau nei dvejus metus:

Projektas A: Mineapolio šaldytuvas (nuo -5 laipsnių iki -25 laipsnių)
24 LFP paketai su PTC šildymu, įdiegta 2022 m. Galios išlaikymas po dvejų metų: 94,8%. Įvyko du šalto -oro incidentai, abu atsekami dėl to, kad operatoriai praleido išankstinio pašildymo procedūras. Įrangos gedimų dažnis sumažėjo nuo 4,1 % dėl švino -rūgšties iki 0,3 %.

Projektas B: Edmontono lauko logistikos kiemas (+25 laipsnis iki -35 laipsnių)
8 NMC paketai su šilumos siurblio šiluminiu valdymu, įdiegti 2023 m. Naudinga galia žiemą: 78 % vasaros bazinio lygio. Šalto -paleidimo gedimai: nulis. Šildymo energijos sąnaudos: 4,2% viso pralaidumo. Šis projektas pakeitė mano požiūrį į šilumos siurblio vertę esant dideliam šalčiui.

Projektas C: Nunavuto kasybos operacija (nuo -10 laipsnių iki -45 laipsnių)
6 LTO paketai, dislokuoti 2021 m. Pajėgumų išlaikymas po trejų metų: 97,1%. Su temperatūra-susiję incidentai: nulis. Investicijos atsigavo per 28 mėnesius, palyginti su prognozuotais 36 mėnesiais. Kliento žodžiai: „Jei būčiau žinojęs, kad tai veiks taip gerai, būčiau viską konvertavęs pirmaisiais metais“.

Pramonės forumų problemos, kurias verta žinoti

Reguliariai naršau Forkliftaction forumus ir Reddit r/electricvehicles, kad pamatyčiau, su kuo vartotojai iš tikrųjų susiduria. Kelios temos kartojasi:

• SOC įvertinimas tampa nepatikimas.LFP iškrovos kreivės yra plokščios, todėl net ir įprastomis sąlygomis sunku įvertinti{0}}įkrovimo būseną-. Esant žemai temperatūrai, įvertinimo paklaida gali viršyti 20%. Klientai pranešė apie staigius išjungimus, kai rodomas 25% mokestis. Sprendimas: mokykite operatorius suprasti, kad žemos temperatūros SOC rodmenys yra tik apytiksliai. Palikite didesnes paraštes.
   
• Įkrovimo laikas padvigubėja arba trigubai.Per 2024 m. sausio mėn. Čikagos poliarinį sūkurį elektromobilių savininkai valandų valandas laukė įkrovimo stotyse. Problema buvo ne įkrovikliuose. Baterijos buvo per šaltos, kad būtų galima įkrauti. Išankstinio pašildymo galimybė yra būtina, todėl operatoriai turi išsiugdyti įprotį pašildymą pradėti anksti.
   
• BMS logika tarp prekių ženklų labai skiriasi.Tesla pašildymas trunka maždaug 15 minučių. Kai kuriems prekių ženklams reikia daugiau nei 40 minučių. Pirkimo metu visada teiraukitės tiekėjų, kad -užmirktų šaltai{5}}ir-pasirengtų.

Technologijų tendencijos, kurias verta stebėti 2025 m

Kietojo kūno{0}}baterijos veikia daug geriau žemoje temperatūroje nei skystųjų elektrolitų sistemos, nes kietieji elektrolitai netirštėja ir neužšąla šaltomis sąlygomis. „QuantumScape“ paskelbė -30 laipsnių bandymo duomenis, kurie atrodo daug žadantys, tačiau gamybos apimtis tebėra metų.

Aktualus iš karto: žemos{0}}temperatūros elektrolitų kūrimas. Asahi Kasei šiais metais parduoda acetonitrilo-elektrolitą, teigiantį, kad jis turi didelę -40 laipsnių galią. Jei jis tiekiamas gamybos mastu, šaltojo regiono taikymas bus labai naudingas.

Savaime{0}}šildančių baterijų rinka dabar viršija 1,2 mlrd. USD. Šios baterijos kaitinimo elementus integruoja tiesiai į elementų struktūrą, todėl pasiekiamas daug didesnis šildymo efektyvumas nei išorinės PTC sistemos.

Baigiamosios mintys

Ličio baterijos gali visiškai veikti šaltoje aplinkoje. Tačiau sėkmingam diegimui reikia kruopštesnės atrankos ir drausmingesnių veikimo procedūrų nei vidutinio klimato{1}}programoms.

Mano rekomendacijos:

Bet koks šalto{0}}klimato diegimas: reikalaujama paketo{1}}konkrečių bandymų duomenų. Nepasikliaukite bendromis specifikacijomis.

„Polinovel“ tai darome beveik dešimtmetį. Jei norite aptarti konkrečią paraišką, susisiekite su mūsų inžinierių komanda. Galime pateikti rekomendacijas pagal jūsų faktines darbo sąlygas.