ماذا يعني آه على البطارية؟ تقييمات أمبير ساعة

لم أتمكن من حساب عدد المرات التي اتصل بي فيها أحد العملاء ليسألني عن سبب نفاد طاقة "بنك البطارية 200 أمبير" الخاص به بعد 3 ساعات فقط بينما قالت الرياضيات إنه يجب أن يستمر 8 ساعات. الإجابة المختصرة؟ رقم Ah الموجود على الملصق لا يعني ما يعتقده معظم الناس.

ماذا يعني آه على البطارية؟وهو يشير إلى أمبير-ساعة-وهو مقياس لمقدار الشحنة الكهربائية التي تخزنها البطارية. فكر في الأمر مثل خزان الوقود في الشاحنة. يخبرك الخزان الذي تبلغ سعته 100-جالونًا بالسعة، لكنه لا يخبرك بالمسافة التي ستقطعها فعليًا. يعتمد ذلك على الحمولة التي تنقلها، والتضاريس، والطقس، وما إذا كان محركك يستخدم الوقود-أو يستهلك كميات كبيرة من الغاز.

تعمل البطاريات بنفس الطريقة. تصنيف 100 أمبير يعني أن البطارية يمكنها نظريًا توفير 100 أمبير لمدة ساعة واحدة، أو 10 أمبير لمدة عشر ساعات، أو 1 أمبير لمدة مائة ساعة. لكن كلمة "نظريًا" تحمل الكثير من الثقل في تلك الجملة.

إليك ما يهم في الواقع لأي شخص يشتري بطاريات لمنشأة تجارية، أو نظام نسخ احتياطي صناعي، أو مشروع مرافق: فهم الفجوة بين ما هو مطبوع على ورقة البيانات وما يظهر في العالم الحقيقي. إذا أخطأت في هذا الأمر، فإنك إما تدفع مقابل السعة التي لن تستخدمها أبدًا أو ستضطر إلى التهرب عندما ينفد نظام النسخ الاحتياطي لديك في منتصف-انقطاع الخدمة.

الرياضيات بسيطة. الواقع ليس كذلك.

الصيغة الأساسية لا يمكن أن تكون أسهل:

وقت التشغيل=سعة البطارية (آه) ÷ الحمل الحالي (أ)

حصلت على بطارية 100Ah؟ تشغيل حمولة 10 أمبير؟ هذا هو 10 ساعات من وقت التشغيل. منتهي.

باستثناء... ليس حقا. لم يسبق لي أن رأيت بطارية توفر سعتها الكاملة المقدرة خارج المختبر. وإليك سبب انهيار هذه الصيغة في هذا المجال:

مشكلة معدل التفريغ

تقوم الشركات المصنعة للبطاريات باختبار السعة في ظل ظروف معينة-عادةً ما يتم إجراء تفريغ بطيء ولطيف على مدار 20 ساعة (يسمى معدل C/20). حصلت بطاريتك سعة 100 أمبير على هذا التصنيف من خلال سحب 5 أمبير فقط لمدة 20 ساعة متواصلة.

لكن نظام النسخ الاحتياطي الخاص بك لا يسحب 5 أمبير. إنه يسحب 50. أو 100. وعندما تسحب تيارًا بهذه السرعة، فإنك لا تقترب من السعة المقدرة.

عامل درجة الحرارة

البطاريات تكره الطقس البارد بقدر ما أكرهه تقريبًا. في درجات الحرارة المتجمدة، قد تحصل فقط على 70-75% من السعة المقدرة. عند -20 درجة؟ أنت تنظر إلى النصف ربما.

كان لدي عميل في ولاية مينيسوتا قام بتحديد النسخة الاحتياطية للاتصالات الخارجية الخاصة به بناءً على الأداء الصيفي. أول موجة برد، فشل النظام. درس باهظ الثمن.

فجوة الكيمياء

هذا هو الخطأ الكبير، وهو المكان الذي أرى فيه أغلى الأخطاء.

بطارية الرصاص الحمضية بقوة 100 أمبير-وبطارية الليثيوم بسعة 100 أمبير ليسا نفس الشيء. ولا حتى قريبة. إن الأمر يشبه مقارنة خزان سعة 100-جالون في سيارة سيدان بشاحنة ذات رقم مماثل، مع نطاق قابل للاستخدام مختلف تمامًا.

لماذا لا يمكن مقارنة تقييمات حمض الرصاص-وحمض الليثيوم Ah بشكل مباشر

في أواخر القرن التاسع عشر، اكتشف عالم ألماني يُدعى فيلهلم بيوكيرت شيئًا غير مريح: كلما استنزفت البطارية بشكل أسرع، قل إجمالي الطاقة التي تخرج منها. الرياضيات له لا تزال تطاردنا اليوم.

إليك النسخة العملية: تتمتع بطاريات الرصاص-الحمضية بمقاومة داخلية عالية. عندما تسحب تيارًا ثقيلًا، يتم إهدار الكثير من الطاقة على شكل حرارة داخل البطارية بدلاً من تشغيل أجهزتك. يقيس أس بيوكيرت هذه البطاريات الحمضية-الرصاص-عادةً ما تتراوح من 1.2 إلى 1.6، مما يعني خسارة كبيرة في السعة تحت الحمل.

بطاريات الليثيوم؟ يبلغ أس بيوكيرت حوالي 1.02 إلى 1.05. لا يكاد يذكر. يمكنك الحصول على السعة المقدرة الكاملة تقريبًا بغض النظر عن مدى صعوبة السحب.

شرح الرسم البياني: توفر بطارية الرصاص الحمضية- ذات القدرة 100 أمبير/ساعة حوالي 55 أمبير/ساعة فقط عند تفريغها لمدة ساعتين بدلاً من 20. وتوفر بطارية الليثيوم 98 أمبير/ساعة في نفس الظروف. نفس التسمية، وأداء مختلف جدا.

لكن الأمر يزداد سوءًا بالنسبة لحمض الرصاص-. لا يمكنك أيضًا استخدام السعة الكاملة دون قتل البطارية.

احرص على التفريغ العميق لبطارية الرصاص-الحمضية بشكل منتظم عند مستوى أقل من 50% من الشحن، مما يؤدي إلى تقصير عمرها الافتراضي بشكل كبير. توصي معظم الشركات المصنعة بالبقاء فوق 50%-مما يعني أن بطاريتك "100 أمبير/ساعة" تمنحك حقًا 50 أمبير/ساعة من السعة القابلة للاستخدام.

تتعامل بطاريات الليثيوم مع 80-90% من عمق التفريغ بشكل روتيني، وبعضها حتى 100%. توفر بطارية الليثيوم سعة 100 أمبير/ساعة سعة قابلة للاستخدام تبلغ 80-90 أمبير/ساعة.

اسمحوا لي أن أضع أرقامًا حقيقية على هذا:

نفس تصنيف آه. توفر بطارية الليثيوم ما يقرب من ضعف الطاقة القابلة للاستخدام.

ونحن نرى هذا يحدث باستمرار في عمليات التحديث التحديثية في مجال الاتصالات والصناعات. يتضمن أحد المشاريع الحديثة إنشاء محطة أساسية للاتصالات البعيدة تعتمد على بنك حمض الرصاص بقوة 400 أمبير في الساعة-. شعر المشغل بالإحباط لأن تراجع الجهد الكهربي استمر في إحداث انقطاعات منخفضة في الجهد الكهربي بعد 3 ساعات فقط من الطاقة الاحتياطية-وهو ما يقل كثيرًا عن متطلباته البالغة 6 ساعات.

لقد استبدلنا هذا البنك الضخم بوحدات حامل LiFePO4 بقوة 200 أمبير و48 فولت-وهي نصف سعة "لوحة الاسم" المقدرة من الناحية الفنية. النتيجة؟ قدم النظام الجديد أكثر من 5 ساعات من وقت التشغيل المستقر لأنه لم يعاني من خسائر Peukert تحت الحمل الثقيل للموقع. حصل العميل فعليًا على وقت تشغيل حقيقي أكبر بنسبة تزيد عن 60%-من نظام يقل وزنه بنسبة 60%. هذا هو الفرق بينفهم ما تعنيه Ah على البطاريةمن الناحية النظرية مقابل ما يقدمه في الممارسة العملية.

ما الذي تعنيه هذه التقييمات -في أوراق المواصفات فعليًا

عند البحث في أوراق بيانات البطارية، سترى السعة مدرجة بمعدلات "C-" مختلفة. هذا ليس مجرد هراء تسويقي-إنه يخبرك بالضبط كيف قامت الشركة المصنعة باختبار هذا الرقم.

C/20 يعني أن البطارية قد فرغت خلال 20 ساعة. ج/10 تعني 10 ساعات. ج/5 تعني 5 ساعات.

المشكلة: تستخدم الشركات المصنعة المختلفة أسعارًا مختلفة -لمواصفاتها الرئيسية. تختبر بعض العلامات التجارية ذات الميزانية المحدودة C/100 (تفريغ لمدة 100 ساعة) لتضخيم أرقام Ah الخاصة بها. تلك البطارية 100 أمبير تم اختبارها عند C/100؟ قد يوفر 70 أمبير فقط بمعدل C/20 الذي يستخدمه المصنعون المتميزون.

قبل مقارنة أي بطاريتين، تحقق من المعدل C-. إذا كانوا مختلفين، فإن المقارنة لا معنى لها.

فحص سريع للسلامة: إذا كانت البطارية تبدو جيدة جدًا لدرجة يصعب تصديقها بالنسبة للسعر-لكل-آه، فتحقق من معدل C-الذي يستخدمونه. غالبًا ما تجد أن بطارية "الصفقة" قد تم اختبارها في ظل ظروف لا تشبه التطبيق الفعلي.

Ah مقابل Wh مقابل kWh: الحصول على الوحدات الخاصة بك مباشرة

هذا يرحلات الناس باستمرار. اسمحوا لي أن أوضح الأمر.

آه (أمبير-ساعة)يخبرك بسعة الشحن-كمية التيار خلال مقدار الوقت.

واط (واط-ساعة)تخبرك بسعة الطاقة-التي تمثل الطاقة الفعلية القابلة للاستخدام بالنسبة للجهد الكهربي.

التحويل:الطاقة (وات)=السعة (آه) × الجهد (فولت)

بطارية 12 فولت، 100 أمبير تخزن 1200 وات في الساعة. بطارية 48 فولت، 100 أمبير تخزن 4800 وات في الساعة.

أربعة أضعاف الجهد وأربعة أضعاف الطاقة-على الرغم من أن كلاهما مكتوب عليه "100Ah" على الملصق.

عند مقارنة عروض الأسعار من بائعين مختلفين، قم دائمًا بالتحويل إلى Wh أو kWh. لقد رأيت فرق المشتريات تطلب النظام الخطأ عن طريق الخطأ لأنها قارنت أرقام Ah عبر منصات جهد مختلفة.

مرجع سريع للتكوينات الشائعة:

التطبيقات الحقيقية: مطابقة آه لاحتياجاتك الفعلية

ما يكفي من النظرية. دعونا نتحدث عن السعة التي تحتاجها بالفعل للتطبيقات التجارية والصناعية الشائعة.

طاقة احتياطية للأحمال الحرجة

تبدأ عملية التحجيم بتدقيق التحميل الخاص بك. ما الذي يجب أن يظل قيد التشغيل أثناء انقطاع التيار الكهربائي، وإلى متى؟

إليك كيفية توجيه العملاء من خلال ذلك:

الخطوة 1: قم بإدراج كل حمل حرج وسحبه الحالي

إضاءة الطوارئ: 5 أ

أنظمة الأمان: 3 أ

معدات الشبكة/تكنولوجيا المعلومات: 15 أمبير

ضوابط التدفئة والتهوية وتكييف الهواء: 8A

المجموع: 31 أ

الخطوة الثانية: تحديد وقت التشغيل المطلوب

المتطلبات النموذجية: 4 ساعات حتى يبدأ تشغيل المولد أو عودة الشبكة

الخطوة 3: حساب السعة الأساسية

31A × 4 ساعات=124آه كحد أدنى

الخطوة 4: تطبيق العوامل العالمية-الحقيقية

في حالة استخدام حمض الرصاص- بنسبة 50% DoD: 124 ÷ 0.50=248Ah

في حالة استخدام LiFePO4 عند 80% DoD: 124 ÷ 0.80=155Ah

أضف هامش تقادم بنسبة 15%: 285 أمبير (حمض الرصاص -) أو 178 أمبير (ليثيوم)

الخطوة 5: تقريب المقاسات المتاحة

حمض الرصاص-: نظام 300 أمبير

LiFePO4: نظام 200 أمبير

نفس التطبيق. نظام الليثيوم أصغر حجمًا، وأخف وزنًا، وغالبًا ما يكون أرخص على مدار عمره الافتراضي على الرغم من ارتفاع التكلفة الأولية.

حلاقة الذروة وخفض رسوم الطلب

حساب مختلف تماما. أنت هنا تحدد الحجم استنادًا إلى ارتفاع الطلب الذي تحتاجه للحلاقة ومدة فترة ذروة الطلب لديك.

إذا وصلت منشأتك إلى ذروة 500 كيلووات خلال فترة ما بعد الظهر لمدة ساعتين، وتريد تخفيض 200 كيلووات من تلك الذروة:

الطاقة المطلوبة: 200 كيلوواط × 2 ساعة=400كيلوواط ساعة

لنظام 400 فولت: 400,000 وات في الساعة ÷ 400 فولت=1,000 أمبير في الساعة

لكنك تحتاج أيضًا إلى مراعاة كفاءة العاكس (~ 95%) وحدود عمق التفريغ. قد يكون الحجم العالمي-الحقيقي 1,200-1,300 أمبير عند 400 فولت.

يتطلب تحديد الحجم المناسب لذروة الحلاقة النظر إلى ما هو أبعد من تقييمات Ah البسيطة إلى أداء بمعدل -C- مرتفع. لقد قمنا مؤخرًا بنشر خزانة C&I مبردة بالسائل بقدرة 215 كيلووات في الساعة-لمنشأة تصنيع تواجه رسوم طلب شديدة. لقد احتاجوا إلى التفريغ بسرعة لتسوية ارتفاع الطاقة لمدة 15 دقيقة بعد ظهر كل يوم.

قد ترتفع درجة حرارة بطارية "خلية{0}}الطاقة القياسية أو ينخفض ​​جهدها الكهربي عند هذه الشدة. ومن خلال تزويد النظام بخلايا عالية الأداء-قادرة على تفريغ 1C بشكل مستدام، ساعدنا المنشأة على خفض رسوم الطلب بحوالي 2800 دولار أمريكي شهريًا. لقد دفع النظام تكاليفه خلال ما يزيد قليلاً عن 3.5 سنوات-ليس لأنه حصل على أعلى تصنيف Ah على الورق، ولكن لأنه يمكنه بالفعل توفير هذه الطاقة عندما يصل الطلب على الشبكة إلى ذروته.

أنظمة الطاقة الشمسية والتخزين

عند إقران البطاريات بالطاقة الشمسية، فإنك تحقق التوازن بين شيئين: تخزين ما يكفي من التوليد أثناء النهار لتغطية الأحمال المسائية، والحصول على سعة كافية للتكيف مع الأيام الغائمة-.

يمكن لنظام تخزين الطاقة الشمسية التجاري-زائد-النموذجي أن يزيد حجم بطارية البطارية بمعدل 2-4 ساعات من الحمل المتوسط. إذا كانت منشأتك تعمل بمعدل 50 كيلووات خلال ساعات المساء وتريد تخزينًا لمدة 3 ساعات:

50 كيلوواط × 3 ساعات=150كيلوواط ساعة

هذا هو المكانحلول BESS للخزانة الخارجية من Polinovelغالبًا ما تكون مناسبة تمامًا-تم تصميمها خصيصًا لهذا النوع من التكامل التجاري للطاقة الشمسية، بقدرات تتراوح من 120 كيلووات في الساعة إلى ما يقرب من 1 ميجاوات في الساعة في التكوينات المعيارية.

أعلام حمراء عند تقييم موردي البطاريات

بعد سنوات من العمل في هذه الصناعة، قمت بتطوير كاشف BS موثوق جدًا لمواصفات البطارية. إليك ما يجب مراقبته:

تم اختبار السعة بمعدلات C-غير واقعية

إذا تم اختبار الرقم الرئيسي Ah عند C/100 لكن تطبيقك يتم تفريغه عند C/5، فهذه المواصفات غير مجدية بالنسبة لك. اطلب بيانات السعة بمعدل التفريغ الفعلي المتوقع.

مواصفات درجة الحرارة مفقودة

ينشر كل مصنع شرعي منحنيات تخفيض القدرة لدرجة الحرارة. إذا أعطوك رقمًا واحدًا فقط بدون سياق درجة الحرارة، فإنهم يخفون شيئًا ما.

مطالبات دورة الحياة دون سياق وزارة الدفاع

تبدو عبارة "10000 دورة" رائعة حتى تقرأ التفاصيل الدقيقة وتكتشف أن عمق التفريغ يصل إلى 50%. عند 80% من وزارة الدفاع، قد تدوم نفس البطارية 4000 دورة فقط. اسأل دائمًا: دورات في ماذا وزارة الدفاع؟

لا توجد بيانات Peukert لحمض الرصاص-.

إذا لم تخبرك الشركة المصنعة لبطاريات الرصاص الحمضية-بأس Peukert أو توفر منحنيات سعة بمعدلات تفريغ مختلفة، فابتعد. وهم يعرفون أن أرقامهم تبدو سيئة.

تقييمات "ما يعادل آه".

تستخدم بعض الشركات المصنعة-خاصة في مجال الليثيوم-تصنيفات "Ah مكافئة" لمقارنة بطاريتها بحمض-الرصاص. قد تكون البطارية التي تحمل علامة "مكافئ 100 أمبير" 50 أمبير في الساعة. إنه ليس كذبًا من الناحية الفنية، ولكنه مصمم لإرباكك.

في مختبرنا الهندسي، نقوم بالتحقق بدقة من صحة كل دفعة من الخلايا قبل أن تدخل في الوحدة النمطية. نحن نرفض باستمرار خلايا "المساومة" التي تطالب بتقييمات عالية من Ah ولكنها تفشل تحت الحمل. على سبيل المثال، اختبرنا مؤخرًا عينة خلية من مورد خارجي وكان أداؤها جيدًا عند 1 أمبير (C/100) ولكنها انهارت إلى 65Ah عندما سحبنا 50 أمبير (0.5C)-حملًا نموذجيًا للآلات الصناعية.

ولهذا السبب فإن سياسات ورقة البيانات الخاصة بنا صارمة: فنحن نقوم بتقييم بياناتناقدرات BESS التجاريةعلى أساس تيارات عمل واقعية، وليس تصريفات متقطعة. إذا لم يعرض لك المورد منحنى التفريغ عند 0.5 درجة مئوية أو 1 درجة مئوية، فهو يخفي الأداء الحقيقي لبطاريته.

تحديد حجم الشبكة-قياس الحجم وBESS المعبأ في حاوية

بالنسبة لمشروعات المرافق-النطاقية، لم نعد نتحدث عن تقييمات Ah الفردية بعد الآن-إننا نتحدث عن قدرة MWh المجمعة المبنية من آلاف الخلايا.

لكنفهم ما تعنيه Ah على البطاريةعلى مستوى الخلية لا يزال مهمًا، لأنه يساعدك على تقييم تصميم النظام ورصد أخطاء المواصفات.

وإليك كيفية عمل الرياضيات لنظام حاوية نموذجي:

تنسيق الخلية الشائع هو الخلية المنشورية 280Ah LiFePO4 عند 3.2 فولت اسمي.

الطاقة لكل خلية: 280 أمبير × 3.2 فولت=896 واط ساعة ≈ 0.9 كيلو واط ساعة

بالنسبة لحاوية 5 ميجاوات في الساعة: 5000 كيلووات في الساعة ÷ 0.9 كيلووات في الساعة=~5556 خلية مطلوبة

يتم ترتيب هذه الخلايا في سلاسل متتالية (لبناء الجهد) وسلاسل متوازية (لبناء القدرة). قد يكون التكوين النموذجي:

16 خلية في سلسلة=51.2وحدة V

وحدات متعددة في السلسلة=400-800حامل على شكل V

رفوف متعددة متوازية=تستهدف سعة MWh

عند تقييم عروض أسعار BESS المعبأة في حاويات، تحقق مما يلي:

تصنيف الخلية-المستوى Ah والشركة المصنعة

تكوين سلسلة / موازية

إجمالي الطاقة المحسوبة يطابق السعة المطالب بها

كفاءة رحلة الذهاب والإياب-(عادةً 85-92%)

استهلاك الطاقة الإضافية (التبريد، نظام إدارة المباني) مما يقلل من صافي السعة القابلة للاستخدام

أنظمة BESS المعبأة في حاويات من Polinovelتتراوح من 3.85 ميجاوات في الساعة إلى 5 ميجاوات في الساعة+ لكل حاوية، باستخدام خلايا LiFePO4 خصيصًا لدورتها الفائقة واستقرارها الحراري في التركيبات عالية الكثافة-.

خلاصة القول في تقييمات البطارية آه

ينظر،ماذا يعني آه على البطاريةليست معقدة من الناحية النظرية. إنه مقياس لسعة الشحن. اضرب بالجهد للحصول على الطاقة. اقسم على تيار التحميل لتقدير وقت التشغيل.

ويأتي التعقيد من جميع عوامل العالم الحقيقي- التي تؤدي إلى تآكل تلك القدرة النظرية: تأثيرات معدل التفريغ، وخفض درجة الحرارة، وعمق-حدود-التفريغ، والاختلافات الكيميائية.

العملاء الذين أعمل معهم والذين يتجنبون الأخطاء الباهظة الثمن هم:

قم دائمًا بالتحويل إلى كيلووات ساعة قابلة للاستخدام، وليس لوحة الاسم آه

تحقق من معدل C-المستخدم لاختبار القدرة

تطبيق درجة الحرارة والشيخوخة deration لبيئتهم المحددة

حجم المزايا الفعلية للليثيوم بدلاً من معاملة كل Ah على قدم المساواة

اطلب من الموردين بيانات تتعلق بظروف التشغيل الفعلية، وليس ظروف المختبر

افعل هذه الأشياء الخمسة، وسوف تحدد الأنظمة التي تعمل فعليًا كما هو متوقع.

الأسئلة المتداولة

مراجع

بيوكيرت، دبليو (1897). "Über die Abhängigkeit der Kapazität von der Entladestromstärke bei Bleiakkumulatoren." التكنولوجيا الكهربائية Zeitschrift.

جامعة البطارية. "BU-503: كيفية حساب وقت تشغيل البطارية." Batteryuniversity.com

إيي 1188-2005. "الممارسة الموصى بها من IEEE لصيانة واختبار واستبدال بطاريات VRLA للتطبيقات الثابتة."

IEC 61427-1:2013. "الخلايا والبطاريات الثانوية لتخزين الطاقة المتجددة – المتطلبات العامة وطرق الاختبار."