Kot inženir ali uradnik za nabavo v specifikacijah piše, da potrebujete 200Ah baterija, vendar je pritisk še vedno prisoten. Če je specifikacija prenizka, tvegate drage okvare; če je specifikacija previsoka, boste zapravili proračun. To je težka naloga.
Vprašanje "Kako dolgo bo zdržala baterija s kapaciteto 200 Ah?" se zdi preprosto, vendar je eno izmed najbolj kritičnih, ki jih dobimo. Napačen izračun je velik problem - lahko ustavi proizvodno linijo ali izgubi pomembne podatke.
Ker že več kot 15 let oblikujem te industrijske napajalne sisteme, vam ne bom povedal le ene številke. Podal vam bom okvir za odgovor na to vprašanje. vaš posebna uporaba. Opisali bomo formulo, ki jo resnično potrebujete, kritične dejavnike, ki lahko spremenijo čas delovanja za 50% ali več, in zaključili s strokovnimi nasveti za maksimalno povečanje vaše naložbe.
12v 200ah lifepo4 baterija
12V 200ah natrijeva ionska baterija
Kaj lahko pričakujete od 200Ah baterije
V redu, pojdimo takoj k stvari. Za hitro načrtovanje, ki ga lahko opravite na hitro, je tu nekaj, kar morate vedeti:
Zdrava 12V 200Ah baterija Lifepo4 zagotavlja približno 2400 vatnih ur uporabne energije. To je ključna številka. To pomeni, da lahko 100-vatno breme - recimo industrijski nadzorni sistem z nekaj senzorji in modemom - napajate približno 24 ur.
Primerjajte to z običajnim svinčeno-kislinskim akumulatorjem 12 V 200 Ah. Dobili boste približno polovico tega, morda 12 ur, če boste imeli srečo. Zakaj tako velika razlika? Ker lahko pri svinčevo-kislinskem akumulatorju varno uporabite le približno 50% njegove navedene zmogljivosti, ne da bi ga resno in trajno poškodovali. Takšna je narava te kemije.
Toda - in to je velik "ampak" - to je izračun v popolnem svetu. Resnični čas delovanja, ki ga boste dejansko videli na terenu, bo odvisen od številnih drugih dejavnikov, ki jih moramo preučiti.
Kako v 4 preprostih korakih sami izračunate čas delovanja
Za to ne potrebujete diplome iz elektrotehnike. Popeljal vas bom skozi matematiko. To je zelo preprosto.
Korak 1: Ugotovite uporabno energijo baterije (v vatnih urah)
Najprej moramo preiti iz amper-ur v vat-ur. Amper-ur je v redu, toda vatne ure vam povedo skupno shranjeno energijo, kar je za naše delo veliko bolj praktična metrika.
Formula je: Watt-ur = napetost (V) x amper-ur (Ah) x globina praznjenja (DoD)
- Napetost (V): Nazivna napetost baterije. Običajno 12 V, 24 V, kar koli že je.
- Amperur (Ah): Nazivna zmogljivost z etikete. Za nas je to 200 Ah.
- Globina izpusta (DoD): To je del, ki ljudi spravlja v zadrego. Gre za to, koliko celotne zmogljivosti baterije lahko dejansko uporabite, ne da bi ji škodovali. Za LiFePO4 je to običajno 90% ali celo 100%. Pri svinčevo-kislinskih baterijah je to slabih 50%, če želite, da ima baterija spodobno življenjsko dobo.
Korak 2: Izračunajte skupno obremenitev (v vatih)
Nato seštejete porabo energije vseh elementov, ki jih mora baterija pognati. Preverite podatkovno tablico ali priročnik za vsako komponento. Običajno je moč natisnjena prav tam.
Recimo, da ima majhna nadzorna plošča:
- Krmilnik PLC (15 W)
- Zaslon HMI (25 W)
- Svetlobni indikatorji LED (10 W)
- Skupna obremenitev = 50 W
Korak 3: Upoštevajte neučinkovitost pretvornika (skriti odtok)
To je korak, ki ga ljudje vedno znova pozabijo. Če baterija za enosmerni tok napaja opremo za izmenični tok prek pretvornika, morate upoštevati energijo, ki jo pretvornik sežge kot toploto. Noben inverter ni 100% učinkovit. Dobra industrijska enota je lahko 85-90% učinkovita in to je približno toliko, kolikor je to mogoče.
Če želite ugotoviti, kakšna je dejanska obremenitev baterije, delite obremenitev s to vrednostjo učinkovitosti.
Primer: 50W AC obremenitev / učinkovitost 0,85 = ~ 59 W iz baterije. Dodatnih 9 vatov je le "strošek pretvorbe". To je davek, ki ga morate plačati, če želite dobiti izmenično napajanje.
Korak 4: Končni izračun
Zdaj vse skupaj samo sestavite.
Čas delovanja (v urah) = skupno število uporabnih vatnih ur / končna obremenitev (v vatih)
Izvedimo primerjavo z našo 59W obremenitvijo:
- Baterija LiFePO4 12V 200Ah:
- Uporabna energija: 12V x 200Ah x 0,95 (DoD) = 2280 Wh
- Čas delovanja: 2280 Wh / 59W = ~38,6 ure
- 12V 200Ah AGM svinčeno-kislinska baterija:
- Uporabna energija: 12V x 200Ah x 0,50 (DoD) = 1200 Wh
- Čas delovanja: 1200 Wh / 59W = ~20,3 ure
Razlika je očitna, kajne? Pri enaki zmogljivosti na nalepki vam litijeva baterija zagotavlja skoraj dvakrat daljši čas delovanja. To je pomemben dejavnik pri zasnovi sistema.
5 ključnih dejavnikov, ki bistveno vplivajo na čas delovanja baterije
Formula je odlično izhodišče. Toda resnični svet ima vedno drugačne načrte. Na terenu opažamo, da je teh pet dejavnikov tisto, kjer teoretične specifikacije trčijo ob realnost.
1. Kemija baterije: LiFePO4 proti svinčevo-kislinski (in pogled na natrijevo-ionsko baterijo).
Pravkar smo videli, da je uporabna zmogljivost največji razlikovalni dejavnik. Vendar se zgodba s tem ne konča. Na misel prideta še dve drugi stvari: napetostni zamik in življenjska doba cikla.
Če svinčeno-kislinsko baterijo močno obremenite, se njena napetost precej zmanjša. Zaradi tega se lahko občutljiva elektronika predčasno izklopi, čeprav je v bateriji še vedno dovolj soka. Baterija LiFePO4? Ima zelo ravno krivuljo praznjenja, zato ohranja stabilno napetost, dokler ni skoraj prazna. Potem je tu še življenjska doba cikla. Od baterije LiFePO4 lahko pričakujete, da bo zdržala od 3 000 do 6 000 ciklov, včasih tudi več. Baterija AGM vam lahko pri tej 50% DoD omogoči le 300-700 ciklov. Za vse aplikacije, ki se ciklično uporabljajo vsak dan, so skupni stroški lastništva za LiFePO4 toliko nižji, da to niti ni pošten boj.
V zadnjem času dobivamo več vprašanj o natrijevih ionskih baterijah. LiFePO4 je zdaj zrela in preizkušena tehnologija. Ima večjo gostoto energije, trdno dobavno verigo... je prava. Vendar pa je natrijev ionski akumulatorski sklop resnično prepričljiv del nove tehnologije. Njeni glavni prednosti sta potencialno nižja cena in odlična zmogljivost pri ekstremnih temperaturah, zlasti pri mrazu. Kompromis je v tem, da je njegova energijska gostota trenutno nižja. Zato bo 200Ah paket Na-ion večji in težji. Zagotovo ga je treba spremljati, zlasti pri stacionarnem shranjevanju energije, kjer prostor ni tako pomemben.
2. Velikost obremenitve in hitrost C (Peukertov zakon za svinčene kisline)
Stopnja C je le način merjenja, kako hitro se baterija izprazni glede na njeno velikost. Stopnja 1C pri 200Ah bateriji pomeni, da porabljate 200 amperov. Preprosto.
Ne pozabite, da za svinčene akumulatorje velja majhno grdo pravilo, ki se imenuje Peukertov zakon se začne uporabljati. Hitreje ko ga izpraznite, manjšo skupno zmogljivost dejansko dobite iz njega. Mislim resno. Če svinčeno-kislinski akumulator z zmogljivostjo 200 Ah, ki je ocenjen na 20 ur, lahko dobite le 130 Ah uporabne zmogljivosti, če ga izpraznite v eni uri. Akumulatorji LiFePO4 so precej imuni na ta učinek. Tudi pri visoki stopnji praznjenja 1C zagotavljajo skoraj polno zmogljivost. To je zelo pomembno za aplikacije z velikimi zagonskimi tokovi, kot je zagon motorjev.
Baterije so kemične naprave. Konec koncev je njihova zmogljivost odvisna od temperature. To je preprosto fizika.
- Hladno. V hladnem skladišču ali pozimi na prostem se lahko zmogljivost baterije znatno zmanjša. Zmogljivost LiFePO4 se v mrazu zmanjša, svinčevo-kislinska kemija pa se lahko v bistvu ustavi. Dobra novica je, da ima veliko sodobnih baterij LiFePO4 vgrajene grelne elemente, ki omogočajo zanesljivo polnjenje v vremenu pod ničlo.
- Vročina. Po drugi strani pa visoke temperature okolice, kot so na primer v neprevetreni škatli na soncu, pospešijo razgradnjo baterije in trajno skrajšajo njeno življenjsko dobo. Za večino kemijskih materialov je najboljša temperatura okoli 20-25 °C (68-77 °F).
4. Starost in zdravje baterije (zdravstveno stanje - SOH)
Baterija je potrošni del in ne trajni del. Njeno zdravstveno stanje (SOH) je njena trenutna zmogljivost v primerjavi s tistim, ko je bila povsem nova. Tako je pet let stara baterija s SOH 90% za vse praktične namene zdaj baterija z zmogljivostjo 180 Ah. Če želite zagotoviti kritično zanesljivost, morate pri načrtovanju vzdrževanja in zamenjave upoštevati SOH. To je preprosto realnost uporabe baterij.
5. Neučinkovitost sistema (ožičenje in povezave)
Ta je majhen, vendar se kopiči. Premajhni kabli, dolge žice ali celo rahlo ohlapna povezava na priključku ustvarjajo električno upornost. Ta upor dragoceno shranjeno energijo spreminja v neuporabno toploto, kar seveda skrajša čas delovanja. V dobro zasnovanem sistemu bi moral biti ta upor minimalen, v neurejenem pa je lahko presenetljiv vir izgube energije. Ne morem vam povedati, kolikokrat smo težave s "slabo baterijo" razkrili zaradi slabe sponke ali zrahljane matice na priključku.
Kaj lahko dejansko poganja baterija s kapaciteto 200 Ah?
V naslednjem primeru je uporabljena običajna nastavitev RV, vendar načela za izračun energetskega proračuna za mešano obremenitev so enaki za vse industrijske aplikacije. Natančno to metodo lahko uporabite za izračun porabe energije za varnostno prikolico, črpalko brez napajanja ali karkoli drugega.
Scenarij: Tipičen vikend v avtodomu/prikolici Predpostavke: Uporaba 12V 200Ah baterija LiFePO4 (2400Wh).
| Naprave | Moč (vati) | Est. Dnevna uporaba (ure) | Dnevna energija (Wh) |
|---|
| Luči LED (x4) | 20W | 5 | 100 Wh |
| 12V hladilnik/ hladilnik | 50 W (kolesarjenje) | 8 (24 ur vklopljeno, delo 33%) | 400 Wh |
| Polnjenje prenosnega računalnika | 65W | 3 | 195 Wh |
| Polnjenje telefona (x2) | 15W | 2 | 30 Wh |
| Vodna črpalka | 40W | 0.5 | 20 Wh |
| Ventilator MaxxAir (nizek) | 25W | 10 | 250 Wh |
| Skupno dnevno povpraševanje | | | 995 Wh |
Na podlagi dnevne porabe približno 995Wh bi 2400Wh 200Ah litijeva baterija zdržala približno 2,4 dneva brez polnjenja. Za industrijsko delo, kot je rezervno napajanje za plovila sistema, lahko uporabljate radio VHF (25 W), GPS (10 W) in navigacijske luči (15 W). To je 50W obremenitev, ki bi jo naša 2400Wh baterija lahko vzdrževala 48 ur.
Kako povečati čas delovanja in življenjsko dobo baterije 200Ah
- Določite LiFePO4 za aplikacije z visokim številom ciklov. Poglejte, višji začetni strošek je skoraj vedno vreden, ko pogledate celotne stroške lastništva. To je preprosta matematika zaradi boljše uporabne zmogljivosti in veliko daljše življenjske dobe.
- Zahtevajte kakovosten sistem BMS. Sistem za upravljanje baterij (BMS) je možgani celotnega delovanja. Dober sistem ščiti celice pred vsem... pred prekomernim polnjenjem, prekomernim praznjenjem, kratkimi stiki in še bi lahko naštevali. Pri industrijskih sistemih se prepričajte, da lahko sistem BMS komunicira (na primer z vodilom CAN ali RS485).
- Optimizirajte obremenitve. Če lahko, uporabljajte visoko učinkovito opremo za enosmerni tok. Če je le mogoče, se želite izogniti izgubi energije, ki je povezana z uporabo inverterja.
- Izvajanje pravilnih profilov polnjenja. Uporabite polnilnik, ki je izdelan posebej za kemijsko sestavo vaše baterije. Če kronično nezadostno polnite svinčeno-kislinski akumulator, ga boste uničili, uporaba napačne napetosti pa lahko poškoduje litijev akumulator.
- Vključitev monitorja, ki temelji na oddajanju. Pri ugotavljanju stanja napolnjenosti se ne zanašajte samo na napetost. Pametni šunt deluje kot pravi merilnik goriva, ki natančno spremlja vso energijo, ki vstopa in izstopa iz baterije. Iskreno povedano, to je nujna oprema za vsak resen sistem.
Ali je baterija 200 Ah primerna za vas?
- Za koga je kot nalašč: Aplikacije z nizko do zmerno močjo. Pomislite na postaje za daljinsko spremljanje, rezervno napajanje telekomunikacijskih stolpov, majhna morska plovila in flote manjših vozil AGV ali komunalnih vozičkov.
- Kdaj boste morda potrebovali več (npr. 400Ah+): Pri napajanju večjih pogonskih bremen, kot je razred 3 baterija viličarja, delovanje komercialne opreme z veliko porabo ali načrtovanje komercialnega sistema za shranjevanje energije (ESS), ki mora zagotavljati avtonomijo več kot en dan.
- Ko lahko uporabite manj (npr. 100Ah): Za osnovne rezervne sisteme, napajanje posameznih senzorjev ali pri aplikacijah, kjer sta teža in prostor absolutno najpomembnejša.
POGOSTA VPRAŠANJA
Katero industrijsko opremo lahko zanesljivo napaja baterija s kapaciteto 200 Ah?
Baterija LiFePO4 12V 200Ah, ki zagotavlja približno 2400Wh, je odlična za sisteme z neprekinjeno porabo nekje med 100 in 300 vati. To zajema stvari, kot so večsenzorske postaje za spremljanje okolja, sistemi varnostnih kamer z DVR, rezervno napajanje kritičnih nadzornih plošč ali razsvetljava in krmiljenje za gospodarsko poslopje brez omrežja.
Koliko časa je potrebno za popolno polnjenje 200Ah baterije?
To je popolnoma odvisno od jakosti toka vašega polnilnika. Formula je preprosto naslednja Ure = Amper-ur / Amperi polnilnika. Tako se bo izčrpana 200Ah baterija s 40A industrijskim polnilnikom polnila približno 5 ur. S 100A polnilnikom pa le 2 uri. Vedno se prepričajte, da je hitrost polnjenja v okviru omejitev, ki jih določa baterija.
Ali lahko vzporedno povežem dve 100Ah bateriji, da dobim 200Ah?
Ja, vsekakor lahko. Če vzporedno povežete dva akumulatorja 12V 100Ah, dobite en akumulator 12V 200Ah. Trik je v tem, da morate uporabiti dva enaka akumulatorja - enake kemijske sestave, znamke, zmogljivosti in starosti. Če ju ne ujemate, pride do neuravnoteženega polnjenja in praznjenja, kar zmanjša zmogljivost in življenjsko dobo celotne banke.
Kaj pa, če moja aplikacija zahteva višjo napetost, na primer 24 V ali 48 V?
Brez težav. Samo zaporedno povežite baterije, da povečate napetost. Na primer, dve bateriji 12V 200Ah zaporedno tvorita banko 24V 200Ah. Štiri zaporedno vezane baterije tvorijo 48V 200Ah banko. Skupna energija ostane enaka (48V x 200Ah = 9600 Wh, enako kot pri štirih 12V 200Ah baterijah), vendar je višja napetost učinkovitejša za večje motorje in omogoča uporabo manjše napeljave.
Zaključek
Kako dolgo bo 200Ah baterija zadnji? Konec koncev ni ene same številke. Pravi odgovor je dinamičen izračun, ki temelji na kemijski sestavi baterije, natančni obremenitvi, ki jo uporabljate, in splošnem stanju vašega sistema.
Razlika med svinčeno-kislinsko baterijo, ki zdrži 20 ur, in baterijo LiFePO4, ki pri enaki obremenitvi zdrži skoraj 40 ur, ni nepomembna - lahko pomeni razliko med uspešnim in neuspešnim projektom. Z uporabo okvira in razumevanjem ključnih dejavnikov, o katerih smo govorili, ste zdaj v veliko boljšem položaju, da lahko pogledate dlje od nazivne tablice in določite pravi vir energije za svoje kritične aplikacije.
Potrebujete številke za naslednji projekt? Naš Kamada power Ekipa aplikacijskih inženirjev vam je na voljo za pomoč pri modeliranju vaših potreb po električni energiji in določanju stroškovno najučinkovitejše in najzanesljivejše rešitve za baterije. Pišite nam še danes za tehnično svetovanje.