עומק פריקת הסוללה: נוסחה, מגבלות וחיי מחזור

עומק הפריקה (DoD) הוא האחוז מקיבולת הסוללה שכבר נוצלה. סוללה שסיפקה 30% מהקיבולת שלה היא ב-30% DoD וכ-70% מצב טעינה.

המספר הבודד הזה קובע שלושה דברים מעשיים: כמה אנרגיה אתה מקבל בפועל לכל מחזור, כמה גדול צריך להיות בנק הסוללות וכמה מחזורים הסוללה תספק לפני שתגיע לקיבולת-סוף-החיים שלה. מדריך זה מכסה את נוסחת DoD, את ההבדל בין DoD למצב טעינה, את שכבות ההפסד בין לוחית ה-KWh ואנרגיית AC שנמסרה, וכיצד לבחור חלון הפעלה עבורסולארית, כוח גיבוי ומערכות אחסון אנרגיה מסחריות או שירותים של סוללות. משתמשי קרוואנים וימיים ימצאו את החישובים זהים, אם כי הכלכלה שונה.

כתב ויתור אחד חל על כל הדברים הבאים: המספרים המצוטטים כאן מגיעים ממסמכי יצרן בעלי שם עבור משפחות מוצרים ספציפיות. הם נקודות התייחסות שימושיות, לא חוקים-ברחבי התעשייה. ההתייחסות השולטת שלך היא תמיד גיליון הנתונים, עקומת-המחזור החיים, תצורת ה-BMS והאחריות עבור הדגם המדויק שאתה קונה.

מהו עומק פריקה?

עומק הפריקה מודד כמה קיבולת הוסרה מסוללה טעונה, מבוטא כאחוז מקיבולת ייחוס מוצהרת.

• טעון מלא: 0% DoD
• חצי מהקיבולת בשימוש: 50% DoD
• כל הקיבולת הנגישה בשימוש: 100% DoD

שתי דמויות על גיליון מפרט משתמשות באותן מילים אבל אומרות דברים שונים.מקסימום DoDהיא הפריקה העמוקה ביותר שהמוצר או מערכת ניהול הסוללה שלו מאפשרת מבלי להפעיל הגנה.DoD מומלץהוא חלון ההפעלה שהיצרן רואה בהחלפה הגיונית-בין אנרגיה שמיש, חיי מחזור ועלות החלפה. להתייחס לראשון כאילו הוא השני הוא הטעות היקרה ביותר בכל הנושא הזה.

רולס ממחיש את הפער בצורה ברורה. שֶׁלָהירידה-במדריך ההפעלה של סוללת LFPממליץ להרכיב את הסוללות הללו בין 0% ל-80% DoD לחיי מחזור אופטימליים, בעוד שה-BMS עצמו לא מנותק עד בערך 95% DoD. מגבלת ההגנה נמצאת ב-15 נקודות אחוז מתחת להמלצה, ורק אחד מאותם מספרים שייך לתכנון המערכת שלך.

עומק פריקה לעומת מצב טעינה

DoD ומצב טעינה (SoC) מתארים את אותו מצב מקצוות מנוגדים. כאשר שניהם משתמשים באותה קיבולת התייחסות:

DoD=100% − SoC

החשבון הוא טריוויאלי. קיבולת ההתייחסות אינה. SoC מוצג של 0% פירושו בדרך כלל "0% ממה שה-BMS מוכן לתת לך", לא "0% מהיכולת האלקטרוכימית בתאים". רוב מערכות הליתיום עוצרות רזרבה מוגנת באחד או בשני הקצוות של החלון, וזו הסיבה שבסוללה שקוראת ריקה עדיין יש תאים שיושבים בנוחות מעל סף הנזק שלהם.

כיצד לחשב את עומק הפריקה

שימוש ב-שעות אמפר

DoD (%)=קיבולת פריקה (Ah) ÷ קיבולת מדורגת (Ah) × 100

סוללת 100 Ah שמספקת 30 Ah לפני הטעינה היא ב-30% DoD, ומשאירה בערך 70% SoC. אם זרם העומס יציב למדי, קיבולת הפריקה היא פשוט זרם × זמן: 20 A למשך שעתיים מסיר 40 Ah, או 40% DoD מסוללה של 100 Ah. אם אינך בטוח כיצד נגזרה מלכתחילה נתון Ah על התווית, ההסבר שלנו עלמה אומר אה על סוללהמכסה את מוסכמות הדירוג.

התייחס לתוצאה כאל אומדן אלא אם צג סוללה מכויל או BMS מבצעים את הספירה. קיבולת אמיתית משתנה עם הטמפרטורה, קצב הפריקה, הגיל ומתח החיתוך- המשמש להגדרת "ריק".

שימוש בקילווואט-שעות

DoD (%)=אנרגיה שנפרקה (kWh) ÷ אנרגיית סוללה נומינלית (kWh) × 100

סוללה נומינלית של 10 קוט"ש שמשחררת 8 קוט"ש הגיעה ל-80% DoD. מערכות אחסון מצוינות בדרך כלל באנרגיה ולא בטעינה, כך שזו הגרסה שבה תשתמשו לעבודת גודל; אם ההבחנה בין דירוג כוח ואנרגיה עדיין מעורפלת, ראהקילוואט לעומת קילוואט מוסבר.

הפוך את הנוסחה לגודל

קיבולת נומינלית נדרשת=אנרגיה שמישה נדרשת ÷ DoD מותר

זקוק ל-80 קילוואט-שעה של אנרגיית DC שמיש ב-80% DoD מתוכנן? אתה צריך 100 קילוואט נומינלי. זו נקודת ההתחלה, לא התשובה - הסעיף הבא מסביר מה עדיין יוצא מהחלק העליון.

מקיבולת תא ועד אנרגיית AC מסופקת

רוב הבלבול ב-DoD נובע מהשוואת מספרים שנמדדו בנקודות שונות במערכת. ישנם שישה גבולות אנרגטיים ברורים, והספקים מצטטים את מה שמחמיא להם:

1. יכולת אלקטרוכימית של התא- מה שהכימיה יכולה לספק באופן תיאורטי בין גבולות המתח שלה.
2. חבילה קיבולת נומינלית- דירוג לוחית השם, בדרך כלל קיבולת התא × תצורה, בטמפרטורת הייחוס ושיעור C- מוצהר.
3. קיבולת נגישה ל-BMS{{0}- מה שנשאר לאחר שה-BMS שומר מרווח ראש בחלק העליון והתחתון של החלון.
4. קיבולת שימושית מוצדקת- החלק שהאחריות מגינה בפועל, שעשוי להיות צר יותר.
5. סיפק אנרגיית DC- קיבולת נגישה × DoD מוגדר, מינוס השפעות הטמפרטורה וההזדקנות.
6. סיפק אנרגיית AC- לאחר הפסדי המרה ב-PCS וצריכת עזר.

שני מונחים ששווה להצמיד כאן.שיעור ג-הוא זרם פריקה או טעינה מבוטא ביחס לקיבולת: 0.5C בסוללה של 100 Ah פירושו 50 A, וקצבי C- גבוהים יותר מפחיתים בדרך כלל את הקיבולת שאתה יכול לחלץ לפני שתלחץ על -ניתוק. הPCS(מערכת המרת הספק) הוא שלב המהפך הדו-כיווני בין סוללת DC לרשת AC או עומסים - ראהמה עושה מערכת המרת חשמללאופן שבו צוינה היעילות שלו, ושימו לב אם נתון מצוטט הוא-לכיוון או הלוך ושוב-.

בגלל השכבות הללו, שתי מערכות עם לוחית שם זהה ל-kWh יכולות לספק אנרגיית AC שונה באופן ניכר. כאשר אתה משווה ציטוטים, התעקש שכל נתון של קילוואט-שעה יסומן עם הגבול שאליו הוא מתייחס. סקירה כללית שלנו עלמחווני ביצועים של מערכת אחסון אנרגיה בסוללהעובר על המדדים הקשורים ביתר פירוט.

מדוע עומק הפריקה משפיע על חיי המחזור

מחזורים עמוקים יותר גורמים ללחץ אלקטרוכימי ומכני יותר מאשר רדודים, כך שכדפוס כללי, שימוש בפחות מהקיבולת בכל יום מקנה לך יותר מחזורים לפני שהסוללה מגיעה לסוף-החיים המוגדר-.

לפני השוואת תביעת מחזור-חיים, שים לב של"מחזור" יש שלוש משמעויות במחזור:

• מטען פיזי – אירוע פריקה- פריקה אחת וטעינה אחת, בכל עומק.
• מחזור מלא שווה ערך- תפוקה מצטברת שווה לקיבולת מדורגת מלאה אחת, כך ששתי פריקות של 50% נחשבות כאחת.
• מחזור מדורג- מוגדר על ידי היצרן- מה שכתוב בפרוטוקול הבדיקה. Rolls, למשל, מגדירה מחזור בתיעוד ה-LFP שלה כפריקה ל-90% DoD, שהיא עמוקה יותר מ-80% שהיא ממליצה לשימוש יומיומי.

ספירת מחזור ללא תנאי הבדיקה שלה קרובה לחסרת משמעות. הקשר בין עומק לחיים הוא הסיבה לכך שמודלים של השפלה לוקחים את DoD כקלט ישיר: NREL'sדגם יועץ מערכתבונה את טבלת הפירוק המחזורית-מתוך דהיית קיבולת הנמדדת במספר נתון של מחזורים בעומק פריקה ממוצע, ו-NREL שלעבודת מודל פרוגנוסטית לחיים של ליתיום-על תאי גרפיט/NMC מסחריים מראה עד כמה התוצאה תלויה גם בסביבה התרמית.

עקומות בפועל משתנות מאוד לפי כימיה, עיצוב תאים ופרוטוקול בדיקה.

DoD הוא אף פעם לא גורם ההזדקנות היחיד. טמפרטורת הפעלה, קצב פריקה, זמן חנייה ב-SoC גבוה מאוד או נמוך מאוד, פרופיל טעינה וגיל לוח שנה כולם תורמים - והטמפרטורה בפרט יכולים להכריע את כל השאר. של טרויאניםהנחיות לתחזוקת הסוללהלחומצה-מוצפת: כל 10 מעלות מעל 25 מעלות מפחיתות בערך את חיי הסוללה בחצי. עבור מערכות ליתיום, הערה שלנו בנושאטווח טמפרטורת סוללת ליתיוםמכסה את חלונות הטעינה והפריקה החשובים ביותר.

עומק פריקה מומלץ לפי סוג סוללה

עופרת-מוצפת

הנתון המקובל של 50% אינו פולקלור. המדריך למשתמש של Rolls Battery (V7.4)קובע כי סוללות מחזור עמוק- נועדו להיפרק לא יותר מ-50%, וכי מתן אפשרות לבנק לרדת נמוך מפחית את חיי המחזור הכוללים; הוא גם מגדיר ניתוק מתח נמוך- ל-1.90-1.95 וולט לתא כדי לאכוף זאת בפועל. של טרויאניםשאלות נפוצות טכניותממליצה לפרוק 20-50% מהקיבולת המדורגת עבור חיים וביצועים אופטימליים, תוך שים לב שהסוללות מסוגלות לעבור ל-80%. אותו מבנה כמו מקרה LFP: נתון יכולת ונתון המלצה, והם אינם ניתנים להחלפה.

AGM וג'ל

שניהם הם חומצת עופרת-מוסדרת-שסתום. המארז האטום מסיר השקיה שגרתית; הוא אינו מעניק סובלנות לפריקה עמוקה בלתי מוגבלת. העומק המותר תלוי בעיצוב הלוח, פרופיל הטעינה, הטמפרטורה ותדירות הרכיבה, כולם מופיעים בעקומת החיים של המוצר-. כאשר אתה משווה שני מוצרי AGM, השווה עקומות בעומק שבאמת אתה מתכוון להשתמש ב-- "יכולת מחזור עמוקה-" בחוברת ללא תוכן מספרי.

LiFePO4

LFP באמת מציע חלון שמיש רחב יותר מאשר עופרת-חומצה, וה-BMS שלו אוכף מגבלות מתח וזרם כך שהמשתמש לא יכול להרוס כלאחר יד את החבילה. אבל "מסוגל ל-100% DoD" היא הצהרת הגנה, לא המלצה כלכלית. כפי שמראה הדוגמה של רולס, יצרן יכול להתיר 95% תוך המלצה על 80%. לפני שתקבע את מגבלת ההפעלה שלך, קבל את ה-DoD המקסימלי המותר, ה-DoD היומי המומלץ, דירוג חיי המחזור-באותו DoD, טמפרטורת הבדיקה וקצב ה-C, קריטריון סוף-קיבולת-החיים ומגבלת-תפוקת האנרגיה של האחריות - שהפריט האחרון, סך ה-kWh שהאחריות מכסה לאורך תקופתו, הם לעתים קרובות מה שבאמת מגביל עד כמה אתה צריך ללכת.

כימיה אחרת של ליתיום

LFP, NMC ו-LTO נבדלים זה מזה בטווח המתח, יכולת ההספק והתנהגות ההזדקנות, כך שמספר DoD גנרי של "סוללת ליתיום" אינו נייד ביניהם. ההשוואה שלנו שלסוגי סוללות שונים לאחסון אנרגיהקובע היכן מתאימה כל כימיה.

כיצד לבחור את ה-DoD הנכון

שלב 1: התחל מהמודל, לא מהכימיה

לשתי סוללות LFP מספקים שונים יכולות להיות רזרבות BMS שונות,-עקומות חיים שונות ומגבלות אחריות. מספר הדגם הוא יחידת הניתוח.

שלב 2: קרא את עקומת-המחזור החיים, כולל הערות השוליים שלה

בקש את הגרף, ולאחר מכן בדוק שהוא מציין את טמפרטורת הבדיקה, קצב הטעינה והפריקה, סוף-מתח-הפריקה והגדרת סוף-ה-חיים. טענת "6,000 מחזורים" שנבדקה ב-0.2C ו-25 מעלות עד 80% קיבולת שנותרה מתארת ​​מוצר שונה מאותה תביעה שנבדקה ב-1C ו-35 מעלות עד 60%.

שלב 3: התאם DoD למחזור העבודה

שלב 4: גודל מהמטען לאחור

קבע את העומס הקריטי ב-kW, את זמן הריצה הנדרש, ולכן את האנרגיה השמישה ב-kWh. חלקו ב-DoD המותר כדי לקבל קיבולת נומינלית, ואז הוסף מרווח עבור הפסדי המרה, צריכת עזר, טמפרטורה וקיבולת סוף-חיים. בחירת קיבולת נומינלית תחילה ותקווה שהיא מכסה את העומס היא הדרך שבה פרויקטים מסתיימים בחסר בשנה הרביעית.

שלב 5: חשבו על הטמפרטורה וקצב הפריקה

טמפרטורה גבוהה מאיצה השפלה; טמפרטורה נמוכה מפחיתה את הקיבולת הזמינה, ובמוצרי ליתיום רבים, חוסמת את הטעינה לחלוטין. שיעורי C- גבוהים מפחיתים את הקיבולת הזמינה לפני חיתוך-. הערך את ה-DoD המיועד שלך בתנאים שהמערכת תראה בפועל את - ההערה שלנוביצועי פריקה של סוללות אחסון אנרגיהמכסה את האינטראקציה בין קצב וטמפרטורה.

שלב 6: יישר סוללה, BMS, מהפך ואחריות

הארבעה צריכים להסכים על -ניתוק מתח נמוך-, מתח טעינה, מגבלות זרם, הגדרות SoC ורזרב מינימליות. נקודה אחת ראויה להצהרה ברורה: הורדת הגדרת ה-SoC המינימלית של מהפך אינה משנה את המגבלות האלקטרוכימיות הבטוחות של הסוללה, והיא עשויה להזיז אותך מחוץ לאחריות. המגבלות של יצרן הסוללות נשארות ההתייחסות השולטת.

דוגמה עבדה: מערכת LFP של 100 קילוואט-שעה

הנה איך נראים ששת גבולות האנרגיה עם מספרים מצורפים. ההנחות מוצהרות כך שתוכל להחליף את ההנחות שלך; הם להמחשה, לא מפרט מוצר.

לוחית שם של 100 קילו-וואט, 80% DoD כנה, וכ-71 קילוואט-שעה שמגיעים לעומס ביום הראשון - יורדים לסביבות 56 קילוואט-שעה בסיום החיים המובטחים. שום דבר כאן אינו חריג או נסתר; זה פשוט מה שהשכבות מסתכמות אליו. זו גם הסיבהפרויקטי אחסון מסחריים ותעשייתייםיש להעריך על אנרגיית AC שנמסרה בסוף החיים, לא על קיבולת לוחית השם.

טייק אווי מפתח

קל לחשב את עומק הפריקה וקל לקריאה שגויה. הנוסחה לוקחת שורה אחת; השיפוט לוקח גליון נתונים, עקומת-חיים של מחזור עם תנאי הבדיקה שלו, תצורת BMS ומסמך אחריות.

כאשר אתה מעריך מערכת סוללות, "מהו ה-DoD המקסימלי?" היא השאלה הכי פחות אינפורמטיבית שיש. שאל במקום זאת כמה אנרגיה באמת מגיעה לעומס, באיזה DoD ותחת איזה טמפרטורה וקצב C- נמדדו חיי המחזור, איזו רזרבה שומרת ה-BMS ואיזה חלון הפעלה מתירה האחריות. ארבע התשובות הללו מתארות את ערך מחזור החיים. אחוז בודד בגיליון מפרט לא.