Amperios hora a vatios hora: guía de conversión completa

Perdimos un proyecto de AGV de almacenamiento en frío en el tercer trimestre del año pasado. El ingeniero del cliente insistió en volver a calcular el Wh real utilizando el 80 % del DoD más su propio factor de reducción de temperatura. Habíamos cotizado directamente utilizando la potencia nominal de 100 Ah multiplicada por 12 V del fabricante y terminamos con aproximadamente un 15 % de descuento.

 

Honestamente, pensé que sus cálculos eran demasiado conservadores en ese momento. Mirando hacia atrás, su corrección de temperatura fue realmente agresiva, pero ya habíamos perdido la oferta-discutir lo correcto o lo incorrecto no tenía sentido. Desde entonces, exigimos que todas las cotizaciones incluyan una hoja de trabajo de cálculo de reducción, y debe pasar por ingeniería antes de que el director financiero la apruebe. El proceso es más tedioso, pero al menos no volveremos a perder acuerdos por errores básicos como ese.

 

Esta experiencia me hizo darme cuenta de algo: la mayoría de las personas tratan la conversión de Ah a Wh como si fueran matemáticas de secundaria.-Wh es igual a Ah multiplicado por V, listo. Pero cualquiera que realmente se dedique a adquisiciones sabe que detrás de esta "fórmula simple" se esconden muchos peligros.

Comencemos con la fórmula misma

Wh=Ah × V, correcto. Una batería de 100 Ah a 12 V nominal le proporciona 1200 Wh.

Pero esos 12V es el voltaje nominal. En funcionamiento real, el voltaje fluctúa entre 10,5 V y 14,4 V. ¿Qué número usas?

Un método más preciso consiste en integrar la curva de descarga, acumulando Ah multiplicado por la tensión instantánea V(t). Teóricamente es el más preciso, pero, sinceramente, rara vez lo hacemos en proyectos reales.-Es demasiado engorroso y no muchos proveedores pueden proporcionar curvas de descarga completas.

La lección del proyecto AGV del año pasado

De vuelta a ese proyecto perdido. Evaluamos a tres proveedores y así es como se veía:

Mirando únicamente $/Wh:

El proveedor C parece la mejor oferta, ¿verdad? Pero no podíamos esperar 16 semanas.-los retrasos en el proyecto significaban multas de cinco-cifras por semana. Terminamos cotizando con el Proveedor B y el cliente utilizó los datos del Proveedor C para argumentar que nuestro tamaño era incorrecto.

En realidad, ninguna de las partes cometió errores de cálculo-las suposiciones eran diferentes. Usamos voltaje nominal más DoD estándar; utilizaron voltaje de punto medio-medido más una reducción agresiva de potencia. ¿Cómo puedes siquiera discutir sobre esto? Técnicamente ambos pueden justificarse; comercialmente, quien pierde, lo acepta.

Por qué ahora me concentro más en Wh que en Ah

Ah tiene un gran problema como métrica: no refleja energía, solo carga.

Para baterías todas con capacidad nominal de 100 Ah:

¿Por qué la capacidad utilizable del plomo-ácido es inferior a la mitad? El Departamento de Defensa está limitado al 50%; de lo contrario, el ciclo de vida se reduce drásticamente. LFP puede descargarse al 80% o incluso al 90% manteniendo su ciclo de vida.

Esta diferencia a menudo se pasa por alto durante la fase de cotización. El director financiero prevé que el plomo-ácido costará 180 dólares frente al LFP de 400 dólares, y la primera reacción es "más del doble del precio". Pero si se calcula la energía utilizable real, el plomo-ácido cuesta aproximadamente $0,30/Wh, el LFP aproximadamente $0,38/Wh-la diferencia no es tan dramática. Si se tienen en cuenta los ciclos de sustitución, la LFP es realmente más barata.

Por supuesto, esto depende de la aplicación específica. Para escenarios de trabajo liviano-de un solo-turno-, el plomo-ácido podría ser realmente más económico-sin necesidad de impulsar la LFP.

Temperatura: una variable que mucha gente subestima

Tenemos un cliente en Wisconsin que realiza la cadena de frío-su almacén tiene una temperatura de alrededor de 40 grados F durante todo el año-y cae por debajo de los 20 grados F en invierno. Antes usaban baterías AGM y tuvieron que reemplazarlas después de 14 meses cuando la capacidad cayó por debajo del 60% de la nominal-completamente inutilizable.

Después de cambiar a LFP, 26 meses en el mismo entorno y todavía por encima del 90% de capacidad. El retorno de la inversión en este caso parece excelente, pero debo ser claro: este es el mejor-escenario-la cadena de frío es el punto óptimo de LFP.

A continuación se muestra aproximadamente cómo la temperatura afecta la capacidad (estos son nuestros propios datos de prueba; los diferentes fabricantes variarán):

Como puede ver, cuando baja la temperatura, la brecha entre los dos tipos de baterías se amplía. En aplicaciones de almacenamiento en frío, la ventaja de LFP es significativa.

Pero tenga en cuenta-este es el rendimiento de descarga. El cobro de baja-temperatura para LFP es otro problema. La carga por debajo de 0 grados provoca un revestimiento de litio y muchos sistemas BMS simplemente bloquearán la carga. Si los clientes se quejaban de esto, diciendo que la batería estaba rota,-en realidad se estaba activando el mecanismo de protección BMS. Ventas no le dirá esto de manera proactiva.

Cómo calcular el coste total de propiedad

Tengo datos de dos flotas comparables. Controlamos las variables tanto como fue posible, pero aún existen diferencias en las operaciones de los clientes.-Tome los datos solo como referencia.

Ahorró alrededor de $120 mil, punto de equilibrio entre los meses 14 y 16, dependiendo de cómo se calcule la parte del costo del tiempo de inactividad.

La flota B tiene ahora 38 meses y todavía tiene alrededor del 87% de su capacidad. Según esta curva de degradación, otros 3 años no deberían ser un problema. La flota A ya pasó por un ciclo de reemplazo de batería y está a punto de necesitar otro.

Errores en el dimensionamiento de la capacidad

He visto a muchas personas encargadas de adquisiciones sobredimensionar las baterías por "seguridad". Con 100Ah sería suficiente pero compran 200Ah. Mentalidad comprensible, pero este enfoque tiene problemas con la LFP.

A LFP no le gusta permanecer en un SOC alto a largo plazo. Tuvimos un cliente que sobredimensionó un 40%, pensando que era conservador. Dos años más tarde, su retención de capacidad era peor que la de las baterías de tamaño normal. La verificación de los registros de BMS mostró que las baterías estaban constantemente por encima del 75 % de SOC y rara vez estaban completamente-descargadas.

Las células que flotan en alto voltaje a largo plazo-en realidad aceleran el envejecimiento calendario.

Nuestro principio de dimensionamiento actual: trabajar hacia atrás desde el 70-80 % del Departamento de Defensa en las peores-condiciones de los casos. 15-20% de margen es suficiente; no seas codicioso.

Aquí se explica cómo calcular (usando un proyecto real como ejemplo):

1. Primero, determine el requerimiento de energía. Digamos que el equipo funciona continuamente a 500 W durante 6 horas,-eso es un requisito bruto de 3000 Wh.
2. Luego agregue reducción. Internamente, utilizamos un factor de 0,65 para aplicaciones de almacén, que cubre temperatura, velocidad de conservación, envejecimiento, etc. Para almacenamiento en frío, utilizamos 0,55,3000 Wh ÷ 0.65=4615Wh
3. Agregue un margen operativo del 15%.4615Wh ÷ 0.85=5430Wh
4. A 12,8V nominal: 5430 ÷ 12.8=424Ah.

Específicamente,-selecciona una configuración de 450 Ah o 500 Ah.

Este método no se adapta a todos los escenarios, pero es más confiable que dimensionar directamente a partir de los valores nominales.

El efecto Peukert

No iba a escribir esta sección porque tiene un impacto mínimo en la LFP, pero como es una guía completa, vale la pena mencionarla.

Las baterías de plomo-ácido muestran una reducción significativa de su capacidad a velocidades de C-altas-, lo que se denomina efecto Peukert. Una batería AGM de 100 Ah descargada a 1 C (100 A) puede que solo entregue entre 55 y 60 Ah. Las cifras de la hoja de datos del fabricante se basan en pruebas C/20 o C/10, lejos del uso real.

El exponente Peukert de la LFP está en torno a 1,02-1,05, esencialmente insignificante. Ya sea que descargue a 0,5 °C o 1 °C, la capacidad difiere sólo en un pequeño porcentaje.

Entonces, si su aplicación implica altas-ráfagas de corriente-aceleración de AGV, levantamiento de montacargas, etc.-la capacidad nominal del plomo-ácido es solo un número de referencia; lo que realmente obtienes depende del ciclo de trabajo. La capacidad nominal de LFP es relativamente confiable.

Qué tener en cuenta con los proveedores

No recomendaré ni hablaré mal de ningún proveedor específico aquí. Cada uno tiene sus pros y sus contras, y es posible que nuestros escenarios de aplicación no se apliquen al suyo.

Pero hay algunas cosas que puedo compartir:

• Para los proveedores de paquetes de baterías que hay actualmente en el mercado, las celdas provienen de sólo un puñado de fuentes. CATL, BYD, GOTION, EVE-estos principales actores representan la mayor parte de la cuota de mercado. Muy a menudo no se compara la calidad de la celda sino el diseño de BMS y la capacidad de integración del paquete.
   
• Cuando solicite curvas de descarga a los proveedores, solicite al menos tres: 0,2 C, 0,5 C, 1 C. Muchos proveedores más pequeños no pueden producirlos o proporcionarle gráficos obviamente copiados de otra persona. Los proveedores más grandes normalmente preguntarán primero sobre su aplicación específica y luego proporcionarán datos de prueba específicos.
   
• El hecho de que el departamento de ventas no pueda responder preguntas técnicas en el momento no significa mucho. Lo que importa es si puede obtener datos utilizables en un plazo de 72 horas. La verdadera señal de alerta es el silencio de la radio después de preguntar o de recibir un montón de materiales de marketing genéricos.
   
• Lea atentamente los términos de la garantía. Muchos proveedores escriben "10 años o 4000 ciclos", pero la letra pequeña tiene límites de rendimiento que podrían alcanzarse a los 6 años. Algunos definen los ciclos de manera absurda.-El 10% del Departamento de Defensa y el 90% del Departamento de Defensa cuentan como el mismo ciclo, lo que hace que dichas garantías sean esencialmente inútiles.
   
• Datos de prueba de fuga térmica UL 9540A-Todos los proveedores legítimos de LFP deberían tenerlos. Aquellos que dudan y dicen "podemos organizar pruebas" o no las han realizado o las han obtenido con resultados desfavorables.