Lithium rafhlöður í köldu veðri: árangur og bestu starfsvenjur

Síðasta vetur töpuðum við næstum $47.000 á einu verkefni í Minnesota. Dreifingaraðili frosinn matvæli keypti af okkur 32 LFP rafhlöðupakka. Sérstakur blaðið sagði að rekstrarhitasviðið væri -20 gráður til 60 gráður. Leit vel út. Þremur mánuðum síðar voru fjórir pakkar dauðir og skjólstæðingurinn hótaði lögsókn.

 

Orsök? Þessi -20 gráður var losunarhiti, ekki hleðsluhiti. LFP rafhlöður mynda litíum dendrites þegar þær eru hlaðnar undir 0 gráður. Battery University hefur skrifað um þetta í mörg ár, en við tókum það ekki nógu alvarlega. Dýr kennslustund.

 

Þannig að þessi grein fjallar um það sem átta ár af köldu-loftslagi hefur í raun kennt mér. Ekki almenn ráð. Raunveruleg rekstrarreynsla sem skiptir máli fyrir B2B innkaup.

Mikilvægasti punkturinn: Köld hleðsla er tíu sinnum hættulegri en köld hleðsla

Margir innkaupastjórar spyrja mig hvort litíum rafhlöður virki á veturna. Já, þeir gera það. En þú þarft að skilja hvað "vinna" þýðir.

Afhleðsla köldrar rafhlöðu dregur bara úr tiltækri getu. LFP við -20 gráður skilar u.þ.b. 50% til 60% af metinni afkastagetu. NMC fær um 70%. LTO heldur 90%. Við höfum prófað þessar tölur sjálf og þær eru í samræmi við rannsóknir sem Xi'an Jiaotong háskólann birti í Journal of Power Sources (DOI: 10.1016/j.jpowsour.2022.230892).

Hleðsla er allt öðruvísi.

Xi'an Jiaotong pappírinn mældi LFP getu varðveislu allt að 31,5% við -20 gráður við ákveðnar aðstæður. Ég trúði ekki þessari tölu í fyrstu. Síðan prófuðum við CATL 280Ah frumur sjálf. Sumar lotur sýndu aðeins 48% varðveislu við -20 gráður. Sama vöruflokkur, mismunandi framleiðslulotur, 13 prósentustig frávik.

Þess vegna krefst ég núna hópsértækra-prófunarskýrslna frá birgjum. Almenn forskriftarblöð eru ekki ásættanleg.

Hvernig mismunandi efnafræði skilar sér við lágt hitastig

Þessi 8-20% fyrir blý-sýru er ekki innsláttarvilla. Battle Born gerði samanburðarprófanir og fundu blý-sýrurafhlöður nánast gagnslausar undir frostmarki. Þetta útskýrir hvers vegna hefðbundnar frystigeymslur sem nota blýsýrulyftara þurfa sérstaka rafhlöðuhitunarherbergi, sem kosta 1.000-2.000 pund á ári bara til notkunar.

LTO á skilið sérstakt umtal. Það kostar þrisvar sinnum meira en LFP, en í mjög köldu umhverfi er það eina efnafræðin sem ég treysti fullkomlega. Við sendum LTO pakka fyrir námuvinnsluviðskiptavin í Nunavut sem starfar við -40 gráður. Eftir þrjú ár er afkastagetu undir 3%. Viðskiptavinurinn hafnaði nánast LTO vegna kostnaðar. Nú eru þeir tryggasti endurtekinn viðskiptavinur okkar.

Getuvalsvandamálið sem enginn talar um

Þetta verður flókið.

Stórar afkastagetu frumur eins og 280Ah eða 314Ah prismatics hafa lægri kostnað á kWst. En hlutfall yfirborðs-til-rúmmáls er minna. Tvær afleiðingar: betri hita varðveisla, en hægari hlýnun frá köldu bleyti.

Við prófuðum 100Ah og 280Ah frumur frá sama framleiðanda. Upphitun frá -15 gráðum í hleðsluhita tók 14 mínútur fyrir 100Ah klefann og 23 mínútur fyrir 280Ah klefann. Tæplega 10 mínútna munur.

Fyrir áætlaða vaktavinnu er hægt að stjórna þessum 10 mínútum með forhitun. Ræstu hitarann ​​30 mínútum fyrr. En fyrir-eftirspurn forrit eins og neyðarflutninga eða óreglulega sendingu verður sá munur mikilvægur.

Einfaldur ákvörðunarrammi:

Eitt enn sem flestir missa af: smærri frumur í pakka þýða betri -til-frumusamkvæmni og lægra BMS jafnvægisálag. Einn viðskiptavinur krafðist þess að fá 320Ah frumur til að spara peninga. Sex mánuðum síðar fór spennumunurinn í pakkanum yfir 50mV og BMS var stöðugt brugðið. Skipt yfir í 100Ah frumur, vandamálið hvarf.

TCO greining: Hvenær borgar litíum raunverulega til baka?

Rauntölur úr 2024 verkefni. Minnesota 3PL viðskiptavinur, 32 lyftarar, blandað umhverfis- og kæligeymsluhús. Raunverulegur rekstrarkostnaður á fyrsta ári:

Árlegur rekstrarkostnaður samanburður (USD á einingu)

Lithium kaupiðgjald: um það bil $14.200 á einingu. Með $ 1.870 árlegum sparnaði er kyrrstæður endurgreiðslutími 7,6 ár.

En þessi útreikningur hefur galla.

Blý-sýrurafhlöður í kæligeymsluumhverfi endast venjulega í 3 til 4 ár, ekki þau 5 ár sem framleiðendur halda fram. Gögn okkar frá þremur viðskiptavinum frystigeymslu sýna að meðaltali raunlíftími 3,8 ár. Leiðréttur útreikningur:

10 ára TCO samanburður

Köld geymsla sýnir sterkustu rökin fyrir litíum vegna þess að blý-sýra brotnar svo hratt niður við lágt hitastig. Versta tilfelli sem ég hef séð: Blý-sýra lyftara rafhlaða viðskiptavinar í -18 gráðu frysti entist í 18 mánuði áður en afkastageta fór niður í 40%.

BMS val: Ákvörðunin sem mest gleymist

Þetta Minnesota verkefni mistókst vegna BMS.

Við notuðum lággjalda-kínverskt BMS með aðeins tveimur hitaskynjurum, staðsettum á gagnstæðum endum pakkans. Miðfrumur voru 7-8 gráður kaldari en endarnir. BMS lesið 5 gráður og leyfði hleðslu. Raunverulegur miðfrumuhiti var -3 gráður. Eftir nokkra mánuði af þessu höfðu miðfrumur 15% minni getu en endafrumur.

Núverandi BMS kröfur mínar:

Ég hef spurt marga birgja þessara tilteknu spurninga. Færri en þriðjungur geta svarað skýrt. Þeir sem ekki geta svarað fá ekki mál mitt.

Gögn um árangur á sviði

Þrjú verkefni sem við höfum fylgst með í meira en tvö ár:

Verkefni A: Minneapolis kælivörugeymsla (-5 gráður til -25 gráður)
24 LFP pakkar með PTC upphitun, notaðir 2022. Afkastagetu eftir tvö ár: 94,8%. Tvö kuldi-atvik áttu sér stað, bæði rakin til þess að rekstraraðilar slepptu forhitunaraðferðum. Bilunartíðni búnaðar lækkaði úr 4,1% með blý-sýru í 0,3%.

Verkefni B: Edmonton utanhúss flutningagarður (+25 gráður til -35 gráður)
8 NMC pakkar með hitauppstreymi varmadælu, settir á markað 2023. Nothæf getu vetrar: 78% af grunnlínu sumarsins. Bilun í kaldræsingu-: núll. Hitunarorkunotkun: 4,2% af heildarafköstum. Þetta verkefni breytti sýn minni á varmadælugildi í miklum kulda.

Verkefni C: Nunavut námurekstur (-10 gráður til -45 gráður)
6 LTO pakkar, settir á markað 2021. Afkastagetu eftir þrjú ár: 97,1%. Hitastig-tengd atvik: núll. Fjárfesting batnaði á 28 mánuðum samanborið við áætlaða 36 mánuði. Orð viðskiptavinarins: "Ef ég vissi að þetta myndi virka svona vel hefði ég breytt öllu á ári eitt."

Málefni frá iðnaðarþingum sem vert er að vita

Ég skoða reglulega Forkliftaction spjallborð og rafbíla Reddit til að sjá hvað notendur lenda í raun og veru. Nokkur efni birtast ítrekað:

• SOC mat verður óáreiðanlegt.LFP losunarferlar eru flatir, sem gerir-ástand-hleðsluáætlana erfitt jafnvel við venjulegar aðstæður. Við lágt hitastig getur matsskekkja farið yfir 20%. Við höfum látið viðskiptavini tilkynna skyndilega lokun á sýndu 25% gjaldi. Lausn: þjálfaðu rekstraraðila til að skilja að SOC-lestur á lágum-hitastigi eru aðeins áætlanir. Skildu eftir stærri spássíur.
   
• Hleðslutími tvöfaldast eða þrefaldast.Í janúar 2024 í Chicago skautbylgjunni biðu eigendur rafbíla klukkustundum á hleðslustöðvum. Vandamálið var ekki hleðslutækið. Rafhlöður voru of kaldar til að taka við hleðslu. Forhitunargeta er nauðsynleg og rekstraraðilar verða að venjast því að hefja forhitun snemma.
   
• BMS rökfræði er mjög mismunandi milli vörumerkja.Forhitun Tesla tekur um það bil 15 mínútur. Sum vörumerki þurfa meira en 40 mínútur. Biðjið birgja alltaf um kalt-bleyti-til-tilbúið tíma meðan á innkaupum stendur.

Tækniþróun sem vert er að horfa á árið 2025

Solid-rafhlöður skila miklu betri árangri við lágt hitastig en fljótandi raflausnarkerfi vegna þess að raflausnir í föstu formi þykkna ekki eða frjósa við köldu aðstæður. QuantumScape hefur birt -30 gráðu prófunargögn sem virðast lofa góðu, en magnframleiðsla er enn eftir mörg ár.

Nærtækara: Þróun raflausna við lágt-hitastig. Asahi Kasei er að markaðssetja asetónítríl-salta á þessu ári, sem gerir tilkall til mikillar aflgjafa við -40 gráður. Ef það skilar sér í framleiðslu mælikvarða, hagnast notkun á köldum svæðum verulega.

Sjálfhitunarrafhlöður- standa nú fyrir markaði sem er yfir 1,2 milljörðum Bandaríkjadala. Þessar rafhlöður samþætta hitaeiningar beint inn í frumubygginguna og ná mun meiri hitunarnýtni en ytri PTC kerfi.

Lokahugsanir

Lithium rafhlöður geta algjörlega virkað í köldu umhverfi. En árangursrík uppsetning krefst vandlegra vals og agaðri notkunarferla en tempraða-loftslagsforrita.

Mínar tillögur:

Allar köldu-loftslagsuppsetningar: krefjast hópsértækra-prófunargagna. Ekki treysta á almennar forskriftir.

Við höfum gert þetta hjá Polinovel í næstum áratug. Ef þú ert með sérstaka umsókn til að ræða, hafðu samband við verkfræðingateymi okkar. Við getum veitt ráðleggingar byggðar á raunverulegum rekstrarskilyrðum þínum.