Суук аба ырайында литий батареялары: аткаруу жана мыкты тажрыйбалар
Өткөн кышта биз Миннесотадагы бир долбоор боюнча дээрлик 47 000 доллар жоготтук. Тоңдурулган азык-түлүк дистрибьютору бизден 32 LFP батарея пакетин сатып алды. Техникалык баракчада иштөө температурасынын диапазону -20 градустан 60 градуска чейин деп айтылган. Жакшы көрүндү. Үч ай өткөндөн кийин, төрт таңгак өлүп, кардар мыйзамдуу чара көрүүнү коркутуп жаткан.
Негизги себеп? Ал -20 градус заряддоо температурасы эмес, разряд температурасы болчу. LFP батареялары 0 градустан төмөн заряддалганда литий дендриттерин түзөт. Батарея университети бул тууралуу көп жылдар бою жазып келет, бирок биз буга олуттуу маани берген жокпуз. Кымбат сабак.
Ошентип, бул макалада сегиз жылдык суук{0}}климат мага эмнени үйрөттү. Жалпы кеңеш эмес. B2B сатып алуулары үчүн маанилүү болгон реалдуу операциялык тажрыйба.
Эң критикалык пункт: муздак заряддоо муздак разрядга караганда он эсе коркунучтуу
Көптөгөн сатып алуу менеджерлери менден литий батареялары кышында иштейби деп сурашат. Ооба, алар. Бирок "иш" деген эмне экенин түшүнүү керек.
Муздак батарейканы зарядсыздандыруу жөн гана жеткиликтүү кубаттуулукту азайтат. LFP -20 градуста болжол менен 50%дан 60%ке чейин номиналдык кубаттуулукту камсыздайт. NMC болжол менен 70% алат. LTO 90% сактайт. Биз бул сандарды өзүбүз сынап көрдүк жана алар Сиань Цзяотонг университети тарабынан Journal of Power Sources журналында жарыяланган изилдөөлөргө дал келет (DOI: 10.1016/j.jpowsour.2022.230892).
Заряддоо таптакыр башкача.
0 градустан төмөн литий иондору графит анодуна туура аралаша албайт. Алар металлдык литий катары бетине түз жабышат. Бул процесс артка кайтарылгыс. Ар бир муздак{4}}кубаттоо иш-чарасы биротоло 0,5% дан 2% га чейин сыйымдуулукка кетет. Мен эң жаман окуяны көрдүм: кардар кыш бою жүк көтөргүчтүн батарейкаларын сыртта -15 градуста заряддады. Жазга карата кубаттуулук 60% га чейин төмөндөгөн.
Сиань Цзяотонг кагазы белгилүү бир шарттарда LFP кубаттуулугун сактоону -20 градуска чейин 31,5% га чейин өлчөгөн. Мен башында бул санга ишенген эмесмин. Андан кийин CATL 280Ah клеткаларын өзүбүз сынап көрдүк. Кээ бир партиялар -20 градуста 48% гана кармаган. Бир эле продукт үй-бүлөсү, ар кандай партиялар, вариациянын 13 пайыздык пункту.
Ошондуктан мен азыр жөнөтүүчүлөрдөн пакет-спецификалык сыноо отчетторун талап кылам. Жалпы мүнөздөмө баракчалары кабыл алынбайт.
Төмөнкү Температурада Ар кандай Химиялар Кантип Иштейт
| Химия | 0 градус кубаттуулугу | -10 градус кубаттуулугу | -20 градус кубаттуулугу | Минималдуу заряддын температурасы | Cycle Life | кВт/сааттын наркы |
|---|---|---|---|---|---|---|
| LFP | 82-88% | 65-75% | 48-61% | 0 градус катуу чектөө | 2,500-4,000 | $55-80 |
| NMC 811 | 88-92% | 78-85% | 70-78% | -10 градуска төмөндөйт | 1,200-2,000 | $85-120 |
| LTO | 95-98% | 92-95% | 88-92% | -30 градус | 15,000+ | $180-250 |
| коргошун{0}}кислота | 65-75% | 45-55% | 8-20% | N/A | 800-1,200 | $120-180 |
Коргошундун 8{1}}20%-кислотасы ката эмес. Battle Born салыштырмалуу тестирлөө жүргүзүп, коргошун{5}}кислота аккумуляторлору тоңдургучтан ылдыйда жараксыз деп тапты. Бул эмне үчүн коргошун-кислота жүк көтөргүчтөрүн колдонгон салттуу муздак сактоочу жайларды иштетүү үчүн жыл сайын £ 1,000-2,000 чыгымдалуучу аккумуляторду жылытуу бөлмөлөрү керек экендигин түшүндүрөт.
LTO өзгөчө сөз кылууга татыктуу. Бул LFPден үч эсе кымбат турат, бирок өтө суук чөйрөдө бул мен толугу менен ишенген жалгыз химия. Биз -40 градуста иштеген Нунавуттагы тоо-кен кардар үчүн LTO пакеттерин орноттук. Үч жылдан кийин кубаттуулуктун деградациясы 3% дан төмөн. Кардар чыгымдан улам LTOдон дээрлик баш тартты. Азыр алар биздин эң ишенимдүү кардарларыбыз.
Потенциалды тандоо проблемасы жөнүндө эч ким айтпайт
Бул татаалдашат.
280Ah же 314Ah призматика сыяктуу чоң кубаттуулуктагы клеткалар кВт саатына төмөн баага ээ. Бирок алардын бетинин-көлөмүнө- катышы кичине. Эки кесепет: жылуулукту жакшыраак кармайт, бирок муздак суудан жай жылыйт.
Биз ошол эле өндүрүүчүдөн 100Ah жана 280Ah клеткаларын сынап көрдүк. -15 градустан заряддоо температурасына чейин жылытуу 100Ah клетка үчүн 14 мүнөт, 280Ah клетка үчүн 23 мүнөттү талап кылды. 10 мүнөткө жакын айырма.
Пландаштырылган сменалык операциялар үчүн бул 10 мүнөттү алдын ала ысытуу менен башкарууга болот. Жылыткычты 30 мүнөт эрте иштетиңиз. Бирок шашылыш логистика же үзгүлтүксүз жөнөтүү сыяктуу -талап боюнча колдонмолор үчүн бул айырма өтө маанилүү болуп калат.
Жөнөкөй чечим негизи:
Чоң кубаттуулукту (200Ач+) тандаңыз:
Туруктуу сменалык графиктер, адекваттуу алдын ала жылытуу убактысы, бирдиктин наркын минималдаштыруу артыкчылыктуу болуп саналат
Төмөнкү учурларда кичирээк кубаттуулукту тандаңыз:
Кокус жөнөтүү, тез жооп талап кылынат, жогорку температуранын өзгөрүшү чөйрө
Дагы бир нерсени көпчүлүк адамдар сагынышат: таңгактагы уячалардын кичирээк болушу клетканын--клеткага жакшы ырааттуулугун жана BMS тең салмактуу жүгүн азайтат. Бир кардар акчаны үнөмдөө үчүн 320Ah клеткаларды талап кылган. Алты ай өткөндөн кийин, пакеттеги чыңалуу айырмасы 50mV ашты жана BMS тынымсыз кооптонду. 100Ah клеткаларга которулуп, көйгөй жоюлду.
ТШО анализи: Литий качан актайт?
2024-жылдагы долбоордун реалдуу сандары. Миннесота 3PL кардары, 32 жүк көтөргүч, аралаш чөйрө жана муздаткыч кампа. Биринчи жылдагы иш жүзүндөгү чыгымдар:
Жылдык операциялык чыгымдарды салыштыруу (бирдик үчүн АКШ доллары)
| Чыгым пункту | Коргошун-кислота | Литий | Сактоо |
|---|---|---|---|
| Электр энергиясы | 1,240 | 980 | 260 |
| Техникалык тейлөө | 380 | 45 | 335 |
| Батареянын амортизациялык резерви | 890 | 285 | 605 |
| Заряддоо инфраструктурасы | 120 | 85 | 35 |
| Жылытуу бөлмөсү операциясы | 310 | 0 | 310 |
| Токтоп калуудагы жоготуулар | 420 | 95 | 325 |
| Бардыгы | 3,360 | 1,490 | 1,870 |
Литийди сатып алуу премиум: бирдигине болжол менен $14,200. Жылдык үнөмдөө $1,870 боюнча, статикалык өзүн актоо мөөнөтү 7,6 жыл.
Бирок бул эсептин кемчилиги бар.
Муздак сактоо чөйрөлөрүндө коргошун{0}}кислота аккумуляторлору өндүрүүчүлөр айткандай, 5 жылга эмес, 3-4 жылга чейин иштейт. Биздин үч муздак сактоочу кардарлардын маалыматтары орточо 3,8 жылды түзөт. Туураланган эсептөө:
10 жылдык ТКО салыштыруу
| Сценарий | Коргошун-кислота 10Y ТКО | Литий 10Y ТКО | Сактоо |
|---|---|---|---|
| Оптимисттик (5 жылдык LA жашоосу) | $38,600 | $29,100 | 25% |
| Реалдуу (3,8 жылдык LA жашоосу) | $44,200 | $29,100 | 34% |
| Муздак сактоо (2,5 жылдык LA өмүрү) | $56,800 | $29,100 | 49% |
Муздак сактагыч литийдин эң күчтүү шартын көрсөтөт, анткени коргошун{0}}кислота төмөн температурада тез бузулат. Мен көргөн эң жаман окуя: кардардын коргошун{2}}кислоталуу жүк көтөрүүчү батареясы -18 градуска тоңдургучта 18 айга созулган, анын сыйымдуулугу 40% чейин төмөндөгөн.
BMS тандоо: Эң көз жаздымда калган чечим
Ошол Миннесота долбоору BMSтин айынан ишке ашпай калды.
Биз пакеттин карама-каршы четинде жайгашкан эки гана температура сенсору бар арзан{0}}кытайлык BMS колдондук. Ортоңку клеткалар учуна караганда 7-8 градус суук. BMS 5 даражаны окуп, кубаттоого уруксат берди. Чыныгы орто клетка температурасы -3 градус болгон. Бул бир нече ай өткөндөн кийин, орто клеткалар акыркы клеткаларга караганда 15% азыраак сыйымдуулукка ээ болгон.
Менин учурдагы BMS талаптарым:
Температура сенсорлору: Ар кандай позицияларда бөлүштүрүлгөн ар бир модулда минималдуу 4 NTC сенсору. Эки же үч сенсор ганабы? Кабыл алынбайт.
Төмөн -температураны заряддоодон коргоо: LFP эч кандай жокко чыгаруу мүмкүнчүлүгү менен 0 даражада катуу кулпуга ээ болушу керек. Кээ бир арзан BMS үлгүлөрү операторду жокко чыгаруу баскычтарын камтыйт. Өндүрүш басымы астында турган операторлор ошол баскычты басышат. Кепилденген.
Заряддын азайышынын ийри сызыгы: 0 градустан 10 градуска чейинки прогрессивдүү токтун азайышы. Мага 5 градуста 0,2С төмөн жана 2 градуста 0,1С төмөн заряд керек.
CAN автобус диагностикасы: B2B колдонмолору үчүн клетка-деңгээлинин чыңалуу жана температура дайындары жеткиликтүү болушу керек. Бул мүмкүнчүлүк болбосо, көйгөйлөрдү аныктоо божомолдорго айланат.
Мен көптөгөн жеткирүүчүлөргө ушул конкреттүү суроолорду бердим. Үчтөн бирден азы так жооп бере алат. Жооп бере албагандар менин ишимди алышпайт.
Field Performance Data
Биз эки жылдан ашык убакыттан бери көзөмөлдөгөн үч долбоор:
А долбоору: Миннеаполис муздаткыч кампасы (-5 градустан -25 градуска чейин)
PTC жылытуу менен 24 LFP таңгагы, орнотулган 2022. Эки жылдан кийин кубаттуулукту сактоо: 94,8%. Эки суук аба ырайы -болду, экөө тең операторлор алдын ала жылытуу процедураларын өткөрүп жиберишкен. Жабдуулардын бузулуу деңгээли коргошун кислотасы менен 4,1%дан 0,3%ке төмөндөдү.
В долбоору: Эдмонтон сырткы логистикалык короосу (+25 градустан -35 градуска чейин)
Жылуулук насосунун жылуулук башкаруусу бар 8 NMC пакети, 2023-жылы орнотулган. Кышкы мезгилде колдонулуучу кубаттуулук: жайкы базанын 78%. Муздак-баштоо каталары: нөл. Жылуулук энергиясын керектөө: жалпы өткөрүү көлөмүнүн 4,2%. Бул долбоор катуу суукта жылуулук насосунун маанисине болгон көз карашымды өзгөрттү.
C долбоору: Нунавут тоо-кен казып алуу операциясы (-10 градустан -45 градуска чейин)
6 LTO таңгагы, жайгаштырылган 2021. Үч жылдан кийин кубаттуулукту сактоо: 97,1%. Температура-байланыштуу окуялар: нөл. Инвестициялар болжолдонгон 36 айга салыштырмалуу 28 айда калыбына келтирилди. Кардардын сөздөрү: "Эгер мен бул жакшы иштей турганын билсем, биринчи жылы баарын өзгөртмөкмүн".
Билгенге арзырлык өнөр жай форумдарынын маселелери
Мен колдонуучулар чындыгында эмнеге туш болгонун көрүү үчүн Forkliftation форумдарын жана Reddit'тин r/electricvehicles'ти дайыма карап турам. Бир нече темалар кайра-кайра пайда болот:
- SOC баалоо ишенимсиз болуп калат.LFP разрядынын ийри сызыктары жалпак болгондуктан, нормалдуу шарттарда да-заряд{1}} абалын баалоо кыйынга турат. Төмөн температурада баалоо катасы 20% ашат. Биз кардарлардын 25% заряды менен күтүлбөгөн жерден өчүк болгонун кабарладык. Чечим: операторлорду төмөнкү -температуранын SOC көрсөткүчтөрү болжолдуу гана экенин түшүнүүгө үйрөтүңүз. Чоңураак чектерди калтырыңыз.
- Заряддоо убактысы эки же үч эсе көбөйөт.2024-жылдын январь айында Чикагодогу полярдык куюн учурунда электр унааларынын ээлери заряддоо станцияларында бир нече саат күтүшкөн. Көйгөй заряддагычтарда болгон эмес. Батареялар зарядды кабыл алуу үчүн өтө муздак болгондуктан. Алдын ала ысытуу мүмкүнчүлүгү абдан маанилүү жана операторлор алдын ала ысытууну эрте баштоо адатын өрчүтүшү керек.
- BMS логикасы бренддердин ортосунда кескин өзгөрөт.Tesla алдын ала жылытуу болжол менен 15 мүнөт талап кылынат. Кээ бир бренддер 40 мүнөттөн ашык убакытты талап кылат. Сатып алуу учурунда жеткирүүчүлөрдөн дайыма муздак-чымдоо-качан{6}}даяр болушун сураныңыз.
2025-жылы көрүүгө арзырлык технология тенденциялары
Катуу{0}}батареялар төмөнкү температурада суюк электролит системаларына караганда бир топ жакшы иштейт, анткени катуу электролиттер муздак шарттарда коюуланбайт жана тоңбойт. QuantumScape -30 даражадагы сыноо маалыматтарын жарыялады, алар келечектүү көрүнгөн, бирок көлөмдүү өндүрүш көп жылдарга созулат.
Дароо актуалдуу: төмөнкү-температурадагы электролиттин өнүгүшү. Асахи Касеи быйыл ацетонитрил{2}}негизделген электролиттерди коммерциялаштырууда, ал -40 градуста жогорку кубаттуулукта чыгаарын ырастады. Эгерде ал өндүрүш масштабында жеткирилсе, муздак аймак колдонмолору олуттуу пайда алып келет.
Өзүн-өзү жылытуу{0}}батареялары азыр 1,2 миллиард доллардан ашкан рынокту түзөт. Бул батареялар жылытуу элементтерин түздөн-түз клетканын структурасына бириктирип, тышкы PTC тутумдарына караганда жылытуу эффективдүүлүгүнө жетишет.
Аяктоо ойлору
Литий батарейкалар таптакыр суук чөйрөдө иштей алат. Бирок ийгиликтүү жайылтуу мелүүн климаттык колдонмолорго караганда кылдат тандоону жана тартиптүү иштөө процедураларын талап кылат.
Менин сунуштарым:
Кээде -10 градуска жеткен чөйрө: PTC жылытуу менен стандарттык LFP жакшы иштейт. BMS сапатына көңүл буруңуз.
Дайыма -10 градустан төмөн чөйрөлөр: NMCти олуттуу карап көрүңүз же жылуулук насосунун жылуулук башкаруусуна инвестиция салыңыз.
Дайыма -25 градустан төмөн чөйрөлөр: LTO алдын ала кымбатыраак турат, бирок-суукта баш ооруну жок кылат. Узак мөөнөттүү экономика көбүнчө аны колдойт.
Ар кандай суук{0}}климаттык жайылтуу: талап пакети-тесттин конкреттүү маалыматтары. Жалпы мүнөздөмөлөргө ишенбеңиз.
Биз муну Полиновелде он жылга жакын убакыттан бери жасап келе жатабыз. Эгер сизде талкуулоо үчүн атайын арызыңыз болсо, биздин инженердик командага кайрылыңыз. Биз сиздин иш жүзүндөгү шарттарыңыздын негизинде сунуштарды бере алабыз.
Шилтемелер:
- Чжан, С. жана башкалар. Литий темир фосфат батареяларынын -температурасынын төмөн көрсөткүчтөрү: механизмдер жана жумшартуу стратегиялары.Кубат булактарынын журналы, 2022, 521, 230892. DOI: 10.1016/j.jpowsur.2022.230892
- Вальдман, Т. Литий -батареяларындагы температурага көз каранды эскирүү механизмдери.Кубат булактарынын журналы, 2018, 384, 107-124.
- Asahi Kasei Corporation. Төмөнкү{2}}температурадагы литий-батареялар үчүн-өткөргүчтүгү жогору электролитти иштеп чыгуу. Пресс-релиз, июнь 2024. https://www.asahi-kasei.com/news/2024/e240607.html
- MDPI энергиялары. Айдоо-Батареянын велосипед симуляциялары-Ачык тоо-кен казып алуу-Чоң жүк ташуучу электрдик жүк ташуучу унаалар. 2022, 15(13), 4871. https://www.mdpi.com/1996-1073/15/13/4871
