لماذا تحتاج البطاريات المنزلية إلى حدود شحن وتفريغ مختلفة في الطقس البارد

في الساعة 6:00 صباحًا، يمكن للبطارية تزويد المنزل بالطاقة - ولكن قد لا تكون جاهزة للشحن

يمكن أن تحتوي بطارية LFP المنزلية على حدود شحن وتفريغ مختلفة عند نفس درجة الحرارة المنخفضة. قد يُسمح للخلايا الباردة بالتفريغ بينما يقوم نظام إدارة البطارية بتقليل أو حظر الشحن لأن الشحن في درجات الحرارة المنخفضة يخلق خطرًا كيميائيًا كهربائيًا مختلفًا، بما في ذلك ترسب الليثيوم في ظروف غير مناسبة. بالنسبة للتركيب، السؤال العملي ليس ببساطة "هل تعمل البطارية تحت 0°C؟" بل هو "كم من الطاقة للشحن والتفريغ يسمح بها المصنع عند درجة حرارة الخلية الفعلية؟"

تلك الفروق مهمة للمنازل التي تستخدم الطاقة الشمسية على الأسطح أو التعريفات المنخفضة خلال ساعات الذروة. قد لا تتمكن البطارية التي يمكن أن تشغل الأحمال المنزلية في صباح بارد من امتصاص الفائض الكامل من الطاقة الشمسية أو إعادة الشحن بسرعة كافية خلال نافذة الكهرباء الرخيصة.

06:00 - المرآب بارد

افترض أن بطارية LFP المنزلية مثبتة في جراج غير مدفأ.

بينما كانت البطارية نائمة، أصبحت خلايا البطارية باردة. يستيقظ مالك المنزل ويرى شيئًا يبدو في البداية غير متسق:

تفريغ البطارية: متاح

شحن البطارية: مقيد

لا يوجد تناقض.

تحرك الشحن والتفريغ أيونات الليثيوم في اتجاهين متعاكسين، وتؤثر درجة الحرارة المنخفضة على العمليات بشكل مختلف. أثناء الشحن، يمكن أن تؤدي الظروف الباردة إلى إبطاء نقل أيونات الليثيوم وزيادة خطر ترسب الليثيوم على الأنود الجرافيتي بدلاً من أن يتم إدخاله بشكل صحيح.

لهذا السبب يمكن أن تصبح حدود الشحن مقيدة قبل أن يتم تعطيل التفريغ تمامًا.

تكون درجات الحرارة والحدود الحالية الدقيقةمحددة للمنتج. يجب أن تأتي من وثائق الشركة المصنعة للبطارية واستراتيجية التحكم في نظام إدارة البطارية - وليس من قاعدة عالمية على الإنترنت.

08:30 - الطاقة الشمسية متاحة، لكن البطارية تقول لا

يُنتج نظام الطاقة الشمسية على السطح الآن:

4.5 كيلوواط

يستهلك المنزل:

1.2 كيلو واط

الفائض المحتمل:

4.5 − 1.2 = 3.3 kW

في يوم معتدل، قد تتمكن البطارية من امتصاص معظم أو كل ذلك الفائض إذا كانت حدود العاكس والبطارية تسمح بذلك.

لكن افترض أن البطارية الباردة تسمح حاليًا فقط1.5 kW من الشحن.

تحتاج الطاقة الشمسية المتبقية إلى وجهة أخرى.

اعتمادًا على تكوين النظام، قد تكون:

مستخدمة من قبل حمل منزلي آخر

مصدرة إلى الشبكة

أو

مقيدة

لهذا السبب، فإن بيان ورقة البيانات مثل:

درجة حرارة التشغيل: −20°C إلى 55°C

لا يخبرني بمفرده بما يكفي عن شحن الشتاء.

أريد معلومات منفصلة عن:

درجة حرارة الشحن

درجة حرارة التفريغ

تيار الشحن المسموح به عند درجات الحرارة المنخفضة

تيار التفريغ المسموح به

ما إذا كانت تسخين البطارية متاحًا

كيف يغير نظام إدارة البطارية تلك الحدود مع تغير درجة حرارة الخلايا

يجب ألا يُفسر نطاق درجة حرارة التشغيل العام على أنه طاقة شحن وتفريغ كاملة عبر ذلك النطاق بالكامل ما لم يدعم المصنع ذلك التفسير بشكل صريح.

10:30 - درجة حرارة الخلية، وليس درجة حرارة تطبيق الطقس

خطأ آخر هو استخدام درجة حرارة الهواء الخارجي كما لو كانت درجة حرارة البطارية.

افترض أن تطبيق الطقس يقول:

−3°C

هذا لا يثبت أن خلايا البطارية عند −3°C.

قد تكون البطارية:

داخل جراج معزول

داخل حاوية خارجية

مدفأة من التشغيل السابق

مزودة بتسخين داخلي

أو معرضة لظروف محلية مختلفة عن أقرب محطة طقس.

يستجيب نظام إدارة البطارية لقياساته الخاصة لدرجة الحرارة والحدود المبرمجة.

لذلك، بالنسبة لتصميم النظام، يهمني الظروف الحراريةعند البطارية، وليس ببساطة درجة حرارة التصميم الشتوي للمدينة.

12:00 - البطارية تسخن وحدود الشحن تتغير

بحلول منتصف النهار، ارتفعت درجة حرارة الهواء ودفئت البطارية.

افترض أن نظام إدارة البطارية الآن يسمح:

60 A تيار الشحن

لإجراء حساب مبسط باستخدام بطارية اسمية:51.2 فولت51.2 V × 60 A = 3.07 kW

3.07 kW هو قيمة حسابية مشتقة

هذا3.07 كيلو واط هو قيمة حسابية مشتقة, ليست نتيجة شحن مقاسة. يتغير جهد البطارية الفعلي مع حالة الشحن والتشغيل، بينما قد تحد القيود الخاصة بالعكس، ومنطق نظام إدارة البطارية، ودرجة الحرارة، وغيرها من القيود النظامية من الطاقة المتاحة للشحن.

هذا التمييز مهم.

إذا كانت مواصفات البطارية المنشورة من الشركة المصنعة تقول:

51.2 فولت اسمية

هي خصائص منفصلة. يمكن أن تحتوي البطارية على ما يكفي من كيلو واط ساعي لعدة ساعات بينما لا يزال العاكس غير قادر على دعم حمل منزلي كبير في لحظة.

60 أمبير التيار المسموح به تحت الظروف المعنية

يمكننا حساب طاقة تقريبية من تلك القيم.

يجب ألا نعيد تسمية تلك النتيجة:

طاقة الشحن المقاسة: 3.07 كيلو واط

ما لم يقم شخص ما بقياسها فعليًا.

هذا الفصل بينالمنشور, المستمد, والمقاسيجعل حساب حجم البطارية أسهل بكثير للتدقيق لاحقًا.

يمكن أن يكسر الطقس البارد استراتيجية التعرفة دون إفراغ البطارية

الآن اعتبر أسرة مختلفة.

تستخدم تعرفة زمن الاستخدام مع كهرباء رخيصة من:

02:00–04:00

تحتاج البطارية إلى استعادة8 كيلو واط ساعةقبل انتهاء فترة الرخص.

متجاهلاً الخسائر في الفحص الأول:

8 كيلو واط ساعة ÷ 2 ساعة = 4 كيلو واط

لذا تحتاج البطارية إلى حوالي 4 كيلو واط من متوسط طاقة الشحن قبل احتساب خسائر الشحن.

لكن تخيل أن التحكم في نظام إدارة البطارية في درجات الحرارة الباردة يحد البطارية إلى:

2 كيلو واط

خلال معظم تلك الفترة.

حتى مع كفاءة مثالية:

2 كيلو واط × 2 ساعة = 4 كيلو واط ساعة

يمكن إضافة نصف فقط من 8 كيلو واط ساعة المقصودة خلال الفترة الرخيصة.

البطارية ليست بالضرورة معطلة.

استراتيجية التعرفة وقدرة الشحن في الطقس البارد لا تتطابق ببساطة.

لهذا السبب المقالةكم عدد الكيلووات التي تحتاجها لشحن بطارية منزلية في نافذة غير ذروة قصيرة؟تصميم البطارية في الطقس البارد مرتبط ارتباطًا وثيقًا: التعرفة تحدد كيلووات الشحن المطلوبة، بينما يمكن أن تحدد درجة حرارة البطارية مقدار تلك الكيلووات المتاحة فعليًا.

سخان يغير السؤال

تستخدم بعض أنظمة البطاريات استراتيجيات تسخين أو تحكم حراري لإدخال الخلايا في نطاق شحن مقبول.

إذا كانت هناك تسخين، فلن أتوقف عند:

التسخين الذاتي: نعم

سأطرح السؤال:

متى يبدأ التسخين؟

ما الذي يمده بالطاقة - البطارية، الطاقة الشمسية، أم الشبكة؟

كم من الطاقة يستهلك؟

كم من الوقت يستغرق التسخين في الظروف المتوقعة؟

هل يصبح تيار الشحن الكامل متاحًا فور الوصول إلى العتبة؟

تعتبر هذه الأسئلة مهمة لأن التسخين يستهلك الطاقة والوقت.

بالنسبة لصاحب المنزل الذي لديه نافذة تعرفة طويلة خلال الليل، قد يكون من السهل التكيف.

بالنسبة لشخص لديه نافذة رخيصة لمدة ساعتين، فإن قضاء جزء من تلك الفترة في تسخين البطارية يمكن أن يقلل بشكل كبير من الطاقة المتاحة للشحن.

لا تزال حدود التفريغ مهمة

حقيقة أن الشحن في درجات الحرارة المنخفضة يستحق اهتمامًا أكبر لا تعني أن التفريغ غير محدود.

يمكن أن تقلل درجات الحرارة الباردة أيضًا من الطاقة المتاحة، وتزيد من المقاومة الداخلية، وتؤثر على سلوك الجهد، وتؤدي إلى تقليل تصنيف نظام إدارة البطارية.

لذا لن أقتبس أبدًا:

التفريغ يعمل تحت الصفر

كما لو كان يعني:

قوة التفريغ الكاملة المتاحة عند كل درجة حرارة أعلى من المواصفات الدنيا.

بالنسبة لتصميم النسخ الاحتياطي، يجب على المثبت التحقق مما إذا كانت قدرة التفريغ في الطقس البارد يمكن أن تدعم المتطلبات:

مضخة حرارية

مضخة بئر

التبريد

الإضاءة

وأحمال أساسية أخرى.

قد تحتوي البطارية التي تحتوي على ما يكفي من كيلووات ساعة على حد كيلووات يعتمد على درجة الحرارة.

ما الذي يجب أن أتحقق منه قبل تقدير بطارية لموقع بارد

بالنسبة لجهاز تخزين الطاقة المنزلي Ruibit/Dawnice المثبت في مرآب غير مدفأ، أو غرفة خدمات، أو موقع خارجي، أود الحصول على الوثائق الدقيقة للنموذج لـ:

ثم قارن تلك الحدود مع الوظيفة الفعلية التي يجب على البطارية أداؤها.

بالنسبة للاستهلاك الذاتي للطاقة الشمسية:

هل يمكنها امتصاص الفائض المتوقع من الطاقة الشمسية في الشتاء؟

بالنسبة لشحن أوقات الاستخدام:

هل يمكن إعادة الشحن ضمن نافذة التعرفة الرخيصة؟

للاحتياط:

هل يمكنه تزويد الأحمال المطلوبة عند درجة حرارة البطارية المتوقعة في الشتاء؟

تلك ثلاثة أسئلة مختلفة.

احتياجات الحجم في الطقس البارد تتطلب كل من الكيلووات ساعة و كيلووات المعتمدة على درجة الحرارة

قد تحتوي البطارية على طاقة مخزنة كافية للليل ومع ذلك تشحن ببطء شديد في الصباح التالي.

قد تكون لديها طاقة عاكس اسمية كافية ومع ذلك تكون محدودة بواسطة نظام إدارة البطارية لأن الخلايا باردة.

وقد تظل تفريغها مستمرًا بينما يبقى الشحن مقيدًا.

لذا لن أوافق على نظام تخزين الطاقة المنزلية في المناخ البارد بناءً على سطر واحد يسمىدرجة الحرارة التشغيلية.

تحقق من حدود الشحن والتفريغ بشكل منفصل، وحدد أي القيم هي مواصفات منشورة وأيها حسابات مشتقة، ثم اختبر تلك الحدود مقابل ملف الطاقة الشمسية للموقع، ونافذة التعرفة، والأحمال الاحتياطية. في الطقس البارد، يمكن أن تكون طاقة البطارية القابلة للاستخدام مهمة بقدر طاقة البطارية القابلة للتخزين.

الأسئلة الشائعة

1. لماذا يمكن لبطارية منزلية من نوع LFP أن تتفريغ في الطقس البارد ولكن لا تشحن بشكل طبيعي؟

تؤثر درجات الحرارة المنخفضة على الشحن والتفريغ بشكل مختلف.قد يتم تقليل الشحن أو حظره بواسطة نظام إدارة البطارية لإدارة المخاطر مثل ترسيب الليثيوم، بينما قد تظل بعض قدرات التفريغ متاحة.

2. هل يعني نطاق درجة حرارة تشغيل البطارية أن الطاقة الكاملة للشحن متاحة عبر هذا النطاق؟

لا. النطاق التشغيلي المنشور لا يعني تلقائيًاأن الطاقة الكاملة للشحن والتفريغمتاحة عند كل درجة حرارة. تحقق من الحدود الحالية ودرجة الحرارة الخاصة بالنموذج.

3. كيف يمكن أن يؤثر الطقس البارد على شحن البطارية في أوقات الذروة المنخفضة؟

إذا قلل نظام إدارة البطارية من طاقة الشحن، فقد لا تتمكن البطارية من استعادة الكيلوواط ساعة المطلوب قبل انتهاء نافذة التعرفة المنخفضة.

4. هل يحل تسخين البطارية الذاتي مشاكل الشحن في درجات الحرارة المنخفضة؟

يمكن أن يساعد في إدخال الخلايا ضمن نطاق شحن مقبول، ولكن يجب على المثبتين التحقق منطاقة التسخين، ووقت التسخين، ومنطق التحكم، ومتى تصبح تيارات الشحن الأعلى متاحة.

5. ماذا يجب أن يتحقق منه المثبتون لبطارية منزلية في مناخ بارد؟

تحقق مننطاقات درجات حرارة الشحن والتفريغ، وحدود التيار في درجات الحرارة المنخفضة، واستشعار درجة حرارة نظام إدارة البطارية، وقدرة التسخين، وحدود العاكس، والبيئة الفعلية للتثبيت.