Bassa temperatura riduce la capacità di alimentazione della batteria. Nelle apparecchiature pesanti, ciò può causare abbassamenti di tensione, scatti del controller ed evitabili danni alla batteria durante la ricarica.
Questo caso di studio illustra come Holo Battery ha riprogettato un 48 V 400 Ah Sistema di batterie LFP per una flotta di escavatori elettrici norvegesi operanti in condizioni invernali fino a -25°C.
Il problema
Il cliente utilizzava 50 escavatori elettrici nella regione di Oslo. Le macchine originali utilizzavano pacchi batteria LFP standard da 48 V 400 Ah senza funzione di preriscaldamento attiva e senza efficace interblocco di carica a bassa temperatura.
A -25°C, l’impedenza cellulare aumentava bruscamente. Durante il sollevamento pesante, le pompe idrauliche assorbivano correnti di scoppio fino a 300 A. In tali condizioni, la tensione del pacco è diminuita abbastanza da far scattare la protezione da sottotensione del bus CC da 36 V della macchina. Gli operatori hanno segnalato da quattro a cinque riavvii per turno.
La ricarica ha creato un secondo problema. Poiché il sistema originale non imponeva una sequenza di preriscaldamento prima della carica, la carica poteva iniziare mentre le celle erano ancora al di sotto della finestra di temperatura di sicurezza. Nel corso di una stagione invernale, i pacchi hanno perso circa il 30% della capacità utilizzabile.
La riprogettazione della batteria
Holo Battery ha sviluppato un sistema LFP gestito termicamente per l'uso sul campo a bassa temperatura. Il pacco utilizza una configurazione 15S con una tensione nominale di 48V. Il progetto ha affrontato tre aree: riscaldamento del pacco, ritenzione del calore e controllo della carica.
1. Riscaldamento distribuito
I film riscaldanti in poliimmide sono stati integrati tra i moduli cellulari. La rete di riscaldamento ha fornito fino a 0,8 W/cm² di flusso di calore controllato.
Quando è collegato alla rete elettrica, il pacco può essere riscaldato da −25°C a 15°C in circa 45 minuti.
2. Isolamento termico
Il gruppo del modulo è stato isolato con aerogel da 3 mm per ridurre la perdita di calore durante l'uso all'aperto. Dopo il preriscaldamento e il funzionamento tipico, il pacchetto ha mantenuto la temperatura interna superiore a 15°C durante un periodo di inattività di due ore a -25°C ambiente.
3. Logica del preriscaldamento prima della carica
IL BMS accesso controllato al caricabatterie in base al feedback della temperatura interna. Quando la macchina veniva collegata, l'energia in entrata veniva prima convogliata ai riscaldatori. La ricarica è rimasta disabilitata finché il pacco non ha raggiunto una temperatura minima convalidata di 15°C.
La soglia di 15°C è stata selezionata sulla base di dati di test interni che mostrano un'accettazione di carica accettabile e un rischio di placcatura trascurabile a questa temperatura per le celle utilizzate.
Ciò ha impedito la ricarica a temperature non sicure della cella e ha ridotto il rischio di placcatura al litio.
Risultati dei test
Condizione di prova: scarica a impulsi da 300 A a -25°C ambiente.
La confezione originale è stata testata a temperatura ambiente. Il sistema Holo Battery è stato preriscaldato prima del test a impulsi.
| Metrico | Confezione standard originale | Sistema progettato con batteria Holo | Impatto pratico |
|---|---|---|---|
| Temperatura interna dell'imballaggio all'inizio del test | −25°C | 18°C | Maggiore potenza utilizzabile |
| Abbassamento di tensione durante l'impulso da 300 A | Caduta di 14,2 V | Caduta di 3,1 V | Meno arresti sotto carico di sollevamento |
| Controllo della carica in condizioni sotto zero | Nessun blocco di preriscaldamento efficace | Ricarica abilitata solo sopra i 15°C | Danni di carica a bassa temperatura ridotti |
| Perdita di capacità dopo una stagione invernale equivalente | 32% | <2% | Maggiore durata |
Nota: il mantenimento della capacità è stato misurato a temperatura ambiente prima e dopo una stagione operativa equivalente all'inverno. Una stagione rappresenta circa cinque mesi di utilizzo per otto ore al giorno. I risultati effettivi dipendono dal ciclo di lavoro, dal comportamento di ricarica e dall'esposizione termica.
Impatto aziendale
Il cliente ha stimato un costo di inattività pari a circa 150 USD l'ora. Sulla base della perdita di produttività segnalata, le interruzioni in climi freddi costavano circa 600 dollari al giorno per macchina.
La sostituzione della batteria ha comportato ulteriori costi. I pacchi originali spesso richiedevano la sostituzione dopo il funzionamento invernale, al prezzo di circa 4.500 dollari a pacco.
A seguito della riprogettazione, la flotta monitorata ha completato due stagioni invernali senza sostituzioni di batterie attribuite a danni dovuti alla ricarica a bassa temperatura e senza arresti segnalati a basse temperature durante il normale funzionamento.
Il cliente ha recuperato i costi di progettazione aggiuntivi in circa quattro mesi.
Perché è importante
Negli ambienti sotto zero, l'affidabilità della batteria dipende da qualcosa di più della capacità nominale. Le batterie per apparecchiature pesanti devono essere progettate come sistemi termoelettrici.
Ciò significa tenere conto di:
- temperatura di partenza a freddo
- picco della domanda attuale
- strategia di isolamento
- perdita di calore al minimo
- interblocchi di carica
- Logica BMS
- condizioni di servizio sul campo
Per le attrezzature edili e fuoristrada, questi fattori influiscono direttamente sui tempi di attività e sul costo totale di proprietà.
Passaggio successivo
Se la tua attrezzatura funziona a temperature sotto lo zero, invia a Holo Battery il profilo della corrente di picco, il ciclo di lavoro, il metodo di ricarica e la temperatura ambiente minima asales@holobattery.com.
Il nostro team di ingegneri può fornire una raccomandazione sull'architettura termica entro 48 ore.
