Низкая температура снижает емкость аккумулятора. В тяжелом оборудовании это может привести к провалу напряжения, отключению контроллера и предотвратимому повреждению аккумулятора во время зарядки.
В этом тематическом исследовании показано, как Holo Battery изменила конструкцию аккумулятора 48 В, 400 Ач. Аккумуляторная система LFP для норвежского парка электроэкскаваторов, работающих в зимних условиях при температуре до −25°C.
Проблема
Заказчик эксплуатировал 50 электрических экскаваторов в регионе Осло. В оригинальных машинах использовались стандартные аккумуляторные блоки LFP напряжением 48 В, 400 Ач без функции активного предварительного нагрева и эффективной блокировки зарядки при низкой температуре.
При -25°C импеданс клеток резко возрастал. Во время подъема тяжестей гидравлические насосы создавали импульсный ток силой до 300 А. В этих условиях напряжение батареи упало настолько, что сработала защита от пониженного напряжения шины постоянного тока 36 В машины. Операторы сообщили о четырех-пяти перезапусках за смену.
Зарядка создала вторую проблему. Поскольку исходная система не предусматривала последовательность предварительного нагрева перед зарядкой, зарядка могла начаться, когда температура элементов все еще была ниже безопасного окна. За один зимний сезон аккумуляторы потеряли примерно 30% полезной емкости.
Редизайн батареи
Holo Battery разработала систему LFP с термическим управлением для использования в полевых условиях при низких температурах. В блоке используется конфигурация 15S с номинальным напряжением 48В. В конструкции учитывались три области: нагрев упаковки, удержание тепла и контроль зарядки.
1. Распределенное отопление
Полиимидные пленки-нагреватели были интегрированы между модулями ячеек. Тепловая сеть обеспечивала контролируемый тепловой поток до 0,8 Вт/см².
При подключении к электросети аккумулятор можно было нагреть с -25°C до 15°C примерно за 45 минут.
2. Теплоизоляция
Сборка модуля была изолирована аэрогелем толщиной 3 мм для уменьшения теплопотерь при использовании на открытом воздухе. После предварительного нагрева и нормальной работы блок поддерживал температуру ядра выше 15°C в течение двухчасового периода простоя при температуре окружающей среды -25°C.
3. Логика предварительного нагрева перед зарядкой
Данный БМС контролируемый доступ к зарядному устройству на основе обратной связи по внутренней температуре. Когда машина была подключена к сети, входная мощность сначала направлялась на нагреватели. Зарядка оставалась отключенной до тех пор, пока аккумулятор не достиг утвержденной минимальной температуры 15°C.
Порог 15°C был выбран на основе данных внутренних испытаний, показавших приемлемый прием заряда и незначительный риск образования покрытия при этой температуре для используемых элементов.
Это предотвратило зарядку элемента при небезопасной температуре и снизило риск образования литиевого покрытия.
Результаты испытаний
Условия испытаний: импульсный разряд 300 А при температуре окружающей среды -25°C.
Оригинальная упаковка была протестирована при температуре окружающей среды. Перед импульсным тестированием система Holo Battery была предварительно нагрета.
| Метрика | Оригинальный стандартный пакет | Система разработки голографической батареи | Практическое воздействие |
|---|---|---|---|
| Температура ядра упаковки при запуске теста | −25°С | 18°С | Более высокая полезная мощность |
| Провал напряжения во время импульса 300А | Падение 14,2 В | Падение 3,1 В | Меньше остановов под подъемной нагрузкой |
| Контроль заряда в минусовых условиях | Нет эффективной блокировки предварительного нагрева. | Зарядка возможна только при температуре выше 15°C | Уменьшен урон от низкотемпературных зарядов. |
| Потеря мощности после одного зимнего сезона | 32% | <2% | Более длительный срок службы |
Примечание. Сохранение емкости измерялось при комнатной температуре до и после одного зимнего рабочего сезона. Один сезон представляет собой около пяти месяцев использования по восемь часов в день. Фактические результаты зависят от рабочего цикла, режима зарядки и термического воздействия.
Влияние на бизнес
Заказчик оценил стоимость простоя примерно в 150 долларов США в час. Судя по сообщениям о снижении производительности, перерывы в работе в холодную погоду обходились примерно в 600 долларов США на машину в день.
Замена батареи увеличила стоимость. Оригинальные пакеты часто требовали замены после зимней эксплуатации по цене примерно 4500 долларов США за упаковку.
После модернизации отслеживаемый парк отработал два зимних сезона без замены аккумуляторов из-за повреждения при зарядке при низкой температуре, а также без сообщений об отключениях в холодную погоду во время нормальной работы.
Заказчик возместил дополнительные затраты на проектирование примерно за четыре месяца.
Почему это важно
В условиях минусовой температуры надежность батареи зависит от емкости, превышающей номинальную. Аккумуляторы тяжелого оборудования должны быть спроектированы как теплоэлектрические системы.
Это означает учет:
- температура холодного запуска
- пиковый текущий спрос
- стратегия изоляции
- потери тепла на холостом ходу
- блокировки заряда
- Логика BMS
- условия эксплуатации в полевых условиях
Для строительной и внедорожной техники эти факторы напрямую влияют на время безотказной работы и общую стоимость владения.
Следующий шаг
Если ваше оборудование работает при температуре ниже нуля, отправьте Holo Battery информацию о пиковом токе, рабочем цикле, методе зарядки и минимальной температуре окружающей среды.sales@holobattery.com.
Наша команда инженеров может предоставить рекомендации по тепловой архитектуре в течение 48 часов.
