Глубина разряда (DoD) — это процент емкости аккумулятора, который уже был использован. Аккумулятор, отработавший 30 % своей емкости, имеет степень защиты 30 % и уровень заряда примерно 70 %.
Это единственное число определяет три практические вещи: сколько энергии вы фактически получаете за цикл, насколько большим должен быть аккумуляторный блок и сколько циклов аккумулятор проработает, прежде чем достигнет конца своего-срока-емкости. В этом руководстве рассматривается формула DoD, разница между DoD и состоянием заряда, уровни потерь между паспортными кВтч и подаваемой энергией переменного тока, а также как выбрать рабочее окно длясолнечные, резервные и коммерческие или коммунальные аккумуляторные системы хранения энергии. Пользователи автодомов и морских судов найдут расчеты идентичными, хотя экономика различается.
Ко всему ниже применимо одно заявление об отказе от ответственности: приведенные здесь цифры взяты из документов названных производителей для конкретных семейств продуктов. Это полезные ориентиры, а не общеотраслевые-правила. Вашим контрольным ориентиром всегда являются технические данные, кривая-срока службы, конфигурация BMS и гарантия на конкретную модель, которую вы покупаете.
Что такое глубина разряда?
Глубина разряда измеряет, какая емкость была снята с заряженной батареи, и выражается в процентах от заявленной эталонной емкости.
- Полностью заряжен: 0% DoD
- Половина использованной мощности: 50% DoD
- Использована вся доступная мощность: 100 % DoD.
Два числа в спецификации используют одни и те же слова, но означают разные вещи.Максимальный Минобороны— это самая глубокая разрядка, которую допускает продукт или его система управления батареями без срабатывания защиты.Рекомендуемое Министерство обороныэто рабочий интервал, который производитель считает разумным компромиссом-между полезной энергией, сроком службы и стоимостью замены. Относиться к первому, как к второму, — самая дорогая ошибка во всей этой теме.
Роллс ясно иллюстрирует этот разрыв. Егопадение-в руководстве по эксплуатации аккумулятора LFPрекомендует циклически переключать эти батареи между 0% и 80% DoD для оптимального срока службы, в то время как сама BMS не отключается примерно до 95% DoD. Предел защиты на 15 процентных пунктов ниже рекомендуемого, и только одно из этих чисел соответствует проекту вашей системы.
Глубина разряда в зависимости от состояния заряда
DoD и состояние заряда (SoC) описывают одно и то же состояние с противоположных сторон. Когда оба используют одинаковую эталонную емкость:
DoD=100 % – SoC
| Состояние батареи | Министерство обороны | SoC |
|---|---|---|
| Полностью заряжен | 0% | 100% |
| Одна-четверть использована | 25% | 75% |
| Половина использована | 50% | 50% |
| Использовано четыре-пятых | 80% | 20% |
| Доступная мощность исчерпана | 100% | 0% |
Арифметика тривиальна. Эталонной емкости нет. Отображаемый SoC в размере 0% обычно означает «0% от того, что BMS готова вам дать», а не «0% электрохимической емкости ячеек». Большинство литиевых систем имеют защищенный резерв на одном или обоих концах окна, поэтому в батарее, которая показывает разряженный аккумулятор, все еще есть ячейки, которые комфортно находятся выше порога повреждения.
Как рассчитать глубину разряда
Использование ампер-часов
DoD (%)=Разрядная емкость (Ач) ÷ Номинальная емкость (Ач) × 100
Аккумулятор емкостью 100 Ач, который обеспечивает 30 Ач до подзарядки, имеет уровень DoD 30%, оставляя примерно 70% SoC. Если ток нагрузки достаточно устойчив, разряженная емкость равна просто силе тока × времени: ток 20 А в течение двух часов удаляет 40 Ач или 40% DoD из аккумулятора емкостью 100 Ач. Если вы не уверены, как вообще появилась цифра Ah на этикетке, обратитесь к нашему пояснителю начто означает Ah на батарееохватывает соглашения о рейтингах.
Считайте результат приблизительным, если подсчет не выполняет калиброванный монитор батареи или BMS. Реальная емкость меняется в зависимости от температуры, скорости разряда, возраста и напряжения отключения, используемого для определения «пустоты».
Использование киловатт-часов
DoD (%)=Разряженная энергия (кВтч) ÷ Номинальная энергия аккумулятора (кВтч) × 100
Батарея номинальной емкостью 10 кВтч, выделяющая 8 кВтч, достигла 80% DoD. Системы хранения обычно указываются в энергии, а не в заряде, поэтому именно эту версию вы будете использовать для определения размеров работы; если различие между номинальными мощностями и энергетическими показателями все еще неясно, см.кВт против кВтч объяснение.
Изменение формулы определения размера
Требуемая номинальная мощность=Требуемая полезная энергия ÷ Разрешенная Министерством обороны США
Вам нужно 80 кВтч полезной энергии постоянного тока при запланированном уровне 80% DoD? Вам нужно 100 кВтч номинально. Это отправная точка, а не ответ. - В следующем разделе объясняется, что еще остается на первом месте.
От емкости ячейки к подаваемой энергии переменного тока
Большая часть путаницы Министерства обороны возникает из-за сравнения цифр, измеренных в разных точках системы. Существует шесть различных энергетических границ, и продавцы указывают ту из них, которая им льстит:
- Электрохимическая емкость ячейки- то, что теоретически может обеспечить химия между пределами напряжения.
- Номинальная емкость упаковки- номинальные характеристики, указанные на паспортной табличке, обычно емкость элемента × конфигурация, при эталонной температуре и указанном коэффициенте C-.
- Доступная емкость BMS-- то, что остается после того, как BMS резервирует запас в верхней и нижней части окна.
- Гарантированная полезная мощность- часть, которую фактически защищает гарантия, которая может быть еще уже.
- Поставляемая энергия постоянного токаДоступная емкость - × настроенный DoD, за вычетом температуры и эффектов старения.
- Поставляемая энергия переменного тока- после потерь преобразования в АСУ и вспомогательном потреблении.
Здесь стоит выделить два термина.Цена C-ток разряда или заряда, выраженный относительно емкости: 0,5C для аккумулятора емкостью 100 Ач означает 50 А, а более высокие значения тока C-обычно уменьшают емкость, которую можно извлечь до того, как произойдет отключение-.ПКС(система преобразования энергии) — это двунаправленный инверторный каскад между батареей постоянного тока и сетью переменного тока или нагрузками -, см.что делает система преобразования энергиичтобы узнать, как определяется его эффективность, и обратите внимание, указана ли указанная цифра в одну- сторону или туда-.
Благодаря этим слоям две системы с одинаковыми паспортными данными (кВтч) могут поставлять заметно разную энергию переменного тока. Когда вы сравниваете котировки, настаивайте на том, чтобы на каждой цифре в кВтч была указана граница, к которой она относится. Наш обзорПоказатели работы системы накопления энергии аккумулятораболее подробно рассматривает соответствующие показатели.
Почему глубина разряда влияет на срок службы
Более глубокие циклы вызывают большее электрохимическое и механическое напряжение, чем поверхностные, поэтому, как правило, использование меньшей емкости каждый день дает вам больше циклов до того, как батарея достигнет определенного-конца-емкости.
Прежде чем сравнивать какие-либо утверждения о цикле-жизни, обратите внимание, что слово «цикл» имеет в обращении три значения:
- Физическое событие заряда-разряда- один разряд и одна перезарядка любой глубины.
- Эквивалент полного цикла- совокупная пропускная способность равна одной полной номинальной мощности, поэтому два разряда на 50 % считаются за один.
- Номинальный цикл,-определенный производителем- независимо от того, что указано в протоколе испытаний. Например, компания Rolls в своей документации LFP определяет цикл как разряд до 90% DoD, что глубже, чем 80%, которые компания рекомендует для ежедневного использования.
Подсчет циклов без условий тестирования практически бессмысленен. Взаимосвязь между глубиной и жизнью является причиной того, что модели деградации принимают Министерство обороны в качестве прямых входных данных: NRELМодель системного советникастроит таблицу циклического-деградации на основе снижения емкости, измеренного при заданном количестве циклов при средней глубине разряда, и NRELработа по литий-ионному-прогностическому моделированию жизнина коммерческих элементах из графита/NMC показывает, насколько сильно результат зависит от тепловой среды.
Фактические кривые сильно различаются в зависимости от химического состава, конструкции ячейки и протокола испытаний.
| Ежедневное Министерство обороны | Относительная энергия за цикл | Типичное направление счета циклов | Что обычно доминирует при принятии решения |
|---|---|---|---|
| Мелкий (20–40%) | Низкий | Самый высокий | Аккумулятор слишком большой; капитальные затраты преобладают |
| Умеренный (50–70%) | Середина | Высокий | Общая точка баланса для ежедневной езды на велосипеде |
| Глубокий (80–90%) | Высокий | Ниже | Меньшая батарея, большая производительность за цикл |
| Полный (приближается к пределу производителя) | Самый высокий | Самая низкая цена, часто за пределами гарантийного окна. | Целесообразно только для нечастого резервного копирования. |
Министерство обороны никогда не является единственным фактором старения. Рабочая температура, скорость разряда, время, проведенное на стоянке при очень высокой или очень низкой SoC, профиль зарядки и календарный возраст — все это вносит свой вклад в -, а температура, в частности, может превзойти все остальное. Троянская программаруководство по обслуживанию аккумуляторадля залитой свинцовой-кислотой это очевидно: каждые 10 градусов выше 25 градусов примерно вдвое сокращают срок службы батареи. Для литиевых систем наше примечание поДиапазон температур литиевой батареиохватывает наиболее важные окна зарядки и разрядки.
Рекомендуемая глубина разряда в зависимости от типа аккумулятора
| Тип батареи | Ключевые эксплуатационные соображения | Ежедневные рекомендации Министерства обороны США (для-конкретного продукта) | Основное ограничение | Исходная основа |
|---|---|---|---|---|
| Затопленная свинцово--кислотная | Чувствителен к повторным глубоким разрядам; требует быстрой и полной перезарядки | Рулоны: не более 50%. Троян: 20–50% для оптимального срока службы, способен на 80% | Сульфатация и сокращение срока службы, если оставить разряженным; требуется полив и выравнивание | Руководство пользователя Rolls; Часто задаваемые вопросы и страницы обслуживания трояна |
| AGM/Гель (VRLA) | Герметичная конструкция устраняет полив, но не чувствительность к сливу. | В зависимости от модели-; прочитайте кривую цикла-жизни на желаемой глубине | Зарядное напряжение и температурная компенсация имеют решающее значение; нет эквалайзера на некоторых моделях AES | Технический паспорт производителя и кривая-срока службы конкретной модели |
| ЛиФеПО4 (ЛФП) | Более широкое практичное окно; BMS устанавливает жесткие ограничения | Снижение рулонов-в LFP: DoD 0–80 % для оптимального срока службы, с отключением BMS-около 95 % | Зарядка ниже 0 градусов не допускается на многих моделях; резерв скрыт с дисплея | Rolls R/S-Серия падения-в руководстве по эксплуатации LFP |
| Другие литий-ионные-ионные (NMC, LTO и т. д.) | Различные диапазоны напряжения, мощность и поведение при старении | Нет передаваемого номера - используйте окно производителя системы | Одно только название химии предсказывает очень мало | Документация производителя системы |
Затопленная свинцово--кислотная
Обычная цифра в 50% — это не фольклор.Руководство пользователя Rolls Battery (V7.4)утверждает, что батареи глубокого-цикла рассчитаны на разрядку не более чем на 50 % и что снижение уровня заряда батареи снижает общий срок службы батареи; он также устанавливает низкое-отключение напряжения на уровне 1,90–1,95 В на элемент, чтобы обеспечить соблюдение этого правила на практике. Троянская программатехнические вопросы и ответырекомендует разряжать 20–50 % номинальной емкости для обеспечения оптимального срока службы и производительности, при этом отмечая, что аккумуляторы можно разряжать до 80 %. Та же структура, что и в случае LFP: показатель возможностей и показатель рекомендаций, они не взаимозаменяемы.
AGM и гель
Оба являются свинцово-кислотными с-регулируемым клапаном-. Герметичный корпус исключает необходимость регулярного полива; он не обеспечивает толерантности к неограниченному глубокому разряду. Допустимая глубина зависит от конструкции пластины, профиля зарядки, температуры и частоты циклов — все это отображается на кривой срока службы-продукта. Когда вы сравниваете два продукта AGM, сравнивайте кривые на той глубине, которую вы фактически собираетесь использовать. - «Поддержка глубокого-цикла» в брошюре не содержит числового содержания.
ЛиФеПО4
LFP действительно предлагает более широкий диапазон использования, чем свинцово-кислотный-кислотный, а его BMS обеспечивает ограничения по напряжению и току, поэтому пользователь не может случайно повредить аккумулятор. Но фраза «способна на 100% оборону» — это заявление о защите, а не экономическая рекомендация. Как показывает пример Rolls, производитель может разрешить 95%, но рекомендует 80%. Прежде чем устанавливать эксплуатационный лимит, узнайте максимально допустимый DoD, рекомендуемый ежедневный DoD, а также циклический-рейтинг срока службы.в этом Министерстве обороны, температура испытания и уровень C-, критерий окончания--жизни и гарантийный предел пропускной способности энергии--, последний элемент, общее количество кВтч, которое гарантия покрывает в течение своего срока действия, часто является тем, что действительно ограничивает глубину погружения.
Другая химия лития
LFP, NMC и LTO различаются по диапазону напряжения, мощности и характеристикам старения, поэтому общий номер «DoD литиевой батареи» не переносится между ними. Наше сравнениеразличные типы батарей для хранения энергииопределяет, где подходит каждый химический элемент.
Как правильно выбрать Министерство обороны
Шаг 1. Начните с модели, а не с химии
Две батареи LFP от разных поставщиков могут иметь разные запасы BMS, кривые-срока службы и пределы гарантии. Номер модели является единицей анализа.
Шаг 2. Прочтите кривую цикла-жизни, включая сноски к ней.
Попросите график, затем убедитесь, что на нем указаны температура испытания, скорость заряда и разряда, напряжение конца--разряда и определение окончания-срока-срока службы. Заявление о «6000 циклах», протестированное при температуре 0,2°C и 25 градусах до 80% остаточной емкости, описывает продукт, отличный от того же утверждения, испытанного при 1C и 35 градусах до 60%.
Шаг 3. Сопоставьте DoD с рабочим циклом
| Приложение | Частота езды на велосипеде | Практическая логика Министерства обороны |
|---|---|---|
| Ежедневное потребление солнечной энергии-самостоятельно или переключение нагрузки | ~1 цикл/день, 300+ в год | Доминируют пропускная способность и стоимость замены; более мелкое окно часто выигрывает с точки зрения экономики на всю жизнь |
| Периодическое резервное копирование сети | Несколько циклов в год | Более глубокая разрядка обычно допустима в пределах допустимого предела, поскольку количество циклов не является обязательным ограничением. |
| Свинцово-кислотные возобновляемые системы | Ежедневно | Следуйте рекомендациям производителя по классу 50%; заряжайте сразу после каждой разрядки |
| Система LFP с определенным резервом BMS | Ежедневно или несколько раз в день | Проектируйте в соответствии с рекомендациями Минобороны, относитесь к отключению BMS-только как к защите. |
| Высокая-мощность/короткий-режим работы | Часто, высокая оценка C- | Доступная мощность падает с высокой скоростью C-; Подтвердите, что рейтинг Министерства обороны применяется к вашему уровню разряда |
Шаг 4: Размер от груза назад
Установите критическую нагрузку в кВт, необходимое время работы и, следовательно, полезную энергию в кВтч. Разделите значение на разрешенное Министерством обороны, чтобы получить номинальную мощность, затем прибавьте запас на потери при преобразовании, вспомогательное потребление, температуру и мощность в конце-срока-срока службы. Сначала выбирая номинальную мощность и надеясь, что она покроет нагрузку, на четвертый год проекты заканчиваются неудачей.
Шаг 5. Учитывайте температуру и скорость разряда.
Высокая температура ускоряет деградацию; низкая температура снижает доступную емкость и, во многих литиевых продуктах, полностью блокирует зарядку. Высокие значения C- уменьшают доступную емкость перед-отключением. Оцените предполагаемое Министерство обороны при условиях, когда система фактически увидит - наше примечание кРазрядная способность аккумуляторных батарейрассказывает о том, как взаимодействуют скорость и температура.
Шаг 6. Согласуйте батарею, BMS, инвертор и гарантию
Эти четверо должны договориться о низком-отключении по напряжению-, напряжении заряда, ограничениях тока, минимальной SoC и резервных настройках. Стоит сказать прямо: снижение минимальной настройки SoC инвертора не меняет безопасные электрохимические пределы батареи и вполне может вывести вас из-под гарантии. Ограничения производителя батареи остаются решающим фактором.
Рабочий пример: система LFP мощностью 100 кВтч.
Вот как выглядят шесть энергетических границ с прикрепленными цифрами. Допущения сформулированы так, что вы можете заменить их своими собственными; они носят иллюстративный характер, а не являются спецификацией продукта.
| Шаг | Предположение | Энергия |
|---|---|---|
| Номинальная емкость упаковки | Паспортная табличка | 100 кВтч |
| Настроенный DoD | 80 % в соответствии с рекомендованным производителем окном | 80 кВтч постоянного тока |
| Чрезвычайный резерв задержан | 5% от номинала, недоступно для нормальной езды на велосипеде | 75 кВтч постоянного тока |
| потери при преобразовании PCS | КПД односторонней-разгрузки 97 % | ≈ 72,8 кВтч переменного тока |
| Управление температурным режимом и контроль | ≈ 3% отводимой энергии за разрядное окно | ≈ 70,6 кВтч переменного тока |
| Критерий окончания-срока-емкости | 80% первоначальной мощности в 10 году | ≈ 56,5 кВтч переменного тока по окончании гарантийного срока службы |
Паспортная табличка составляет 100 кВтч, честный 80% DoD и примерно 71 кВтч при достижении нагрузки в первый день -, падающей примерно до 56 кВтч к концу гарантийного срока. Здесь нет ничего необычного или скрытого; это просто то, во что складываются слои. Вот почемупроекты коммерческих и промышленных складовследует оценивать по отдаваемой энергии переменного тока в конце срока службы, а не по паспортной мощности.
Часто задаваемые вопросы по глубине разряда
Вопрос: Что означает глубина разряда 80%?
О: 80% заявленной мощности использовано и осталось около 20%.
Вопрос: Лучше ли более высокая глубина разряда?
О: Это дает больше энергии за цикл от батареи меньшего размера, обычно за счет срока службы. Какая сторона выиграет, зависит от того, как часто вы ездите на велосипеде и сколько стоит замена.
Вопрос: Повреждает ли 100% DoD батарею?
О: Это зависит от того, где производитель установил эталон. Некоторые литиевые системы предоставляют номинальное 100% окно, сохраняя при этом защищенный резерв под ним. Многие свинцово-кислотные модели серьезно страдают от повторяющейся полной разрядки. Документация продукта решает.
Вопрос: Как Министерство обороны США влияет на размер батареи?
Ответ: Обратно. Уменьшение вдвое разрешенного DoD примерно удваивает номинальную мощность, необходимую для той же полезной энергии, что увеличивает капитальные затраты, но может продлить срок службы.
Вопрос: Может ли DoD превышать 100%?
О: Измеренное значение может превышать 100 %, если протестированная мощность превышает номинал, указанный на паспортной табличке, или когда эталонное значение монитора отличается от номинального значения. Это аномалия измерения или эталонного значения, а не нормальное рабочее состояние и никогда не являющаяся проектной целью.
Вопрос: Означают ли Министерство обороны и полезная мощность одно и то же?
О: Нет. DoD — это процент от эталонной мощности. Полезная мощность — это энергия, которую вы фактически можете получить после окна BMS, с учетом резервов и потерь в системе.
Ключевые выводы
Глубину разряда легко рассчитать и легко ошибиться. Формула занимает одну строку; для решения принимается техническое описание, кривая-срока службы с условиями испытаний, конфигурация BMS и гарантийный документ.
Когда вы оцениваете аккумуляторную систему, «каков максимальный DoD?» Это наименее информативный вопрос. Вместо этого спросите, сколько энергии действительно достигает нагрузки, при каком Министерстве обороны и при какой температуре и температуре -скорость цикла была измерена, какой резерв сохраняет BMS и какое рабочее окно допускает гарантия. Эти четыре ответа описывают ценность жизненного цикла. Ни одного процента в спецификации нет.