Napięcie baterii określa klasę pracy elektrycznej, amperogodziny opisują pojemność ładunkową, kilowatogodziny — ilość energii, a trwałość cykliczna podaje wynik uzyskany w określonych warunkach badania. Żadna z tych liczb sama nie potwierdza zgodności urządzeń, energii użytkowej ani okresu eksploatacji.
Karta katalogowa baterii może podawać obok siebie 51,2 V, 100 Ah, 5,12 kWh i 6 000 cykli. Łatwo wtedy potraktować je jak ranking: więcej woltów, amperogodzin, kilowatogodzin i cykli. Liczby te opisują jednak różne właściwości. Nawet ta sama jednostka może oznaczać inną wielkość, jeśli zmienia się miejsce pomiaru lub warunki badania.
Porównajmy dwie baterie: jedną o parametrach 51,2 V i 100 Ah oraz drugą o parametrach 25,6 V i 200 Ah. Druga ma dwa razy więcej Ah, lecz obie mają taką samą energię nominalną po uwzględnieniu napięcia: 51,2 × 100 = 5 120 Wh oraz 25,6 × 200 = 5 120 Wh. W tym uproszczonym obliczeniu każda ma więc 5,12 kWh. Jest to rachunek oparty na wartościach znamionowych, a nie pomiar energii oddanej podczas rzeczywistego rozładowania. Napięcie zmienia się w trakcie pracy baterii, więc faktycznie dostarczoną energię trzeba oceniać osobno. Na potrzeby wstępnego porównania rachunek sprowadza jednak różne wartości Ah do wspólnej podstawy. Pierwsza zasada przy czytaniu karty katalogowej brzmi: nie porównuj Ah bez sprawdzenia napięcia. (samrepo.nlr.gov)
Dlaczego nie można oceniać każdej liczby osobno
Napięcie bywa mylone z miarą ilości energii w baterii. Nie pełni jednak tej roli. Napięcie nominalne jest wartością odniesienia do doboru i projektowania, a rzeczywiste napięcie zmienia się podczas ładowania i rozładowania. Model baterii SAM rozróżnia napięcie nominalne i inne punkty krzywej napięcia, zamiast przyjmować jedną stałą wartość. Oznaczenie 51,2 V wskazuje zatem nominalną klasę napięciową, a nie dokładne napięcie utrzymywane przez cały czas pracy. (samrepo.nlr.gov)
Dla nabywcy i instalatora jest to ważne, bo wartość nominalna jest dopiero początkiem oceny zgodności elektrycznej. Bateria pracuje w pewnym zakresie napięć, a falownik lub PCS ma własny dopuszczalny zakres napięcia wejściowego baterii i inne wymagania. Dwa produkty mogą wyglądać podobnie w tabeli parametrów, a mimo to wymagać innych kontroli zgodności. Napięcie nominalne nie jest oceną jakości ani samodzielnym dowodem współpracy z konkretnym falownikiem lub PCS.
Wartość 5,12 kWh również wymaga doprecyzowania. SAM wskazuje, że karty katalogowe mogą podawać zarówno pojemność nominalną, jak i mniejszą pojemność dostępną lub użytkową. Rozróżnia też wielkości po stronie DC i AC, ponieważ energia z baterii podłączonej do instalacji AC przechodzi przez urządzenia przekształcające, zanim dotrze do odbioru lub sieci. Nominalna energia DC nie musi być równa energii użytkowej na zaciskach baterii; żadna z tych wielkości nie jest też mierzona w tym samym miejscu co energia oddana po przekształceniu. (samrepo.nlr.gov)
Jeśli jeden producent wyróżnia nominalną energię DC, a drugi energię użytkową, większa liczba kWh w tabeli nie musi oznaczać większej energii dostępnej dla użytkownika. Podobny problem pojawia się przy zestawieniu wielkości AC całego systemu z wielkością DC samej baterii. Przed porównaniem dwóch wartości kWh sprawdź, czy odnoszą się do tej samej granicy pomiaru. Jeśli karta jej nie definiuje, jest to brak w specyfikacji, a nie miejsce na domysł.
Liczba cykli wymaga podania warunków badania
„6 000 cykli” może wydawać się bardziej jednoznaczne niż napięcie lub pojemność, lecz nie jest miarą czasu kalendarzowego. Trwałość cykliczna jest wynikiem badania, na który wpływają jego warunki. Sandia National Laboratories prowadziły wieloletnie badania komercyjnych ogniw LFP, NCA i NMC przy różnych prądach rozładowania, głębokościach rozładowania i temperaturach otoczenia. Nawet w granicach określonych przez producentów warunki te powodowały znaczne różnice w degradacji oraz w czasie i liczbie cykli potrzebnych do osiągnięcia 80% początkowej pojemności. (www.sandia.gov)
Próg 80% pokazuje jeszcze inny wymiar porównania. Prąd rozładowania, głębokość rozładowania i temperatura wpływają na tempo starzenia ogniw. Próg zachowanej pojemności określa, w którym momencie zapisuje się wynik. Jeśli jedna karta podaje liczbę cykli do spadku pojemności do 80% wartości początkowej, a druga stosuje inny próg, liczby cykli nie opisują tego samego punktu końcowego. Wyższa wartość może mieć znaczenie dopiero po ujednoliceniu warunków i kryterium zakończenia badania.
Istotne jest również, co dokładnie przebadano. Norma IEC 62620 obejmuje przemysłowe ogniwa i baterie litowe, także do stacjonarnego magazynowania energii. Dopuszcza badanie mniejszej jednostki reprezentatywnej dla baterii, jeśli producent określi badaną jednostkę. Wyniku trwałości cyklicznej pojedynczego ogniwa nie należy więc bez dodatkowych dowodów przypisywać całemu stojakowi ani systemowi magazynowania energii. (webstore.iec.ch)
Nawet dobrze opisane badanie cykliczne nie zamienia liczby cykli w liczbę lat. SAM rozróżnia starzenie kalendarzowe, zachodzące z upływem czasu niezależnie od cykli, od degradacji związanej z ładowaniem i rozładowaniem. Dzielenie 6 000 przez 365 daje około 16,4 roku, lecz zakłada jeden cykl zgodny z warunkami badania każdego dnia i nie uwzględnia starzenia poza tymi cyklami. To przeliczenie arytmetyczne, a nie prognoza okresu eksploatacji. (samrepo.nlr.gov)
Gdy te różnice są jasne, typowe liczby z karty katalogowej stają się bardziej użyteczne. Wartość Ah ma sens w połączeniu z napięciem. Wartości kWh można porównywać po uzgodnieniu, czy dotyczą energii nominalnej lub użytkowej oraz strony DC lub AC. Liczba cykli pomaga, gdy znane są warunki badania, próg końcowy i badana jednostka. Chodzi o porównywanie równoważnych danych, dzięki czemu każda liczba odpowiada na właściwe pytanie.
Powiązany artykuł: znaczenie SOC, DoD i C-rate.
