Thiết kế ngân hàng lưu trữ cho một trạm thời tiết hoặc địa nguy hiểm trước hết là bài toán mùa đông và thứ hai mới là bài toán mùa hè: bất kỳ hệ thống nào cũng có thể vận hành vào tháng Bảy, nhưng chính hệ thống đó phải duy trì các thiết bị và bộ đàm qua những ngày ngắn ngủi của tháng Mười Hai, các tấm pin phủ tuyết, chu trình sưởi và các cell lạnh cóng. Bài viết thứ hai này chuyển hồ sơ phụ tải của khí hậu lạnh thành thiết kế bộ pin nickel-kim loại hydride cụ thể. Nó đi qua cân bằng năng lượng của tháng tồi tệ nhất, định cỡ ngân hàng và mảng quang điện theo phụ tải sưởi và mức thâm hụt bão dài nhất thay vì trung bình năm; chọn cấu hình nối tiếp cho ray thiết bị; cách nhiệt và đặt bộ pin về mặt nhiệt để giữ nó trong dải hoạt động; khai thác khả năng của NiMH chấp nhận một phần sạc dưới điểm đóng băng nơi lithium-ion không thể; định cỡ bể tụ điện cho các xung vô tuyến và khởi động sưởi; và giảm dung lượng một cách trung thực theo nhiệt độ. Kết quả là một phương pháp thiết kế mà mọi con số đều có thể kiểm chứng bằng thử nghiệm tái hiện mùa đông thay vì giá trị trung bình năm lạc quan.
Phép tính quyết định sử dụng tháng tồi tệ nhất, không phải năm trung bình. Liệt kê các phụ tải đo đạc, ghi log, truyền thông và – mang tính quyết định – sưởi ấm với các chu trình mùa đông của chúng, tính nhu cầu watt-giờ hàng ngày vào những ngày lạnh nhất, ngắn nhất, so sánh với năng lượng quang điện thu được thực tế với tổn thất do tuyết và góc mặt trời thấp, và định cỡ ngân hàng để hấp thụ mức thâm hụt tích lũy của chuỗi bão dài nhất dự kiến. Một ngân hàng được định cỡ theo bức xạ mặt trời năm sẽ, như dự đoán, hỏng vào tháng tồi tệ nhất.
Chu trình sưởi được mô hình hóa rõ ràng từ các điểm đặt của bộ điều nhiệt và số giờ đóng băng dự kiến thay vì được coi là một tỷ lệ phần trăm cố định, vì nó chi phối nhu cầu mùa đông. Dung lượng NiMH sau đó được chọn để ngay cả sau khi giảm do nhiệt độ lạnh và giới hạn độ xả mục tiêu, ngân hàng vẫn gánh mức thâm hụt bão tồi tệ nhất đó với biên độ dự phòng. Xây dựng mô hình bằng watt-giờ và kiểm tra nó so với lịch sử khí tượng địa phương ngăn chặn hai hỏng hóc phổ biến – một giả định mặt trời quá lạc quan và một phụ tải sưởi bị quên.
Các ray thiết bị và bộ ghi dữ liệu khác nhau, và số cell nối tiếp được chọn để giữ bộ điều áp trong vùng điều áp qua điện áp cuối-xả NiMH, gần một volt mỗi cell. Ray thiết bị danh định 3,6 volt hoặc 5 volt thường được cấp từ một ngân hàng ba đến năm cell qua bộ chuyển đổi buck-boost dòng tĩnh thấp; các ray sưởi điện áp cao hơn có thể dùng nhiều cell hơn hoặc một bộ điều khiển riêng. Các nhánh song song bổ sung dung lượng mùa đông và cung cấp suy giảm từ từ khi các cell già đi.
Vì độ chính xác đo đạc trong một trạm cấp WMO phụ thuộc vào nguồn cấp sạch, thiết kế điện tách các phụ tải sưởi và vô tuyến ồn ào khỏi ray cảm biến analog nhạy cảm bằng lọc và, nơi cần, điều áp riêng. Trở kháng thấp của ngân hàng NiMH giúp ích: nó cấp dòng khởi động của sưởi và xung vô tuyến mà không kéo tụt ray cảm biến, và khử ghép cục bộ cộng với bể xung giữ các phép đo độ phân giải cao không bị nhiễu do nguồn cấp gây ra mà nếu không có thể hiện ra như biến động cảm biến giả.
Quản lý nhiệt độ mua dung lượng hiệu quả miễn phí. Đặt ngân hàng NiMH trong một ngăn cách nhiệt, được đệm nhiệt – sử dụng khối nhiệt của vỏ, vật liệu cách nhiệt và đôi khi nhiệt lượng khiêm tốn do sạc và xả tạo ra – giữ các cell ấm hơn môi trường và hạ trở kháng hiệu quả của chúng qua những đêm lạnh nhất. Thiết kế tránh cả lạnh cực độ và điểm nóng mặt trời mùa hè sẽ đẩy nhanh lão hóa lịch, nhắm vào dải vừa phải nơi NiMH hoạt động và sống tốt nhất.
Sưởi ấm chủ động ngăn pin được dùng tiết kiệm vì nó cạnh tranh cùng ngân sách năng lượng mà nó bảo vệ; khối nhiệt thụ động và cách nhiệt được ưu tiên, với một bộ sưởi điều nhiệt nhỏ chỉ tại các địa điểm mà nếu không sẽ rơi xuống dưới ngưỡng hoạt động của bộ pin. Sưởi cảm biến và máy đo gió, thiết yếu về vận hành, được giữ tách biệt về điện và theo chu trình. Chiến lược nhiệt và định cỡ điện được thiết kế cùng nhau vì một bộ pin ấm hơn thực chất là một bộ pin lớn hơn.
Cơ hội thiết kế đặc trưng với NiMH là sạc lạnh. Một ngân hàng lithium-ion phải từ chối sạc dưới không độ để ngăn mạ lithium, nghĩa là nó không thể tích trữ năng lượng từ một buổi sáng mùa đông trong sáng và lạnh; một ngân hàng NiMH, trong giới hạn dòng sạc lạnh do nhà sản xuất định mức, có thể chấp nhận năng lượng đó. Bộ điều khiển sạc được cấu hình với một hồ sơ bảo thủ, bù nhiệt, nâng biên an toàn dòng sạc khi nhiệt độ giảm, dùng -delta-V hoặc kết thúc bằng nhiệt cho bất kỳ lần sạc đáng kể nào, và không bao giờ vượt quá đầu vào lạnh định mức của cell.
Điều này biến mỗi đợt nắng mùa đông thành trạng thái sạc được phục hồi và đặc biệt giá trị cho các trạm địa nguy hiểm phải nạp thêm giữa các cơn bão. Bộ điều khiển ghi lại các sự kiện sạc theo nhiệt độ để người vận hành có thể xác nhận ngân hàng thực sự đang được nạp đầy trong điều kiện lạnh thay vì âm thầm suy giảm. Kết hợp với các cell tự xả thấp, kết quả là một ngân hàng mà cân bằng năng lượng mùa đông của nó khép lại ở nơi quy tắc không-sạc-dưới-đóng-băng của hệ thống lithium sẽ bỏ mặc nó mắc cạn.
Các loạt xung vô tuyến, truyền dẫn vệ tinh và khởi động công tắc tơ sưởi được bao phủ bởi một bể tụ điện cục bộ định cỡ từ năng lượng xung và sụt áp cho phép, để các nhánh NiMH cấp năng lượng trung bình trong khi tụ điện cấp dòng tức thời – một bố trí quan trọng nhất khi lạnh làm tăng trở kháng cell. Bể được định mức cho môi trường nhiệt độ thấp, vì ESR của tụ điện cũng tăng trong lạnh.
Dung lượng được giảm theo một đường cong lạnh đo rõ ràng thay vì một con số trên nhãn duy nhất: thiết kế thu được tỷ lệ dung lượng ở nhiệt độ phòng sẵn có tại nhiệt độ vận hành tối thiểu của địa điểm và định cỡ theo đó, chừa biên độ để trạm không bao giờ vận hành ở lằn ranh cắt điện. Việc giảm trung thực này, được lập hồ sơ từ dữ liệu cell, là khác biệt giữa một trạm mà khả năng tự chủ mùa đông khớp với dự đoán và một trạm mà các khoảng trống dữ liệu chỉ xuất hiện sau đợt đóng băng cứng đầu tiên.
Thiết kế được xác nhận bằng cách tái hiện mùa đông trên băng thử: một buồng nhiệt chu trình hóa bộ pin qua dải nhiệt độ địa điểm, một tải điện tử tái hiện các dòng đo đạc, sưởi và vô tuyến, và một nguồn lập trình tái hiện nguồn mặt trời mùa đông yếu, gián đoạn, bao gồm cả các cửa sổ sạc dưới đóng băng. Các tiêu chí đạt là rõ ràng – ray cảm biến giữ sạch qua mỗi loạt xung, ngân hàng sống sót qua mức thâm hụt bão tồi tệ nhất trên ngưỡng cắt, và nó phục hồi hoàn toàn khi bức xạ trở lại.
Một thử nghiệm lão hóa chu trình dài hơn, chạy quỹ đạo hàng ngày nông trong khoảng tương đương các mùa thực địa, xác nhận rằng dung lượng và trở kháng giữ trong giới hạn và các cell được ghép nối giữ cân bằng. Những thiết kế vượt qua cả tái hiện lẫn thử nghiệm lão hóa – và sau đó là chứng nhận chính thức trong bài cuối – là những thiết kế cung cấp quan sát liên tục cấp WMO và cảnh báo địa nguy hiểm đáng tin cậy qua các mùa đông lặp lại mà không cần bảo trì không bền vững.
Weijiang Power thiết kế và sản xuất các cell nickel-kim loại hydride kín và các bộ pin công nghiệp được ghép nối cho thiết bị từ xa, ngoài lưới và liên quan an toàn, và hỗ trợ các đối tác OEM bằng hồ sơ hiệu năng IEC 61951-2, bằng chứng an toàn IEC 62133-2, đặc tính hóa phụ tải xung, thử nghiệm dải nhiệt rộng và đồng xác minh bộ sạc/bộ pin. Hãy cho chúng tôi biết chu trình làm việc, dòng đỉnh, dải nhiệt độ, mục tiêu tự chủ và các tiêu chuẩn sản phẩm của bạn phải đáp ứng, và các kỹ sư của chúng tôi sẽ chỉ định tổ hợp cell-và-bộ pin bảo vệ thời gian chạy, độ tin cậy và tuổi thọ. Xem lại danh mục trên trang sản phẩm.
