EN
Liên kết nhanh
Ngày càng nhiều nhà máy chuyển sang hệ thống pin 48V vì chúng mang lại sự cân bằng lý tưởng giữa hiệu suất, các tính năng an toàn và khả năng tương thích với các thiết bị khác. Khi hệ thống hoạt động ở mức 48 volt, chúng tiêu thụ dòng điện thấp hơn để đạt được cùng một mức công suất đầu ra, điều này có nghĩa là tổn thất năng lượng do điện trở trong dây dẫn sẽ ít hơn (hãy nhớ công thức P bằng I bình phương nhân R mà bạn học ở trường). Hơn nữa, dòng điện thấp hơn này cho phép các công ty sử dụng dây dẫn mỏng hơn, giúp giảm chi phí tổng thể. Một lợi ích lớn khác liên quan đến yếu tố an toàn. Ở mức 48 volt, các hệ thống này vẫn nằm dưới ngưỡng Điện áp An toàn Thấp Đặc biệt 60 volt theo quy định của các tiêu chuẩn quốc tế như IEC 61140. Điều đó có nghĩa là người lao động không phải lo lắng về các tia hồ quang điện nguy hiểm khi thực hiện các công việc bảo trì thông thường, và họ gần như không cần phải mua trang thiết bị bảo hộ đắt tiền. Và bạn biết điều gì không? Mức điện áp này đã tồn tại từ lâu trong các hệ thống như mạng điện thoại, tự động hóa nhà máy và bảng điều khiển ở khắp mọi nơi. Vì vậy, các cơ sở có thể kết nối trực tiếp các hệ thống này vào hạ tầng sẵn có mà không cần chi quá nhiều cho việc đi dây mới hay cải tạo.
Tiêu chuẩn 48V giúp việc làm việc với các thành phần điện cơ bản trở nên dễ dàng hơn rất nhiều. Rất nhiều hệ thống Nguồn điện liên tục (UPS) và bộ biến tần hiện nay thực tế đã được tích hợp sẵn hỗ trợ đầu vào một chiều 48V ngay từ nhà sản xuất. Điều này có nghĩa là các pin có thể kết nối trực tiếp mà không cần đi qua các bước chuyển đổi AC sang DC hoặc DC sang DC gây lãng phí năng lượng và tiêu hao rất nhiều điện. Điều đặc biệt thú vị là cách thức này cũng hoạt động hiệu quả trong các hệ thống công nghiệp cũ. Nhiều nhà máy vẫn đang vận hành mạng cảm biến, PLC và các mạch điều khiển khác nhau bằng nguồn điện 48V. Nhờ cơ sở hạ tầng hiện có này, việc chuyển đổi sang sử dụng pin lithium 48V diễn ra nhanh chóng, ít rủi ro cho hoạt động sản xuất và không yêu cầu khoản đầu tư vốn lớn.
Đánh giá chính xác nhu cầu điện công nghiệp tạo nền tảng cho thiết kế hệ thống lưu điện 48V đáng tin cậy. Quá trình này xác định các hệ thống thiết yếu cần được bảo vệ và định lượng mức tiêu thụ năng lượng của chúng để ngăn ngừa thời gian ngừng hoạt động.
Bắt đầu bằng việc lập danh sách đầy đủ tất cả các thiết bị trong cơ sở, sau đó đo lượng điện năng mà từng thiết bị tiêu thụ thực tế. Đồng hồ kẹp rất phù hợp cho công việc này, mặc dù một số người thích sử dụng hệ thống đồng hồ phụ hơn khi làm việc với các hệ thống lớn. Khi rà soát danh sách, hãy tập trung trước tiên vào những thiết bị nhất thiết phải duy trì hoạt động liên tục. Những thứ như bộ điều khiển quy trình, các công tắc an toàn dùng để dừng máy khi có sự cố, và toàn bộ thiết bị mạng giữ cho các hoạt động được kết nối rõ ràng cần được ưu tiên hàng đầu. Các thiết bị khác? Hệ thống chiếu sáng khu vực văn phòng, các đơn vị sưởi hoặc làm mát bổ sung không trực tiếp liên quan đến quy trình sản xuất — thường có thể trì hoãn hoặc thậm chí tạm thời tắt đi mà không gây ra vấn đề nghiêm trọng. Hãy đảm bảo ghi lại các số liệu tiêu thụ điện năng thông thường, nhưng cũng cần theo dõi sát các đột biến đột ngột về nhu cầu năng lượng. Động cơ và máy nén lớn nổi tiếng là tiêu thụ dòng điện gấp ba lần bình thường khi khởi động, vì vậy rất đáng để biết chính xác những gì xảy ra trong các khoảnh khắc khởi động này.
| Loại thiết bị | Dải công suất | Mức độ quan trọng |
|---|---|---|
| Hệ thống kiểm soát quy trình | 300–800 W | Cao |
| Máy chủ và Thiết bị Mạng | 500–1500 W | Cao |
| Máy nén HVAC | 2000–5000 W | Trung bình |
| Đèn chiếu sáng Cơ sở | 100–300 W | Thấp |
Các công cụ mô hình dự đoán hiện đại giảm sai số định cỡ 39% so với tính toán thủ công khi kết hợp với dữ liệu tải lịch sử. Tính tổng kWh hàng ngày bằng cách nhân công suất trung bình với số giờ vận hành, sau đó cộng thêm 25% dự phòng cho thiết bị xuống cấp và mở rộng trong tương lai.
Hầu hết các cơ sở công nghiệp hiện nay tuân theo các phân loại thời gian hoạt động tiêu chuẩn. Các hệ thống cấp độ Tier III cần đạt mức khả dụng trung bình khoảng 99,982%, trong khi các cơ sở cấp độ Tier II hướng tới mức khoảng 99,741%. Khi xem xét chu kỳ vận hành của thiết bị, có sự khác biệt lớn giữa các tải liên tục như hệ thống SCADA và những máy móc khởi động và dừng thường xuyên trong suốt thời gian hoạt động. Đối với các ứng dụng thực sự quan trọng, nhiều yêu cầu kỹ thuật đòi hỏi cấu hình dự phòng được gọi là N+1. Về cơ bản, điều này có nghĩa là có thêm dung lượng nguồn điện dự phòng vượt quá nhu cầu đỉnh bằng một mô-đun hoàn chỉnh. Tuy nhiên, các yếu tố môi trường cũng rất quan trọng. Hiệu suất của pin lithium giảm đáng kể khi nhiệt độ xuống dưới điều kiện vận hành bình thường. Ở điểm đóng băng (0 độ C), các loại pin này thường chỉ cung cấp khoảng 15 đến 20 phần trăm dung lượng danh định so với mức chúng có thể cung cấp ở nhiệt độ tham chiếu tiêu chuẩn là 25 độ C.
Việc chọn đúng kích cỡ cho bộ pin 48V bắt đầu bằng việc xác định chúng ta cần bao nhiêu kilowatt giờ (kWh). Công thức cơ bản trông như sau: Lấy tải thiết yếu tính bằng kilowatt nhân với thời gian chúng ta muốn có nguồn điện dự phòng. Sau đó chia kết quả đó cho hai yếu tố — thứ nhất là tỷ lệ xả sâu (depth of discharge) và thứ hai là hệ số hiệu suất của hệ thống. Hầu hết các pin lithium có thể hoạt động ở mức độ xả sâu khoảng 80 đến 90%, gần gấp đôi so với pin axit-chì vốn chỉ đạt khoảng 50%. Giả sử một người cần 10 kW công suất trong bốn giờ, với độ xả sâu 80% và hiệu suất hệ thống 95%. Thực hiện phép tính sẽ cho ra giá trị khoảng 52,6 kWh cần thiết. Để chuyển đổi sang ampere-giờ (Ah) cho hệ thống 48V, chỉ cần nhân số kWh với 1000 rồi chia cho 48 vôn. Kết quả tương đương khoảng 1.096 ampere-giờ. Việc áp dụng phương pháp này giúp tránh mua pin quá nhỏ, đồng thời duy trì chi phí hợp lý theo thời gian và đảm bảo hiệu suất tốt ngay từ ngày đầu sử dụng.
Khi chúng ta muốn kéo dài nguồn điện dự phòng vượt quá một ngày, về cơ bản tất cả những gì cần làm là nhân mức sử dụng hàng ngày thông thường với số ngày cần duy trì. Hãy xem một ví dụ: nếu một cơ sở tiêu thụ khoảng 120 kilowatt giờ mỗi ngày và muốn có ba ngày hoạt động độc lập trong khi vẫn duy trì độ xả sâu 80%, phép tính sẽ như sau. Lấy 120 kWh nhân với ba ngày được 360, sau đó chia cho 0,8 do yêu cầu 80%, kết quả là cần khoảng 450 kWh. Tuy nhiên, không ai vận hành trong điều kiện lý tưởng. Riêng thời tiết lạnh có thể làm giảm dung lượng pin khoảng 20% khi nhiệt độ xuống dưới điểm đóng băng. Pin lithium cũng bị suy giảm hiệu suất theo thời gian, khoảng 3% mỗi năm. Và bất cứ khi nào có nhu cầu dòng điện cao đột ngột, hệ thống sẽ gặp hiện tượng sụt áp khiến dung lượng sử dụng thực tế thấp hơn so với kỳ vọng. Vì lý do này, hầu hết các kỹ sư sẽ cộng thêm từ 25 đến 30% để đảm bảo an toàn. Điều này nâng tổng dung lượng cần thiết từ 450 lên khoảng 562 kWh, đảm bảo hệ thống vẫn hoạt động ổn định ngay cả khi phát sinh sự cố bất ngờ trong thời gian mất điện kéo dài.
Các hệ thống dự phòng trong môi trường công nghiệp thường sử dụng cấu hình nối tiếp-song song để duy trì đầu ra 48V ổn định ngay cả khi tải thay đổi. Khi các pin được nối tiếp, chúng đạt được mức điện áp cần thiết. Việc ghép thêm các pin song song sẽ tăng dung lượng tổng thể (đo bằng Ah), giúp hệ thống hoạt động lâu hơn trong thời gian mất điện. Lợi thế lớn ở đây là cấu hình này ngăn ngừa hiện tượng dòng điện phân bố không đều—nguyên nhân phổ biến dẫn đến hỏng pin sớm. Ví dụ điển hình là một cấu hình phổ biến gọi là 4S4P, nghĩa là bốn bộ gồm bốn pin được nối dây với nhau. Cấu hình này mang lại điện áp 48 volt như mong muốn đồng thời nhân bốn lần tổng dung lượng. Điều thực sự quan trọng là đảm bảo dòng điện phân bố đều qua tất cả các kết nối song song. Hầu hết kỹ thuật viên giàu kinh nghiệm đều biết rằng để giữ độ chênh lệch dưới khoảng 5%, cần phải lên kế hoạch cẩn thận cho thanh cái và chọn các cell pin phù hợp sát sao. Các kiểm tra hình ảnh nhiệt thực hiện tại các cơ sở công nghiệp thực tế liên tục xác nhận những phát hiện này.
Đối với những đơn vị vận hành cơ sở cấp III hoặc IV nhằm đạt được mức thời gian hoạt động 99,995%, việc dự phòng N+1 không chỉ là một lựa chọn hấp dẫn mà là điều hoàn toàn cần thiết. Khi một module ngừng hoạt động, các hoạt động vẫn tiếp tục trơn tru mà không bị gián đoạn. Phương pháp tiếp cận theo mô-đun được trang bị các công tắc ngắt liên kết tích hợp hiện đại có thể ngắt các bộ phận lỗi chỉ trong nửa giây. Về khả năng mở rộng, các hệ thống này được thiết kế để dễ dàng mở rộng dung lượng nhờ các giao diện khung chuẩn. Các cơ sở có thể tăng dần công suất, bổ sung theo từng mức 5 kWh khi cần thiết. Việc này cũng không yêu cầu đi dây lại phức tạp. Các công ty báo cáo tiết kiệm khoảng 60% chi phí nâng cấp khi chuyển từ các hệ thống đơn khối cũ kỹ. Các nghiên cứu gần đây từ năm 2023 xác nhận điều này, cho thấy lượng tiền tiết kiệm được theo thời gian nhờ cơ sở hạ tầng linh hoạt như vậy.