Completamente carregado

A energia da bateria chega ao Corpo de Bombeiros, mas ainda existem lacunas no caminho para a adoção total.

Durante a maior parte de uma década, todos nós nos tornamos agudamente cientes de que as emissões de CO têm sido associadas ao aumento das taxas de câncer entre os primeiros respondentes. A combinação dessa realização e o avanço do armazenamento de energia no reino da acessibilidade permitiu que os fabricantes de equipamentos de combate a incêndios e veículos integrassem baterias de lítio nas ferramentas e caminhões dos quais confiamos para realizar o trabalho.

À medida que mais tipos de equipamentos são disponibilizados com energia elétrica a bateria, um novo desafio está no horizonte - carregar essas ferramentas cada vez mais poderosas com rapidez suficiente para nos colocar de volta ao serviço para a próxima ligação. Ao pensar em carregar, sejam ferramentas de resgate, ventiladores, lanternas ou caminhões inteiros, precisamos simplificar até o denominador comum - consumo de energia elétrica medido em Wh.

Maiores consumidores

O caminhão em si é obviamente o maior consumidor de energia em seu kit. O Pierce Paccar MX-13, por exemplo, tem 510 hp - ou 386 kW. Isso exigiria uma bateria 4 vezes maior do que um Tesla - apenas para funcionar por uma hora com potência total. Para complicar as coisas, a preferência do serviço de bombeiros norte-americano por aparelhos de chassi personalizados tornará isso um desafio, pois é muito caro desenvolver um chassi eletrificado. Espere parcerias com fabricantes de baterias de terceiros ou uma mudança para chassis comerciais de construtores como Tesla, Nikola, Daimler, etc. Rosenbauer RT está disponível ($ 1.2 milhões para um pequeno pumper) e afirma especificações impressionantes, incluindo a capacidade de carregar um motor diesel a bordo, bem como até 18 kW de saída para consumidores de energia externos (ou seja, ventiladores de alta potência, etc.).

Desnecessário dizer que, apesar da tecnologia bacana que vem de nossos irmãos e irmãs europeus, ainda levará mais alguns anos para obter uma solução razoável para a eletrificação completa do aparato de incêndio. Até então, os sistemas híbridos que empregam bancos de baterias de lítio a bordo para alimentar todos os sistemas sem expelir CO pela parte traseira e pequenos geradores de emissão ultrabaixa para capacidades de carregamento contínuo quando os níveis de energia restantes excedem o mínimo. Essas capacidades podem ser alcançadas agora com um aparelho apropriadamente especificado usando uma ou mais baterias de lítio junto com um inversor e carregador. Se estiver usando mais de 100 Ah de lítio, um gerador de carga integrado é recomendado para atingir a carga completa antes de sua próxima chamada. Sua energia de costa de 120 V 15 A está fornecendo apenas 1.8 kW - o que carregaria um Tesla em 56 horas ou uma única bateria de lítio de 200 Ah em 1.5 horas após o esgotamento, nenhum dos quais é aceitável quando sua próxima chamada acontecer nos próximos minutos.

Os maiores consumidores de energia no caminhão, além do próprio caminhão, são os ventiladores PPV. Os modelos de saída maior são tipicamente movidos a gasolina, mas com o objetivo de eliminar as emissões cancerígenas de CO do campo de incêndio, eles precisarão ser suportados - eletricamente - pelo aparelho se as capacidades de fluxo de ar de alto volume forem mantidas como uma ferramenta tática. A capacidade de suportar equipamentos de alta potência, como ventiladores PPV de 18-24 "com fluxo de ar equivalente aos modelos atuais movidos a gás, ao mesmo tempo em que atinge os alvos de eliminação de CO, exigirá uma consideração completa do projeto do aparelho para se tornar uma plataforma em vez de uma plataforma simples e dirigível Caixa de ferramentas. Isso significará muito lítio a bordo do aparelho com inversores de alta saída - capazes de pelo menos 115 V / 240 V de saída, ou mais alta tensão trifásica, para baixar a corrente a um nível razoável de modo a não exigir cabos de grande diâmetro. Um gerador compacto, tão pequeno quanto 3 cilindros e 2 kW, pode ser suficiente para funcionar como uma solução de carga dedicada para reabastecer os bancos de lítio em uma operação prolongada ou em rota de volta para a estação para quando o tempo de pico de saída do alternador é insuficiente para cheio recarregue as baterias.

Outros sistemas a bordo de grande consumo que exigem operação quase em tempo integral incluem ar-condicionado, filtragem limpa da cabine e uma variedade de carregadores de ferramentas. Obviamente, se você quiser ficar livre de CO, o a / c não pode ser acionado por correia. Os menores condicionadores de ar elétricos do mercado consomem cerca de 2 kW na potência máxima. Adicione isso aos vários carregadores de bateria que você tem a bordo para ferramentas de resgate, ventiladores PPV e ferramentas elétricas, e você utilizará uma única bateria de lítio de 200 Ah em cerca de 30 minutos. O consumo de energia aumenta rapidamente quando você começa a prestar atenção na eficiência elétrica de cada item a bordo do seu aparelho.

Zero tempo de inatividade

Como socorristas, nem sempre temos o luxo de esperar que as ferramentas da bateria recarreguem antes de usá-las novamente. O conceito de "Zero tempo de inatividade”Pode ser novo para aqueles em departamentos que ainda não implantaram equipamentos alimentados por bateria, mas você logo aprenderá que o tempo de carga da bateria é crítico e nem todas as baterias ou carregadores são criados iguais. Com unidades de energia de ferramenta de resgate hidráulica movidas a gás ou ventiladores PPV, o reabastecimento leva 30 segundos. Após o uso completo de uma ferramenta de bateria de alta potência, o tempo para carregar pode levar de 2 a 6 + horas, dependendo do tamanho da bateria, da corrente de carga e da existência ou não de carregamento na ferramenta. A melhor solução para manter Zero tempo de inatividade em sua frota de equipamentos é selecionar equipamentos com baterias que podem ser trocadas. Isso requer baterias extras, mas o equipamento pode voltar a funcionar em segundos, em vez de horas.

Muitos departamentos estão adotando equipamentos alimentados por bateria sem considerar totalmente a infraestrutura necessária para alcançar Zero tempo de inatividade.

Quando os carregadores estão ativos?

Energia em terra.

Isso pode levar mais de 6 horas para recarregar, uma vez conectado.

Com energia do alternador.

Os tempos de condução durante o percurso são frequentemente insuficientes para carregar totalmente a bateria.

Sempre AC ativo.

A saída CA do inversor, projetada para permanecer ativa na estação, enquanto em rota e no local, é uma solução ideal para manter os recursos de carregamento contínuo da bateria para ferramentas de nova geração.

Quanto tempo é necessário para carregar?

AVISO DE MATEMÁTICA: A bateria / hora dividida por ampères de carga é igual ao tempo para carregar depois de vazio.

Bateria do caminhão: 200 Ah / 60 A = 3 horas

Ventilador PPV: 8 Ah / 3 A = 2.7 horas

Ferramenta de resgate: 7 Ah / 3.3 A = 2.2 horas

A Arte do Projeto Gerador

Muitos geradores de combustão no mercado de aparelhos de incêndio da América do Norte são projetados apenas para saída externa. Isso significa que eles não são configurados para carregar ou alimentar sistemas internos, mas sim para tomadas elétricas, cabos de extensão e talvez iluminação de cena.

A instalação de gerador mais eficiente seria um sistema totalmente integrado, onde o próprio gerador pode ser montado em qualquer lugar, um painel de controle remoto usado para operações e é conectado a carregadores de energia, inversores e tomadas em todo o veículo. Ambas as demandas DC e AC podem ser alimentadas pelo mesmo gerador se configuradas corretamente, e quando uma chave de transferência é instalada, a alimentação AC pode alternar perfeitamente de bordo para alimentação de costa automaticamente quando conectada de volta à estação.

Em vez de dimensionar geradores para uso em tempo integral diretamente conectado enquanto no local - a maioria dos quais são motores de velocidade fixa, podem ser barulhentos e desperdiçar toneladas de combustível - considere um banco de baterias de fosfato de ferro-lítio (LiFEPO4) para fornecer baterias silenciosas e zero energia elétrica de emissão através de um inversor acoplado a um gerador de carga compacto e dedicado para recarregar as baterias quando elas caem para um ponto de baixa tensão. Os inversores podem ter dimensões de até 12 kW, o suficiente para alimentar uma operação estendida usando várias ferramentas. O tempo de execução dependerá de quantas baterias você tem a bordo. Seis baterias de lítio fornecerão 12 kW de potência para uma hora inteira de carga contínua - o que é bastante improvável, já que a maioria das ferramentas é usada intermitentemente.

Especificação para amanhã

Os bombeiros que planejam migrar para ferramentas movidas a bateria devem considerar profundamente o tempo de carga como um fator-chave antes de começar. Os tempos de carga não são apenas uma comparação de marca simples e muitas vezes cruzam para o design de todo o aparelho. Se 2 a 6 horas for muito tempo para cobrar entre as chamadas, uma infraestrutura de carregamento melhor a bordo do aparelho pode ser uma solução melhor.

Hoje, a maioria das ferramentas de combate a incêndios alimentadas por bateria usa baterias menores que 200 Wh. Os carregadores mais rápidos disponíveis recarregam 200 Wh em 2 horas ou menos. As ferramentas de amanhã serão mais poderosas, exigindo baterias maiores para o mesmo tempo de execução operacional.

• Tempos de carga, por tamanho da bateria:
  • 100 Wh: 1.0 hora (bateria pequena para ferramenta elétrica)
  • 200 Wh: 1.6 horas (bateria da ferramenta de resgate)
  • 300 Wh: 2.4 horas (bateria do ventilador PPV, <1 hp)
  • 400 Wh: 3.2 horas (ventilador PPV de alto desempenho,> 1hp)
  • 500 Wh: 4.0 horas (ventiladores PPV de grande saída,> 2 HP)
  • 2000 Wh: 1.2 horas (bateria única de lítio para caminhão, substituição de chumbo-ácido)

Espera-se que os aparelhos de incêndio permaneçam em serviço por 20 anos. Eles devem ser projetados, tanto quanto possível, para suportar as ferramentas elétricas que devem cair na próxima década - ou arriscar a obsolescência precoce e o desempenho inferior das ferramentas e táticas conforme a tecnologia evolui.

Os departamentos sempre foram os primeiros a se mover em suas comunidades para ficar à frente dos riscos em evolução que podem encontrar - na indústria, tipos de estrutura, etc. para apoiar suas ferramentas para manter a prontidão para a missão, ao mesmo tempo em que verifica as caixas de saúde do bombeiro e as agendas verdes da comunidade local.