Els sistemes d'emmagatzematge d'energia s'estan avançant cap a una major capacitat, una densitat d'energia més alta, una vida útil més llarga i uns costos del sistema més baixos. Una de les tendències més visibles a la indústria de les bateries de liti és el ràpid augment de la capacitat de les cèl·lules d'emmagatzematge d'energia.
Durant anys, les cèl·lules prismàtiques de 280 Ah i 314 Ah es van utilitzar àmpliament en aplicacions d'emmagatzematge d'energia a gran-escala. Des de llavors, la indústria s'ha mogut cap a formats més grans, amb cèl·lules de 500Ah, 600Ah, 700Ah i fins i tot de més gran-capacitat que atrauen cada cop més l'atenció.
Però, una pila de bateria més gran sempre significa un millor sistema d'emmagatzematge d'energia?
No necessàriament.
L'augment de la capacitat de les cèl·lules pot reduir el nombre de cèl·lules i connexions necessàries en un paquet de bateries ESS, però les cèl·lules més grans també creen nous reptes en la gestió tèrmica, la fabricació, les proves, la seguretat i la integració del paquet.
Per als fabricants de bateries, la veritable pregunta no és simplement"Quina ha de ser gran la capacitat de la cel·la?" sinó "Com es pot integrar de manera eficient i fiable una cel·la d'alta-capacitat en una bateria d'emmagatzematge d'energia?"
Què és una cèl·lula d'emmagatzematge d'energia de gran-capacitat?
La capacitat de les cèl·lules de la bateria s'expressa habitualment en amperes{0}}hores (Ah). Indica quanta càrrega elèctrica pot lliurar teòricament una cèl·lula en condicions especificades.
Per exemple, una cèl·lula de 300 Ah teòricament pot lliurar 300 A durant una hora, tot i que la capacitat útil real depèn de la química de la bateria, les condicions de funcionament, la velocitat de descàrrega, la temperatura i altres factors.
A la indústria d'emmagatzematge d'energia, les cèl·lules prismàtiques de fosfat de ferro de liti (LiFePO4) s'han utilitzat àmpliament per la seva combinació de seguretat, vida útil i cost.
A mesura que els projectes d'emmagatzematge d'energia es fan més grans, els fabricants de bateries adopten cada cop més cèl·lules prismàtiques d'alta-capacitat per simplificar el disseny dels mòduls i del paquet de bateries.
El desenvolupament d'unes cel·les de classe-aproximadament 280Ah a formats de 300Ah+, 500Ah+ i 600Ah+ reflecteix un objectiu més ampli del sector:emmagatzemar més energia amb menys cèl·lules individuals i reduir la complexitat del sistema de bateries en general.
Per què les cèl·lules de la bateria d'emmagatzematge d'energia es fan més grans?
Hi ha diverses raons darrere de la tendència cap a cel·les de bateries més grans.
1. Menys cèl·lules poden reduir la complexitat del sistema
Penseu en un sistema d'emmagatzematge d'energia que requereix una gran quantitat d'energia emmagatzemada.
Si s'utilitzen cel·les de-capacitat més petita, el sistema necessita un nombre més gran de cel·les individuals per aconseguir la mateixa capacitat energètica total. Un nombre més gran de cèl·lules també significa més connexions elèctriques, barres colectores, punts de control, components mecànics i possibles punts de fallada.
L'ús de cel·les de -capacitat més gran pot reduir el recompte total de cel·les.
Això pot simplificar:
- Disseny del mòdul de la bateria
- Estructures de barres i connexió
- Gestió cel·lular
- Cablejat
- Muntatge mecànic
- Manteniment
- Processos de producció
Per a projectes d'ESS a gran-escala, reduir el nombre de components individuals pot tenir un impacte significatiu en els costos de fabricació i integració del sistema.
2. Una capacitat més alta pot millorar la densitat energètica del nivell-pack
Les cel·les de -format més grans també poden contribuir a augmentar la densitat d'energia a nivell del sistema.
Tanmateix, és important entendre-hola capacitat cel·lular i la densitat d'energia no són el mateix.
Una pila de bateria amb una classificació Ah més alta no té automàticament més Wh/kg o Wh/L.
L'energia depèn tant de la tensió com de la capacitat:
Energia (Wh)=Tensió (V) × Capacitat (Ah)
Per tant, a l'hora d'avaluar una cèl·lula d'emmagatzematge d'energia de gran-capacitat, els fabricants haurien de tenir en compte:
- Capacitat cel·lular
- Tensió cel·lular
- Densitat d'energia gravimètrica
- Densitat d'energia volumètrica
- Dimensions cel·lulars
- Pes
- Cicle de vida
- Taxa de càrrega/descàrrega
La millor cel·la no és necessàriament la que té la qualificació Ah més alta. És el que ofereix el millor rendiment global per a l'aplicació ESS prevista.
3. Menors costos de fabricació i integració
Una reducció del nombre de cèl·lules també pot simplificar el procés de fabricació de la bateria.
Per exemple, menys cel·les poden significar menys:
- Punts de soldadura
- Connexions elèctriques
- Components d'aïllament
- Porta cel·les
- Filferros
- Canals de seguiment
Això pot ajudar els fabricants a reduir el temps de muntatge i millorar l'eficiència de la producció.
Tanmateix, el benefici només s'aconsegueix quan l'equip de producció està dissenyat per al format de cèl·lula i l'arquitectura de paquet específics.
Per aixòprova de cèl·lules de la bateria, classificació, apilament, soldadura, proves de BMS i proves de final de línia--esdevenen cada cop més importants a mesura que les cèl·lules d'emmagatzematge d'energia es fan més grans.
Quins són els reptes de les cèl·lules de bateries de gran-capacitat?
Les cèl·lules d'emmagatzematge d'energia de gran-format ofereixen avantatges clars, però també introdueixen nous reptes d'enginyeria.
1. La gestió tèrmica és més important
La gestió de la calor és una de les consideracions més importants per a les cèl·lules de bateries de liti de gran-capacitat.
Durant la càrrega i la descàrrega, una pila de bateria genera calor. A mesura que la mida física i la capacitat d'una cel·la augmenten, la gestió de la uniformitat de la temperatura a tota la cèl·lula i el mòdul es fa més difícil.
Les diferències de temperatura entre el nucli i la superfície poden afectar:
- Rendiment de la bateria
- Eficiència de càrrega
- Cicle de vida
- consistència cel·lular
- Seguretat
Per aquest motiu, els grans sistemes de bateries ESS requereixen cada cop més sistemes de gestió tèrmica dissenyats amb cura i un control fiable de la temperatura.
La cèl·lula de la bateria en si és només una part de l'equació de seguretat. El disseny de cèl·lules, l'estructura del mòdul, l'arquitectura de refrigeració, l'estratègia de BMS, la protecció elèctrica i la qualitat de fabricació han de treballar conjuntament.
2. Les cèl·lules més grans requereixen una fabricació més precisa
A mesura que les cèl·lules de la bateria es fan més grans, la consistència de fabricació és cada cop més important.
Petites diferències en la capacitat de la cèl·lula, la tensió, la resistència interna o l'estat de càrrega poden crear un desequilibri quan es connecten diverses cel·les entre si.
Per a la fabricació de bateries ESS, les cèl·lules s'han de provar i agrupar segons les seves característiques elèctriques abans del muntatge.
Els paràmetres típics de classificació i classificació de cel·les inclouen:
- Capacitat
- Tensió de circuit obert{0} (OCV)
- Resistència interna (IR)
- Rendiment de càrrega/descàrrega
- Altres paràmetres-específics de l'aplicació
Un fiablemàquina de prova de cèl·lules de la bateria imàquina de classificació de bateriesajuda els fabricants a agrupar cèl·lules amb característiques similars en el mateix mòdul de bateria.
3. La concordança de cèl·lules esdevé crítica
El rendiment de la bateria depèn en gran mesura de la consistència de la cèl·lula.
Si s'ajunten al mateix mòdul cèl·lules amb capacitats significativament diferents o valors de resistència interna, les cèl·lules poden comportar-se de manera diferent durant la càrrega i la descàrrega.
Això pot conduir a:
- Distribució desigual de tensió
- Augment de temperatura diferent
- Capacitat útil reduïda
- Degradació més ràpida
- Augment dels requisits d'equilibri
Per aquest motiu, la classificació de les cèl·lules de la bateria és un pas important abans del muntatge del mòdul.
Per a les bateries prismàtiques ESS, els equips de prova i classificació de cèl·lules automatitzats o semi{0}}automàtics poden ajudar els fabricants a recopilar dades de prova i classificar les cèl·lules abans d'apilar-les.
Conclusió: més gran no sempre és millor
És poc probable que desaparegui la tendència cap a cèl·lules d'emmagatzematge d'energia de gran-capacitat.
Les cèl·lules de -capacitat més gran poden reduir el nombre de cèl·lules necessàries en un sistema de bateries d'emmagatzematge d'energia, simplificar l'arquitectura dels mòduls, reduir els punts de connexió i, potencialment, reduir els costos de fabricació i integració.
Tanmateix, les cèl·lules més grans també introdueixen reptes en la gestió tèrmica, la consistència cel·lular, les proves, el muntatge mecànic, la soldadura i la seguretat.
Per tant, el futur de la tecnologia de bateries ESS no és simplement una competència per obtenir la qualificació Ah més gran.
PMF
Són millors les cèl·lules d'emmagatzematge d'energia més grans?
No necessàriament. Les cèl·lules més grans poden reduir el recompte de cèl·lules i la complexitat del sistema, però també poden crear reptes més grans en la gestió tèrmica, la fabricació i la seguretat. La millor cèl·lula depèn de l'aplicació específica de l'ESS.
Per què s'estan popularitzant les cèl·lules de 300 Ah, 500 Ah i més grans per a l'emmagatzematge d'energia?
Les cèl·lules de -capacitat més gran poden emmagatzemar més energia per cel·la, reduint el nombre de cèl·lules i connexions elèctriques necessàries en un sistema de bateries. Això pot simplificar el disseny del mòdul de la bateria i, potencialment, reduir els costos del sistema.
Quines proves són importants per a cèl·lules d'emmagatzematge d'energia de gran-capacitat?
La capacitat, la tensió, la resistència interna, el rendiment de càrrega/descàrrega i la consistència són paràmetres importants. Els requisits de prova addicionals depenen de la química i l'aplicació de la bateria.
Quin equip es necessita per muntar un paquet de bateries ESS?
Una línia de producció de bateries ESS típica pot incloure equips de prova i classificació de cèl·lules de bateries, màquines d'apilament i premsat, equips de neteja per làser, màquines de soldadura làser, provadors EOL, provadors BMS, provadors complets de paquets de bateries i equips d'envelliment.
Es poden utilitzar cèl·lules prismàtiques de gran-capacitat de manera automatitzadalínies de muntatge de paquets de bateries?
Sí. Les línies de muntatge automàtiques i semi-automàtiques es poden dissenyar amb diferents dimensions de cel·les prismàtiques i configuracions de paquets. L'equip i el procés s'han de personalitzar segons la mida de la cel·la, l'estructura del mòdul, el mètode de soldadura, la capacitat de producció i els requisits de prova.
