Od nowych pojazdów napędzanych energią po systemy magazynowania energii: wymagania techniczne dotyczące akumulatorów litowo--jonowych w różnych obszarach zastosowań

Baterie litowo-jonowe-od początku ich zastosowania w elektronice użytkowej rozszerzyły się na nowe pojazdy zasilane energią, systemy magazynowania energii, sprzęt przemysłowy, zasilacze UPS, elektronarzędzia oraz inne mobilne i stacjonarne systemy energetyczne. Departament Energii Stanów Zjednoczonych uznaje pojazdy elektryczne, stacjonarne magazynowanie energii, lotnictwo i inne sektory za kluczowe zastosowania ogniw akumulatorowych na późniejszym etapie łańcucha dostaw.

 

Jednak wymagania dotyczące baterii różnią się w zależności od scenariusza zastosowania. W przypadku nowych pojazdów energetycznych priorytetem jest gęstość energii, moc wyjściowa, szybkie ładowanie, żywotność cyklu i bezpieczeństwo; systemy magazynowania energii skupiają się na-długoterminowym działaniu, kosztach, żywotności i bezpieczeństwie systemu; podczas gdy urządzenia przemysłowe zazwyczaj wymagają stabilności, możliwości dostosowania do środowiska i łatwości konserwacji.

 

Dlatego zrozumienie specyficznych potrzeb różnych scenariuszy zastosowań jest kluczową podstawą przy wyborze baterii litowo-jonowych i projektowaniu ich.

 

 

Pojazdy nowej generacji stawiają wysokie wymagania systemom akumulatorów. Po pierwsze, pojazdy muszą magazynować jak najwięcej energii elektrycznej w ograniczonej przestrzeni i masie, co sprawia, że ​​gęstość energii jest czynnikiem krytycznym. Po drugie, akumulator musi zapewniać stabilną moc wyjściową, aby sprostać wysokiemu chwilowemu zapotrzebowaniu na moc związanemu z przyspieszaniem, pokonywaniem wzniesień i-jazdą z dużą prędkością. Ponadto akumulatory te muszą wytrzymywać złożone warunki pracy, w tym częste ładowanie i rozładowywanie, wahania temperatury, wibracje i długotrwałe-użytkowanie.

 

W związku z tym projektowanie ogniw zasilających EV LiFePO4 nie może skupiać się wyłącznie na dużej pojemności; zamiast tego wymaga równowagi między gęstością energii, mocą wyjściową, żywotnością, bezpieczeństwem i zarządzaniem ciepłem.

 

 

 

Systemy akumulatorów pojazdów nowej generacji składają się z czegoś więcej niż tylko ogniw akumulatorowych. Rzeczywisty zestaw akumulatorów zawiera takie elementy, jak obudowy, pokrywy, zaciski, szyny zbiorcze, złącza, izolację, części zarządzające ciepłem i elementy konstrukcyjne. Łącznie komponenty te umożliwiają realizację funkcji obejmujących przesyłanie prądu, montaż mechaniczny, izolację, ochronę i zarządzanie temperaturą. Na przykład pokrywa ogniwa pryzmatycznego może zawierać zaciski dodatnie i ujemne, mechanizm bezpieczeństwa-odciążający i struktury uszczelniające, podczas gdy szyny zbiorcze ustanawiają połączenia elektryczne między wieloma ogniwami.

 

W związku z tym części tłoczone z metalu, precyzyjne złącza i elementy konstrukcyjne akumulatorów w łańcuchu dostaw akumulatorów litowo-jonowych mają znaczną wartość inżynieryjną.

 

 

 

Systemy magazynowania energii akumulatorowej (BESS) stanowią kolejny kluczowy obszar zastosowań akumulatorów litowych. W przeciwieństwie do nowych pojazdów energetycznych, stacjonarne systemy magazynowania energii na ogół nie wymagają częstego przenoszenia, więc wrażliwość na wagę może być różna. Ponieważ jednak systemy te zazwyczaj poddawane są częstym,{{2}długoterminowym-cyklom rozładowania, czynniki takie jak żywotność cyklu, konsystencja ogniw, zarządzanie temperaturą, bezpieczeństwo i konserwacja systemu stają się czynnikami krytycznymi.

 

W przypadku projektów magazynowania energii-na dużą skalę system akumulatorów musi utrzymywać stabilne działanie przez długi cykl życia; w związku z tym szczególnie ważna jest spójność ogniw-pomiędzy-ogniwami oraz możliwości kontrolne systemu zarządzania baterią (BMS).

 

 

Wraz z rozwojem energii odnawialnej, litowe baterie słoneczne są coraz częściej wykorzystywane do magazynowania energii w systemach wytwarzania energii słonecznej i innych nowych systemach wytwarzania energii. Wytwarzanie energii słonecznej ma charakter nieciągły; systemy fotowoltaiczne wytwarzają znaczną ilość energii elektrycznej w ciągu dnia, ale nie są w stanie wytworzyć energii w nocy. Systemy magazynowania energii mogą przechwytywać nadmiar energii w okresach zwiększonego wytwarzania i uwalniać ją w razie potrzeby.

 

W rezultacie magazynowanie energii w akumulatorach litowo-jonowych pomaga nowym systemom energetycznym poprawiać efektywność wykorzystania energii elektrycznej i wspiera sieć energetyczną w ograniczaniu szczytów, wypełnianiu dolin i wysyłaniu energii.

 

Oprócz samych pojazdów wykorzystujących nowe źródła energii, ogniwa akumulatorowe LiFePO4 do produktów fotowoltaicznych można również wykorzystywać w określonej infrastrukturze ładowania i systemach ładowania opartych na-magazynowaniu-energii. Gdy pojemność sieci jest ograniczona, te systemy magazynowania energii mogą magazynować energię elektryczną w okresach niskiego zapotrzebowania i zapewniać dodatkową moc w okresach dużego zapotrzebowania na ładowanie. Takie systemy nakładają wymagania dotyczące szybkości reakcji zasilania, trwałości cyklu i zarządzania temperaturą, które różnią się od wymagań standardowej elektroniki użytkowej.

 

W związku z tym systemy akumulatorów do zastosowań w infrastrukturze ładowania muszą być projektowane w oparciu o takie czynniki, jak moc ładowania, pojemność magazynowania energii, częstotliwość robocza i środowisko instalacji.

 

 

Baterie litowe superpack nadają się również do UPS i systemów zasilania rezerwowego. Podczas gdy tradycyjne systemy zasilania rezerwowego często opierają się na akumulatorach-kwasowo-ołowiowych, zestawy akumulatorów litowo-jonowych oferują zalety pod względem rozmiaru i wagi, co czyni je realną opcją dla niektórych nowoczesnych systemów UPS. W przypadku zastosowań UPS akumulatory muszą nie tylko dostarczać energię, ale także szybko zapewniać zasilanie rezerwowe w przypadku awarii zasilania sieciowego.

 

W związku z tym projekt systemu musi uwzględniać takie czynniki, jak chwilowa moc wyjściowa, szybkość reakcji, żywotność baterii, zarządzanie temperaturą i system zarządzania baterią (BMS).

 

 

Pojazdy przemysłowe, zautomatyzowany sprzęt, pojazdy AGV (zautomatyzowane pojazdy kierowane), AMR (autonomiczne roboty mobilne) i inny mobilny sprzęt przemysłowy mogą również wykorzystywać systemy magazynowania energii słonecznej i pakiety baterii litowych. Ponieważ urządzenia te często wymagają ciągłej pracy w fabrykach, magazynach lub centrach logistycznych, ich systemy akumulatorów muszą zapewniać doskonałą wydajność cykli i wydajność ładowania.

 

W przeciwieństwie do akumulatorów do pojazdów osobowych, akumulatory do urządzeń przemysłowych są często projektowane z myślą o-wykorzystaniu wysokiej częstotliwości, możliwości szybkiego ładowania i łatwości konserwacji. Na przykład akumulatory do zautomatyzowanego sprzętu logistycznego muszą mieścić się w wewnętrznej przestrzeni urządzenia, jednocześnie spełniając wymagania energetyczne silników i systemów sterowania.

 

 

Smartfony, laptopy, tablety, urządzenia cyfrowe i elektronarzędzia należały do ​​pierwszych kluczowych rynków zbytu zupełnie nowych-akumulatorów dla firmy BESS. Ponieważ produkty te są często wrażliwe na rozmiar i wagę akumulatora, wysoka gęstość energii jest krytycznym parametrem projektowym.

 

Jednocześnie konsumenci priorytetowo traktują możliwość-szybkiego ładowania, trwałość cyklu i bezpieczeństwo. Biorąc pod uwagę ograniczoną przestrzeń wewnętrzną tych urządzeń, baterie często wymagają dostosowania w celu dopasowania do struktury produktu; w związku z tym konfiguracje akumulatorów kieszeniowych, cylindrycznych i innych kompaktowych mają swoje własne, specyficzne przypadki użycia.

 

Wymagania materiałowe różnią się w zależności od zastosowania

 

Różne scenariusze zastosowań wpływają na wybór systemów materiałów akumulatorowych.

 

Nowe pojazdy energetyczne mogą wymagać równowagi między gęstością energii, kosztami i bezpieczeństwem.

 

Systemy magazynowania energii mogą kłaść większy nacisk na trwałość cyklu, koszty i długoterminową-stabilność.

 

W przypadku przenośnych urządzeń elektronicznych priorytetem jest rozmiar, waga i gęstość energii.

 

Urządzenia przemysłowe mogą wymagać wyjątkowej wytrzymałości mechanicznej i odporności na cykle ładowania-o wysokiej częstotliwości-rozładowania.

 

Dlatego wybór materiałów na akumulatory litowo- powinien opierać się na wymaganiach konkretnego zastosowania, a nie na prostym porównaniu teoretycznej wydajności materiałów.

 

 

Oprócz chemii wewnętrznej, zewnętrzną strukturę akumulatora należy również zaprojektować z myślą o konkretnym zastosowaniu.

 

Baterie cylindryczne charakteryzują się wysoką standaryzacją i stabilnością konstrukcyjną.

 

Akumulatory pryzmatyczne zapewniają duże wykorzystanie przestrzeni ze względu na swój regularny kształt, co czyni je szeroko stosowanymi w nowych pojazdach energetycznych i systemach magazynowania energii.

 

Baterie etui wykorzystują elastyczną strukturę opakowania, oferując korzyści pod względem masy i wydajności przestrzennej.

 

Różne metody pakowania mają wpływ na montaż ogniw, zarządzanie ciepłem, montaż mechaniczny, wzajemne połączenia i późniejszą konstrukcję pakietu akumulatorów.

 

 

Niezależnie od tego, czy są stosowane w nowych pojazdach napędzanych energią, czy w systemach magazynowania energii, bezpieczeństwo ma kluczowe znaczenie w przypadku akumulatorów litowo-jonowych-dla produktów solarnych. Bezpieczeństwo baterii obejmuje wiele aspektów, w tym materiały, strukturę ogniw, procesy produkcyjne, zarządzanie temperaturą i systemy zarządzania akumulatorami (BMS).

 

Spośród tych elementów separator musi zapewniać fizyczną izolację pomiędzy elektrodą dodatnią i ujemną, umożliwiając jednocześnie transport jonów; w związku z tym najważniejsza jest jego stabilność mechaniczna i termiczna. W ostatnich latach szeroko zakrojone badania skupiały się na separatorach-pokrytych ceramiką, separatorach kompozytowych i innych separatorach funkcjonalizowanych w celu zwiększenia stabilności termicznej, właściwości mechanicznych i właściwości transportu jonów.

 

Pokazuje to, że bezpieczeństwo akumulatora nie zależy od pojedynczego elementu, ale jest wynikiem łącznej wydajności całego układu akumulatorowego.

 

 

W miarę poszerzania się zakresu zastosowań akumulatorów litowo-jonowych wymagania rynkowe dotyczące integracji akumulatorów stają się coraz bardziej rygorystyczne. Kompletny system akumulatorów zazwyczaj integruje wiele komponentów, w tym ogniwa, szyny zbiorcze, części konstrukcyjne, izolację, systemy zarządzania temperaturą, system zarządzania akumulatorem (BMS) i obudowę. W przypadku nowych pojazdów zasilanych energią i wielkoskalowych-systemów magazynowania energii należy również wziąć pod uwagę takie czynniki, jak montaż mechaniczny, połączenia elektryczne, przenoszenie ciepła i konserwacja systemu.

 

W związku z tym poza oferowaniem standardowych produktów dostawcy komponentów akumulatorów muszą posiadać możliwość dostosowywania wymiarów, materiałów, metod łączenia i obróbki powierzchni w oparciu o specyfikacje klienta.

 

 

Przyszłe zastosowania akumulatorów litowych typu flash będą w dalszym ciągu koncentrować się na nowych pojazdach napędzanych energią, magazynowaniu energii, zasilaczach przemysłowych i innych obszarach elektryfikacji.

 

Jednocześnie branża akumulatorów koncentruje się na osiągnięciu wyższej gęstości energii, szybszego ładowania, dłuższej żywotności, większego bezpieczeństwa i niższych kosztów produkcji.

 

Innowacje w zakresie materiałów i technologii produkcyjnych będą w dalszym ciągu kształtować rozwój akumulatorów. Na przykład pozostaje miejsce na ciągłą optymalizację materiałów katod i anod, separatorów, elektrolitów i konstrukcji akumulatorów.

 

Tymczasem sama produkcja akumulatorów coraz bardziej kładzie nacisk na automatyzację, monitorowanie procesów, identyfikowalność jakości i recykling materiałów.

 

 

 

Baterie litowe do magazynowania energii zyskały szeroki ekosystem zastosowań obejmujący elektronikę użytkową, pojazdy zasilane nowym energią (NEV), magazynowanie energii, sprzęt przemysłowy, systemy UPS i inne systemy zelektryfikowane.

 

Żaden pojedynczy projekt akumulatora nie ma uniwersalnego zastosowania w tych różnych scenariuszach. W pojazdach NEV priorytetem jest gęstość energii i moc wyjściowa; systemy magazynowania energii kładą nacisk na-długi cykl życia i bezpieczeństwo; sprzęt przemysłowy skupia się na-wysokiej częstotliwości i niezawodności; podczas gdy w elektronice użytkowej priorytetem są kompaktowe rozmiary, lekkość i czas pracy.

 

Wybierając akumulatory lub powiązane komponenty, inżynierowie i specjaliści ds. zaopatrzenia powinni przyjąć kompleksowe podejście do projektowania, które uwzględnia specyficzne środowisko zastosowania, parametry elektryczne, ograniczenia przestrzeni mechanicznej, wymagania dotyczące zarządzania temperaturą i żywotność.

 

Tylko poprzez integrację materiałów ogniw, komponentów konstrukcyjnych, połączeń elektrycznych i elementów sterujących systemu można opracować rozwiązania w zakresie akumulatorów litowo-jonowych, które są naprawdę zoptymalizowane pod kątem konkretnych scenariuszy zastosowań.

 

Niezależnie od tego, czy opracowujesz projekty opakowań pojazdów elektrycznych nowej-generacji, skalujesz projekty ESS, czy szukasz niestandardowych rozwiązań w zakresie komponentów, nasz zespół jest tutaj, aby wspierać Twój cykl życia produktu, od inżynierii DFM po produkcję seryjną. Skontaktuj się z naszymi ekspertami technicznymi już dziś, aby omówić niestandardowe specyfikacje, poprosić o ocenę próbek lub dowiedzieć się, w jaki sposób nasza zintegrowana produkcja komponentów może poprawić wydajność baterii.