I sistemi di stoccaggio dell’energia si stanno muovendo verso una maggiore capacità, una maggiore densità di energia, una durata del ciclo più lunga e costi di sistema inferiori. Una delle tendenze più visibili nel settore delle batterie al litio è il rapido aumento della capacità delle celle delle batterie di accumulo di energia.

Per anni, le celle prismatiche da 280 Ah e 314 Ah sono state ampiamente utilizzate in applicazioni di accumulo di energia su larga-scala. Da allora il settore si è spostato verso formati più grandi, con celle di capacità da 500 Ah, 600 Ah, 700 Ah e anche superiori-che attirano sempre più attenzione.

Ma una cella della batteria più grande significa sempre un migliore sistema di accumulo dell’energia?

Non necessariamente.

L’aumento della capacità delle celle può ridurre il numero di celle e di connessioni necessarie in un pacco batteria ESS, ma le celle più grandi creano anche nuove sfide nella gestione termica, nella produzione, nei test, nella sicurezza e nell’integrazione del pacco.

Per i produttori di batterie, la vera domanda non è semplicemente"Quanto dovrebbe essere grande la capacità della cella?" ma piuttosto "Come si può integrare in modo efficiente e affidabile una cella ad alta-capacità in una batteria per l'accumulo di energia?"

La capacità delle celle della batteria è comunemente espressa in ampere-ora (Ah). Indica la quantità di carica elettrica che una cella può teoricamente fornire in condizioni specificate.

Ad esempio, una cella da 300 Ah può teoricamente erogare 300 A per un'ora, sebbene la capacità effettiva utilizzabile dipenda dalla chimica della batteria, dalle condizioni operative, dalla velocità di scarica, dalla temperatura e da altri fattori.

Nel settore dello stoccaggio dell’energia, le celle prismatiche al litio ferro fosfato (LiFePO4) sono diventate ampiamente utilizzate grazie alla loro combinazione di sicurezza, durata del ciclo e costo.

Man mano che i progetti di stoccaggio dell'energia diventano più grandi, i produttori di batterie adottano sempre più celle prismatiche ad alta-capacità per semplificare la progettazione dei moduli e dei pacchi batteria.

Lo sviluppo da celle di classe-circa 280Ah verso i formati 300Ah+, 500Ah+ e 600Ah+ riflette un obiettivo di settore più ampio:immagazzinare più energia con meno singole celle e ridurre la complessità dell'intero sistema di batterie.

Ci sono diverse ragioni dietro la tendenza verso batterie con celle più grandi.

1. Meno celle possono ridurre la complessità del sistema

Consideriamo un sistema di accumulo di energia che richiede una grande quantità di energia immagazzinata.

Se vengono utilizzate celle-di capacità inferiore, il sistema necessita di un numero maggiore di singole celle per raggiungere la stessa capacità energetica totale. Un numero maggiore di celle significa anche più collegamenti elettrici, sbarre collettrici, punti di monitoraggio, componenti meccanici e potenziali punti di guasto.

L'utilizzo di celle con capacità-più elevata può ridurre il conteggio totale delle celle.

Questo può semplificare:

• Progettazione del modulo batteria
• Strutture sbarre e di connessione
• Gestione delle cellule
• Cablaggio
• Assemblaggio meccanico
• Manutenzione
• Processi produttivi

Per i progetti ESS su larga-scala, la riduzione del numero dei singoli componenti può avere un impatto significativo sui costi di produzione e di integrazione del sistema.

2. Una capacità maggiore può migliorare la-densità energetica del livello del pacco

Le celle di formato-più grande possono anche contribuire a una maggiore densità di energia a livello di sistema.

Tuttavia, è importante capirlola capacità cellulare e la densità energetica non sono la stessa cosa.

Una cella della batteria con un valore Ah più alto non ha automaticamente Wh/kg o Wh/L più alti.

L'energia dipende sia dalla tensione che dalla capacità:

Energia (Wh)=Voltaggio (V) × Capacità (Ah)

Pertanto, quando valutano una cella di accumulo di energia-di grande capacità, i produttori dovrebbero considerare:

• Capacità della cella
• Voltaggio delle celle
• Densità di energia gravimetrica
• Densità energetica volumetrica
• Dimensioni delle celle
• Peso
• Ciclo di vita
• Tasso di carica/scarica

La cella migliore non è necessariamente quella con il valore Ah più alto. È quello che fornisce le migliori prestazioni complessive per l'applicazione ESS prevista.

3. Costi di produzione e di integrazione inferiori

Una riduzione del numero di celle può anche semplificare il processo di produzione del pacco batteria.

Ad esempio, meno celle possono significare meno:

• Punti di saldatura
• Collegamenti elettrici
• Componenti isolanti
• Portacellulari
• Fili
• Canali di monitoraggio

Ciò può aiutare i produttori a ridurre i tempi di assemblaggio e a migliorare l’efficienza della produzione.

Tuttavia, il vantaggio si ottiene solo quando l'attrezzatura di produzione è progettata per il formato cella e l'architettura della confezione specifici.

Questo è il motivotest delle celle della batteria, smistamento, impilamento, saldatura, test BMS e test-di-fine lineadiventano sempre più importanti man mano che le celle delle batterie di accumulo di energia diventano più grandi.

Le celle di accumulo dell'energia-di grande formato offrono chiari vantaggi, ma introducono anche nuove sfide ingegneristiche.

1. La gestione termica diventa più importante

La gestione del calore è una delle considerazioni più importanti per le celle delle batterie al litio di grande-capacità.

Durante la carica e la scarica la cella della batteria genera calore. Con l’aumento delle dimensioni fisiche e della capacità di una cella, la gestione dell’uniformità della temperatura all’interno della cella e del modulo diventa più impegnativa.

Le differenze di temperatura tra il nucleo e la superficie possono influenzare:

• Prestazioni della batteria
• Efficienza di ricarica
• Ciclo di vita
• Consistenza cellulare
• Sicurezza

Per questo motivo, i grandi sistemi di batterie ESS richiedono sempre più sistemi di gestione termica attentamente progettati e un monitoraggio affidabile della temperatura.

La cella stessa della batteria è solo una parte dell’equazione di sicurezza. La progettazione delle celle, la struttura dei moduli, l'architettura di raffreddamento, la strategia BMS, la protezione elettrica e la qualità della produzione devono lavorare insieme.

2. Le celle più grandi richiedono una produzione più accurata

Man mano che le celle della batteria diventano più grandi, la coerenza della produzione diventa sempre più importante.

Piccole differenze nella capacità delle celle, nella tensione, nella resistenza interna o nello stato di carica possono creare squilibri quando più celle sono collegate insieme.

Per la produzione di pacchi batteria ESS, le celle dovrebbero quindi essere testate e raggruppate in base alle loro caratteristiche elettriche prima dell'assemblaggio.

I parametri tipici di classificazione e ordinamento delle celle includono:

• Capacità
• Tensione-a circuito aperto (OCV)
• Resistenza interna (IR)
• Prestazioni di carica/scarica
• Altri parametri specifici dell'applicazione-

Un affidabilemacchina per il test delle celle della batteria eselezionatrice di batterieaiuta i produttori a raggruppare celle con caratteristiche simili nello stesso modulo batteria.

3. La corrispondenza delle celle diventa fondamentale

Le prestazioni del pacco batteria dipendono fortemente dalla consistenza delle celle.

Se nello stesso modulo vengono assemblate celle con capacità o valori di resistenza interna notevolmente diversi, le celle potrebbero comportarsi diversamente durante la carica e la scarica.

Ciò può portare a:

• Distribuzione non uniforme della tensione
• Diverso aumento della temperatura
• Capacità utilizzabile ridotta
• Degrado più rapido
• Maggiori requisiti di bilanciamento

Per questo motivo, la classificazione delle celle della batteria è un passo importante prima dell’assemblaggio del modulo.

Per le batterie ESS prismatiche, le apparecchiature automatizzate o semi-automatiche per il test e lo smistamento delle celle possono aiutare i produttori a raccogliere dati di test e classificare le celle prima dell'impilamento.

Conclusione: più grande non è sempre migliore

È improbabile che la tendenza verso celle di accumulo di energia di grande-capacità scompaia.

Le celle a capacità-più elevata possono ridurre il numero di celle necessarie in un sistema di batterie per l'accumulo di energia, semplificare l'architettura dei moduli, ridurre i punti di connessione e potenzialmente abbassare i costi di produzione e integrazione.

Tuttavia, le celle più grandi introducono anche sfide nella gestione termica, nella consistenza delle celle, nei test, nell’assemblaggio meccanico, nella saldatura e nella sicurezza.

Pertanto, il futuro della tecnologia delle batterie ESS non è semplicemente una competizione per il maggior numero di Ah.

Domande frequenti

Le celle di accumulo di energia più grandi sono migliori?

Non necessariamente. Le celle più grandi possono ridurre il numero di celle e la complessità del sistema, ma possono anche creare maggiori sfide nella gestione termica, nella produzione e nella sicurezza. La cella migliore dipende dall'applicazione specifica ESS.

Perché le celle da 300 Ah, 500 Ah e più grandi stanno diventando popolari per l’accumulo di energia?

Le celle a-capacità più elevata possono immagazzinare più energia per cella, riducendo il numero di celle e di collegamenti elettrici necessari in un sistema di batterie. Ciò può semplificare la progettazione del modulo batteria e potenzialmente ridurre i costi di sistema.

Quali test sono importanti per le celle di accumulo di energia-di grande capacità?

Capacità, tensione, resistenza interna, prestazioni di carica/scarica e consistenza sono parametri importanti. Ulteriori requisiti di test dipendono dalla chimica e dall'applicazione della batteria.

Quale attrezzatura è necessaria per assemblare un pacco batteria ESS?

Una tipica linea di produzione di pacchi batteria ESS può includere apparecchiature per il test e lo smistamento delle celle della batteria, macchine per impilamento e pressatura, apparecchiature per la pulizia laser, saldatrici laser, tester EOL, tester BMS, tester completi per pacchi batterie e apparecchiature obsolete.

È possibile utilizzare-celle prismatiche di grande capacità in modalità automatizzatalinee di assemblaggio di pacchi batteria?

SÌ. Le linee di assemblaggio automatizzate e semi-automatiche possono essere progettate in base a diverse dimensioni di celle prismatiche e configurazioni di pacco. L'attrezzatura e il processo devono essere personalizzati in base alle dimensioni della cella, alla struttura del modulo, al metodo di saldatura, alla capacità di produzione e ai requisiti di test.

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