Uusista energiaajoneuvoista energian varastointijärjestelmiin: Litium{0}}ioni-akkujen tekniset vaatimukset eri käyttöalueilla

Litium{0}}ioni-akut ovat laajentuneet varhaisesta käyttöstään kulutuselektroniikassa kattamaan uusia energiaajoneuvoja, energian varastointijärjestelmiä, teollisuuslaitteita, UPS-yksiköitä, sähkötyökaluja ja muita liikkuvia ja kiinteitä energiajärjestelmiä. Yhdysvaltain energiaministeriö määrittelee sähköajoneuvot, kiinteän energian varastoinnin, lentoliikenteen ja muut alat tärkeimmiksi akkukennojen loppupään sovelluksiksi.

 

Akun vaatimukset vaihtelevat kuitenkin eri sovellusskenaarioissa. Uudet energiaajoneuvot asettavat etusijalle energiatiheyden, tehon, nopean latauksen, käyttöiän ja turvallisuuden; energian varastointijärjestelmät keskittyvät{1}}pitkän aikavälin toimintaan, kustannuksiin, käyttöikään ja järjestelmän turvallisuuteen. kun taas teollisuuslaitteet vaativat tyypillisesti vakautta, ympäristöön sopeutumiskykyä ja helppohoitoisuutta.

 

Siksi eri sovellusskenaarioiden erityistarpeiden ymmärtäminen on ratkaisevan tärkeä perusta litiumioniakkujen valinnassa ja akun suunnittelussa.

 

 

Uudet energiaajoneuvot asettavat korkeat vaatimukset akkujärjestelmille. Ensinnäkin ajoneuvojen on varastoitava mahdollisimman paljon sähköenergiaa rajoitetuissa tila- ja painorajoituksissa, jolloin energiatiheys on kriittinen tekijä. Toiseksi akun on annettava vakaa teho, jotta se vastaa kiihtyvyyteen, mäkikiipeilyyn ja nopeaan{2}}ajoon liittyviin suuriin hetkellisiin tehotarpeisiin. Lisäksi näiden akkujen on kestettävä monimutkaisia ​​käyttöolosuhteita, mukaan lukien toistuva lataus ja purkaminen, lämpötilan vaihtelut, tärinä ja pitkäaikainen käyttö.

 

Näin ollen EV LiFePO4 -voimakennojen suunnittelussa ei voi keskittyä pelkästään suureen kapasiteettiin; Sen sijaan se vaatii tasapainoa energiatiheyden, tehon, käyttöiän, turvallisuuden ja lämmönhallinnan välillä.

 

 

 

Uudet energiaajoneuvojen akkujärjestelmät koostuvat muustakin kuin pelkistä akkukennoista. Varsinainen akkupaketti sisältää komponentteja, kuten kotelot, kansilevyt, liittimet, virtakiskot, liittimet, eristeet, lämmönhallintaosat ja rakenneosat. Yhdessä nämä komponentit helpottavat toimintoja, kuten virransiirtoa, mekaanista asennusta, eristystä, suojausta ja lämmönhallintaa. Esimerkiksi prismaattisen kennon kansilevy voi sisältää positiiviset ja negatiiviset liittimet, turvapaineen-poistomekanismin ja tiivistysrakenteita, kun taas virtakiskot muodostavat sähköliitännät useiden kennojen välille.

 

Näin ollen litiumioniakkujen toimitusketjussa olevilla metalliosilla, tarkkuusliittimillä ja akun rakenneosilla on merkittävää teknistä arvoa.

 

 

 

Battery Energy Storage Systems (BESS) edustaa litiumakkujen toinen keskeinen sovellusalue. Toisin kuin uudet energiaajoneuvot, kiinteät energian varastointijärjestelmät eivät yleensä vaadi usein vaihtamista, joten painoherkkyys voi vaihdella. Koska näissä järjestelmissä kuitenkin tapahtuu yleensä toistuvia, pitkiä -pitkäaikaisia ​​lataussyklejä-, syklin käyttöiän, kennojen yhtenäisyyden, lämmönhallinnan, turvallisuuden ja järjestelmän ylläpidon kaltaisista tekijöistä tulee kriittisiä näkökohtia.

 

Suurissa{0}}energian varastointiprojekteissa akkujärjestelmän on säilytettävä vakaa toiminta pitkän elinkaaren ajan. siksi solujen-to-yhteensopivuus ja akunhallintajärjestelmän (BMS) ohjausominaisuudet ovat erityisen tärkeitä.

 

 

Uusiutuvan energian lisääntyessä litium-aurinkoakkuja käytetään yhä enemmän energian varastointiin aurinko- ja muissa uusissa energiantuotantojärjestelmissä. Aurinkosähkön tuotanto on luonnostaan ​​ajoittaista; aurinkosähköjärjestelmät tuottavat paljon sähköä päivällä, mutta eivät voi tuottaa sähköä yöllä. Energian varastointijärjestelmät voivat ottaa talteen ylimääräisen energian korkean tuotannon aikana ja vapauttaa sitä tarvittaessa.

 

Näin ollen litium{0}}ioni-ioniakkujen energian varastointi auttaa uusia energiajärjestelmiä parantamaan sähkön käytön tehokkuutta ja tukee sähköverkkoa parranajohuippujen aikana, laaksojen täyttämisessä ja energiansiirrossa.

 

Uusien energiaajoneuvojen lisäksi aurinkotuotteille tarkoitettuja LiFePO4-akkukennoja voidaan käyttää myös tietyssä latausinfrastruktuurissa ja energian-varastointi-pohjaisissa latausjärjestelmissä. Kun verkon kapasiteetti on rajoitettu, nämä energian varastointijärjestelmät voivat varastoida sähköä alhaisen kysynnän aikoina ja tarjota lisätehoa suuren lataustarpeen aikana. Tällaiset järjestelmät asettavat tehovasteen nopeuteen, käyttöikään ja lämmönhallintaan liittyviä vaatimuksia, jotka eroavat tavallisen kulutuselektroniikan vaatimuksista.

 

Tästä syystä latausinfrastruktuurisovellusten akkujärjestelmät on suunniteltava perustuen sellaisiin tekijöihin kuin latausteho, energian varastointikapasiteetti, toimintataajuus ja asennusympäristö.

 

 

Litium-superpack-akut soveltuvat myös UPS- ja varavirtajärjestelmiin. Vaikka perinteiset varavirtajärjestelmät käyttävät usein lyijy-happoakkuja, litium-ioni-akut tarjoavat etuja koon ja painon suhteen, joten ne ovat varteenotettava vaihtoehto joihinkin nykyaikaisiin UPS-järjestelmiin. UPS-sovelluksissa akkujen ei tarvitse ainoastaan ​​tuottaa energiaa, vaan myös tarjota varavirtaa nopeasti, kun verkkovirta katkeaa.

 

Tästä syystä järjestelmän suunnittelussa on otettava huomioon sellaiset tekijät kuin hetkellinen teho, vastenopeus, akun käyttöikä, lämmönhallinta ja akunhallintajärjestelmä (BMS).

 

 

Teollisuusajoneuvot, automatisoidut laitteet, AGV:t (Automated Guided Vehicles), AMR:t (Autonomous Mobile Robots) ja muut liikkuvat teollisuuslaitteet voivat myös hyödyntää aurinkoenergian varastointijärjestelmiä ja litiumakkupakkauksia. Koska nämä laitteet vaativat usein jatkuvaa toimintaa tehtaissa, varastoissa tai logistiikkakeskuksissa, niiden akkujärjestelmien on tarjottava erinomainen syklin suorituskyky ja lataustehokkuus.

 

Toisin kuin henkilöajoneuvojen akut, teollisuuslaitteiden akut on usein suunniteltu korkean-taajuuden käyttöön, nopeaan latausmahdollisuuksiin ja huollon helppouteen. Esimerkiksi automatisoitujen logistiikkalaitteiden akkujen on mahduttava laitteen sisätilaan ja täytettävä moottoreiden ja ohjausjärjestelmien tehovaatimukset.

 

 

Älypuhelimet, kannettavat tietokoneet, tabletit, digitaaliset laitteet ja sähkötyökalut olivat BESSin ladattavien merkki{0}}uusien akkujen ensimmäisiä avainmarkkinoita. Koska nämä tuotteet ovat usein herkkiä akun koolle ja painolle, korkea energiatiheys on kriittinen suunnitteluparametri.

 

Samaan aikaan kuluttajat asettavat etusijalle nopean{0}}latauksen, syklin käyttöiän ja turvallisuuden. Koska näissä laitteissa on rajallinen sisätila, akut vaativat usein räätälöinnin sopimaan tuotteen rakenteeseen. näin ollen pussi-, sylinterimäisillä ja muilla pienikokoisilla akkukokoonpanoilla on kullakin omat käyttötapauksensa.

 

Materiaalivaatimukset vaihtelevat sovelluksen mukaan

 

Eri käyttöskenaariot vaikuttavat akkumateriaalijärjestelmien valintaan.

 

Uudet energiaajoneuvot saattavat edellyttää tasapainoa energiatiheyden, kustannusten ja turvallisuuden välillä.

 

Energian varastointijärjestelmissä voidaan painottaa enemmän syklin käyttöikää, kustannuksia ja pitkäaikaista{0}}vakautta.

 

Kannettava elektroniikka asettaa etusijalle koon, painon ja energiatiheyden.

 

Teollisuuslaitteet saattavat vaatia ylivoimaista mekaanista kestävyyttä ja kykyä käsitellä korkeita{0}}taajuisia lataussyklejä-.

 

Siksi litiumioniakkujen materiaalien valinnan tulisi perustua erityisiin sovellusvaatimuksiin eikä yksinkertaiseen materiaalien teoreettisen suorituskyvyn vertailuun.

 

 

Sisäisen kemian lisäksi myös akun ulkoinen rakenne on suunniteltava tiettyä käyttötarkoitusta silmällä pitäen.

 

Sylinterimäisille akuille on ominaista korkea standardointi ja rakenteellinen vakaus.

 

Prismaattiset akut tarjoavat korkean tilankäyttöä säännöllisen muotonsa ansiosta, joten niitä käytetään laajasti uusissa energiaajoneuvoissa ja energian varastointijärjestelmissä.

 

Pussiakut käyttävät joustavaa pakkausrakennetta, mikä tarjoaa etuja painon ja tilankäytön suhteen.

 

Eri pakkausmenetelmät vaikuttavat kennojen kokoonpanoon, lämmönhallintaan, mekaaniseen asennukseen, yhteenliittämiseen ja akun myöhempään suunnitteluun.

 

 

Solar Productsissa käytettävien litiumioniakkujen turvallisuus on kriittinen huolenaihe, käytettiinpä niitä uusissa energiaajoneuvoissa tai energian varastointijärjestelmissä. Akkuturvallisuus kattaa useita näkökohtia, mukaan lukien materiaalit, kennorakenteen, valmistusprosessit, lämmönhallinnan ja akunhallintajärjestelmät (BMS).

 

Näiden komponenttien joukossa erottimen on saatava aikaan fyysinen eristys positiivisten ja negatiivisten elektrodien välillä sallien samalla ionien kuljetus; näin ollen sen mekaaninen ja lämpöstabiilisuus ovat ensiarvoisen tärkeitä. Viime vuosina laaja tutkimus on keskittynyt keraamisiin-päällystettyihin erottimiin, komposiittierottimiin ja muihin funktionaalisiin erottimiin lämpöstabiilisuuden, mekaanisten ominaisuuksien ja ioninkuljetusominaisuuksien parantamiseksi.

 

Tämä osoittaa, että akun turvallisuutta ei määritä yksittäinen komponentti, vaan se on seurausta koko akkujärjestelmän yhteisestä suorituskyvystä.

 

 

Litium{0}}ioni-akkusovellusten laajenemisen myötä akkupakettien integrointia koskevat markkinoiden vaatimukset ovat yhä tiukemmat. Täydellinen akkujärjestelmä sisältää tyypillisesti useita komponentteja, mukaan lukien kennot, virtakiskot, rakenneosat, eristys, lämmönhallintajärjestelmät, akunhallintajärjestelmä (BMS) ja kotelo. Uusissa energiaajoneuvoissa ja suurissa-energian varastointijärjestelmissä on myös otettava huomioon sellaiset tekijät kuin mekaaninen asennus, sähköliitännät, lämmönsiirto ja järjestelmän ylläpito.

 

Näin ollen akkukomponenttien toimittajilla tulee olla vakiotuotteiden tarjoamisen lisäksi kyky räätälöidä mitat, materiaalit, liitäntätavat ja pintakäsittelyt asiakkaan toiveiden mukaisesti.

 

 

Flash-akkujen litiumakkujen tulevat sovellukset keskittyvät jatkossakin uusiin energia-ajoneuvoihin, energian varastointiin, teollisiin virtalähteisiin ja muihin sähköistyksen osa-alueisiin.

 

Samaan aikaan akkuteollisuus keskittyy saavuttamaan korkeampi energiatiheys, nopeampi lataus, pidempi käyttöikä, parannettu turvallisuus ja alhaisemmat valmistuskustannukset.

 

Materiaaliin ja valmistusteknologioihin liittyvät innovaatiot muokkaavat edelleen akkujen kehitystä. Esimerkiksi katodi- ja anodimateriaalien, erottimien, elektrolyyttien ja akkurakenteiden jatkuvalle optimoinnille on edelleen tilaa.

 

Samaan aikaan akkuvalmistus itsessään painottaa yhä enemmän automaatiota, prosessien seurantaa, laadun jäljitettävyyttä ja materiaalien kierrätystä.

 

 

 

Energian varastointiin tarkoitetut litiumakut ovat luoneet laajan sovellusekosysteemin, joka kattaa kulutuselektroniikan, uudet energiaajoneuvot (NEV), energian varastoinnin, teollisuuslaitteet, UPS-järjestelmät ja muut sähköistetyt järjestelmät.

 

Mikään yksittäinen akkurakenne ei ole yleisesti käyttökelpoinen näissä eri skenaarioissa. NEV:t asettavat etusijalle energiatiheyden ja tehon; energian varastointijärjestelmät korostavat pitkäkestoista käyttöikää ja turvallisuutta; teollisuuslaitteet keskittyvät korkeataajuiseen-toimintaan ja luotettavuuteen; kun taas kulutuselektroniikka asettaa etusijalle kompaktin koon, keveyden ja käyttöajan.

 

Akun energian varastointia tai niihin liittyviä komponentteja valittaessa insinöörien ja hankinta-ammattilaisten tulee omaksua kattava suunnittelu lähestymistapa, jossa otetaan huomioon erityinen sovellusympäristö, sähköiset parametrit, mekaaniset tilanrajoitukset, lämmönhallintavaatimukset ja käyttöikä.

 

Vain integroimalla kennomateriaalit, rakennekomponentit, sähköliitännät ja järjestelmäohjaukset voidaan kehittää litiumioniakkuratkaisuja, jotka on todella optimoitu tiettyihin sovellusskenaarioihin.

 

Olitpa sitten kehittämässä seuraavan-sukupolven sähköautopakettien suunnittelua, skaalaamassa ESS-projekteja tai etsimässä mukautettuja komponenttiratkaisuja, tiimimme on täällä tukemassa tuotteesi elinkaarta DFM-suunnittelusta volyymituotantoon. Ota yhteyttä teknisiin asiantuntijoihimme tänään keskustellaksesi mukautetuista teknisistä tiedoistasi, pyytääksesi näytearviointeja tai selvittääksesi, kuinka integroitu komponenttivalmistus voi parantaa akun suorituskykyä.