No jauniem enerģijas transportlīdzekļiem līdz enerģijas uzglabāšanas sistēmām: tehniskās prasības litija{0}}jonu akumulatoriem dažādās lietošanas jomās

Litija{0}}jonu akumulatori kopš to agrīnās izmantošanas plaša patēriņa elektronikā ir paplašinājušies, iekļaujot jaunus enerģijas transportlīdzekļus, enerģijas uzglabāšanas sistēmas, rūpnieciskās iekārtas, UPS vienības, elektroinstrumentus un citas mobilas un stacionāras enerģijas sistēmas. ASV Enerģētikas departaments ir identificējis elektriskos transportlīdzekļus, stacionāro enerģijas uzkrāšanu, aviāciju un citas nozares kā galvenos akumulatoru elementu pakārtotos lietojumus.

 

Tomēr akumulatora prasības dažādos lietojumprogrammu scenārijos atšķiras. Jaunos enerģijas transportlīdzekļos prioritāte ir enerģijas blīvums, jauda, ​​ātra uzlāde, cikla kalpošanas laiks un drošība; enerģijas uzglabāšanas sistēmas koncentrējas uz ilgtermiņa darbību, izmaksām, kalpošanas laiku un sistēmas drošību; savukārt rūpnieciskajām iekārtām parasti ir nepieciešama stabilitāte, pielāgošanās videi un viegla apkope.

 

Tāpēc dažādu lietojumprogrammu scenāriju īpašo vajadzību izpratne ir būtisks pamats litija{0}}jonu akumulatoru izvēlei un akumulatora komplekta dizainam.

 

 

Jauni enerģijas transportlīdzekļi izvirza augstas prasības akumulatoru sistēmām. Pirmkārt, transportlīdzekļiem ir jāuzglabā pēc iespējas vairāk elektroenerģijas, ievērojot ierobežotus telpas un svara ierobežojumus, padarot enerģijas blīvumu par kritisku faktoru. Otrkārt, akumulatoram ir jānodrošina stabila jauda, ​​lai apmierinātu lielas momentānas jaudas prasības, kas saistītas ar paātrinājumu, kāpšanu kalnā un braukšanu ar lielu-ātrumu. Turklāt šiem akumulatoriem ir jāiztur sarežģīti darbības apstākļi, tostarp bieža uzlāde un izlāde, temperatūras svārstības, vibrācija un ilgstoša -lietošana.

 

Līdz ar to EV LiFePO4 jaudas elementu dizains nevar koncentrēties tikai uz lielu jaudu; tā vietā ir nepieciešams līdzsvars starp enerģijas blīvumu, jaudu, kalpošanas laiku, drošību un siltuma pārvaldību.

 

 

 

Jaunās enerģijas transportlīdzekļu akumulatoru sistēmas sastāv ne tikai no akumulatoru elementiem. Faktiskā akumulatoru komplektā ir iekļauti tādi komponenti kā apvalki, pārklājuma plāksnes, spailes, kopnes, savienotāji, izolācija, siltuma pārvaldības daļas un konstrukcijas elementi. Kopā šie komponenti atvieglo funkcijas, tostarp strāvas pārvadi, mehānisko montāžu, izolāciju, aizsardzību un siltuma pārvaldību. Piemēram, prizmatiskas šūnas vāka plāksnē var būt integrēti pozitīvie un negatīvie spailes, drošības spiediena-atslodzes mehānisms un blīvējuma struktūras, savukārt kopnes veido elektriskus savienojumus starp vairākām šūnām.

 

Līdz ar to litija{0}}jonu akumulatoru piegādes ķēdē esošajām metāla štancētām daļām, precīzijas savienotājiem un akumulatora konstrukcijas komponentiem ir nozīmīga inženiertehniskā vērtība.

 

 

 

Akumulatoru enerģijas uzglabāšanas sistēmas (BESS) ir vēl viena svarīga litija bateriju pielietojuma joma. Atšķirībā no jauniem enerģijas transportlīdzekļiem, stacionārām enerģijas uzglabāšanas sistēmām parasti nav nepieciešama bieža pārvietošana, tāpēc svara jutība var atšķirties. Tomēr, tā kā šajās sistēmās parasti notiek bieži, -ilgtermiņa uzlādes-izlādes cikli, tādi faktori kā cikla kalpošanas laiks, šūnu konsekvence, siltuma pārvaldība, drošība un sistēmas apkope kļūst par kritiskiem apsvērumiem.

 

Liela mēroga-enerģijas uzkrāšanas projektos akumulatora sistēmai ir jāuztur stabila darbība ilgā dzīves ciklā; līdz ar to elementu-līdz-konsekvence un akumulatora pārvaldības sistēmas (BMS) vadības iespējas ir īpaši svarīgas.

 

 

Pieaugot atjaunojamās enerģijas izmantošanai, litija saules baterijas arvien vairāk tiek izmantotas enerģijas uzkrāšanai saules un citās jaunās enerģijas ražošanas sistēmās. Saules enerģijas ražošana pēc būtības ir neregulāra; fotoelementu sistēmas dienas laikā saražo ievērojamu elektroenerģiju, bet nevar ražot enerģiju naktī. Enerģijas uzglabāšanas sistēmas var uztvert lieko enerģiju augstas ražošanas periodos un atbrīvot to, kad nepieciešams.

 

Līdz ar to litija{0}}jonu akumulatora enerģijas uzkrāšana palīdz jaunām enerģijas sistēmām uzlabot elektroenerģijas izmantošanas efektivitāti un atbalsta elektrotīklu maksimālās skūšanās, ielejas piepildīšanas un enerģijas nosūtīšanas laikā.

 

Papildus jauniem enerģijas transportlīdzekļiem, LiFePO4 akumulatoru elementi saules baterijām var tikt izmantoti arī noteiktā uzlādes infrastruktūrā un enerģijas -uzglabāšanas-uzlādes sistēmās. Ja tīkla jauda ir ierobežota, šīs enerģijas uzglabāšanas sistēmas var uzglabāt elektroenerģiju zema pieprasījuma periodos un nodrošināt papildu jaudu laikā, kad ir liels uzlādes pieprasījums. Šādas sistēmas nosaka prasības attiecībā uz jaudas reakcijas ātrumu, cikla ilgumu un siltuma pārvaldību, kas atšķiras no standarta plaša patēriņa elektronikas prasībām.

 

Līdz ar to akumulatoru sistēmas uzlādes infrastruktūras lietojumiem ir jāprojektē, pamatojoties uz tādiem faktoriem kā uzlādes jauda, ​​enerģijas uzglabāšanas jauda, ​​darbības frekvence un uzstādīšanas vide.

 

 

Litija superpack akumulatori ir piemēroti arī UPS un rezerves barošanas sistēmām. Lai gan tradicionālās rezerves barošanas sistēmas bieži izmanto svina-skābes akumulatorus, litija-jonu akumulatoru komplekti piedāvā priekšrocības izmēra un svara ziņā, padarot tos par piemērotu risinājumu dažām modernām UPS sistēmām. UPS lietojumos akumulatoriem ir ne tikai jāpiegādā enerģija, bet arī ātri jānodrošina rezerves strāva, ja strāvas padeve pārtrūkst.

 

Līdz ar to sistēmas projektēšanā ir jāņem vērā tādi faktori kā momentānā jauda, ​​reakcijas ātrums, akumulatora darbības laiks, siltuma pārvaldība un akumulatora pārvaldības sistēma (BMS).

 

 

Rūpnieciskie transportlīdzekļi, automatizētas iekārtas, AGV (automatizēti vadāmi transportlīdzekļi), AMR (autonomie mobilie roboti) un citas mobilās rūpnieciskās iekārtas var izmantot arī saules enerģijas uzglabāšanas sistēmas un litija bateriju komplektu. Tā kā šīm ierīcēm bieži ir nepieciešama nepārtraukta darbība rūpnīcās, noliktavās vai loģistikas centros, to akumulatoru sistēmām ir jānodrošina izcila cikla veiktspēja un uzlādes efektivitāte.

 

Atšķirībā no pasažieru transportlīdzekļu akumulatoriem, rūpniecisko iekārtu akumulatori bieži ir izstrādāti, koncentrējoties uz augstas-frekvences izmantošanu, ātras uzlādes iespējām un vieglu apkopi. Piemēram, automatizēto loģistikas iekārtu akumulatoriem ir jāietilpst ierīces iekšējā telpā, vienlaikus ievērojot motoru un vadības sistēmu jaudas prasības.

 

 

Viedtālruņi, klēpjdatori, planšetdatori, digitālās ierīces un elektroinstrumenti bija vieni no agrīnajiem galvenajiem tirgiem BESS uzlādējamo zīmolu{0}}jauno akumulatoru tirgū. Tā kā šie izstrādājumi bieži ir jutīgi pret akumulatora izmēru un svaru, liels enerģijas blīvums ir būtisks konstrukcijas parametrs.

 

Tajā pašā laikā patērētāji par prioritāti piešķir ātrās{0}}uzlādes iespējām, cikla kalpošanas laiku un drošību. Ņemot vērā ierobežoto iekšējo telpu šajās ierīcēs, akumulatori bieži ir jāpielāgo, lai tie atbilstu izstrādājuma struktūrai; līdz ar to maisiņu, cilindrisko un citu kompakto akumulatoru konfigurācijām katrai ir savi specifiski lietošanas gadījumi.

 

Materiālu prasības atšķiras atkarībā no pielietojuma

 

Dažādi pielietojuma scenāriji ietekmē akumulatoru materiālu sistēmu izvēli.

 

Jauniem transportlīdzekļiem ar enerģiju var būt nepieciešams līdzsvars starp enerģijas blīvumu, izmaksām un drošību.

 

Enerģijas uzglabāšanas sistēmas var likt lielāku uzsvaru uz cikla ilgumu, izmaksām un ilgtermiņa stabilitāti{0}}.

 

Pārnēsājamā elektronika piešķir prioritāti izmēram, svaram un enerģijas blīvumam.

 

Rūpnieciskajām iekārtām var būt nepieciešama izcila mehāniskā izturība un spēja izturēt augstas -frekvences uzlādes-izlādes ciklus.

 

Tāpēc litija{0}}jonu akumulatoru materiālu izvēlei jābalstās uz konkrētām lietojuma prasībām, nevis vienkāršu materiālu teorētiskās veiktspējas salīdzinājumu.

 

 

Papildus iekšējai ķīmijai akumulatora ārējā struktūra ir jāveido arī, ņemot vērā konkrēto pielietojumu.

 

Cilindriskās baterijas raksturo augsta standartizācija un struktūras stabilitāte.

 

Prizmatiskie akumulatori nodrošina augstu telpas izmantojumu to regulārās formas dēļ, tāpēc tos plaši izmanto jaunos enerģijas transportlīdzekļos un enerģijas uzglabāšanas sistēmās.

 

Maciņu akumulatori izmanto elastīgu iepakojuma struktūru, kas piedāvā priekšrocības svara un telpas efektivitātes ziņā.

 

Dažādas iepakošanas metodes ietekmē elementu montāžu, siltuma pārvaldību, mehānisko montāžu, savstarpējo savienojumu un turpmāko akumulatora komplekta dizainu.

 

 

Neatkarīgi no tā, vai tos izmanto jaunos enerģijas transportlīdzekļos vai enerģijas uzglabāšanas sistēmās, litija{0}}jonu akumulatoriem, kas paredzēti saules enerģijas produktiem, drošība ir ļoti svarīga. Akumulatora drošība ietver vairākus aspektus, tostarp materiālus, šūnu struktūru, ražošanas procesus, siltuma pārvaldību un akumulatoru pārvaldības sistēmas (BMS).

 

Starp šiem komponentiem separatoram jānodrošina fiziska izolācija starp pozitīvo un negatīvo elektrodu, vienlaikus nodrošinot jonu transportēšanu; līdz ar to tā mehāniskā un termiskā stabilitāte ir vissvarīgākā. Pēdējos gados plaši pētījumi ir vērsti uz keramiski-pārklātiem separatoriem, kompozītmateriālu separatoriem un citiem funkcionalizētiem separatoriem, lai uzlabotu termisko stabilitāti, mehāniskās īpašības un jonu transporta īpašības.

 

Tas parāda, ka akumulatora drošību nenosaka viens komponents, bet gan visas akumulatoru sistēmas kopējās veiktspējas rezultāts.

 

 

Paplašinoties litija{0}}jonu akumulatoru lietojumu klāstam, tirgus prasības pēc akumulatoru komplekta integrācijas kļūst arvien stingrākas. Pilnīga akumulatoru sistēma parasti integrē vairākus komponentus, tostarp elementus, kopnes, konstrukcijas daļas, izolāciju, siltuma pārvaldības sistēmas, akumulatoru vadības sistēmu (BMS) un korpusu. Jauniem enerģijas transportlīdzekļiem un liela mēroga-enerģijas uzkrāšanas sistēmām jāņem vērā arī tādi faktori kā mehāniskā montāža, elektriskie savienojumi, siltuma pārnese un sistēmas apkope.

 

Līdz ar to, ne tikai piedāvā standarta produktus, bet arī akumulatoru komponentu piegādātājiem ir jābūt iespējai pielāgot izmērus, materiālus, savienojuma metodes un virsmas apstrādi, pamatojoties uz klientu specifikācijām.

 

 

Nākotnes zibspuldzes akumulatoru litija akumulatoru pielietojumi turpinās koncentrēties uz jauniem enerģijas transportlīdzekļiem, enerģijas uzkrāšanu, rūpnieciskiem barošanas avotiem un citām elektrifikācijas jomām.

 

Tajā pašā laikā akumulatoru rūpniecība koncentrējas uz lielāku enerģijas blīvumu, ātrāku uzlādi, ilgāku kalpošanas laiku, uzlabotu drošību un zemākām ražošanas izmaksām.

 

Inovācijas materiālu un ražošanas tehnoloģiju jomā turpinās veidot akumulatoru attīstību. Piemēram, joprojām ir iespēja nepārtraukti optimizēt katoda un anoda materiālus, separatorus, elektrolītus un akumulatoru struktūras.

 

Tikmēr pati akumulatoru ražošana arvien vairāk akcentē automatizāciju, procesu uzraudzību, kvalitātes izsekojamību un materiālu pārstrādi.

 

 

 

Litija baterijas enerģijas uzglabāšanai ir izveidojušas plašu pielietojuma ekosistēmu, kas aptver plaša patēriņa elektroniku, jaunus enerģijas transportlīdzekļus (NEV), enerģijas uzglabāšanu, rūpniecisko aprīkojumu, UPS sistēmas un citas elektrificētas sistēmas.

 

Neviens akumulatora dizains nav universāli piemērojams šajos dažādajos scenārijos. NEV prioritāte ir enerģijas blīvums un jauda; enerģijas uzglabāšanas sistēmās tiek uzsvērts ilgs -cikla kalpošanas laiks un drošība; rūpnieciskās iekārtas koncentrējas uz augstfrekvences darbību un uzticamību; savukārt plaša patēriņa elektronika dod priekšroku kompaktam izmēram, vieglam svaram un darbības laikam.

 

Izvēloties akumulatora enerģijas uzglabāšanu vai saistītos komponentus, inženieriem un iepirkumu speciālistiem ir jāpieņem visaptveroša projektēšanas pieeja, kurā tiek ņemta vērā konkrētā pielietojuma vide, elektriskie parametri, mehāniskās telpas ierobežojumi, siltuma pārvaldības prasības un kalpošanas laiks.

 

Tikai integrējot elementu materiālus, konstrukcijas komponentus, elektriskos savienojumus un sistēmas vadīklas, var izstrādāt litija{0}}jonu akumulatoru risinājumus, kas ir patiesi optimizēti konkrētiem lietojuma scenārijiem.

 

Neatkarīgi no tā, vai izstrādājat nākamās-paaudzes EV pakotnes, mērogojat ESS projektus vai meklējat pielāgotus komponentu risinājumus, mūsu komanda ir gatava atbalstīt jūsu produkta dzīves ciklu no DFM inženierijas līdz lielapjoma ražošanai. Sazinieties ar mūsu tehniskajiem ekspertiem jau šodien, lai apspriestu savas pielāgotās specifikācijas, pieprasītu paraugu novērtējumus vai uzzinātu, kā mūsu integrēto komponentu ražošana var uzlabot jūsu akumulatora veiktspēju.