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家用储能电池的核心部件分析

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家用储能电池的核心部件分析

  • 分类:行业资讯
  • 作者:谭祖宪
  • 来源:鹏诚新能源
  • 发布时间:2022-08-03 10:39
  • 访问量:

家用储能电池的核心部件分析

【概要描述】 随着全球碳排放的要求越来越严,以及俄乌战争导致的欧洲国家能源短缺,以太阳能为主要代表的新能源的应用一时推向了高潮。太阳能发电具有严重的不稳定性,随着白昼天、阴晴天等发电量变化显著,因此储能的需求就越发重要。家庭作为一个最基本的生活小单元,家用储能电池也成了人们的宠儿。然而作为一个新型产品,家用储能电池究竟包括哪些核心部件,以及这些核心部件目前的市场现状如何,本文将进行详细地介绍。

  • 分类:行业资讯
  • 作者:谭祖宪
  • 来源:鹏诚新能源
  • 发布时间:2022-08-03 10:39
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       随着全球碳排放的要求越来越严,以及俄乌战争导致的欧洲国家能源短缺,以太阳能为主要代表的新能源的应用一时推向了高潮。太阳能发电具有严重的不稳定性,随着白昼天、阴晴天等发电量变化显著,因此储能的需求就越发重要。家庭作为一个最基本的生活小单元,家用储能电池也成了人们的宠儿。然而作为一个新型产品,家用储能电池究竟包括哪些核心部件,以及这些核心部件目前的市场现状如何,本文将进行详细地介绍。

       虽然是家用储能电池,其实与其他用途的电池基本一样,均由电芯(电池单体)、电池管理系统BMS、外壳机箱、输入输出端子、结构件等构成。通过电芯的串并联设计解决家用储能电池所需要的电压和容量,结合结构件将电芯固定在机箱内部,并连接上BMS之后与输入输出端子相连接,最后封装机箱即可形成需要的储能电池。在这些部件中,真正核心的还是电芯和电池管理系统(BMS),下面针对这两个部件进行详细展开。

 

一、锂离子电池电芯

       1、按照化学材料体系区分,锂离子电池分为三元锂电芯和磷酸铁锂电芯。三元锂电池由于化学活性高、安全性能差而逐步在电动汽车、家用储能电池等领域被安全性能更高、使用寿命更长的磷酸铁锂电池所替代。全球看除了特斯拉TESLA和LG化学在家用储能电池产品用采用三元锂电池之外,其他厂商基本全部选择了磷酸铁锂电池路线,同时LG化学储能电池连续几次的起火事件也让市场对三元锂电池失去了耐心和信心。

       2、磷酸铁锂电芯包括三种结构形式,分别为:圆柱电芯、方形铝壳电芯以及软包电芯。本身而言作为一个家用储能电池成品并不会太在意其电芯的结构形式,但是众多买家由于受到信息的误导会偏爱某种形式的产品,甚至会与少数人意识中认为磷酸铁锂电芯就是方形电芯的模糊概念。事实上,这三种形式电芯理论上都可以用于家用储能电池,关键在于结构的设计、散热的优化、成本的控制等方面。

       (1),圆柱电芯的优势在于成本可控、自动化程度高、一致性高、型号统一以及组合灵活,详细可参照圆柱电芯优势剖析,此处不再赘述!

       (2),方形铝壳电芯是属于汽车市场的高度定制化产品,其尺寸、结构、容量等参数各不相同,在200Ah以下的级别电芯基本都属于非标品,市场通用性很差,因此在家用储能电池领域采用方形铝壳的资源灵活性比较差。同时100Ah以下的方形铝壳电芯单位瓦时的成本要显著高于圆柱电芯(请注意:此处说的是在同一个质量级别下对比)。

       (3),软包电芯理论上工艺成本更高,同时其PACK的工艺难度更大,如果设计散热不合理会导致出现胀气等问题,目前应用于家用储能的厂家并不多,尤其是以PACK为主的工厂基本不会考虑采用软包电芯设计家用储能电池。

       3、电芯的质量水平

       无论哪种形式的电芯,其质量水平都是层次不齐的。大致而言,同一厂家同一型号基本会分为合格品(A品)、降级品(B品)以及拆极品三大类,而家用储能电池厂家究竟用何种质量水平的电芯对于卖家而言基本是“秘”,但是产品应用体验将千差万别。

       (1), 合格品(A品):满足一定质量标准的产品,但是所谓的“标准”也会有差异,例如汽车级别的标准会比一般的标准严格很多,但是作为小型的家用储能电池(一般5--20KWH之间)并不一定要采用汽车级的标准,因为这样会显著增加成本。通常满足设计容量、电压、自放电以及常温100%DOD下2000次以上循环的电芯等均可应用于家用储能电池,但是需要对电芯进行有效的配对。关于电池的循环可参照:锂离子电池循环寿命:家用储能电池与AGV锂电池应用中如何预估其使用寿命?

       (2), 降级品(B品),也有人叫A-品:通常渠道为工厂以及贸易商,工厂的产品会相对靠谱知其降级的大致原因,但是贸易商的货源难以追索,而无法真正知道“为什么成为B品”的原因。同时降级品的种类很多,可能原因有容量不足、内阻超标、自放电过大、内部水分控制不良等等,不同的降级原因对应的结果不一样,因此使用降级品时务必慎重方能做好储能电池,对封装厂的识别能力要求很高。

       (3), 拆机品:分未循环和循环的拆机电池,至于未循环的拆机电芯可参照上面降级品,但区别在与搞清楚未循环的原因很难。至于循环的拆机品存在很大的争议性,一方面国家鼓励梯次利用,另一方面循环到一定比例初始容量之后(通常为初始容量的80%)电池即寿命终止,而市场上很多人认为还有80%的容量可使用(参照:锂离子电池循环寿命:家用储能电池与AGV锂电池应用中如何预估其使用寿命?),除了剩余容量方面的不确定性,同时循环的拆机品一致性没办法判断,从而导致封装使用是识别度很差、质量无保证。对于一些容量严重衰减的拆机品不建议使用在安全性能要求很高的家用储能电池上面。

二、电池管理系统(Battery Management System, BMS)

       在储能电池中,电池管理系统BMS是非常重要的部件之一,决定了电池使用的安全性、寿命以及匹配性等功能和性能,甚至可以说BMS是储能电池的“大脑”,起着相当关键的作用。作为家用储能电池的核心部件之一,如何识别或者鉴定BMS的好坏成了众多商家的难题,在笔者看来,无外乎以下几点:

       1、所有的锂离子电池都是需要增加外电路保护的,这个与铅酸电池、镍氢镍铬电池不一样。但是保护电路也有区别,分为硬件方案保护电路(俗称:保护板)和软件智能控制电路(也就是我们说的BMS)。保护板的功能相对比较简单,主要以保护锂电池过充过放电、过流、过温以及短路等基本功能,智能化程度不高,基本上属于被动保护形式。而BMS相对智能程度高很多,同时可以计算电池的电量状态SOC,以及健康状态SOH等等,甚至可以主动的进行学习后干预,通过监测数据反过来进行有效的管理。目前世面上很多厂家为了追求成本,采用保护板对储能电池进行被动的保护是比较危险的做法,需要客户自行评估、慎重使用,尤其是对于一些能量比较大的(例如超过5KWH以上)更是不可取的方案。

       2、BMS的核心技术---SOX的算法。针对电池的荷电状态SOC以及健康状况SOH等,只有精确的计算才能有效的管理,因此SOX的算法成为了BMS的核心技术之一,尤其是针对家用储能电池比较普遍的磷酸铁锂电池体系难度更大。传统的算法都是基于“安时积分+电压校准”的方式,也是世面上普遍采用的方式,但是对于磷酸铁锂而言,这种算法的精度差、校准电压变化大等导致实际使用存在很大误差,尤其是在循环使用一段时间之后会越来越明显。目前市面上的算法技术有多种,但是真正应用的比较少,这也是我们新能源汽车、储能等新型领域发展的技术瓶颈之一。

       3、BMS的通讯:在家用储能电池的实际使用过程中,储能电池链接的是逆变器(或者充电逆变一体机),在智能化控制管理的系统中,如何让逆变器知晓储能电池的实时状态以便更好的使用储能电池?这就需要通讯协议来解决,所谓的通讯协议简单理解为一种提前约定好的对话语言而已,并没有什么新奇技术。但是作为一个储能电池的BMS,能够满足多少逆变器的通讯是非常关键的,因为世面上逆变器存在的时间远大于储能电池,所以就需要储能电池去兼容不同版本的逆变器通讯,无技术门槛但需要大量的积累。

       综上述,作为家用储能电池的两大核心部件,电芯和BMS在产品中至关重要,尤其是目前世面鱼目混珠,给市场带来了很多不确定的选择,甚至是恶性竞争的局面,如此将对整个行业是一个致命的打击,因此需要包括客户、厂家等一起规范产品让市场步入一个健康有序的发展之路。

 

 

 

 

 

 

 

 

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