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一文了解锂电池储能电芯及其发展趋势

日期:2023-03-21    来源:储能派

国际储能网

2023
03/21
11:45
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关键词: 电池储能 储能产业 储能逆变器

储能系统主要由储能电池Pack、储能逆变器(PCS)、能量管理系统(EMS)、电池管理系统(BMS)等构成,其中储能电池Pack是最主要的部分,占整个储能系统成本的60%。

储能电池Pack由电芯组成,电芯是电化学储能系统的关键器件,很大程度上决定了储能系统的安全、效率和成本。

随着市场的成熟,储能系统在用户侧、电网侧、电源侧等各类场景的应用不断深化,储能电芯也日渐走向专业化深水区——即围绕更低度电成本、更长循环寿命、更高安全性能,电芯的设计研发、工艺选择和制造路径,都更加专属化,与动力电池的差异越发明显。

目前,储能电池主要以磷酸铁锂电池为主。按照外形分类,储能电芯主要分为方形、圆柱和软包电池三类;按容量划分,主要有50Ah、100Ah、150Ah、200Ah、280Ah等型号。

其中,50Ah和100Ah主要用于户用储能、通信储能、小型工商业储能等。电芯单体容量层面,方形为50Ah-100Ah为主,软包为30Ah-80Ah,大圆柱为10Ah-50Ah。较小的单体电芯容量,可提高电池适配性,丰富模组形态、带电量更多样。

150Ah、200Ah、280Ah、280Ah以上型号等主要是大容量方形电芯,用于大型储能,包括大型工商业储能、新能源电站、电网等场景。

户储电芯趋势:圆柱成重要方向

目前,在户用储能领域、电芯仍然以50Ah、100Ah方形铝壳电池为主。但是,大圆柱电池成为户用储能电芯重要的方向。

首先,大圆柱电池生产效率高,可以显著降低生产成本。圆柱电池是最早商业化的锂电池,生产工艺成熟,装配效率高于方形和软包电池。

第二,圆柱可以降低热失控风险,提高安全性。大圆柱电芯,其弧形表面一定程度上限制电池之间热传递,即使在充分接触的情况下仍存在较大间隙,解决了方形、软包电芯的侧面传热问题。

第三,更小的单体电芯容量,提高了电池适配性,模组形态、带电量更加多样,可以匹配不同带电量的户储及便携储能系统。

第四,更小的单体电芯容量,适用于户储高压系统。当前,户用储能市场仍主要在海外。欧洲户储市场,尤其是北欧+德语区,正在经历低压向高压系统的产品迭代,提高电压平台以求降低电流,最终降低系统发热量,提高放电效率。电压平台升高,若要保证总的储能系统容量不变,则电芯需要更小的容量。低压平台的储能电芯多为100Ah,而高压平台逐渐向50Ah过渡。

电芯单体容量更小,意味着需要串联更多的电芯,对电池厂商电芯产品的一致性和稳定性提出更高要求。

大储电芯趋势:“大”行其道

目前,大型储能电芯的一个突出趋势是朝着大容量方向发展。包括宁德时代、亿纬锂能、鹏辉能源、远景动力、瑞浦兰钧等在内的头部厂商,均在积极推出大容量、长循环电芯。

储能电站规模越来越大,大电芯在电力储能应用领域的优势明显:首先是大电芯更容易获得高体积能量密度;其次是Pack端零部件使用量减少,有利于降低成本;三是集成领域装配工艺简化。

目前,280Ah是大电芯的主流产品。该型号最早由宁德时代于2020年推出。得益于其在储能市场的龙头地位,下游系统集成商形成了以280Ah为标准的设计方案。为了撬动或拓展市场,其他厂电池商纷纷跟进280Ah。

但是,近两年来,各大厂商陆续推出更高容量的产品,大有赶超280Ah的势头。如亿纬锂能推出560Ah储能专用电池,远景动力推出305Ah电芯,瑞浦兰钧发布320Ah储能电芯,海基新能源推出375Ah电芯等。

有业内人士指出,厂商推出更大容量的电芯,是一种重要的产品竞争策略,就像光伏尺寸之争,以及风机的大型化趋势。

但是,大容量电芯也面临着挑战。首先是电芯体积和容量增大,导致电芯自身散热性能变差;其次是大电芯生产效率偏低,远不如50Ah、100Ah的生产效率高。


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