Comment faire pour que les grandes cellules de stockage d'énergie soient à la fois grandes et sûres ?

Augmentation rapide de la capacité de la batterie

À l'heure actuelle, les cellules de batterie courantes sont encore principalement de 280 Ah. Cependant, avec l'accélération de l'itération technologique, la tendance des éléments de batterie à grande échelle est devenue de plus en plus évidente. Actuellement, des éléments de batterie de grande capacité dépassant 300 Ah sont apparus dans plus de 20 catégories.

La plupart des les 10 premiers fabricants de batteries lithium-ion ont mis au point des cellules d'une capacité supérieure à 300 Ah. EVE et VISION ont toutes deux mis au point des batteries de très grande capacité de 560Ah et 580Ah. Si l'on prend l'exemple de la cellule de stockage d'énergie VISION, qui a actuellement la plus grande capacité, sa durée de vie atteint 10 000 fois.

Une annonce publiée par EVE montre que la grande cellule de batterie de 560 Ah a une durée de vie de plus de 12 000 fois, ce qui peut réduire le coût des applications d'intégration de système de 10%, réduire le nombre de pièces de 47% et augmenter l'efficacité de la production de 30%.

La conception de la cellule de batterie de grande capacité réduit encore le coût du boîtier de la batterie et du couvercle supérieur, et le taux d'utilisation des matériaux au cours du processus de production réel sera également amélioré, ce qui renforcera la compétitivité des prix.

Dans le même temps, en termes de conception globale du système, les batteries de plus grande capacité apportent une densité énergétique volumique plus élevée, ce qui peut réduire la consommation d'équipements auxiliaires globaux au cours du processus de conception du conteneur, tels que le nombre total de climatiseurs, le nombre total de conteneurs et le nombre total d'équipements de sécurité contre les incendies.

Ce n'est pas que plus la cellule de la batterie est grande, plus le profit est élevé. À en juger par la situation actuelle du marché, l'intention première de chaque entreprise de développer de grandes cellules de batterie est de réduire les coûts.

Le choix de celui qui s'imposera sur le marché à l'avenir dépendra encore de celui qui aura le coût le plus bas pour les applications sur de grandes surfaces, à l'instar du différend précédent sur la taille des cellules photovoltaïques.

Trouver le point d'équilibre du triangle

Il est entendu que la capacité de la batterie atteint 320 Ah et que la température interne de la batterie dépasse 800°C.

Elle est supérieure à la température de décomposition du phosphate de fer lithié, ce qui ne manquera pas de poser des problèmes à d'autres aspects de la chaîne industrielle, tels que la sécurité des batteries, l'énergie de conception et les processus de production et de fabrication.

La recherche et le développement de cellules de batteries constituent également un "triangle impossible", c'est-à-dire qu'il est impossible d'obtenir simultanément une densité énergétique élevée, des temps de cycle élevés et une grande sécurité. La densité énergétique est le principal facteur à prendre en compte dans presque toutes les conceptions de batteries.

Lorsque la densité énergétique de la conception augmente, le cœur de la batterie doit choisir un séparateur plus fin, et le matériau doit également être utilisé dans des conditions de compactage et de densité de surface extrêmes.

D'une part, une conception aussi extrême rendra plus difficile l'absorption du liquide par le cœur de la batterie, ce qui affectera les performances du cycle.

D'autre part, les séparateurs en aluminium-plastique plus fins et les matériaux ayant une densité énergétique plus élevée sont également synonymes de moins bonnes performances en matière de sécurité. La densité énergétique et les performances des cellules sont des questions qui ne peuvent être évitées dans aucune conception.

Lorsque la densité énergétique présente un plus grand avantage, il peut y avoir certains dangers cachés dans les performances de sécurité du cycle du cœur de la batterie. Lorsque les performances en matière de sécurité du cycle sont correctes, la densité énergétique est faible et le produit n'est pas très compétitif, de sorte que les entreprises trouveront essentiellement un point d'équilibre.

La durée de vie économique généralement annoncée par les fabricants de cellules de batterie est de 6 000, 8 000 et 12 000 fois, et il s'agit de résultats dérivés d'environnements expérimentaux et de modèles de données spécifiques. Lorsque les cellules sont conditionnées en packs de batteries et utilisées dans des systèmes de stockage d'énergie, la durée de vie économique n'atteint pas les durées susmentionnées.

Après le lancement du 280AH sur le marché en 2020, pas plus de trois usines de fabrication de batteries seront en mesure de le produire en 2021, et il deviendra la norme pour les applications des centrales de stockage d'énergie en 2022.

Après l'installation du premier lot de batteries 280AH, on assistera à une forte augmentation des incidents après-vente vers 2025. Tout reste à vérifier avec le temps.

La sécurité est déterminée par de multiples liens

L'utilisation de batteries de grande capacité est une arme à double tranchant. Tout en réduisant les coûts et en accélérant le développement du marché, elle entraîne également des problèmes techniques et des risques de sécurité qui doivent être résolus.

La sécurité au niveau du système des grandes cellules de stockage d'énergie est déterminée par de multiples liens, notamment la conception de la sécurité de la cellule, la conception de l'isolation de la propagation thermique, la conception du mécanisme d'alerte précoce du système et la conception du système de protection contre l'incendie.

Du point de vue de la batterie, à mesure que le niveau des équipements d'automatisation s'améliore, les capacités de contrôle de la production de l'entreprise s'améliorent. fabricant de piles au lithium a également été amélioré.

Parallèlement, l'amélioration des équipements et des méthodes d'essai automatisés a permis de mettre au point des méthodes révolutionnaires de contrôle de la sécurité des éléments de batterie avant qu'ils ne quittent l'usine.

Bien entendu, il y aura également des changements correspondants dans le domaine des matériaux, tels que l'application de systèmes de séparateurs ayant une meilleure résistance à la chaleur et une meilleure stabilité, l'application d'additifs auxiliaires dans les cellules des batteries, etc.

Cependant, d'un point de vue électrochimique, les batteries lithium-ion ne peuvent toujours pas garantir une sécurité absolue. Les risques potentiels nécessitent des mesures de sécurité efficaces après une défaillance, du point de vue de la conception du système, de l'avertissement de sécurité, de la protection contre l'incendie et d'autres stratégies de gestion. Par conséquent, la conception future de la sécurité est une approche systématique.

Selon certains initiés de l'industrie, la clé de la sécurité des grandes cellules de batterie réside dans l'intégrateur, car il n'y a pratiquement aucune possibilité de combustion spontanée des grandes cellules de stockage d'énergie au lithium en cas de perte de contrôle.

L'hydrogène et le monoxyde de carbone, qui sont tous deux des gaz inflammables, sont émis au début de la perte de contrôle. Par conséquent, la sécurité du stockage de l'énergie dépend de la capacité de l'intégrateur de stockage de l'énergie à contrôler les flammes nues dans les conteneurs au niveau de la grappe.

Le temps de transfert entre les cellules en emballement thermique des batteries au lithium est relativement long, ce qui offre de bonnes conditions pour le stockage de l'énergie, l'extinction des incendies et le refroidissement. Toutefois, si les intégrateurs n'utilisent pas un fin brouillard d'eau pour refroidir les batteries combinées, cette condition avantageuse ne fonctionnera pas.

Toutefois, il ne suffit pas d'effectuer des essais de batterie ignifuge au niveau du module ou de la batterie combinée. Elle doit être certifiée par le centre de contrôle de l'évaluation de la protection contre les incendies d'UL au niveau de l'assemblage de l'unité et de l'installation.

Parallèlement, le choix d'une soupape antidéflagrante pour la conception d'un boîtier enfichable est très important. Les soupapes de sûreté à ressort couramment utilisées ne peuvent pas dissiper la chaleur et doivent être améliorées de toute urgence.

En outre, la porte ou la boîte du conteneur doit être équipée d'une plaque de décompression de grand diamètre et ne peut pas être entièrement scellée afin de poursuivre l'intégration et le niveau de protection.

En tant qu'intégrateur de systèmes en aval, les éléments de batterie ne sont qu'une sorte d'accessoire pour eux. La sécurité des éléments de batterie dépend toujours de la fabrication du fabricant d'éléments de batterie et du niveau de test des agences de test tierces.

Résumé

À l'heure actuelle, il n'existe pas de modèle de cellule de batterie véritablement universel, et l'industrie n'a pas encore complètement normalisé les modèles de cellules de batterie de stockage d'énergie. À l'avenir, grâce aux avancées technologiques et à des conceptions plus raisonnables, davantage de solutions de cellules de batteries de stockage d'énergie verront le jour.

Les entreprises doivent mener des activités de recherche et de développement sur les cellules de batterie en tenant compte de plusieurs modèles de batterie, de plusieurs systèmes de matériaux, de plusieurs solutions en matière de coûts, etc.

Nous sommes convaincus qu'avec l'application et l'expérimentation sur le marché, de meilleurs résultats pourront être obtenus. solution de batterie sera confirmée, et de nouvelles percées seront réalisées dans le domaine des batteries pour le stockage de l'énergie. Il s'agit d'une condition préalable importante pour le développement de l'industrie du stockage de l'énergie.