Dewis Strwythur Batri ar gyfer Senarios Gwefru a Rhyddhau Cyfradd Uchel: Pentyrru neu Weindio?

Wedi'i sefydlu yn 2002, yn arbenigo mewn gweithgynhyrchu offer cyfathrebu ac integreiddio storio ynni, ac yn bartner dibynadwy i bedwar prif weithredwr telathrebu Tsieina.

Pan fo'n rhaid i system storio ynni ddarparu allbwn pŵer uchel, ymateb lefel milieiliad, a gweithrediad sefydlog hirdymor ar yr un pryd, nid yw dyluniad strwythurol batri bellach yn fater proses weithgynhyrchu yn unig. Yn lle hynny, mae'n dod yn baramedr craidd system sy'n pennu rheolaeth gwrthiant mewnol, effeithlonrwydd rheoli thermol, a bywyd cylchred. Yn enwedig mewn senarios gwefru/rhyddhau o 3C–10C ac uwchlaw, mae strwythur mewnol y gell yn effeithio'n uniongyrchol ar ddosbarthiad gwrthiant, polareiddio electrocemegol, llwybrau trylediad gwres, a rheoli straen mecanyddol.

I beirianwyr sy'n ymwneud â dewis system storio ynni, deall y gwahaniaethau sylfaenol rhwng batris lithiwm wedi'u pentyrru ac celloedd clwyf o dan amodau gweithredu cyfradd uchel yn hanfodol ar gyfer cyflawni dyluniad system ddibynadwy.

Mae'r erthygl hon yn dadansoddi perfformiad technegol gwahanol bethau yn systematig strwythurau batri mewn cymwysiadau cyfradd uchel o safbwyntiau lluosog, gan gynnwys llwybr cerrynt, rhwystriant electrocemegol, ymddygiad thermodynamig, straen strwythurol, a chydnawsedd integreiddio systemau. Mae hefyd yn archwilio eu gwerth peirianneg ymarferol mewn dylunio cynhyrchion storio ynni yn y byd go iawn.

1. Mecanweithiau Cyplu Electrogemegol-Strwythurol o dan Amodau Cyfradd Uchel

O dan amodau cyfradd isel (≤1C), mae colli foltedd batri yn deillio'n bennaf o wrthwynebiad cynhenid ​​​​deunyddiau a gwrthiant cludo ïonig yr electrolyt, tra bod effaith gwahaniaethau strwythurol yn gymharol gyfyngedig.
Fodd bynnag, unwaith y bydd y gyfradd yn fwy na 3C, gwrthiant ohmig (Rₒ), gwrthiant trosglwyddo gwefr (Rct), ac mae polareiddio crynodiad yn cynyddu'n gyflym, ac mae problem dosbarthiad cerrynt anwastad y tu mewn i'r gell yn dechrau dod i'r amlwg.

Gellir mynegi foltedd terfynell batri fel:

lle Rₒ yn gysylltiedig yn fawr â hyd y llwybr cerrynt yn y casglwr cerrynt electrod.

Mewn strwythur clwyfedig, mae cerrynt yn cael ei drosglwyddo ar hyd y ddalen electrod, gan arwain at lwybr cludo electronau cymharol hir. Mewn cyferbyniad, mae strwythur wedi'i bentyrru yn defnyddio tabiau lluosog wedi'u cysylltu'n gyfochrog i rannu'r cerrynt, gan ganiatáu iddo basio trwy'r electrodau i gyfeiriad y trwch, gan fyrhau'r pellter cludo electronau yn sylweddol. O dan ryddhad pwls cyfradd uchel, mae'r gwahaniaeth hwn yn y llwybr cerrynt yn cael ei adlewyrchu'n uniongyrchol yn y gostyngiad foltedd a dwyster cynhyrchu gwres.

Yn aml, mae profion peirianneg yn dangos pan fydd y gyfradd rhyddhau yn cynyddu o 1C i 5C,
Mae gan gromlin codiad tymheredd celloedd clwyf lethr sylweddol fwy serth na chelloedd wedi'u pentyrru, sy'n dynodi a
crynodiad mwy amlwg o ddwysedd cerrynt mewnol. Nid yn unig y mae'r effaith crynodiad hon yn effeithio ar unwaith
effeithlonrwydd, ond hefyd yn cyflymu dirywiad ffilm SEI, a thrwy hynny leihau oes y cylch.

2. Nodweddion Technegol a Chyfyngiadau Cyfradd Uchel Strwythur y Clwyf

Y broses weindio yw'r llwybr technolegol mwyaf aeddfed yn y diwydiant batris lithiwm ac mae'n arbennig o addas ar gyfer celloedd silindrog a rhai celloedd prismatig. Ei nodwedd graidd yw bod y catod, y gwahanydd a'r anod yn cael eu weindio'n barhaus yn y drefn o catod-gwahanydd-anod-gwahanydd i ffurfio strwythur jeli-rholio.

Mae'r dyluniad hwn yn cynnig nifer o fanteision, gan gynnwys effeithlonrwydd gweithgynhyrchu uchel, offer aeddfed, cost y gellir ei rheoli, a chysondeb da.

Fodd bynnag, o dan gymwysiadau cyfradd uchel, mae strwythurau clwyfau yn wynebu sawl cyfyngiad ffisegol sy'n anodd eu hosgoi.

Yn gyntaf, dyluniadau tab sengl neu dab cyfyngedig gall arwain at grynodiad cerrynt. Pan fydd cerrynt uchel yn mynd trwy'r gell, mae'r cerrynt yn tueddu i lifo'n ddelfrydol trwy ranbarthau ger y tabiau, gan greu mannau poeth lleol.

Yn ail, presenoldeb a craidd gwag canolog yn lleihau'r defnydd cyfeintiol, gan gyfyngu ar y lle i wella dwysedd ynni ymhellach.

Yn drydydd, mae plygu taflenni electrod yn ystod y broses weindio yn cyflwyno straen mecanyddol gweddilliol, sy'n gwneud colli deunydd gweithredol yn fwy tebygol yn ystod beicio cyfradd uchel mynych.

Er y gall technolegau weindio aml-tab a chyn-blygu leddfu rhai o'r problemau hyn, mae'r strwythur cynhenid ​​​​yn dal i arwain at lwybrau cludo electronau cymharol hir ac yn ei gwneud hi'n anodd lleihau gwrthiant mewnol yn sylweddol. Felly, mewn cymwysiadau lle mae perfformiad cyfradd uchel yn brif nod, mae strwythurau clwyfau yn ildio'n raddol i strwythurau wedi'u pentyrru.

3. Manteision Strwythurol a Sail Ffisegol Batris Lithiwm wedi'u Pentyrru

Batris lithiwm wedi'u pentyrru yn cael eu hadeiladu trwy haenu cathodau, gwahanyddion ac anodau un wrth un. Mae eu manteision craidd yn gorwedd yn llwybrau cerrynt wedi'u optimeiddio ac dosbarthiad straen mwy unffurf.

Yn gyntaf, o safbwynt dosbarthiad cyfredol, mae strwythurau wedi'u pentyrru fel arfer yn defnyddio tabiau lluosog ochr yn ochr, gan alluogi dosbarthiad cerrynt mwy unffurf ar draws plân yr electrod. Mae cerrynt yn mynd trwy haenau'r electrod i gyfeiriad y trwch, gan fyrhau'r llwybr yn sylweddol a thrwy hynny leihau ymwrthedd ohmig. Mewn senarios rhyddhau uchod 5C, mae'r gwelliant sy'n deillio o hyn mewn gostyngiad foltedd yn dod yn arbennig o amlwg.

Yn ail, o ran rheoli thermol, mae trefniant haenog y strwythur pentyrru yn caniatáu i gynhyrchu gwres fod yn fwy unffurf, tra hefyd yn dileu'r parth cronni gwres a achosir gan y craidd gwag mewn celloedd clwyfau. Mae'r dosbarthiad thermol mwy unffurf hwn yn lleihau'r risg o orboethi lleol ac yn darparu sylfaen maes thermol fwy ffafriol ar gyfer dylunio system oeri hylif neu oeri aer ar lefel modiwl.

Yn drydydd, o ran sefydlogrwydd mecanyddol, mae strwythurau wedi'u pentyrru yn osgoi plygu electrodau ac yn darparu dosbarthiad straen mwy cyfartal.
Yn ystod beicio cyfradd uchel, mae amlder ehangu a chrebachu'r electrod yn cynyddu. Gall y dyluniad wedi'i bentyrru leihau'r risg o anffurfiad gwahanydd a chylchedau micro-fyr a achosir gan grynodiad straen. Mae data arbrofol yn dangos, o dan yr un system ddeunydd, bod celloedd wedi'u pentyrru fel arfer yn arddangos a cyfradd cadw capasiti yn fwy na 10% yn uwch na chelloedd clwyfau mewn profion cylch cyfradd uchel.

4. Arwyddocâd Dwysedd Ynni a Defnyddio Gofod ar Lefel System

Wrth ddylunio systemau storio ynni, mae dwysedd ynni nid yn unig yn effeithio ar baramedrau un gell, ond hefyd ar ddyluniad cyffredinol y cabinet ac economeg y prosiect. Mae craidd gwag canolog celloedd clwyf yn anochel yn lleihau'r defnydd cyfeintiol, tra bod strwythurau wedi'u pentyrru yn gwella effeithlonrwydd llenwi gofod trwy bentyrru haen fflat.

Mae damcaniaeth a chymhwysiad ymarferol yn dangos y gall strwythurau wedi'u pentyrru gyflawni tua Dwysedd ynni cyfeintiol 5%–10% yn uwch.

Ar gyfer systemau storio ynni masnachol a diwydiannol, mae'r gwelliant hwn yn trosi i:

• Uwch kWh/m³
• Dyluniad cabinet storio mwy cryno
• Gofynion lle ystafell offer is
• Strwythur costau cludo a gosod gwell

Pan fydd graddfa'r system yn cyrraedd y Lefel MWh, gellir trosi'r gwelliant yn y defnydd o le a ddaw yn sgil gwahaniaethau strwythurol yn fanteision cost peirianneg sylweddol.

5. Heriau Technegol y Broses Pentyrru a Thueddiadau'r Diwydiant

Mae'r broses bentyrru yn gofyn am gywirdeb offer uchel, mae ganddi amser cynhyrchu cymharol arafach na dirwyn, ac mae'n cynnwys buddsoddiad offer cychwynnol uwch. Fodd bynnag, gydag aeddfedrwydd peiriannau pentyrru cyflym, systemau alinio gweledigaeth, ac offer torri a phentyrru integredig, mae ei effeithlonrwydd wedi gwella'n sylweddol. Mae rhai offer uwch eisoes wedi dod ag effeithlonrwydd pentyrru yn agos at effeithlonrwydd prosesau dirwyn.

Yn ogystal, ymddangosiad technoleg electrod sych ac technolegau integredig hybrid pentwr-gwynt yn galluogi strwythurau pentwr i gynnal manteision perfformiad wrth gulhau'r bwlch cost yn raddol.

Ni fydd cystadleuaeth yn y dyfodol bellach yn fater o bentyrru yn erbyn dirwyn i ben yn unig, ond yn hytrach yn chwilio am y cydbwysedd gorau posibl rhwng effeithlonrwydd a pherfformiad gweithgynhyrchu.

6. O Strwythur Celloedd i Integreiddio Peirianneg ar Lefel System

Mewn cymwysiadau storio ynni, rhaid ystyried y dewis o strwythur celloedd ar y cyd â dyluniad lefel system.

Mae celloedd wedi'u pentyrru â gwrthiant isel yn perfformio'n well mewn senarios ehangu cyfochrog, gan gynnig cysondeb foltedd gwell a'i gwneud hi'n haws i'r BMS berfformio Amcangyfrif SOC a rheolaeth gydbwysoAr yr un pryd, mae eu nodweddion dosbarthu thermol yn fwy addas ar gyfer gofynion gwefru/rhyddhau cyflym systemau gwrthdroyddion pŵer uchel.

Yn ein dyluniad system storio ynni modiwlaidd, rydym yn mabwysiadu datrysiad batri lithiwm-ion y gellir ei bentyrru sy'n cyfuno strwythurau celloedd perfformiad uchel â BMS deallus i gyflawni ehangu capasiti hyblyg ac allbwn cyfradd uchel sefydlog. Mae'r system yn cefnogi gwefru a rhyddhau cyflym, yn cynnwys bywyd cylch hir a chynnal a chadw isel, ac mae'n addas ar gyfer storio ynni masnachol a diwydiannol, integreiddio storio PV, a chymwysiadau pŵer wrth gefn pŵer uchel.

Nid yn unig y mae'r dyluniad modiwlaidd yn lleihau pwysau buddsoddi ymlaen llaw, ond mae hefyd yn gwneud ehangu capasiti yn y dyfodol yn fwy cyfleus.

7. Rhesymeg Penderfyniadau Peirianneg ar gyfer Dewis Strwythur

Mewn ymarfer peirianneg, dylid gwerthuso dewis strwythurol yn gynhwysfawr yn seiliedig ar y dimensiynau canlynol:

• Os yw'r cais yn bennaf cyfradd isel ac yn sensitif i gost, mae strwythur y clwyf yn cynnig manteision aeddfedrwydd a chost-effeithiolrwydd.
• Os yw'r system yn ei gwneud yn ofynnol curiadau cerrynt uchel mynych, gallu gwefru/rhyddhau cyflym, neu oes cylch hir, mae'r strwythur wedi'i bentyrru yn cynnig manteision technegol cryfach.
• Os bydd y prosiect yn mynd ymlaen dwysedd pŵer uchel a dyluniad mwy cryno, mae'r strwythur wedi'i bentyrru yn well o ran defnyddio gofod a rheoli thermol.

Hanfod ceisiadau cyfradd uchel yw blaenoriaeth pŵer yn hytrach na blaenoriaeth capasiti.
Pan fydd amcan y system yn symud o storio ynni syml i gefnogaeth pŵer ac ymateb deinamig, y dewis o strwythur batri rhaid symud tuag at wrthwynebiad mewnol is ac unffurfiaeth uwch.

Strwythur yw Cystadleurwydd yn yr Oes Cyfradd Uchel

gyda'i llwybrau cerrynt byrrach, dosbarthiad thermol mwy unffurf, a sefydlogrwydd mecanyddol gwell, batri lithiwm wedi'i bentyrru yn cael ei fabwysiadu fwyfwy eang mewn cymwysiadau cyfradd uchel.

I gwmnïau sy'n cynllunio systemau storio ynni neu'n uwchraddio eu cynhyrchion, nid yn unig mater technegol yw dewis y strwythur batri cywir, ond hefyd mater o ddibynadwyedd hirdymor ac elw prosiect ar fuddsoddiad.