BESS spiega: Perché le celle delle batterie per l'accumulo di energia determinano la qualità

BESS funziona con celle a batteria: la qualità delle celle è ciò che determina effettivamente le prestazioni del sistema

La risposta diretta è questa: a sistema di accumulo dell'energia della batteria (BESS) è affidabile, sicuro e duraturo quanto il celle di batterie per l'accumulo di energia imballato al suo interno. Ogni modulo, ogni pacco e ogni megawattora di capacità utilizzabile in un BESS risale alla singola cella: alla sua chimica, alla sua tolleranza di produzione e alle sue prestazioni di sicurezza certificate. Due sistemi possono condividere la stessa capacità nominale e lo stesso inverter, ma differire enormemente in termini di durata del ciclo, tasso di degrado e sicurezza antincendio, semplicemente perché uno utilizza celle ben controllate e strettamente abbinate e l'altro no.

Questa distinzione è oggi più importante che mai, poiché le implementazioni BESS si estendono da unità di backup a singolo armadio a installazioni multi-megawattora che supportano siti commerciali, microreti e impianti di stoccaggio connessi alla rete. Su questa scala, una piccola differenza nella consistenza a viverello di cella si manifesta su migliaia di celle, trasformando una piccola scorciatoia di produzione in un divario misurabile nella capacità fornita e nella durata di servizio. Questo articolo spiega esattamente cosa distingue l'alta qualità celle di batterie per l'accumulo di energia da quelli mediocri, come queste celle vengono progettate in un BESS finito e cosa dovrebbero verificare gli acquirenti prima di impegnarsi con un fornitore.

Cos'è realmente un BESS e dove si adattano le celle della batteria

A sistema di accumulo dell’energia della batteria immagazzina chimicamente l’energia elettrica in modo che possa essere rilasciata in seguito, su richiesta, uniformando la produzione solare ed eolica, spostando le tariffe della domanda nelle ore di punta o fornendo energia di riserva di emergenza. Un BESS è costituito da tre strati strutturali, ciascuno annidato all'interno del successivo:

• Cella — la più piccola unità elettrochimica sigillata che immagazzina energia; ecco dove celle di batterie per l'accumulo di energia live
• Modulo — più celle collegate in serie e parallelo, con cablaggio, sensori e supporto strutturale
• Pacchetto/Sistema — più moduli combinati con un sistema di gestione della batteria (BMS), gestione termica e spesso un sistema di conversione dell'alimentazione (PCS)

Poiché la cella si trova proprio alla base di questa struttura, qualsiasi debolezza a livello della cella (capacità incoerente, scarso controllo della resistenza interna o chimica instabile) viene amplificata mentre si sposta verso l'alto attraverso il modulo e si impacchetta. Questo è il motivo per cui una seria valutazione BESS inizia sempre dalla cella e non dal mobile finito.

Perché le celle della batteria per l'accumulo di energia migliorano le prestazioni BESS

Quattro caratteristiche a livello di cella determinano quasi tutto su come un BESS finito si comporta sul campo. Ognuno di quelli riportati di seguito comporta un distinto compromesso ingegneristico.

• Ciclo di vita — il numero di cicli completi di carica-scarica che una cella può completare prima che la sua capacità scenda al di sotto di una soglia utilizzabile, in genere dal 70 all'80% della capacità originale
• Densità energetica — quanta energia viene immagazzinata per unità di peso o volume, che influisce direttamente sull'ingombro e sui costi di spedizione
• Stabilità termica — quanto è resistente la chimica della cella all'instabilità termica in condizioni di abuso come sovraccarico o danni fisici
• Cella-to-cell consistency — quanto sono simili le celle in termini di capacità e resistenza interna, che determina quanto uniformemente un modulo invecchia nel tempo

Una scarsa coerenza è particolarmente dannosa perché un BMS può solo bilanciare un pacchetto fino a quel momento. Se le celle variano in modo significativo rispetto alla fabbrica, la cella più debole in una stringa in serie raggiungerà sempre la carica completa o si svuoterà per prima, limitando di fatto la capacità utilizzabile dell'intera stringa.

Confronto tra le caratteristiche chimiche delle celle della batteria principale utilizzate in BESS

Non tutti celle di batterie per l'accumulo di energia utilizzare la stessa chimica. La scelta del materiale del catodo ha un impatto diretto sul margine di sicurezza, sulla durata e sui costi, motivo per cui la selezione della chimica è una delle prime decisioni in qualsiasi progetto BESS.

Per la maggior parte delle applicazioni BESS stazionarie, Le celle LFP sono la scelta dominante perché la loro struttura cristallina di olivina resiste al rilascio di ossigeno ad alte temperature, offrendo loro un margine di sicurezza più ampio rispetto ai prodotti chimici a base di cobalto, un fattore critico per i sistemi che rimangono in magazzini, tetti o vicino a edifici occupati per un decennio o più.

Metriche prestazionali chiave da verificare su un foglio dati di cella

Prima di selezionare un fornitore BESS, gli acquirenti dovrebbero richiedere la scheda tecnica a livello di cella anziché fare affidamento solo sui dati di marketing a livello di sistema. Le seguenti metriche rivelano la reale qualità del celle di batterie per l'accumulo di energia in uso:

1. Capacità nominale e condizioni di test in cui è stata misurata (temperatura, velocità di scarico)
2. Ciclo di vita ad una profondità di scarica dichiarata e soglia di capacità di fine vita
3. Intervallo di resistenza interna in un lotto di produzione, che indica la coerenza della produzione
4. Intervallo di temperatura operativa sia per la carica che per la scarica
5. Tasso di autoscarica al mese, che influisce sulle applicazioni di standby a lungo termine

Un fornitore che non è in grado di fornire dati sulla coerenza a livello di lotto, come la resistenza interna distribuita in un lotto di produzione, indica che lo smistamento e la classificazione delle celle potrebbero non essere strettamente controllati, il che aumenta il rischio di invecchiamento non uniforme all'interno della confezione finita.

Vale anche la pena chiedersi come sono stati generati i dati relativi al ciclo di vita. Una valutazione della durata del ciclo misurata a una profondità di scarico ridotta e a una temperatura ambiente mite apparirà sempre migliore sulla carta rispetto a una misurata in condizioni reali sul campo. Richiedere il protocollo di test dietro il numero (profondità di scarica, velocità di carica e scarica e temperatura di test) fornisce un quadro molto più accurato di come funzioneranno le celle una volta installate.

Come le cellule vengono costruite in un BESS completo

Diventando crudo celle di batterie per l'accumulo di energia in un BESS certificato e distribuibile segue una sequenza ingegneristica coerente:

Passaggio 1: ordinamento e classificazione delle celle

Le celle in entrata vengono testate e raggruppate per capacità e resistenza interna in modo che solo le celle strettamente abbinate vengano assemblate nella stessa stringa in serie.

Passaggio 2: assemblaggio del modulo

Le celle abbinate sono collegate in configurazioni in serie e parallelo, dotate di sensori di tensione e temperatura e racchiuse in un alloggiamento strutturale.

Passaggio 3: integrazione del pacchetto

I moduli sono combinati con un sistema di gestione della batteria, gestione termica (raffreddamento ad aria o a liquido) e involucro protettivo per formare il pacco o armadio finito.

Passaggio 4: test a livello di sistema

Il sistema assemblato viene sottoposto a cicli di carica-scarica, test termici e convalida di sicurezza prima di essere certificato per la spedizione.

Certificazioni che confermano la reale sicurezza delle celle

Poiché un BESS viene generalmente installato per dieci anni o più, è necessaria la certificazione di sicurezza del sottostante celle della batteria non è negoziabile. Gli standard più rilevanti da richiedere a qualsiasi fornitore includono:

• UL1973 — il principale standard di sicurezza statunitense per le batterie stazionarie di accumulo di energia
• CEI 62619 — lo standard di sicurezza internazionale relativo alle celle e alle batterie al litio secondarie per applicazioni industriali
• ONU 38.3 — test di trasporto obbligatori che confermino che le celle sono sicure da spedire per via aerea, marittima e stradale
• CE/RoHS — Accesso al mercato europeo e conformità alle sostanze pericolose

Queste certificazioni confermano che organismi di test indipendenti hanno verificato la chimica delle celle, la logica del sistema di gestione della batteria e il design dell'involucro in condizioni di abuso, non solo durante il normale funzionamento.

Una lista di controllo pratica per valutare le celle di un fornitore BESS

Utilizzare la seguente lista di controllo quando si confrontano i fornitori di celle di batterie per l'accumulo di energia e prodotti finiti BESS:

• Richiedi la scheda tecnica a livello di cella, non solo la scheda tecnica a livello di sistema
• Confermare la certificazione UL 1973 e IEC 62619 per la specifica combinazione di cella e pacco citata
• Chiedere se il produttore esegue lo smistamento e la classificazione delle cellule internamente o se acquista celle preclassificate da terzi
• Rivedere i termini di garanzia per la capacità conservata garantita dopo un conteggio di cicli o un numero di anni dichiarato
• Verificare la certificazione del sistema di qualità della produzione, come IATF 16949, che indica il controllo del processo di livello automobilistico

I fornitori con una produzione integrata verticalmente – dal test delle celle all’assemblaggio di moduli e pacchi – sono generalmente in grado di fornire una tracciabilità più completa rispetto a quelli che assemblano pacchi da celle non verificate di provenienza esterna.

Approvvigionamento di celle batteria per l'accumulo di energia da un produttore verticalmente integrato

Ningbo Nxten Energy Technology Co., Ltd. progetta e produce celle di batterie per l'accumulo di energia insieme a moduli, pacchi e armadi BESS completi, offrendogli il controllo diretto sullo smistamento delle celle, sull'assemblaggio dei moduli e sul test finale del sistema anziché fare affidamento su componenti non verificati di provenienza esterna. Gli impianti di produzione dell'azienda sono certificati IATF 16949 e i suoi prodotti sono sviluppati per essere conformi a UL 1973 e IEC 62619, i due standard internazionali più rilevanti per la sicurezza dello stoccaggio stazionario dell'energia. Questa integrazione verticale, dalla cella grezza all'armadio finito, consente un controllo più rigoroso della coerenza da cella a cella e una tracciabilità più chiara rispetto a un fornitore che assembla solo pacchi da celle di terze parti. Per gli acquirenti che confrontano le opzioni, vale la pena chiedere a qualsiasi potenziale fornitore BESS se produce le proprie celle o se le procura all’esterno, poiché questo singolo fattore ha un effetto enorme sulla coerenza a lungo termine e sull’affidabilità della garanzia.

Asporto finale

A sistema di accumulo dell’energia della batteria è definito da zero per la sua qualità celle di batterie per l'accumulo di energia . La scelta della chimica, la coerenza da cellula a cellula, le prestazioni di sicurezza certificate e la tracciabilità della produzione contano più di qualsiasi singola affermazione di marketing a livello di sistema. Gli acquirenti che richiedono schede tecniche a livello di cella, confermano la certificazione UL 1973 e IEC 62619 e scelgono fornitori con produzione integrata verticalmente hanno molte più probabilità di ritrovarsi con un BESS che fornisce la sua capacità nominale in modo affidabile per un intero decennio di servizio, piuttosto che uno che si degrada in modo imprevedibile entro i primi anni.