Con l’aumento della domanda di energia, lo sviluppo di tecnologie di accumulo energetico è diventato un tema di grande attualità nel settore, rappresentando il 60% dei costi dei sistemi di accumulo, e le batterie per l’accumulo di energia hanno attirato un’attenzione diffusa. I pacchi batteria al litio a bassa tensione stanno diventando sempre più popolari come soluzione di accumulo energetico efficiente e affidabile.
1. Che cos’è una batteria al litio a bassa tensione per l’accumulo di energia?
Il pacco batterie al litio a bassa tensione, come suggerisce il nome, combina i tre concetti di “bassa tensione”, “batteria al litio” e “pacco”.
Innanzitutto, cos’è Pack?
Un pacco batteria, noto anche come modulo batteria, è un tipo di confezionamento, incapsulamento e assemblaggio per la produzione di batterie. Combina più celle individuali in parallelo e in serie per formare una forma specifica chiamata pacco, in base alle esigenze del cliente.
In secondo luogo, cos’è una batteria al litio?
Nell’attuale settore domestico “fotovoltaico + accumulo di energia”, le batterie al piombo e le batterie agli ioni di litio rappresentano la tecnologia principale per l’accumulo elettrochimico di energia, con le batterie agli ioni di litio che costituiscono il fulcro di tale tecnologia. Si prevede che la capacità globale installata di accumulo elettrochimico di energia raggiungerà i 21,1 GW nel 2021. Di questa, le batterie agli ioni di litio rappresenteranno il 93,9%, le batterie al piombo il 2,2%, le batterie al sodio il 2,0% e le batterie a corrente liquida l’1,2%. Rispetto alle batterie al piombo, le batterie agli ioni di litio offrono tempi di ciclo, densità energetica e tempi di risposta eccellenti, oltre ad essere ecocompatibili. In passato, gli alti costi ne hanno limitato lo sviluppo. Negli ultimi anni, grazie ai progressi tecnologici, i costi hanno continuato a diminuire e le batterie agli ioni di litio diventeranno una delle principali direzioni di sviluppo in futuro.
Infine, cos’è una batteria a bassa tensione?
Le batterie a bassa tensione hanno in genere una tensione compresa tra 48 e 60 V e, quando utilizzate, non possono essere collegate in serie per aumentarne la tensione (ovvero, indipendentemente dal numero di batterie, la tensione rimane sempre la stessa). Le batterie a bassa tensione hanno requisiti inferiori per il BMS, risentono meno dello squilibrio tra le batterie e la tecnologia è più matura, quindi anche il prezzo è relativamente basso.
La tensione singola di una batteria ad alta tensione è generalmente di 80-100 V; utilizzando batterie ad alta tensione collegate in serie, la tensione totale finale può essere aumentata fino a circa 400-600 V (accumulo domestico). Le batterie ad alta tensione utilizzate nei BMS (Battery Management System) hanno requisiti tecnici e di sicurezza più elevati, pertanto anche il prezzo è più alto.
A causa dell’elevata densità energetica delle celle delle batterie ad alta tensione, le loro caratteristiche di sicurezza sono inferiori a quelle delle batterie a bassa tensione, che sono relativamente più soggette a combustione spontanea o esplosione. Le batterie a bassa tensione possono ridurre significativamente i rischi per la sicurezza durante il trasporto, l’installazione e l’utilizzo. Per quanto riguarda la catena di approvvigionamento, l’attuale offerta limitata di batterie ad alta tensione sul mercato rende difficile per i clienti acquistare batterie ad alta tensione che soddisfino le loro esigenze, mentre le batterie a bassa tensione CHISAGE ESS offrono una selezione più ampia.
2. La struttura compositiva del pacco batterie al litio a bassa tensione
Un pacco batterie a bassa tensione è costituito principalmente da un singolo modulo batteria, un sistema elettrico, un involucro e diverse componenti principali del sistema BMS.
Paragonando una batteria al corpo umano, il modulo batteria può essere considerato il cuore, responsabile dell’immagazzinamento e del rilascio di energia elettrica; il sistema elettrico può essere considerato le arterie, i vasi sanguigni e il sistema nervoso, che forniscono continuamente energia elettrica dalla batteria ai dispositivi finali e trasmettono segnali di rilevamento e controllo in tempo reale; l’involucro può essere considerato lo scheletro, che svolge un ruolo di supporto, resistenza agli urti meccanici e protezione dall’ambiente; e il BMS può essere considerato il cervello, responsabile della misurazione di parametri quali tensione, corrente, temperatura e altri parametri della batteria.
3. Principio e processo di funzionamento delle batterie al litio a bassa tensione per l’accumulo di energia
Il principio di funzionamento di base di un pacco batterie al litio a bassa tensione si basa sulle proprietà elettrochimiche delle reazioni redox. Durante la carica, gli ioni di litio formano LiCoO2 o LiFePO4 nel materiale dell’elettrodo positivo (ad esempio, LiCoO2 o LiFePO4), mentre contemporaneamente, nel materiale dell’elettrodo negativo (ad esempio, grafite), gli ioni di litio migrano dall’elettrolita alla grafite metallica e vengono ridotti ad atomi di litio. Durante la scarica, gli ioni di litio ritornano alla batteria in senso inverso, formando LiFePO4 o LiCoO2, e vengono contemporaneamente ossidati a ioni di litio.
Batteria al litio a bassa tensione. Il processo principale di saldatura laser avanzata e saldatura a ultrasuoni combina due metodi. La saldatura laser utilizza un raggio laser ad alta densità di energia come fonte di calore, risultando in un metodo di saldatura altamente efficiente e preciso. La saldatura a ultrasuoni utilizza onde vibratorie ad alta frequenza trasmesse alle superfici di due pezzi in lavorazione sotto pressione, causando attrito sulle superfici di entrambi i pezzi e fusione tra gli strati molecolari. Il pacco batteria a bassa tensione CHISAGE ESS utilizza la tecnologia di saldatura laser, attualmente impiega il miglior laser tedesco IPG, per evitare l’attrito ultrasonico sulla superficie di saldatura che potrebbe danneggiare la valvola di sicurezza, risultando più affidabile.
4. Parametri e selezione del pacco batterie al litio a bassa tensione
I parametri di un pacco batterie al litio a bassa tensione e la scelta della batteria sono strettamente legati alla necessità di considerare aspetti relativi all’installazione, all’impianto elettrico, alla sicurezza e all’impatto ambientale. Di seguito è riportato un esempio di pacco batterie al litio a bassa tensione CE48100-W (51,2 V/100 Ah) di CHISAGE ESS, che illustra i parametri da considerare nella scelta di una batteria:
Parametri di installazione
(1) Peso/dimensioni
Il modello CE48100-W pesa 55 kg e misura 430×191,5×630 mm. Nella scelta di un pacco batterie, i clienti devono considerare la capacità portante del pavimento o della parete e lo spazio di installazione disponibile, nonché se la lunghezza, la larghezza e l’altezza del sistema di batterie saranno limitate all’interno di tale spazio.
(2) Installazione
Le batterie al litio a bassa tensione CHISAGE ESS sono disponibili sia in versione a pavimento che a parete, consentendovi di scegliere quella più adatta in base alle vostre preferenze personali e alla reale difficoltà di installazione. Il modello CE48100-W supporta entrambe le tipologie di installazione e il suo design semplice ed elegante si adatta a un’ampia gamma di contesti.
(3) Grado di protezione
Indica la capacità dell’involucro dell’apparecchiatura elettrica di proteggere dall’ingresso di corpi estranei (polvere, liquidi, ecc.); maggiore è il livello di protezione, migliore è l’effetto. Il modello CE48100-W ha un grado di protezione IP65, che rappresenta un livello di protezione più elevato.
Parametri elettrici
(1) Energia nominale
Scegliere la capacità della batteria più adatta è un processo complesso. Oltre al carico, è necessario considerare anche la capacità di carica e scarica della batteria, la potenza massima dell’inverter, le ore di funzionamento del carico, gli scenari di applicazione specifici e così via. La CE48100-W ha una capacità nominale di 5,12 kWh, che soddisfa sostanzialmente le esigenze di accumulo di energia di un’intera famiglia.
(2) Tensione di funzionamento
Questo intervallo di tensione deve corrispondere all’intervallo di tensione di ingresso della batteria dell’inverter. Una tensione superiore o inferiore all’intervallo di tensione della batteria dell’inverter impedirà l’utilizzo del sistema a batteria con l’inverter. L’intervallo di tensione operativa del CE48100-W è 40~58,4 V, adatto a qualsiasi inverter per sistemi di accumulo di energia domestica CHISAGE ESS.
(3) Corrente massima di carica/scarica
La corrente di carica/scarica massima supportata dal sistema di batterie determina il tempo di carica/scarica della batteria. La CE48100-W ha una corrente di carica massima di 50 A e una corrente di scarica massima di 100 A, ovvero supporta una carica a 0,5C e una scarica a 1C.
Parametri di sicurezza
(1) Tipo di batteria agli ioni di litio
Le batterie agli ioni di litio si dividono principalmente in batterie al litio-cobalto, batterie al litio-manganese, batterie al litio-nichel, batterie al litio-ferro fosfato, batterie agli ioni di litio e così via, a seconda dei diversi materiali del catodo. Considerando sicurezza, stabilità ed economicità, la CE48100-W utilizza una batteria al litio-ferro fosfato, più stabile e affidabile.
(2) Garanzia
Presta attenzione ai termini, alla durata e alla portata della garanzia della batteria. In genere, due fattori influenzano la garanzia delle batterie: il periodo di garanzia e il numero di cicli entro una specifica profondità di scarica (DOD), con il primo ciclo che raggiunge il termine del periodo di garanzia. Ad esempio, la CE48100-W ha una garanzia di 5 anni (estensibile a 10 anni) e un numero di cicli pari a 6.000 con una DOD dell’80%. Se si superano i 6.000 cicli entro il periodo di 5 anni, la garanzia decade.
Parametri ambientali
(1) Intervallo di temperatura
Si prega di prestare attenzione all’intervallo di temperatura ambiente supportato dalla batteria. Il superamento di tale intervallo di temperatura comprometterà il normale funzionamento della batteria. La batteria CE48100-W supporta un intervallo di temperatura di carica compreso tra 0 e 55 °C e un intervallo di temperatura di scarica compreso tra -20 e 55 °C.
(2) Umidità
Per alcune zone umide o ad alta quota, si prega di prestare attenzione a questo parametro: l’intervallo di umidità della batteria CE48100-W è compreso tra il 20% e il 95% di umidità relativa.
Inoltre, per offrire agli utenti un’esperienza d’uso più comoda e confortevole, è opportuno considerare anche altre caratteristiche delle batterie a bassa tensione. Ad esempio, la batteria CHISAGE ESS utilizza batterie di Classe A con una maggiore capacità utilizzabile; supporta fino a 15 batterie in parallelo per soddisfare la richiesta di espansione della capacità; inoltre, supporta l’impostazione automatica dell’indirizzo BMS, risultando compatibile con una gamma più ampia di inverter. Gli utenti possono quindi scegliere la soluzione più adatta alle proprie esigenze, tenendo conto delle diverse funzionalità delle batterie.
Il sistema di accumulo di energia a batteria al litio a bassa tensione ha ampie prospettive di applicazione nel settore delle energie rinnovabili. È particolarmente adatto per sistemi di accumulo energetico domestici e industriali/commerciali, coprendo una vasta gamma di applicazioni in case, uffici, centri commerciali, supermercati, ospedali e altri contesti multifunzionali. I suoi vantaggi, come l’elevata sicurezza, la lunga durata e l’alta densità energetica, lo rendono un trend importante nello sviluppo della tecnologia di accumulo energetico. CHISAGE ESS continuerà a dedicarsi alla ricerca, allo sviluppo e all’applicazione di sistemi di accumulo di energia a batteria al litio a bassa tensione, contribuendo allo sviluppo del settore delle energie rinnovabili.
