Praktischer Leitfaden! Ausführliche Erklärung von Lithium-Ionen-Akkus

1. 1. Konzept und Definition des Energiespeicherpakets
2. Ein Energiespeicherpaket, auch Batteriepack genannt, ist die zentrale Energieeinheit eines Energiespeichersystem Es kombiniert zahlreiche Einzelbatterien durch wissenschaftliche Reihen- und Parallelschaltung und integriert ein Batteriemanagementsystem, ein Wärmemanagementsystem, Struktur- und elektrische Komponenten zu einer kompletten Energiespeichereinheit. In einem Energiespeichersystem ist das PACK das „Herzstück“, da es direkt die Speicherkapazität, die Leistungsabgabecharakteristik usw. bestimmt. Sein Funktionsprinzip basiert auf der Bewegung von Lithiumionen zwischen den positiven und negativen Elektroden: Beim Laden wandern die Lithiumionen von der positiven zur negativen Elektrode und beim Entladen umgekehrt. Durch die Integration verschiedener Komponenten kann das PACK elektrische Energie effizient speichern und abgeben und so eine stabile Stromversorgung für Windparks, Photovoltaikanlagen usw. gewährleisten. Es ist ein Schlüsselelement für die Realisierung von Energiespeicherung und -umwandlung.

2. Zusammensetzung des Akkus

Die wichtigsten Bestandteile eines Akku umfasst vier Teile: einzelne Batteriemodule, elektrisches System, Wärmemanagementsystem, Gehäuse und BMS.

▷ Batteriemodul: Vergleicht man einen Akku mit dem menschlichen Körper, so ist das Modul das „Herz“, das für die Speicherung und Freisetzung elektrischer Energie verantwortlich ist.

▷ Elektrisches System: Das Batteriesystem besteht hauptsächlich aus Kupfersammelschienen, Hochspannungs- und Niederspannungskabeln sowie elektrischen Schutzeinrichtungen. Die Hochspannungskabel können als die „Hauptadern“ des Batteriesystems betrachtet werden, die die Verbraucher kontinuierlich mit Strom versorgen, während die Niederspannungskabel als das „neuronale Netzwerk“ des Batteriesystems fungieren und Detektions- und Steuersignale in Echtzeit übertragen.

▷ Wärmemanagementsystem: Wärmemanagementsysteme nutzen hauptsächlich zwei Methoden: Luftkühlung und Flüssigkeitskühlung. Die Flüssigkeitskühlung lässt sich weiter in Plattenkühlung und Tauchkühlung unterteilen. Das Wärmemanagementsystem ist im Prinzip vergleichbar mit einer Klimaanlage für den Akku. Akkus erzeugen während der Entladung Wärme; um einen Betrieb des Akkus bei einer angemessenen Umgebungstemperatur zu gewährleisten und die Lebensdauer zu verlängern, sollte die Systemtemperaturdifferenz im Allgemeinen ≤ 5 °C betragen.

▷ Wohnen: Es besteht hauptsächlich aus Gehäuse, Gehäusedeckel, Metallhalterung, Abdeckung und Befestigungsschrauben und kann als das „Skelett“ des Akkus betrachtet werden, das Halt bietet, Widerstandsfähigkeit gegen mechanische Stöße und Vibrationen sowie Schutz vor Umwelteinflüssen gewährleistet.

▷ BMS: Das Batteriemanagementsystem (BMS) kann als das „Gehirn“ der Batterie betrachtet werden. Es ist primär für die Messung von Batterieparametern wie Spannung, Stromstärke und Temperatur zuständig und verfügt über Funktionen wie den Ladeausgleich. Es kann Daten an das MES (Manufacturing Execution System) übermitteln.

3. Eigenschaften von Akkupacks

▷ Lithium-Ionen-Akkus hohe Konsistenz der Batterieeigenschaften (Kapazität, Innenwiderstand, Spannung, Entladekurve, Lebensdauer) erforderlich;

▷ Die Zyklenlebensdauer eines Akkupacks ist kürzer als die einer einzelnen Zelle;

▷ Es muss unter bestimmten Bedingungen verwendet werden (einschließlich Lade- und Entladestrom, Lademethode, Temperatur usw.);

▷ Nach dem Zusammenbau eines Lithium-Ionen-Akkupacks erhöhen sich die Batteriespannung und -kapazität erheblich, was einen Schutz durch Ladeausgleich, Temperatur-, Spannungs- und Überstromüberwachung erforderlich macht;

▷ Der Akku muss die vorgegebenen Spannungs- und Kapazitätsanforderungen erfüllen.

4. Verpackungsmethoden

▷ Reihen-Parallel-Schaltung: Batteriemodule bestehen aus einzelnen Batteriezellen, die parallel und in Reihe geschaltet sind. Die Parallelschaltung erhöht die Kapazität, ohne die Spannung zu verändern, während die Reihenschaltung die Spannung verdoppelt, ohne die Kapazität zu verändern. Beispielsweise liefern 15 in Reihe geschaltete 3,2-V-Zellen 48 V (Reihenverstärkung); zwei parallel geschaltete 50-Ah-Zellen liefern 100 Ah (Parallelschaltung).

▷ Zellanforderungen: Wählen Sie die Zellen entsprechend Ihren Designanforderungen. Parallel und in Reihe geschaltete Zellen müssen vom gleichen Typ und Modell sein; Unterschiede in Kapazität, Innenwiderstand und Spannung dürfen 2 % nicht überschreiten. Sowohl Softpack- als auch zylindrische Batterien benötigen mehrere Reihenschaltungen.

▷ Herstellungsverfahren für Akkupacks: Die Akkupackung erfolgt auf zwei Arten: Erstens durch Laserschweißen, Ultraschallschweißen oder Impulsschweißen. Diese gängigen Verfahren bieten eine gute Zuverlässigkeit, erschweren aber den Austausch der Akkus. Zweitens durch flexible Metallkontakte. Dadurch entfällt das Schweißen, der Akkuwechsel wird erleichtert, allerdings kann es zu Kontaktproblemen kommen.

Im Hinblick auf Produktionsausbeute, Effizienz und Innenwiderstand der Verbindungsstellen ist das Laserschweißen derzeit für viele Batteriehersteller die bevorzugte Methode.

5. Was umfasst eine vollständige Verpackungsproduktionslinie?

Eine Produktionslinie für Lithium-Batteriepacks bezeichnet eine systematische Zusammenstellung von Geräten und Prozessen, die zur Herstellung von Lithium-Batteriepacks erforderlich sind.

Der Prozess umfasst typischerweise sechs Kernphasen: Zellherstellung, Zellprüfung, Zellklassifizierung, Zellmontage, Verpackung und Qualitätskontrolle. Zellherstellung und Zellmontage sind dabei die kritischsten Schritte, da sie die Leistung und Qualität des Lithium-Akkumulators direkt beeinflussen.

▷ Zellherstellung: Dies ist der erste Schritt in der Produktionslinie und kann unterteilt werden in die Vorbereitung der positiven und negativen Elektrodenmaterialien, die Zellbildung, die Elektrolyteinspritzung in die Zelle und die Zellreifung.

Die Zellformung ist der kritischste Schritt und erfolgt mittels Verfahren wie Wickeln, Laminieren und Stanzen. Sie bestimmt Form und Größe der Zelle und beeinflusst somit direkt deren Leistung und Lebensdauer.

Für verschiedene Lithiumbatterieprodukte eignen sich unterschiedliche Formierungsverfahren, und das spezifische Verfahren hängt von der jeweiligen Situation ab.

▷ Zellprüfung: Dieser Prozess dient hauptsächlich der Aussortierung minderwertiger Zellen und gewährleistet so einen reibungslosen Ablauf der nachfolgenden Produktionsstufen. Er umfasst im Wesentlichen Kapazitäts-, Innenwiderstands- und Temperaturprüfungen der Zellen. Diese Tests helfen Herstellern, die Zellleistung zu verstehen, Probleme frühzeitig zu erkennen und Anpassungen sowie Optimierungen vorzunehmen.

6. Zukunftsperspektiven von Lithium-Akkus

Mit der kontinuierlichen Expansion der Energiespeicherbatterie Markt, PACK-Produktionslinien werden ständig verbessert und verfeinert, um die Leistung und Qualität der Batteriepacks zu steigern.

Mit zunehmender Automatisierung wird sich der Produktionsprozess von Lithium-Batteriepacks von arbeitsintensiv zu technologiegetrieben verlagern. Der Fokus liegt dann auf der Parameteranpassung und dem Design der Batteriepacks, während die übrigen Aufgaben von Maschinen übernommen werden. Die technologische Ausrichtung von Produktionslinien für Lithium-Batteriepacks wird zukünftig im Wesentlichen folgende Aspekte umfassen: 1. Automatisierung: Durch den Einsatz von Technologien wie künstlicher Intelligenz und dem Internet der Dinge wird die Produktionslinie automatisiert, intelligent und informationsbasiert gestaltet, wodurch Produktionseffizienz und Produktqualität verbessert werden.

2. Ökologisierung: Durch die Verwendung umweltfreundlicher Materialien sowie Energiespar- und Emissionsminderungsmaßnahmen wird der Produktionsprozess umweltfreundlicher und nachhaltiger gestaltet.

3. Personalisierung: Wir bieten maßgeschneiderte Produktionslinien und Dienstleistungen, die auf die Bedürfnisse und Anforderungen unserer Kunden zugeschnitten sind und so die Kundenzufriedenheit und -loyalität steigern.

4. Sicherheit: Durch die Stärkung des Sicherheitsmanagements und der Risikokontrolle werden die Sicherheit und Stabilität des Produktionsprozesses gewährleistet.