最近車圈最火的新聞莫過于小米YU7的發布。近年來,國產新能源車之間的亂斗可謂神仙打架,各廠商圍繞使用體驗這一核心客戶價值,使出渾身解數升級產品,最終受益的是車主群體。在推介自家產品時,各廠商都圍繞續航、智駕體驗等核心指標去全維對比,沒有誰整場發布會都在說自家車的沙發是什么材質的、自家電池多少度。
然而,筆者所在的儲能領域,近來就出現了這樣的怪現象。隨著500Ah+、600Ah+大電芯的橫空出世,行業太多目光被容量之爭的低價值內卷吸引了過去。然而,電芯終歸只是儲能系統的一個設備而已,儲能電站能否兌現多元化價值,靠的遠不是電芯這一個設備,全維系統能力才應該是各家競逐的賽道。
電芯尺寸,被高估的“異位價值”
作為組成儲能系統的基本單元,電芯成本約占系統成本的6成左右,所以成為各方競逐的焦點。然而,有很多人存在認知誤區,將電芯直接等同于儲能系統。實則,電芯是能量存儲容器,而儲能系統相當于電站。
儲能系統不僅包含電芯,還有PCS、EMS、BMS等,需要系統性管理電壓、頻率等,才能高效安全運行。打個比方,儲能好比水電站,電芯如同水庫,而系統要承接負荷和電網,需具備電網特性與構網功能,還需大壩(控制系統)和發電機(轉換設備)這樣的關鍵設備調控。
因此,電芯的容量和尺寸只是儲能系統中一個小要素,將其等同于儲能系統來討論,便犯了將局部無限拔高替代整體的錯誤。
關于電芯尺寸的硝煙戰早已有之,但近來突然上了風口浪尖,起因是與兩大巨頭最近的市場動作不無關系。
6月5日,儲能系統商陽光電源發布全新一代智儲平臺PowerTitan 3.0,采用了可量產的疊片工藝684Ah儲能電芯。緊隨其后,電芯廠商寧德時代宣布量產卷繞工藝的587Ah電芯。
一時間,坊間關于兩種電芯孰優孰劣的論戰開始分野。不可否認,大容量電芯的確能帶來能量密度、安全性等很多方面的性能優勢,例如陽光電源的PowerTitan 3.0儲能系統的能量密度高達500kWh/㎡以上,其中,684Ah大電芯就功不可沒。值得一提的是,相比不含PCS柜的傳統儲能,采用AC存儲,交直流一體的PowerTitan 3.0系統的實際能量密度其實更高。剔除PCS的話,其真實能量密度已達到570kWh/㎡,可幫客戶節省占地面積45%,大幅降低CAPEX。
大尺寸電芯還能帶來減少電氣連接點數量、降低故障率等好處。但電芯并非越大越好,綜合考慮安全、尺寸、重量、工藝、系統成本等條件,實現電芯到電站能量密度、能效、安全、散熱、壽命的最優平衡。也就是說,電芯容量盡量做大的前提,是其與整個儲能系統的能效、安全、運維等全要素更好地適配。不顧系統整體適配性一味做大電芯,好比給緊湊型家用車裝上V12發動機一樣,不僅發揮不出發動機的全部性能,還給整輛車的行駛平順性、安全和舒適性增加隱患。
因此,行業在論述684Ah儲能電芯優于587Ah電芯時,必須嚴謹地附加一個限定條件——兩者分別采用的是疊片、卷繞哪條技術路線。
疊片VS卷繞,技術路線的攻守戰
先拋出一個行業已經逐漸形成共識的結論:684Ah儲能電芯優于587Ah電芯的前提,必須是前者采用了疊片工藝。事實上,當下幾乎所有600+Ah電芯,都全部倒向了疊片工藝技術路線。在高能量密度、長壽命場景下,600Ah左右卷繞電芯無法兼顧大容量和高倍率要求,容量變大后存在內阻高,可能存在應力過大導致結構斷裂或鋰枝晶析出等安全風險。
一個殘酷卻不得不面對的事實是,587Ah不是卷繞電芯“剛剛好”的尺寸,而是其容量的盡頭。
疊片工藝不是卷繞工藝的替代者,而是大容量場景的最優解。這是兩者完全不同的技術路線先天決定的。
卷繞技術將正極極片、隔膜與負極極片按序卷繞后擠壓成型,其容量存在極限。
在當前市場對大容量電芯需求加劇下,卷繞技術顯然有些跟不上“步伐”,因為有明顯的R角,所以在空間利用率上相對低,限制了能量密度,而且極片受力不均易褶皺錯位,影響性能,從而提升良率較困難;加上電阻大、損耗大、發熱明顯,影響壽命與安全。
在低容量、短時長場景下,卷繞電芯憑借成熟工藝、低成本及強適配性更具優勢。
到了600+Ah以上大容量電芯,之所以必須采用疊片技術,是因為疊片技術沒有R角設計,空間利用率會更高,從而能量密度提升5%-10%;極片在受力方面均勻,排氣也順暢,安全性更高;扁平結構有利于散熱,溫度更均勻,而且電阻小,充放電效率能可達96.5%;此外,生產工序良率比卷繞高1%-2%,直接降低了成本。
在儲能電芯不斷向“大”發展的當下,疊片工藝是電芯容量變“大”的關鍵技術。相較卷繞,疊片與大容量儲能電芯具有天然的兼容性,在經濟性與安全性上展現出更好的協同優勢。采用疊片電芯的儲能系統較之采用卷繞電芯的儲能,同容量下系統連接點數量減少30%,簡化電路連接,減少系統復雜度,降低系統故障風險。
目前,行業內已有超20家企業布局疊片電芯生產,包括陽光電源、欣旺達、中創新航、比亞迪、瑞浦蘭鈞、億緯鋰能、蜂巢能源、海辰儲能等。
隨著眾多企業的大電芯相繼量產,使得疊片電芯在技術迭代、成本控制、產能提升等不斷突破,目前疊片工藝相較卷繞工藝因前期設備投入導致的生產成本偏高的差距會逐步縮小。其中,陽光電源更是通過規模化量產及架構優化實現降低系統成本。
從芯到系統,如何做到“既要又要還要”
疊片工藝大電芯較之卷繞工藝小電芯,在能量密度、安全性、經濟性等方面的確有天然優勢。但電芯并非提升電站收益的唯一要素,提升儲能電站收益的核心,在于系統層面創新。
能效是衡量性能的關鍵,能效高的系統,在充放電過程中減少能量損耗,讓更多電力被有效利用,這不僅能提升系統的運行收益,還能降低對能源的浪費。
以首次規模化應用684Ah電芯的陽光電源PowerTitan 3.0儲能系統為例,其憑借疊片工藝電芯與碳化硅PCS的應用,電芯能效達到96.5%,PCS最大效率更是高達99.3%;再加上AI仿生熱平衡2.0技術的助力,輔助功耗進一步降低20%,最終讓系統綜合循環效率突破至93.5%!
此外,和傳統的“一柜一PCS”比起來,PowerTitan 3.0延續了AC存儲“一簇一PCS”的好處,做到了簇級的電流均衡控制,不會出現簇間的“木桶效應”,系統放電量提高8%。
安全性是儲能系統的重中之重,一旦出現安全事故,儲能系統所有的經濟性全部歸零。今年5月,國家能源局等五部門發布了《加強電化學儲能安全管理有關工作的通知》,進一步加強電化學儲能安全,以及全鏈條安全管理等監管責任。在儲能領域,安全沒有“單科狀元”,全鏈路防線的“六邊形戰士”才是終極答案。
隨著大容量儲能電芯規模化應用,大模組設計對Pack結構、散熱及安全要求更高。
針對熱失控等安全問題,多數儲能系統在Pack層面難分離電芯散熱與導電系統,“熱氣傷電”現象難除。若實現液冷與電氣系統分離,加設排氣通道讓電芯熱量獨立排出,可避免單顆熱失控殃及周邊,這樣的技術理念雖然對技術要求很高,但已有先行者探索出新路徑。
上文提及的陽光電源 PowerTitan 3.0儲能系統就是這方面的佼佼者。電芯層面的熱點分離技術、Pack層面的液電分離、專利排氣通道設計,實現定點泄爆不傷電、單芯熱失控不蔓延,保證了電芯、PACK的安全。PowerTitan 3.0沿用AC存儲架構,將標準短線纜內置于液冷柜內,實現“直流不出柜”,直接杜絕直流側短路風險,同時解決“簇間環流”問題,在安全上的優勢進一步凸顯。
從電芯,到系統,儲能行業正在告別“拼參數”的時代,進入一個更注重交付、效率和安全的時代。
對于儲能行業而言,這既是挑戰,也是機遇。當下,已不再是單純追求電芯或系統的“大規格”,而是以動態平衡思維統籌大電芯的效率與安全的要求,打造兼具靈活性、安全性、經濟性的儲能系統,這樣恰如其分的“剛剛好”,才是儲能行業的最優解!