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GGII:储能电池多元化技术“百舸争流”
储能 文章来源自:高工锂电网
2022-09-20 09:16:37 阅读:10664
摘要GGII根据终端应用场景差异,将储能划分为电力储能、通信储能、户用家储、便携式储能四大类。

储能是实现社会碳减排的重要实现手段,是未来零碳社会不可或缺的能源新基建。储能下游应用场景多样,不同场景对核心部件如储能电池装置的选型也各有差异。

GGII根据终端应用场景差异,将储能划分为电力储能、通信储能、户用家储、便携式储能四大类。不同场景储能市场对锂电池产品的关注点不同,但对于锂电池产品来说,实现在储能领域大规模的应用核心仍是降低成本。

不同储能应用场景对储能产品性能要求分析

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资料来源:高工产研新能源研究所(GGII),2022年7月

户用家储:

50-100Ah中短期仍为主流,循环寿命与高安全性是核心。

受终端使用习惯决定,户用家储系统容量普遍在5-20KWh。产品平台高压化是户用家储产品发展重要趋势。

相比低压系统,高压电池通过多个电芯串联实现电池包层面高压化。使用相同容量的电池,高压系统电流较小,对系统干扰更小,转化效率更高。

系统设计方面,高压混合逆变器的电路拓扑结构更为简化,尺寸小重量轻,故障率更低。

这使得50-100Ah产品更具优势:

1)带电量和尺寸空间有限前提下,电池通过串联可获得更高的系统电压;

2)电芯串联可省去DC-DC模块,系统产品成本能够做到更低;

3)产品方案更加成熟。综上所述,50-100Ah中短期仍为户用家储的主流。

产品性能上,户用家储对电芯的要求集中在长循环寿命、宽温度工况、充放电倍率和高体积能量密度等方面。

循环寿命:家庭储能质保普遍在8-10年,部分高端机型质保达10年以上,要求循环寿命实现6000次以上@80%,高端型号质保要求10000次以上@80%;

宽温度工况:目前要求-10℃仍可正常充放电,未来要求进一步降低至-20℃,以满足欧洲、北美等高纬度或高海拔地区需求。

充放电倍率:户用光伏/风电结合家庭储能成为海外家庭储能的主要使用方式,电芯倍率在0.5-1C水平。

未来,户用家储电芯循环要求将达到6000次以上,倍率要求达到1C充放电。

下一代户用家储电芯将是更长循环、更高倍率的产品型号。

全球户用储能产品主要电芯方案(部分)

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资料来源:高工产研新能源研究所(GGII),2022年8月

电力储能:

朝大容量电芯发展,去模组化大势所趋。

电力储能应用于发电侧、电网侧和工商业侧等领域,具体产品可分为容量型和功率型。

其中容量型应用场合要求电芯和系统具备高循环寿命和宽泛的工作温度范围。功率型储能需要实现短时间充放电功能,需要高倍率充放电,对循环寿命和倍率要求优先于能量密度。

电力储能电芯路线包括方形/圆柱/软包+铁锂/三元/钛酸锂。基于安全性、循环寿命和监管政策等考虑,国内市场多数采取方形铁锂路线。

此外,2021年美韩澳等地三元储能电站失火事故频发,使得特斯拉、LG等巨头也切入磷酸铁锂电池,推动海外用户对磷酸铁锂的认同度与市场渗透率提升。

短期内各产品路线仍将共存发展,相互补充。但从安全性角度看,国内电力储能锂电池的主流路线中长期仍为方形+磷酸铁锂路线。

电芯方面,储能电芯向大容量、长循环寿命方向升级趋势明显。

头部企业最新代储能电芯均为长循环大容量型号,主流电力储能大电芯产品容量已达280Ah以上,最高循环寿命达到12000次,能量密度普遍在150Wh/Kg以上。

大电芯在电力储能应用优势明显:

1)大电芯更容易获得高体积能量密度;

2)PACK端零部件使用量减少,有利于成本下降;

3)大电芯更易获得高容量;

4)安全性提升;

5)集成领域装配工艺简化。

现阶段磷酸铁锂电池主要采用标准化模式生产,行业主流体系集中在L80/100/125/170/200等体系(即保证在长宽一定的条件下,通过调整电芯的高度,进行不同电芯容量的分配,进而达到最优化生产的目的)。模组则向高集成化、大体积化方向发展。

电力储能电芯发展趋势预测

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资料来源:高工产研新能源研究所(GGII),2022年1月

便携式储能:

多元技术并存,容量集中在2500-3500mAh产品。

便携式储能在设计理念和使用场合方面与消费电子3C重合度较高,因此便携式储能受消费电子3C锂电池供应链影响明显,技术路线多样。

整体看,便携式储能电芯仍以圆柱18650电芯为主,圆柱21700及更大圆柱已在部分带电量要求更为苛刻的场合小批量应用。

除圆柱外,部分生产软包和方形电芯国产锂电池品牌也在便携式储能需求增长刺激下加大下游客户的开拓,使得软包和方形在便携式储能应用比例提升。

尽管如此,由于软包电池一致性暂难以满足需求,使得软包在便携式储能市场渗透率难有较大幅度提升

便携式储能产品路线现状

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数据来源:高工产研新能源研究所(GGII),2022年8月

从电池材料体系看,三元和铁锂均有大批量使用,其中三元代表厂商包括LG化学、三星SDI、比克和亿纬锂能。

上述企业在过去消费电子3C锂电池方面已形成强大的产品能力,并通过该优势顺势导入便携式储能市场,成为该领域出货的主力。

磷酸铁锂电池的代表企业包括利维能、鹏辉等国产消费锂电池企业。

便携式储能选型考虑成本和性能两大块。

成本方面,厂家对电芯成本要求苛刻,以NCM-18650电芯为主,未来低电量(≤0.5KWh)产品将逐步切换成国产铁锂甚至锰酸锂、钠离子电芯。

性能方面,便携式储能单机带电量和质保期的提升要求锂电池向大容量和长循环方向升级,圆柱电芯容量逐步提升至3Ah以上,循环寿命提升至800次以上。

通信储能:

标准程度高,4850和48100成主流,循环寿命和倍率要求门槛低。

通信储能主要用于4G、5G等通讯基站的备用电源。

由于下游市场标准化程度较高,该领域使用的锂电池组主要为标准化产品,以48V50Ah和48V100Ah等产品型号为主流。

过去通信基站备电储能主要为铅蓄电池,但铅蓄电池产品对环境存在污染,且体积笨重、能量密度低,无法满足5G基站和皮基站等新一代通信技术的应用需求,未来锂电池和钠电池有望成为通信储能电池的主流选择。

通信(基站)储能电池对能量密度、循环寿命、倍率要求一般,比如通信备电循环达到2000次即可,倍率普遍在0.5C,但对电池成本、安全性与标准化较为敏感。

基于成本与稳定性考量,LFP在中短期仍为通信储能的主流选择,但钠离子电池以及退役电池(在一致性得到保障的前提下)应用范围有望逐步扩大。

通信(基站)对储能系统产品要求

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资料来源:高工产研新能源研究所(GGII),2022年8月

基于储能行业长期的发展趋势,专注于储能电芯的老牌企业及新进入企业需从战略高度上思考以下问题:

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