储能系统电池学习课程

1、报告内容 储能技术 锂离子电池简介 锂离子电池管理系统第1页/共34页第一页，编辑于星期日：十点 三分。储能系统 为什么要储能？ 削峰填谷 改善电能质量 辅助可再生能源并网第2页/共34页第二页，编辑于星期日：十点 三分。储能系统 为什么要储能？容量范围大，从几十千瓦到几百兆瓦应用范围广，贯穿发输变配用电系统用户侧电能质量 可靠供电电压支撑配电侧削峰填谷 无功支撑电能质量 可靠供电输电侧系统稳定 无功支撑负荷均衡 可靠供电电能质量发电侧频率控制 旋转备用负荷均衡 出力优化第3页/共34页第三页，编辑于星期日：十点 三分。储能系统 储能的手段有哪些？ 电化学储能 铅酸电池 液流电池 钠硫电池 镍

2、氢电池 镍镉电池 锂离子电池 物理储能 抽水储能 压缩空气储能 飞轮储能 电磁储能 超导储能 超级电容储能第4页/共34页第四页，编辑于星期日：十点 三分。储能系统 抽水储能优点技术上成熟可靠其容量可以做得很大，仅受到水库库容的限制。缺点建造受到地理条件的限制在抽水和发电两个过程中都有能量损失。 应用领域调峰填谷系统调频大规模风场电存储和调度。第5页/共34页第五页，编辑于星期日：十点 三分。储能系统 压缩空气储能优点储能量大且储存高压空气的时间长可达一年难点找到合适的能储存压缩空气的场所难应用领域：调峰填谷平稳大规模可再生发电第6页/共34页第六页，编辑于星期日：十点 三分。储能系统 铅酸电

3、池储能优点响应速度快：ms级；可以根据应用需要，实现kW50MW规模；缺点循环寿命短倍率充放电特性差且温度对其使用寿命和运行特性亦有影响需要定期对电池维护应用领域备用电源调频控制UPS电能质量第7页/共34页第七页，编辑于星期日：十点 三分。储能系统 NAS电池储能优点储能密度高：1000Wh/L可高功率放电：10C循环寿命高，4500次（90DOD）转换效率：8090；缺点需工作温度在300-350电池工作时需要一定的加热保温需要设置防爆和防腐安全保护应用领域负荷调峰UPS可再生储能电能质量第8页/共34页第八页，编辑于星期日：十点 三分。储能系统 液流电池储能优点循环寿命长（10000次以

4、上）；可100深度放电，可倍率充放；系统设计的灵活性大且受场地限制小；电池系统环保、安全；缺点储能密度不高需要辅助液泵。应用领域负荷调峰UPS可再生储能电能质量；第9页/共34页第九页，编辑于星期日：十点 三分。储能系统 锂离子电池储能优点锂是自然界里最轻的金属元素，比重仅及水的一半，同时它又具有最低的电负性，电极电位是-3.045V。所以选择适当的正极与其相匹配，可以获得较高的电动势和高的比能量。 。其储能密度：100-300Wh/L;循环寿命：20005000次(80DOD)；转换效率：90-98%;响应速度：ms级；第10页/共34页第十页，编辑于星期日：十点 三分。储能系统 性能对比储

5、能类型储能类型典型额定功率典型额定功率额定能量额定能量特点特点应用场合应用场合机机械械储储能能抽水储能抽水储能100 2000MW100 2000MW410410小时小时适于大规模，技术成熟。响应适于大规模，技术成熟。响应慢，需要地理资源慢，需要地理资源日负荷调节，频率控制和日负荷调节，频率控制和系统备用系统备用压缩空气压缩空气10 300MW10 300MW1 201 20小时小时适于大规模。响应慢，需要地适于大规模。响应慢，需要地理资源理资源调峰、调频，系统备用，调峰、调频，系统备用，风电储备风电储备飞轮储能飞轮储能5kW 10 MW5kW 10 MW1 1秒秒3030分分比功率较大。成本

6、高、噪音大比功率较大。成本高、噪音大调峰、频率控制、调峰、频率控制、UPSUPS和电和电能质量能质量电电磁磁储储能能超导储能超导储能10kW50MW10kW50MW2 2秒秒55分分响应快，比功率高响应快，比功率高成本高、维护困难成本高、维护困难输配电稳定、抑制振荡输配电稳定、抑制振荡高能电容高能电容110MW110MW110110秒秒响应快，比功率高响应快，比功率高比能量太低比能量太低输电系统稳定、电能质量输电系统稳定、电能质量控制控制超级电容超级电容10kW1MW10kW1MW130130秒秒响应快，比功率高。成本高、响应快，比功率高。成本高、储能量低储能量低可应用于定制电力以及可应用于定

7、制电力以及FACTSFACTS电电化化学学储储能能铅酸电池铅酸电池kW50MWkW50MW分钟分钟 小时小时技术成熟，成本低技术成熟，成本低寿命短，环保问题寿命短，环保问题电能质量、电站备用、黑电能质量、电站备用、黑启动启动液流电池液流电池5kW100MW5kW100MW120120小时小时寿命长，可深放，适于组合，寿命长，可深放，适于组合，效率高，环保性好。但储能密效率高，环保性好。但储能密度稍低度稍低电能质量、备用电源、调电能质量、备用电源、调峰填谷、能量管理、可再峰填谷、能量管理、可再生储能、生储能、EPSEPS钠硫电池钠硫电池100kW-100MW100kW-100MW数小时数小时比能

8、量与比功率较高。高温条比能量与比功率较高。高温条件、运行安全问题有待改进件、运行安全问题有待改进电能质量、备用电源、调电能质量、备用电源、调峰填谷、能量管理、可再峰填谷、能量管理、可再生储能、生储能、EPSEPS锂电池锂电池kWkWMWMW分钟分钟 小时小时比能量高。成组寿命、安全问比能量高。成组寿命、安全问题有待改进题有待改进电能质量、备用电源、电能质量、备用电源、UPSUPS第11页/共34页第十一页，编辑于星期日：十点 三分。储能系统p锂离子电池储能是目前转换效率最高的储能方式； 铅酸90%；液流电池75%；钠硫电池85%p锂离子电池已经形成规模的产业链动力电池需求带动中国锂离子产业 液

9、流电池和钠硫电池目前还是少数几家垄断技术局面p锂离子电池性能具有巨大提高的空间 循环寿命、动态响应能力、倍率特性、成组规模均不断提高新型锂离子电池研究技术储备较强p锂离子电池成本具有巨大下降空间 中国锂资源丰富；锂离子电池材料和成品制造过程不高耗能，也不借助于贵重金属属于环保类产品第12页/共34页第十二页，编辑于星期日：十点 三分。锂离子电池简介 锂离子电池的工作原理 锂离子电池的安全性第13页/共34页第十三页，编辑于星期日：十点 三分。锂离子电池简介 锂离子电池的类型 钴酸锂 锰酸锂 三元 磷酸铁锂 钛酸锂 能量密度 钴酸锂三元锰酸锂磷酸铁锂钛酸锂 安全性 钴酸锂三元锰酸锂磷酸铁锂钛酸锂

10、 循环性能 钴酸锂锰酸锂三元磷酸铁锂钛酸锂第14页/共34页第十四页，编辑于星期日：十点 三分。锂离子电池简介 锂离子电池的工作原理 充放电原理 过充电原理 过放电原理 高温运行原理 低温运行原理 过电流原理 长期搁置原理第15页/共34页第十五页，编辑于星期日：十点 三分。锂离子电池简介 锂离子电池的特性表征参数 电压 容量 内阻 SOC 倍率 寿命 工作温度2.42.62.83.03.23.43.63.801020304050607080Voltage(V)Capacity (Ah)High Rate Discharge Characteristics (25C)0610801007030

11、.2C0.5C1C2C3C2.02.53.03.54.0010203040506070Voltage(V)Capacity (Ah)High Rate Discharge Characteristics (25C)06106080043725354560100-10-20-30第16页/共34页第十六页，编辑于星期日：十点 三分。锂离子电池简介 锂离子电池的性能 充电上限电压与电池充电容量及循环寿命的关系第17页/共34页第十七页，编辑于星期日：十点 三分。锂离子电池简介 锂离子电池的性能 高温对电池寿命的影响第18页/共34页第十八页，编辑于星期日：十点 三分。锂离子电池简介 锂离子电池的性

12、能 充电电流对充电时间及电池性能的影响0.3C充电/0.3C放电1C充电/1C放电充电时间（分钟）19265300次循环后容量下降（%）3.445.09第19页/共34页第十九页，编辑于星期日：十点 三分。锂离子电池简介 锂离子电池的性能 电池容量利用率对电池循环次数的影响60%65%70%75%80%85%90%95%100%105%110%05001000150020002500Capacity retention (%)Cycle NumberCapacity fading with different DOD cycle life80%100%20%80%020%0100%第20页/共

13、34页第二十页，编辑于星期日：十点 三分。锂离子电池简介 锂离子电池的成组问题 串联电池组的一致性问题P+P-上限电压下限电压可用容量自放电等增加Reduced RuntimeRestored Runtime第21页/共34页第二十一页，编辑于星期日：十点 三分。锂离子电池简介 锂离子电池的成组问题 并联电池组的一致性问题均流第22页/共34页第二十二页，编辑于星期日：十点 三分。锂离子电池管理系统 锂离子电池的安全性管理滥用项目基本机理表现形式解决方案过充电（1）电池电压超高导致电解液氧化;（2）正极锂离子大量拖出导致电池内部结构损坏过充电单只电池电压高基于电池组端电压的控制模式失效，需要严

14、格控制单只电池电压过高过放电（1）电压超低，负极铜基板溶解，嵌入电池正极，导致内部短路过放电单只电池电压低基于电池组端电压的控制模式失效，需要严格控制单只电池电压过低高 温 充 放电（1）电池内部电解液分解，产生大量热，并析出氧气电池温度超高电池温度场管理和极限温度控制低温（1）充电时电池负极嵌入锂离子能力下降，致使锂以原子态沉积在电池负极表面，导致内短路电池温度低充电电池0度以下严禁充电，0-10度降电流充电电安全为了达到一定的电压等级，电池大量串联，对操作人员的人身安全构成威胁电池与地或机壳之间出现绝缘下降检测动力电池与地或机壳之间的绝缘电阻是否达标第23页/共34页第二十三页，编辑于星期

15、日：十点 三分。锂离子电池管理系统 锂离子电池高性能管理3S管理 荷电状态：SOC 健康状态：SOH 功能状态：SOF第24页/共34页第二十四页，编辑于星期日：十点 三分。锂离子电池管理系统 SOC估算第25页/共34页第二十五页，编辑于星期日：十点 三分。锂离子电池管理系统 SOH表征参数 内阻增加 容量下降对储能系统而言很关键 倍率下降 SOH估算方法 在线估算 在线测试 离线测试第26页/共34页第二十六页，编辑于星期日：十点 三分。锂离子电池管理系统 SOF估算最大允许充放电电流 低温运行 高温运行 高SOC运行 低SOC运行第27页/共34页第二十七页，编辑于星期日：十点 三分。锂

16、离子电池管理系统 储能系统用电池管理系统架构第28页/共34页第二十八页，编辑于星期日：十点 三分。锂离子电池管理系统 电池管理系统接口 从板接口 供电电源：10-30VDC 功耗：5W+风机功率 每个从板配置电压检测通道30个 每个从板配置温度传感器通道6个 每个从板配置风机驱动接口1个（额定容量1A） 每个从板配置对外CAN通讯接口1路 每个从板配置RS232接口1路 单体电池均衡控制 通过从板串联可满足超过30串电池组的检测第29页/共34页第二十九页，编辑于星期日：十点 三分。锂离子电池管理系统 电池管理系统接口 主板接口 供电电源：10-30VDC 功耗：10W 每个主板配置电流检测通道1个 每个主板配置绝缘检测通道1个 每个主板配置CAN总线3路 每个主板配置开关量输出3路（额定容量1A） 每个主板配置RS232接口1路第30页/共34页第三十页，编辑于星期日：十点 三分。锂离子电池管理系统 电池管理系统可提供的参数 电池管理系统自检信息 单体电池电压 电池温度 电池组端电压 电池组工作电流 电池组绝缘状态 最高/低单体电池电压及位置 最高/低温度及位置 电池SOC 电池组容量 电池的