比亚迪(BYD)储能技术调研报告内部资料

比亚迪（BYD）储能技术调研报告(内部资料，注意保密）ZT

PostBy：2009-11-2012:44:00第一章

比亚迪（BYD）公司概况

比亚迪股份有限公司成立于1995年2月，是一家具有民营企业背景的香港上市公司，现拥有IT、汽车以及新能源三大产业，是一家集研究、开发、生产、销售为一体的深圳市重点高新技术企业。

深圳比亚迪（BYD）公司多年来一直致力于动力电池的研发和应用，并取得重大成果。BYD的铁电池技术已经在电动汽车上得到充分应用，2008年12月，BYD生产的F3DM双模车成功上市；2008年下半年，BYD利用成熟的动力电池技术进军新能源领域。

比亚迪基于铁电池核心技术实现能源储存，达到对电网移峰填谷、平滑负荷曲线的目的，形成对电网的有力支撑。2009年9月已经建成了2个电池储能示范/试验电站，为探索电能存储的新途径打下了坚实的基础。

第二章

BYD储能技术

一、铁电池技术

1.

铁电池特点及生产工艺

锂离子电池以工作电压高、体积小、储能密度高、响应速度快、循环寿命长、内阻小等特点而得到快速发展。比亚迪生产的铁电池属于锂离子电池的一种，其正极材料为磷酸铁钴锂LiFeCoPO4，与传统的钴酸锂电池相比，铁电池的能量密度为钴酸锂电池的75％，但在制造成本、安全性能、循环寿命、功率输出范围等方面都具有明显优势。

比亚迪的铁电池生产工艺包括配料、涂布、辊压、表面检测、分切、卷绕、装配、烘烤、注液、陈化、化成、存放、分容、存放、分选、组装、模组分容等多道工序，采用自动化生产线，生产车间设计为无尘车间，较好的保证了电池的品质和电池之间的一致性。

2.

铁电池技术参数

目前比亚迪能量型FV200A铁电池的技术参数如下：

额定电压：3.25V

容量：200Ah重量：6.7kg体积：389.7mm×57.7mm×145.7mm

充电电压：3.600±0.049V充电电流：标准：100A，快充：200A，最大充电电流：600A放电电流：常规：200A，快放：600A，最大放电电流：1000A放电终止电压：2.00V运行温度：充电：－10～＋50℃，放电：－20～＋60℃

运行相对湿度：10％～90％内阻：≤1mΩ自放电：25℃保存条件下，28天后，自放电不超过30mV充放电效率：97％根据上述数据推算，FV200A铁电池的储能容量约为0.65kWh，能量密度（体积）为198.4kWh/m3,能量密度（重量）为97kWh/吨。

3.

铁电池试验测试项目

3.1循环寿命

铁电池常温条件下（25℃），1C充电电流，4C放电电流，循环6600次后，电池剩余容量保持在设计容量的80％。

测试表明铁电池的循环寿命受温度影响较大。如果长期工作于45℃，循环寿命可能缩短50％，如果长期工作于60℃，循环寿命将更短。

另一方面，铁电池的循环寿命受充放电速率的影响也较大。对于200Ah电池，如果采用0.125C（25A）充电，0.25C（50A）放电，循环寿命将达到7000－10000次，按1天1次循环计算可使用19年－27年，浅充浅放时寿命将更长。

3.2充电特性

铁电池的充电特性参见图1，在充电初期为恒流充电，当电池电压达到稳定值时，进行恒压充电。充电电流越小，达到恒压状态以及满充电状态所需的充电时间就越长。

3.3放电特性

铁电池的放电特性参见图2，其放电曲线较平稳，在大部分放电时间内能保持稳定的电压。当以小电流放电时，其放电电压能保持在较高水平，放电电流越大，电压稳定期越短，且放电电压越低。

4.

铁电池生产能力

比亚迪现有铁电池FV200A生产能力为500节/天，折合年产量0.12GWh，预计2010年铁电池年产量将达到0.8GWh。

5.

铁电池的回收处理

制造铁电池的材料均为无毒材料，其正极材料为磷酸铁钴锂，负极材料为碳类材料，正极板为铝箔，负极板为铜箔，介质是溶剂和锂离子电解质，隔膜为高分子聚合物，这些材料本身不对环境构成污染影响，与常规电池相比具有良好的环保性能。同时比亚迪公司拥有铁电池回收利用技术，可提取废弃电池中的有效成份进行重复利用，降低资源消耗，减少环境污染。

6.

安全性分析

比亚迪铁电池新型安全阀设计，密封在电池内，炉温测试表明当电池内部压力超过0.2Mpa时，安全阀动作，防止电池爆炸产生。另外铁电池还通过了针刺、挤压、撞击、短路、过充、反充、过放、火烧等安全性测试，验证了铁电池具有较高的安全性。

二、换流技术

换流技术是蓄电池储能系统并网运行的核心技术之一。BYD采用了自行研制开发的双向换流器。

1.

双向换流器的基本结构和技术参数

BYD双向换流器采用三桥臂整流/逆变电路，开关采用IGBT模块，控制单元为DSP芯片，除可进行整流和逆变外，还可以提供四象限无功输出。

BYD生产的双向换流器已应用于F3DM双模车。使用于电力领域的大功率双向换流器主要规格有100kW、200kW、800kW、1MW。目前BYD储能电站已使用的是100kW换流器（型号：**N100KA），200kW换流器在调试阶段，800kW、1MW换流器尚在研发阶段。**N100KA的结构图参见图3，主要技术参数如下：

1）尺寸：1000mm×600mm×2200mm2）总重量：500kg3）逆变数据：最大逆变效率：98％

直流侧：

额定输入功率：102kW

最大输入电流：204A

直流输入电压范围：500V－880V

交流侧：

额定交流输出功率：100kW

工作电压范围：300V±10％

额定输出电流：192A

工作频率范围：50Hz±1％电流总谐波畸变率：＜3％

4）充电数据：

最大充电效率：98％电网侧：

额定输入功率：102kW

输入交流电压：300V±10％额定输入电流：196A

工作频率范围：50Hz±1％电流总谐波畸变率：＜3％直流侧：

额定直流输出功率：100kW

输出电压范围：500V－800V

最大输出电流：200A

2.

双向换流器的功能分析

双向换流器主要集成了换流、并网控制、功率调节、保护四大功能。

1)

换流双向换流器的主要功能是进行整流和逆变。在逆变过程中，由于电池放电将造成电池端电压下降，通过控制换流器IGBT的导通时间，补偿电压，以保证交流输出端的电压稳定。

2)

并网控制在放电状态下，双向换流器的DSP进行蓄电池的并网控制过程如下：首先，DSP控制投入直流侧开关，由DSP采样交流电压的相位和幅值，把逆变器的输出电压调至与电网侧电压同幅、同相、同频，完成后控制交流侧开关投入，实现并网。

3)

功率调节DSP采样直流侧电压、电流和交流侧电压、电流，形成反馈信号，确定交流输出的电流或充电电流大小，可按给定功率进行调节。

DSP还可控制交流输出电流、电压间的相角，实现功率因数在[-1,1]区间连续可调。

4)

保护换流器具有以下保护功能：①交、直流过压、欠压保护，②过频、欠频保护，③相序检测与保护，④防孤岛保护（检测电网断电时，停止换流器运行），⑤过热保护，⑥过载、短路保护。其中通过DSP软件和硬件共同实现过热保护，通过DSP软件、断路器和熔断器共同实现过流保护。

3.

需进一步完善的方面1)

换流器的功率有待提高.

目前BYD使用的换流器功率为100kW，对于10MW储能站，需要100个换流器柜，而300MW储能站，需要3000个换流器柜，占地面积大，线路连接繁琐，加大了电能损耗和运行维护难度；2)

换流器端电压有待提高。

目前直流端电压为500V－880V，交流端电压为300V，如需接入380V或更高电压等级的电网，还要增加专门的升压电路；3)

BYD的大功率换流器为近期开发产品，目前在试运行阶段，受测试工具、测试人员的限制，尚缺乏完整规范的测试报告，难以准确评判其运行性能；另一方面，由于试运行仅3个月，还缺乏可靠性数据及长期运行经验。

三、电池管理技术

电池管理系统用于控制电池模块，保证电池的安全可控运行。由于电池数目庞大，电池管理系统采用分层结构（参见图4），最底层的sBMS控制器用于控制一个电池模块，可以监视电池模块中每个电池单体的电压、温度，以及模块的电流和漏电流。最上层的电池堆管理器用于与中央控制系统交换信息，并向中间层的电池组管理器发布命令。中间层的电池组管理器的层数和各层数目可根据电池数目及分组需要配置。

电池管理系统除监视电池运行状态外，还具有过压、欠压、温度、漏电报警及保护功能，以及过流报警功能。

四、中央控制系统

中央控制系统（参见图5）负责监控整个系统的运行，其设有人机交互界面，内部集成算法控制部分、通讯控制部分以及驱动控制部分，用以根据人机交互界面输入的命令控制电池管理系统和双向换流系统的运行。

第三章

BYD储能技术的应用

一、比亚迪储能技术应用情况简介

基于BYD对储能技术的研究和其在电动汽车领域取得的应用成果，BYD于2008年下半年决定进军电力系统，截至2009年9月建成2个储能示范/试验电站，出力（容量）分别为200kW（800kWh）和1MW（4MWh）。电池储能电站/系统（BESS）的总体设计相似，由铁电池堆、电池管理系统（PBMS）、双向换流系统（TWI）、中央控制系统、变压器和并网开关柜等6个子系统组成。200kW移动式储能示范/试验电站（参见图6）外型尺寸（单位：m）:12.02（L）×2.35（W）×2.38（H），重量约20吨，系统效率大于91%，特点是：便捷、可移动、通用、反应迅速、应急效果好、空间布局合理；理论使用寿命在20年以上；建设周期短，维护成本低。本章将重点介绍1MW（4MWh）储能示范电站。

二、1MW（4MWh）储能示范/试验电站

1.

1MW（4MWh）储能电站设计

1.1基本情况：

1）电站容量：额定功率1,000kW，总容量4,000kWh（目前未达到设计要求）。

2）电压等级：10kV/0.3kV（AC50Hz）

3）地点：深圳市龙岗区坪山镇横坪公路3001号

4）占地面积：700㎡

5）设计服务年限：20年以上

6）运行环境：室温，5~85%RH

7）运行模式：少人值班/无人值守

8）系统效率：＞90%

9）电池型号：比亚迪FV200A铁电池

10）单体电池总数量：6000节。

1.2基本结构

1.2.1储能电站总体设计结构：

如图7所示，3个电池组并联后构成1个储能单元（功率100kW），再接入双向换流器直流侧，双向换流器交流侧接入低压母线。10个储能单元并联接在低压母线上，实现储能电站总容量为4,000kWh。储能电站通过10kV变压器与电网连接。

图71MW储能电站连接图

1.2.2100kW储能单元结构

1）100kW储能单元框图（参见图8）

图8100kW储能单元框图

2）100kW储能单元由3个电池组并联而成。每个电池组由20个标准电池模组串联组成，而每个标准电池模组又由10节FV200A单体铁电池串联构成。一个电池组共有200节FV200A单体铁电池，故100kW储能单元共有600节单体电池。

3）标准电池模组基本参数（参见图9）

图9标准电池模组

根据BYD工程技术人员介绍，由于目前铁电池工厂的产能不足，该1MW储能电站实际额定功率只有333kW，容量仅1,333KWh。

1.3双向换流器与储能单元的设计

1）电压

相同功率的换流器可以对应不同连接结构的储能单元，储能单元的连接结构应与双向换流器的耐受电压相匹配。如：1MW换流器对应的储能单元可以由30个200节电池串联回路并联组成，电池组端电压为600V，则换流器直流侧额定电压应不低于600V；或者该储能单元由15个400节电池串联回路并联组成，电池组端电压为1200V，则换流器直流侧额定电压应不低于1200V。

2）单体电池数量

单体电池数量取决于电站储存总容量，而储存总容量又取决于所需放电功率和放电时间。对应100kW额定功率，如果要持续放电4小时，则储存总容量为400kWh，除以单体电池容量就可得出所需单体电池数量。

3）双向换流器数量

目前比亚迪已生产出100kW、200kW双向换流器，800kW、1MW双向换流器正在研发中。大容量双向换流器的使用可以减少换流柜的数量，在电压允许的范围内1个1MW换流柜可替代10个100kW换流柜，则可大大节省占地空间。

1.4储能电站的电池管理系统和中央控制系统结构详见第二章，在此不再赘述。由于比亚迪对电力系统安全及可靠性需求不熟悉，其设计的继电保护系统在与外部电网的保护配合方面还有待完善。

2．运行方式

储能电站目前运行方式为晚上11点至早上7点，以第四章

BYD储能技术在电网中的应用前景分析

一、铁电池储能电站在电网中的应用前景分析

1.

在电网中的作用

铁电池储能电站具有储能、停止、发电、调相四个工况。工况之间转换灵活快速，从静止到发电只需2秒左右时间；现场试验证明负荷调整速度快，从－50kW到＋50kW额定负荷只需2.49秒时间；出力调整范围广，可以从-100%到+100%额定出力范围内任意调整；效率高，现场效率试验表明，其综合循环效率达到90％以上。

随着电网峰谷差越来越大，用户对电能质量要求也越来越高，系统调峰填谷、调频调相任务繁重，蓄电池储能电站在这方面可发挥重要作用。在紧急情况下能快速响应，只要从系统取频率信号，与设定值比较，立即可以按策略调整运行状态，满足系统需要，也可以当黑起动电源。由此可见在系统中建设铁电池储能电站意义重大。

2.

对环境的影响

1）

制造铁电池的材料均为无毒材料，其正极材料为磷酸铁钴锂，负