儲(chǔ)能系統(tǒng)電池PPT課件

1、報(bào)告內(nèi)容 儲(chǔ)能技術(shù) 鋰離子電池簡(jiǎn)介 鋰離子電池管理系統(tǒng)第1頁/共34頁儲(chǔ)能系統(tǒng) 為什么要儲(chǔ)能？ 削峰填谷 改善電能質(zhì)量 輔助可再生能源并網(wǎng)第2頁/共34頁儲(chǔ)能系統(tǒng) 為什么要儲(chǔ)能？容量范圍大，從幾十千瓦到幾百兆瓦應(yīng)用范圍廣，貫穿發(fā)輸變配用電系統(tǒng)用戶側(cè)電能質(zhì)量 可靠供電電壓支撐配電側(cè)削峰填谷 無功支撐電能質(zhì)量 可靠供電輸電側(cè)系統(tǒng)穩(wěn)定 無功支撐負(fù)荷均衡 可靠供電電能質(zhì)量發(fā)電側(cè)頻率控制 旋轉(zhuǎn)備用負(fù)荷均衡 出力優(yōu)化第3頁/共34頁儲(chǔ)能系統(tǒng) 儲(chǔ)能的手段有哪些？ 電化學(xué)儲(chǔ)能 鉛酸電池 液流電池 鈉硫電池 鎳氫電池 鎳鎘電池 鋰離子電池 物理儲(chǔ)能 抽水儲(chǔ)能 壓縮空氣儲(chǔ)能 飛輪儲(chǔ)能 電磁儲(chǔ)能 超導(dǎo)儲(chǔ)能 超級(jí)電容

2、儲(chǔ)能第4頁/共34頁儲(chǔ)能系統(tǒng) 抽水儲(chǔ)能優(yōu)點(diǎn)技術(shù)上成熟可靠其容量可以做得很大，僅受到水庫庫容的限制。缺點(diǎn)建造受到地理?xiàng)l件的限制在抽水和發(fā)電兩個(gè)過程中都有能量損失。 應(yīng)用領(lǐng)域調(diào)峰填谷系統(tǒng)調(diào)頻大規(guī)模風(fēng)場(chǎng)電存儲(chǔ)和調(diào)度。第5頁/共34頁儲(chǔ)能系統(tǒng) 壓縮空氣儲(chǔ)能優(yōu)點(diǎn)儲(chǔ)能量大且儲(chǔ)存高壓空氣的時(shí)間長(zhǎng)可達(dá)一年難點(diǎn)找到合適的能儲(chǔ)存壓縮空氣的場(chǎng)所難應(yīng)用領(lǐng)域：調(diào)峰填谷平穩(wěn)大規(guī)?？稍偕l(fā)電第6頁/共34頁儲(chǔ)能系統(tǒng) 鉛酸電池儲(chǔ)能優(yōu)點(diǎn)響應(yīng)速度快：ms級(jí)；可以根據(jù)應(yīng)用需要，實(shí)現(xiàn)kW50MW規(guī)模；缺點(diǎn)循環(huán)壽命短倍率充放電特性差且溫度對(duì)其使用壽命和運(yùn)行特性亦有影響需要定期對(duì)電池維護(hù)應(yīng)用領(lǐng)域備用電源調(diào)頻控制UPS電能質(zhì)量第7頁/共3

3、4頁儲(chǔ)能系統(tǒng) NAS電池儲(chǔ)能優(yōu)點(diǎn)儲(chǔ)能密度高：1000Wh/L可高功率放電：10C循環(huán)壽命高，4500次（90DOD）轉(zhuǎn)換效率：8090；缺點(diǎn)需工作溫度在300-350電池工作時(shí)需要一定的加熱保溫需要設(shè)置防爆和防腐安全保護(hù)應(yīng)用領(lǐng)域負(fù)荷調(diào)峰UPS可再生儲(chǔ)能電能質(zhì)量第8頁/共34頁儲(chǔ)能系統(tǒng) 液流電池儲(chǔ)能優(yōu)點(diǎn)循環(huán)壽命長(zhǎng)（10000次以上）；可100深度放電，可倍率充放；系統(tǒng)設(shè)計(jì)的靈活性大且受場(chǎng)地限制小；電池系統(tǒng)環(huán)保、安全；缺點(diǎn)儲(chǔ)能密度不高需要輔助液泵。應(yīng)用領(lǐng)域負(fù)荷調(diào)峰UPS可再生儲(chǔ)能電能質(zhì)量；第9頁/共34頁儲(chǔ)能系統(tǒng) 鋰離子電池儲(chǔ)能優(yōu)點(diǎn)鋰是自然界里最輕的金屬元素，比重僅及水的一半，同時(shí)它又具有最低的電

4、負(fù)性，電極電位是-3.045V。所以選擇適當(dāng)?shù)恼龢O與其相匹配，可以獲得較高的電動(dòng)勢(shì)和高的比能量。 。其儲(chǔ)能密度：100-300Wh/L;循環(huán)壽命：20005000次(80DOD)；轉(zhuǎn)換效率：90-98%;響應(yīng)速度：ms級(jí)；第10頁/共34頁儲(chǔ)能系統(tǒng) 性能對(duì)比儲(chǔ)能類型儲(chǔ)能類型典型額定功率典型額定功率額定能量額定能量特點(diǎn)特點(diǎn)應(yīng)用場(chǎng)合應(yīng)用場(chǎng)合機(jī)機(jī)械械儲(chǔ)儲(chǔ)能能抽水儲(chǔ)能抽水儲(chǔ)能100 2000MW100 2000MW410410小時(shí)小時(shí)適于大規(guī)模，技術(shù)成熟。響應(yīng)慢適于大規(guī)模，技術(shù)成熟。響應(yīng)慢，需要地理資源，需要地理資源日負(fù)荷調(diào)節(jié)，頻率控制和系日負(fù)荷調(diào)節(jié)，頻率控制和系統(tǒng)備用統(tǒng)備用壓縮空氣壓縮空氣10 30

5、0MW10 300MW1 201 20小時(shí)小時(shí)適于大規(guī)模。響應(yīng)慢，需要地理適于大規(guī)模。響應(yīng)慢，需要地理資源資源調(diào)峰、調(diào)頻，系統(tǒng)備用，風(fēng)調(diào)峰、調(diào)頻，系統(tǒng)備用，風(fēng)電儲(chǔ)備電儲(chǔ)備飛輪儲(chǔ)能飛輪儲(chǔ)能5kW 10 MW5kW 10 MW1 1秒秒3030分分比功率較大。成本高、噪音大比功率較大。成本高、噪音大調(diào)峰、頻率控制、調(diào)峰、頻率控制、UPSUPS和電和電能質(zhì)量能質(zhì)量電電磁磁儲(chǔ)儲(chǔ)能能超導(dǎo)儲(chǔ)能超導(dǎo)儲(chǔ)能10kW50MW10kW50MW2 2秒秒55分分響應(yīng)快，比功率高響應(yīng)快，比功率高成本高、維護(hù)困難成本高、維護(hù)困難輸配電穩(wěn)定、抑制振蕩輸配電穩(wěn)定、抑制振蕩高能電容高能電容110MW110MW110110秒秒響

6、應(yīng)快，比功率高響應(yīng)快，比功率高比能量太低比能量太低輸電系統(tǒng)穩(wěn)定、電能質(zhì)量控輸電系統(tǒng)穩(wěn)定、電能質(zhì)量控制制超級(jí)電容超級(jí)電容10kW1MW10kW1MW130130秒秒響應(yīng)快，比功率高。成本高、儲(chǔ)響應(yīng)快，比功率高。成本高、儲(chǔ)能量低能量低可應(yīng)用于定制電力以及可應(yīng)用于定制電力以及FACTSFACTS電電化化學(xué)學(xué)儲(chǔ)儲(chǔ)能能鉛酸電池鉛酸電池kW50MWkW50MW分鐘分鐘 小時(shí)小時(shí)技術(shù)成熟，成本低技術(shù)成熟，成本低壽命短，環(huán)保問題壽命短，環(huán)保問題電能質(zhì)量、電站備用、黑啟電能質(zhì)量、電站備用、黑啟動(dòng)動(dòng)液流電池液流電池5kW100MW5kW100MW120120小時(shí)小時(shí)壽命長(zhǎng)，可深放，適于組合，效壽命長(zhǎng)，可深放，適于

7、組合，效率高，環(huán)保性好。但儲(chǔ)能密度稍率高，環(huán)保性好。但儲(chǔ)能密度稍低低電能質(zhì)量、備用電源、調(diào)峰電能質(zhì)量、備用電源、調(diào)峰填谷、能量管理、可再生儲(chǔ)填谷、能量管理、可再生儲(chǔ)能、能、EPSEPS鈉硫電池鈉硫電池100kW-100MW100kW-100MW數(shù)小時(shí)數(shù)小時(shí)比能量與比功率較高。高溫條件比能量與比功率較高。高溫條件、運(yùn)行安全問題有待改進(jìn)、運(yùn)行安全問題有待改進(jìn)電能質(zhì)量、備用電源、調(diào)峰電能質(zhì)量、備用電源、調(diào)峰填谷、能量管理、可再生儲(chǔ)填谷、能量管理、可再生儲(chǔ)能、能、EPSEPS鋰電池鋰電池kWkWMWMW分鐘分鐘 小時(shí)小時(shí)比能量高。成組壽命、安全問題比能量高。成組壽命、安全問題有待改進(jìn)有待改進(jìn)電能質(zhì)量、

8、備用電源、電能質(zhì)量、備用電源、UPSUPS第11頁/共34頁儲(chǔ)能系統(tǒng)p鋰離子電池儲(chǔ)能是目前轉(zhuǎn)換效率最高的儲(chǔ)能方式；鉛酸90%；液流電池75%；鈉硫電池85%p鋰離子電池已經(jīng)形成規(guī)模的產(chǎn)業(yè)鏈動(dòng)力電池需求帶動(dòng)中國鋰離子產(chǎn)業(yè) 液流電池和鈉硫電池目前還是少數(shù)幾家壟斷技術(shù)局面p鋰離子電池性能具有巨大提高的空間循環(huán)壽命、動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力、倍率特性、成組規(guī)模均不斷提高新型鋰離子電池研究技術(shù)儲(chǔ)備較強(qiáng)p鋰離子電池成本具有巨大下降空間中國鋰資源豐富；鋰離子電池材料和成品制造過程不高耗能，也不借助于貴重金屬屬于環(huán)保類產(chǎn)品第12頁/共34頁鋰離子電池簡(jiǎn)介 鋰離子電池的工作原理 鋰離子電池的安全性第13頁/共34頁鋰離子電

9、池簡(jiǎn)介 鋰離子電池的類型 鈷酸鋰 錳酸鋰 三元 磷酸鐵鋰 鈦酸鋰 能量密度 鈷酸鋰三元錳酸鋰磷酸鐵鋰鈦酸鋰 安全性 鈷酸鋰三元錳酸鋰磷酸鐵鋰鈦酸鋰 循環(huán)性能 鈷酸鋰錳酸鋰三元磷酸鐵鋰鈦酸鋰第14頁/共34頁鋰離子電池簡(jiǎn)介 鋰離子電池的工作原理 充放電原理 過充電原理 過放電原理 高溫運(yùn)行原理 低溫運(yùn)行原理 過電流原理 長(zhǎng)期擱置原理第15頁/共34頁鋰離子電池簡(jiǎn)介 鋰離子電池的特性表征參數(shù) 電壓 容量 內(nèi)阻 SOC 倍率 壽命 工作溫度2.42.62.83.03.23.43.63.801020304050607080Voltage(V)Capacity (Ah)High Rate Dischar

10、ge Characteristics (25C)0610801007030.2C0.5C1C2C3C2.02.53.03.54.0010203040506070Voltage(V)Capacity (Ah)High Rate Discharge Characteristics (25C)06106080043725354560100-10-20-30第16頁/共34頁鋰離子電池簡(jiǎn)介 鋰離子電池的性能 充電上限電壓與電池充電容量及循環(huán)壽命的關(guān)系第17頁/共34頁鋰離子電池簡(jiǎn)介 鋰離子電池的性能 高溫對(duì)電池壽命的影響第18頁/共34頁鋰離子電池簡(jiǎn)介 鋰離子電池的性能 充電電流對(duì)充電時(shí)間及電池性能的

11、影響0.3C充電/0.3C放電1C充電/1C放電充電時(shí)間（分鐘）19265300次循環(huán)后容量下降（%）3.445.09第19頁/共34頁鋰離子電池簡(jiǎn)介 鋰離子電池的性能 電池容量利用率對(duì)電池循環(huán)次數(shù)的影響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頁/共34頁鋰離子電池簡(jiǎn)介 鋰離子電池的成組問題 串聯(lián)電池組的一致性問題P+

12、P-上限電壓下限電壓可用容量自放電等增加Reduced RuntimeRestored Runtime第21頁/共34頁鋰離子電池簡(jiǎn)介 鋰離子電池的成組問題 并聯(lián)電池組的一致性問題均流第22頁/共34頁鋰離子電池管理系統(tǒng) 鋰離子電池的安全性管理濫用項(xiàng)目基本機(jī)理表現(xiàn)形式解決方案過充電（1）電池電壓超高導(dǎo)致電解液氧化;（2）正極鋰離子大量拖出導(dǎo)致電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)損壞過充電單只電池電壓高基于電池組端電壓的控制模式失效，需要嚴(yán)格控制單只電池電壓過高過放電（1）電壓超低，負(fù)極銅基板溶解，嵌入電池正極，導(dǎo)致內(nèi)部短路過放電單只電池電壓低基于電池組端電壓的控制模式失效，需要嚴(yán)格控制單只電池電壓過低高 溫 充 放電

13、（1）電池內(nèi)部電解液分解，產(chǎn)生大量熱，并析出氧氣電池溫度超高電池溫度場(chǎng)管理和極限溫度控制低溫（1）充電時(shí)電池負(fù)極嵌入鋰離子能力下降，致使鋰以原子態(tài)沉積在電池負(fù)極表面，導(dǎo)致內(nèi)短路電池溫度低充電電池0度以下嚴(yán)禁充電，0-10度降電流充電電安全為了達(dá)到一定的電壓等級(jí)，電池大量串聯(lián)，對(duì)操作人員的人身安全構(gòu)成威脅電池與地或機(jī)殼之間出現(xiàn)絕緣下降檢測(cè)動(dòng)力電池與地或機(jī)殼之間的絕緣電阻是否達(dá)標(biāo)第23頁/共34頁鋰離子電池管理系統(tǒng) 鋰離子電池高性能管理3S管理 荷電狀態(tài)：SOC 健康狀態(tài)：SOH 功能狀態(tài)：SOF第24頁/共34頁鋰離子電池管理系統(tǒng) SOC估算第25頁/共34頁鋰離子電池管理系統(tǒng) SOH表征參數(shù)

14、內(nèi)阻增加 容量下降對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)而言很關(guān)鍵 倍率下降 SOH估算方法 在線估算 在線測(cè)試 離線測(cè)試第26頁/共34頁鋰離子電池管理系統(tǒng) SOF估算最大允許充放電電流 低溫運(yùn)行 高溫運(yùn)行 高SOC運(yùn)行 低SOC運(yùn)行第27頁/共34頁鋰離子電池管理系統(tǒng) 儲(chǔ)能系統(tǒng)用電池管理系統(tǒng)架構(gòu)第28頁/共34頁鋰離子電池管理系統(tǒng) 電池管理系統(tǒng)接口 從板接口 供電電源：10-30VDC 功耗：5W+風(fēng)機(jī)功率 每個(gè)從板配置電壓檢測(cè)通道30個(gè) 每個(gè)從板配置溫度傳感器通道6個(gè) 每個(gè)從板配置風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)接口1個(gè)（額定容量1A） 每個(gè)從板配置對(duì)外CAN通訊接口1路 每個(gè)從板配置RS232接口1路 單體電池均衡控制 通過從板串聯(lián)可滿足超過30串電池組的檢測(cè)第29頁/共34頁鋰離子電池管理系統(tǒng) 電池管理系統(tǒng)接口 主板接口 供電電源：10-30VDC 功耗：10W 每個(gè)主板配置電流檢測(cè)通道1個(gè) 每個(gè)主板配置絕緣檢測(cè)通道1個(gè) 每個(gè)主板配置CAN總線3路 每個(gè)主板配置開關(guān)量輸出3路（額定容量1A） 每個(gè)主板配置RS232接口1路第30頁/共34頁鋰離子電池管理系統(tǒng) 電池管理系統(tǒng)可提供的參數(shù) 電池管理系統(tǒng)自檢信息 單體電池電壓 電池溫度 電池組端電壓 電池組工作電流 電池