2.1-2.2 典型储能电池认知

NEWENERGY典型储能电池认知储能技术课前回顾：1、储能技术按能量储存形式分为哪几类？2、储能技术在电力系统中的应用有哪些？1.了解储能电池的分类和基本原理2.明确储能电池的发展与应用3.明确几种典型储能电池的特点学习目标与任务典型的储能电池种类01铅酸蓄电池02镍基二次碱性电池03锂离子电池铅酸蓄电池1860年普兰特在法国科学院展示了世界上第一个铅酸蓄电池20世纪中叶铅酸蓄电池开始了一轮技术发展高潮，许多新材料和新工艺迅猛发展20世纪90年代美国出现一种称作“水平电池”的密封铅酸蓄电池，3小时率比能量已达到50W·h/kg19世纪80年代初期相对简单的铅酸蓄电池制造工艺和高质量的蓄电池被开发出来，得到广泛的实际应用20世纪70-80年代开始确定阀控式密封铅酸蓄电池的基本工艺20世纪末期铅酸蓄电池为全球占有率最高的储电装置产品铅酸蓄电池基本概念电极：铅及其氧化物电解液：硫酸溶液充电：电能→化学能放电：化学能→电能铅酸蓄电池基本概念电池容量蓄电池在规定的放电条件下电池输出的电量。用C表示，单位：A·h、mA·h标准容量（额定流量）：在规定的条件下，蓄电池完全充电后所能提供的、由电池生产者规定的、表征电池容量的标准值，一般规定用恒定电流在20℃或室温下的放电容量作为额定容量剩余容量：蓄电池在经过一定时间放电后所能继续放出的电量铅酸蓄电池基本概念放电速率表示放电快慢的一种度量。为了对不同容量的电池加以比较，电池的放电电流不用电流的绝对值表示，而是用电池容量C和放电时间T的比表示，称为电池的放电速率例如一个容量为50A·h的电池，对它进行2h的放电后，电池的电量完全放完，则它的放电速率为：I=C/2=0.5C铅酸蓄电池基本概念荷电状态某时刻电池所剩电量Cr与电池标称总容量Ct之比。用SOC表示通常把一定温度下电池充电到不能再吸收能量的状态定义为完全荷电状态或100%荷电状态将电池不能放出能量的状态定义为0%荷电状态铅酸蓄电池基本概念放电深度蓄电池在使用过程中，电池放出的容量Ce与电池标准容量Ct之比。用DOD表示SOC+DOD=1放电深度的高低和蓄电池的充电寿命有很密切的关系。蓄电池的放电深度越深，其充电寿命就越短，会导致电池的使用寿命变短。为了延长电池的使用寿命，在使用时应尽量避免电池处于深度放电状态铅酸蓄电池基本概念放电特性曲线蓄电池在不同温度下分别以不同的电流值放电时，电流电压对于放电时间的关系曲线充电特性曲线蓄电池在不同温度下分别以不同的电流值恒流充电时，电池电压对于充电时间的曲线铅酸蓄电池基本概念比能量单位质量或单位体积的蓄电池的实际电性能，通常用W·h/kg、W·h/L表示平均电压蓄电池在充电或放电期间的电压的平均值充电终止电压在规定的恒流充电期间，蓄电池达到完全荷电状态时的电压自放电蓄电池不与外电路连接时，由于蓄电池自放电反应而引起的化学能的损失过充电电池完全充电后仍连续进行充电，则电池处于过充电状态铅酸蓄电池工作原理充电：当直流电压连接蓄电池后，电流从蓄电池的正极流入、负极流出，此时蓄电池内部发生电化学反应，从而将电能转化为化学能储存起来；放电：当蓄电池与外部负载连接时，浸在电解液中的正负极板发生化学反应产生电流，电流驱动外界负载，从而将化学能转化为电能。正极负极负极：Pb+HSO4--2e-⇄PbSO4+H+放充正极：PbO2+3H++HSO4-+2e-⇄PbSO4+2H2O放充铅酸蓄电池特点优点1/

工作电压高2/

安全可靠3/

易于保养维护4/

寿命较长5/可循环利用6/造假较低7/

原材料容易回收利用缺点1/

过充电容易析出气体2/

腐蚀性强3/

比能量偏低4/

循环寿命较短铅酸蓄电池分类——按用途分类用于各种汽车、拖拉机、柴油机、船舶和海上平台的内燃机起动、点火和照明，要求此类铅酸蓄电池启动时具有大电流放电、低温启动性能可靠、电池内阻小起动用铅酸蓄电池为各种蓄电池车、铲车、矿用电机车、叉车等提供动力的铅酸蓄电池，要求此类铅酸蓄电池的极板厚、容量大动力用铅酸蓄电池用于发电厂、变电站、通信、医疗等机构，作为保护、自动控制、事故照明、通信的备用电源，要求此类铅酸蓄电池电解液稀、寿命长、浮充使用固定用铅酸蓄电池包括小型阀控式密封铅酸蓄电池、矿灯用铅酸蓄电池、微型铅酸蓄电池等其他用途铅酸蓄电池铅酸蓄电池分类——按发展历程分类无永久性盖子，内部有流动的电解液，充放电时产生的气体和酸雾可以自由逸出，容易造成环境污染，有一定危险性开口式（富液式）富液式免维护阀控式密封出现于20世纪70年代。一定程度上解决了电池充电失水问题，蓄电池在3~5年的使用期限内不需补加水，主要用于汽车等车辆起动装有安全阀，当电池内压过大时可排出气体，外界气体不能进入电池内部。结束了100多年来铅酸蓄电池的开口时代铅酸蓄电池分类——其它分类铅酸蓄电池新结构：水平式铅酸蓄电池卷绕式铅酸蓄电池双极性式铅酸蓄电池按容量分类：2V、4V、6V、8V、12V、24V等系列，200~3000A·h的10种容量型号目前广泛使用的汽车铅酸蓄电池为12V和36V汽车铅酸蓄电池按制造方法分类：浇铸板栅、拉网板栅、铅布板栅铅蓄电池等镍镉电池由瑞典尤格尔发明189950年代至60年代初期主要发展大电流放电的烧结式电池用于飞机、坦克、火车等各种引擎的起动20世纪50年代以前电极结构：极板盒式（或袋式）主要用作起动、照明、牵引及信号灯的电源60年代以后着重发展了密封式电池可满足大功率放电的要求，用于导弹、火箭及人造卫星的能源系统，在空间应用中常与太阳能电池匹配镍镉电池工作原理（开口式为例）负极：Cd+2OH-⇄Cd(OH)2+2e-放充正极：2NiOOH+2H2O+2e-⇄2Ni(OH)2+2OH-放充总反应：Cd+2NiOOH+2H2O⇄2Ni(OH)2+Cd(OH)2放充镍镉电池型号电池型号组成及排列顺序：系列代号

形状代号

放电倍率代号

结构形式代号

额定容量镍镉电池：GN开口电池：不标注密封电池：Y-圆形B-扁形F-方形全密封：在右下角加一个脚注“1”D-低Z-中G-高C-超高思考以下几个型号的意义：GNY4、18GNY500m、GN20、GNF120镍镉电池主要特征高寿命记忆效应优异的放电性能储存期长大范围温度适应性高倍率充电特性可靠的安全阀广泛的应用领域高质量、高可靠性镍镉电池性能充放电特性充电电流越大，充电电压越高，且这些充电曲线都有一个最高点放电平台在1.2V左右，镍镉电池容量受到电温度和放电倍率的影响镍镉电池性能自放电特性和储存特性自放电指电池在不对外界放电的情况下，内部进行自我放电高温储存下电池自放电严重，储存能力随着环境温度的升高而减弱镍镉电池性能循环寿命指电池在一定的充放电条件下，容量跌至某规定值时（比如初始容量的70%）所经历的充放电次数，一次充放电称为一个循环或周期电池在没有完全放完电的情况下对电池进行充电，会出现电池容量无法回到原来水平的现象记忆效应镍镉电池保养原则镍镉电池应少用大电流充电，应使用匹配的充电器，不宜过充>镍镉电池若暂时不用，应充满存放在干燥阴凉通风处，且定期进行一次充放电或涓流充电>多节镍镉电池的使用应选用性能相近的电池，不应新旧电池混用>严禁对镍镉电池反向充电>镍氢电池20世纪60年代末至70年代末可行性研究阶段20世纪70年代末至80年代末20世纪90年代初至今实用性研究阶段产业化阶段1984年开始，荷兰、日本、美国都致力于研究开发储氢合金电极；1988年美国以及1989年日本等电池公司先后成功开发镍氢电池我国于20世纪80年代末研制成功电池储氢合金，1990年研制成功AA型镍氢电池，截至2005年年底，全国已有100多家企业能批量生产各种型号规格的镍氢电池，国产镍氢电池的综合性能已经达到国际先进水平镍氢电池工作原理充电时，正极Ni(OH)2被氧化成NiOOH，负极上的H2O得到电子变为OH-及氢原子嵌入到储氢合金；而放电的时候是相反的过程，从而形成一个可逆的化学反应镍氢电池型号与特点通常有A、AA、AAA、AAAA、SC、C、D、F等型号，民用电池5号为AA电池，7号为AAA电池，1号为D电池，2号为C电池。型号光身直径/mm标准高度/mm容量范围/(mA·h)AAAA8.240.0300以下AAA10.043.0700以下10.143.01000以下AA13.949.01500以下14.150.02500以下A16.550.02500以下SC22.043.03500以下C25.249.04500以下D32.260.09000以下F32.290.013000以下镍氢电池型号与特点充电特性：温度与充电速率对镍氢电池的充电电压有明显的影响；温度高，充电电压低；充电速率快，充电电压高镍氢电池型号与特点放电特性：镍氢电池放电过程总的容量和电压与使用条件有关，如放电倍率、环境温度等。一般情况下，放电倍率越大，放电容量与放电电压越低；环境温度下降，放电容量与放电电压下降镍氢电池型号与特点温度特性：由于充电效率依赖于温度，因此，在较高的温度下充电时，电池的放电容量会降低。在相同放电倍率下，环境温度不同，放电电压也不同。随着放电倍率提高，温度对放电容量的影响越来越显著，特别是在低温条件下放电时，放电容量下降更明显镍氢电池型号与特点自放电特性：储氢合金的析氢平台压力越高，氢气越容易从合金中逸出，自放电越明显；温度越高，镍氢电池自放电越大；隔膜选择不当，组装不合理，随着电池充放电次数的增加，合金粉末出现脱落或形成枝晶等现象，都会加速自放电，甚至短路镍氢电池型号与特点循环寿命：镍氢电池的容量随着充放电次数的增加而减少，要提高镍氢电池的循环寿命，除了改善电极的性能之外，还要改善电池的组装工艺镍氢电池性能测试与保养工作电压又称放电电压。镍氢电池工作电压为1.2V，指的是放电电压的平台电压，它是镍氢电池的重要性能指标，它的高低与放电过程中电压的衰减密切相关电池放电时有三种工作方式：恒电阻放电恒电流放电恒功率放电镍氢电池性能测试与保养工作电压随着放电电流的加大，电极的极化增加，欧姆压降也增大，使电池的工作电压下降；随着镍氢电池放电深度的增大，电池中活性组分浓度的降低，电池的电动势、开路电压和工作电压都逐渐下降镍氢电池性能测试与保养放电性能分为恒电流和恒电阻放电放电电流的大小直接影响到电池的放电性能电池的放电电压是衡量电池放电性能的一个重要指标。一般来说，电池的放电特性可以用放电曲线加以表征。放电曲线反映了整个放电过程中工作电压的变化过程镍氢电池性能测试与保养自放电和储存性能自放电与温度有很大的关系，温度越高，自放电越大电池的保存除了合适的储存温度和湿度条件外，必须注意以下方面：长期放置的电池应该采用荷电状态储存，一般可预充50%~100%的电量后储藏在储存过程中，要保证至少每3个月对电池充电一次，以恢复到饱和容量锂离子电池锂离子电池工作原理锂离子从正极脱嵌，向负极移动，嵌入负极锂离子从负极脱嵌，向正极移动，嵌入正极锂离子电池分类按照正/负极材料类型、电池形状、封装类型等可进行如下分类：电极正极材料钴酸锂电池磷酸铁锂电池锰酸锂电池三元材料电池电极正极材料石墨负极电池锡基、硅基电池钛酸锂负极电池电池封装圆柱形电池钢壳电池软包电池电池形状圆柱形电池方形电池锂离子电池分类正极材料比容量性能对比锂离子电池分类磷酸铁锂电池工作原理LiFePO4电池：充电时，正极中的锂离子Li+通过聚合物隔膜向负极迁移；放电时，负极中的锂离子Li+通过隔膜向正极迁移锂离子电池分类三元电池工作原理锰：材料成本下降，安全性更好，容量则偏低；镍：材料容量上升，材料结构稳定性变弱，循环性下降；而且材料的热稳定性也急剧变差；钴材料结构的稳定性提高，稳定材料循环性的同时，也保证了较高的比容量锂离子电池分类锂离子电池性能比较锂离子电池分类锂离子电池与传统电池性能对比锂离子电池性能容量-倍率特性电池放电倍率越大，电池内部极化电压越大，外电