储能系统电池参考课件

储能系统用锂离子电池

及其管理系统文锋北京交通大学惠州市亿能电子有限公司北京市亿能通电子有限公司2011-71储能系统用锂离子电池

及其管理系统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2报告内容储能技术2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3储能系统为什么要储能？3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4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5储能系统储能的手段有哪些？物理储能5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。6储能系统抽水储能优点6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7储能系统压缩空气储能7储能系统铅酸电池储能优点响应速度快：ms级；可以根据应用需要，实现kW～50MW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8储能系统铅酸电池储能优点8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（90％DOD）转换效率：80－90％；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9储能系统NAS电池储能优点9储能系统液流电池储能优点循环寿命长（10000次以上）；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；10储能系统液流电池储能优点10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：2000~5000次(80％DOD)；转换效率：90-98%;响应速度：ms级；11储能系统锂离子电池储能优点11储能系统性能对比储能类型典型额定功率额定能量特点应用场合机械储能抽水储能100~2000MW4~10小时适于大规模，技术成熟。响应慢，需要地理资源日负荷调节，频率控制和系统备用压缩空气10~300MW1~20小时适于大规模。响应慢，需要地理资源调峰、调频，系统备用，风电储备飞轮储能5kW~10MW1秒~30分比功率较大。成本高、噪音大调峰、频率控制、UPS和电能质量电磁储能超导储能10kW~50MW2秒~5分响应快，比功率高成本高、维护困难输配电稳定、抑制振荡高能电容1~10MW1~10秒响应快，比功率高比能量太低输电系统稳定、电能质量控制超级电容10kW~1MW1~30秒响应快，比功率高。成本高、储能量低可应用于定制电力以及FACTS电化学储能铅酸电池kW~50MW分钟~小时技术成熟，成本低寿命短，环保问题电能质量、电站备用、黑启动液流电池5kW~100MW1~20小时寿命长，可深放，适于组合，效率高，环保性好。但储能密度稍低电能质量、备用电源、调峰填谷、能量管理、可再生储能、EPS钠硫电池100kW-100MW数小时比能量与比功率较高。高温条件、运行安全问题有待改进电能质量、备用电源、调峰填谷、能量管理、可再生储能、EPS锂电池kW－MW分钟~小时比能量高。成组寿命、安全问题有待改进电能质量、备用电源、UPS12储能系统性能对比储能类型典型额定功率额定能量特点应用场合机械储能系统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%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

液流电池和钠硫电池目前还是少数几家垄断技术局面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13储能系统锂离子电池储能是目前转换效率最高的储能方式；13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14锂离子电池简介14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<钛酸锂循环性能钴酸锂<锰酸锂<三元<磷酸铁锂<钛酸锂15锂离子电池简介锂离子电池的类型15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16锂离子电池简介锂离子电池的工作原理16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17锂离子电池简介锂离子电池的特性表征参数17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18锂离子电池简介锂离子电池的性能18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19锂离子电池简介锂离子电池的性能19锂离子电池简介锂离子电池的性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（%）3.445.0920锂离子电池简介锂离子电池的性能0.3C充电/0.3C放电1C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21锂离子电池简介锂离子电池的性能21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ReducedRuntimeRestoredRuntime22锂离子电池简介锂离子电池的成组问题P+P-可用容量自放电等增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23锂离子电池简介锂离子电池的成组问题23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24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：SOF25锂离子电池管理系统锂离子电池高性能管理——3S管理25锂离子电池管理系统SOC估算26锂离子电池管理系统SOC估算26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27锂离子电池管理系统SOH表征参数27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28锂离子电池管理系统SOF估算——最大允许充放电电流28锂离子电池管理系统储能系统用电池管理系统架构29锂离子电池管理系统储能系统用电池管理系统架构29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30锂离子电池管理系统电池管理系统接口30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31锂离子电池管理系统电池管理系统接口31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