新能源发电技术 电子课件 3.3 储能电池

3.3储能电池任课老师：2018年06月目录Contents3.3.1电池的基本组成3.3.2储能电池主要性能参数3.3.3几种储能电池3.3.4储能电池在新能源发电系统中的应用3.3储能电池用途：平稳电能输出，减少对电网的影响优点：1、效率高；2、体积小；3、易安装储能电池分布式光伏建筑光伏电站独立光伏微电网风电场目录Contents3.3.1电池的基本组成3.3.2储能电池主要性能参数3.3.3几种储能电池3.3.4储能电池在新能源发电系统中的应用3.3.1电池的基本组成定义：电池是盛有电解质溶液和金属电极以产生电流的杯、槽或其他容器或复合容器的部分空间，能够将化学能转化成为电能的装置。基本组成包括：外壳、电极与极板、隔膜、电解质等。正极负极电解液3.3.1.1

外壳电池槽支撑固定凹槽紧密结合胶粘密封电池盖封顶密封预留空位密封不漏气电解液不外泄耐腐蚀抗冲击保证电池稳定安全的第一道防线：电池外壳的组成：3.3.1.2

电极与极板组成活性物质：发生电化学反应导电骨架：传导电子，支撑活性物质电极材料（很大程度上决定电池性质）正极：金属氧化物，盐类，硫化物负极：铅、锌、锂等金属材料或碳材料极板结构多层极板：增大电极电解液接触面积多孔结构：增大接触面积，留出体积变化空间3.3.1.3隔膜要求对电子绝缘一定的孔隙率和孔径力学性能：不能轻易被刺穿拉断化学稳定性：耐受电解液腐蚀浸润性和吸液保湿性尽可能薄，易于制造，价格便宜常用材料半透膜微孔膜编织物非编织物隔膜的作用：防止由于正负极板靠的太近引起的短路、电池烧毁等问题。例如：锂电池，由于电解液是有机溶剂，因此隔膜为耐有机溶剂的高强度聚烯烃多孔膜3.3.1.4电解质电解质定义：水溶液或熔融状态下可以产生自由离子的物质充满电池内部流动于正负极板之间决定电池性能的优劣实现电池内部的连接参与内部电化学反应功能：强酸，如铅酸电池中的硫酸（H2SO4）强碱大多数盐类，如锂电池中的六氟酸锂（LiPF6）通常选用导电性强的强电解质目录Contents3.3.1电池的基本组成3.3.2

储能电池主要性能参数3.3.3

几种储能电池3.3.4储能电池在新能源发电系统中的应用3.3.2

储能电池主要性能参数性能参数电压容量功率寿命充电效率性能参数决定应用场景主要性能参数包括：3.3.2.1电压电动势由于电动势，储能电池的两极才会有电压反映储能电池将化学能转化成电能的本领的物理量。用于在电池设计阶段估算该电池的端电压。能斯特方程

3.3.2.1电压电压表示形式开路电压：电池开路状态下电压值,电池的开路电压与电池的设计有关端电压：充电或放电时的电压值,与储能电池的工况有关标称电压：电池放电过程中最稳定的电压值,用于鉴别电池的类型终止电压：电池充放电过程中电压上下限理论容量：根据电化当量和活性物质的量，理论计算得到的电池容量大小用于设计阶段理想状态下获得的最大容量额定容量：根据相关标准的要求，在一定规定条件下进行测试得到能够输出的最低容量用于电池选型实际容量：在实际工况下电池输出的电量，代表电池在实际工况下的储能能力。受到设计、生产、使用等多方面因素影响比容量：容量与质量或体积的比值用于对比电池性能单位：A•h/Kg或A•h/L3.3.2.2容量定义：指电池在一定条件下能够容纳或释放的电量，单位：A•h或mA•h。3.3.2.2容量补充说明：关于额定容量的测量方法在IEC标准规定下，镍镉/镍氢电池的额定容量是在20±5℃下，以0.1C电流充电16小时后，以0.2C电流放电至电压1.0V所放出的电量。充放电倍率：规定时间内放出其额定容量所输出的电流值,以数字后加C表示。例如，额定容量为100mAh的电池经5小时放电完毕，则放电倍率为1/5=0.2C，放电电流为100*0.2=20mAIEC：InternationalElectrotechnicalCommission，国际电工委员会制定有关电气、电子和相关技术的国际标准和合格评定3.3.2.3功率定义：在一定的放电条件下，单位时间输出的能量，称为电池的输出功率，单位用瓦（W）或千瓦（kW）来表示。计算公式：其中：P：实际功率（W）；U：端电压（V）；I：放电电流（A）随放电电流增加输出功率有先升后降的趋势质量比功率/体积比功率：单位质量或体积下储能电池的放电能力单位：W/Kg或W/L功率和容量的区别：容量：决定电池能储存多少电能功率：决定电池能带动多大负载

3.3.2.4寿命标准循环寿命电池容量衰减到某一规定值循环次数不同电池对应不同的测试标准工况循环寿命功率较大、工作负载变化较大的储能系统按照工况图谱测试日历寿命被大众广泛认知的电池“寿命”从生产日期到寿命终止经历的时间3.3.2.5充电效率定义：在规定条件下，放电期间对外输出的电量与通过充电恢复到初始状态所需电量之比称为储能电池的充电效率。电量以安·时或瓦·时为单位计量，所以也常常被称为“安时效率”或“瓦时效率”。直观反应了储能电池的能量转换效率。

目录Contents3.3.1电池的基本组成3.3.2

储能电池主要性能参数3.3.3

几种储能电池3.3.4储能电池在新能源发电系统中的应用3.3.3几种储能电池各电池的特性与性能参数不同，目前技术比较成熟、应用较为广泛的储能电池包括铅酸蓄电池、锂离子电池、全钒液流电池、钠硫蓄电池等。3.3.3.1

铅酸电池人们最早使用的储能电池技术之一目前最成熟的储能电池技术正极主要成分为二氧化铅（PbO2）负极成分为海绵状金属铅（Pb）优点：单体容量大、成本低、易控制、安全可靠、技术成熟度高、市场应用广泛缺点：比能量较低、循环寿命短、易产生环境污染铅酸电池仍大量用在电瓶车上

铅蓄电池反应方程式3.3.3.2

锂离子电池

圆形、方形、扣式锂离子电池优点·能量密度大·工作电压高·清洁缺点·价格高·内阻大·需要保护电路·稳定性差

锂离子电池反应方程式3.3.3.3全钒液流电池将具有与不同价态的钒离子溶液作为正极和负极的活性物质，分别储存在各自的电解液储罐中正极活性电对是VO2+/VO2+，负极活性电对是V2+/V3+避免了正负半电池间不同种类活性物质相互渗透产生的交叉感染全钒液流电池反应方程式

3.3.3.3全钒液流电池

对工作温度要求严格，比容量较低，价格过高需要配置循环泵，降低了实际效率使用同种元素的电池系统，避免交叉感染功率和容量的调整在结构上独立，易于模块化组合钒离子电解液可以回收重复使用和再生利用3.3.3.4钠硫电池一般电池由固体电极和液体电解液组成，但是与一般电池不同，钠硫电池由熔融的液态电极和固体电解质组成。负极：熔融金属钠

正极：硫和多硫化钠熔盐钠硫电池外壳能量密度高寿命长充放电效率高工作温度高安全性问题钠硫电池反应方程式

目录Contents3.3.1电池的基本组成3.3.2

储能电池主要性能参数3.3.3

几种储能电池3.3.4储能电池在新能源发电系统中的应用3.3.4储能电池的应用实例新能源发电特点波动性随机性储能电池的作用平滑功率波动、满足并网要求减少弃风弃光绿提高稳定性和可调控性改进方向大型化动态响应安全易维护成本低效率高3.3.4储能电池的应用实例名称地点发电量储能电池应用Tehachapi风电场美国加州约为8亿kWh锂离子电池储能系统全美国最大的电池储能系统国家风光储输示范工程河北省张北县500MW风电场100MW光伏发电站70MW储能电站功率14MW、容量63MWh铁锂电池功率2MW、容量8MWh全钒液流电池功率2MW、容量8MWh的钠硫电池储能装置能量型：高能量输入与输出功率型：瞬间高功率的输入与输出3.3.4储能电池的应用实例6种组态运行模式风电系统光伏系统风电、光伏联合风电