儲能用磷酸鐵鋰電池循環(huán)壽命的能量分析

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1、儲能用磷酸鐵鋰電池循環(huán)壽命的能量分析鏈接：www.china-nengyuan.com/tech/93240.html來源：中國新能源網(wǎng)china-nengyuan.com儲能用磷酸鐵鋰電池循環(huán)壽命的能量分析高飛，楊凱，惠東，李大賀(中國電力科學(xué)研究院，北京市海淀區(qū)100192)摘要：通過對儲能用磷酸鐵鋰電池不同放電深度(40％DOD~100％DOD)的循環(huán)測試，考察電池在此期間累積的轉(zhuǎn)移能量與電池老化程度之間的相關(guān)性。經(jīng)過對長期循環(huán)試驗(yàn)的數(shù)據(jù)分析，得出電池累積轉(zhuǎn)移能量與循環(huán)次數(shù)的關(guān)系符合BoxLucas模型；隨著放電深度的增加，電池老化現(xiàn)象對電池能量轉(zhuǎn)移能力的影響逐漸減?。煌ㄟ^計(jì)算電池即時(shí)

2、容量衰退速度，認(rèn)為電池在循環(huán)使用中經(jīng)歷了前期逐漸自穩(wěn)定和后期加速老化的2個(gè)階段。電池容量衰退至85％之前，深充深放與淺充淺放的使用模式對于電池能量轉(zhuǎn)移能力的影響是相同的，當(dāng)電池容量衰退至75％時(shí)，深充深放的使用模式在電池能量轉(zhuǎn)移總量和能量效率上均優(yōu)于淺充淺放的使用模式。0引言近年來，隨著新能源的大規(guī)模開發(fā)利用，尤其是[1-2]風(fēng)電并網(wǎng)的發(fā)展[3-7]，用于改善間歇式電源運(yùn)行性能、增強(qiáng)電網(wǎng)對風(fēng)電接入能力的電池儲能系統(tǒng)的研究逐漸引起人們關(guān)注。在各種類型的儲能系統(tǒng)中，鋰離子電池儲能是目前技術(shù)相對成熟的一種儲能方式。以橄欖石型磷酸鐵鋰為活性物質(zhì)的鋰離子二次電池，具有較高的能量密度、較低的生產(chǎn)制造成本

3、以及使用壽[8-9]命長等諸多優(yōu)點(diǎn)。在電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的推動(dòng)下，與磷酸鐵鋰電池有關(guān)的荷電狀態(tài)估算、電池集成技術(shù)、管理系統(tǒng)等方面更是進(jìn)行了廣泛[10-14]、深入的研究工作。然而，這些研究多數(shù)是在電動(dòng)汽車使用環(huán)境、運(yùn)行工況和使用條件下進(jìn)行的，其研究成果和結(jié)論并不完全適用于以大規(guī)模能量輸入/輸出為特征的電網(wǎng)儲能系統(tǒng)。[3]Nair等人綜合分析了多種儲能技術(shù)的技術(shù)優(yōu)勢和經(jīng)濟(jì)可行性，并初步利用Simulink和Homer軟件搭建了電池儲能技術(shù)和成本評[7]估平臺；Dogger等人研究了恒倍率模式使用電池時(shí)電池的放電深度(depthofdischarge，DOD)與循環(huán)次數(shù)的關(guān)系，指出DOD降低有利于延長

4、電池壽命并在壽命期限內(nèi)轉(zhuǎn)移更多的能量，但是并沒有給出具體的數(shù)據(jù)和分析來支撐他們的結(jié)論。從電氣工程應(yīng)用角度而言，大功率、高容量的電池儲能系統(tǒng)應(yīng)具有較高的能量利用率，在電池達(dá)到使用壽命終點(diǎn)之前能夠最大限度的發(fā)揮出能量輸入/輸出的能力，在保證安全運(yùn)行的前提下實(shí)現(xiàn)能量效率的最大化；從電化學(xué)專業(yè)角[15-17]，而性能衰退速度與使用條件密切相關(guān)，電池儲能系統(tǒng)應(yīng)在對電池活性物質(zhì)損害程度較輕的范圍內(nèi)合理使用才能保證系統(tǒng)具有較長的使用期限和較少的故障率。應(yīng)用于電網(wǎng)儲能的磷酸鐵鋰電池儲能系統(tǒng)，如何在保持對電池適宜的使用條件下實(shí)現(xiàn)能量利用最大化的目標(biāo)，這是一個(gè)需要認(rèn)真研究的課題。本文研究能量型磷酸鐵鋰電池在不同

5、狀態(tài)下使用的累積能量轉(zhuǎn)移量以及容量衰退現(xiàn)象，分析性能變化與電池使用條件的相關(guān)性，揭示磷酸鐵鋰電池在電網(wǎng)應(yīng)用方面的儲能特性及具體規(guī)律。1電池測試方案儲能系統(tǒng)在電網(wǎng)儲能應(yīng)用中，電池的荷電狀態(tài)會發(fā)生反復(fù)的波動(dòng)，本文控制能量型磷酸鐵鋰電池的荷電狀態(tài)(stateofcharge，SOC)在不同的程度內(nèi)波動(dòng)，即對電池的使用制度從淺充淺放模式逐漸過渡到全充全放模式，如表1所示，在這些使用條件下對電池進(jìn)行長期的循環(huán)壽命測試，分析能量型磷酸鐵鋰電池的儲能特性。頁面1/9儲能用磷酸鐵鋰電池循環(huán)壽命的能量分析鏈接：www.china-nengyuan.com/tech/93240.html來源：中國新能源網(wǎng)chi

6、na-nengyuan.com測試對象為國內(nèi)某廠家提供的同一批次軟包裝聚合物磷酸鐵鋰電池(標(biāo)稱電壓3.2V，標(biāo)稱容量15A▲h)。測試儀器為新威多通道電池充放電測試儀(型號為CT-3008W-5V-50A-NTF)，在測試過程中儲能電池放置在20℃恒溫環(huán)境中，避免環(huán)境溫度的波動(dòng)對電池測試結(jié)果的干擾。電池測試制度包括循環(huán)測試和標(biāo)準(zhǔn)容量測試兩部分。循環(huán)測試的具體步驟為(以40％DOD循環(huán)為例)：1）用1C倍率電流對電池放電至0％SOC(2.0V)，靜置15min；2）用1C倍率電流對電池充電至100％SOC(3.6V)，然后用1C倍率電流對電池放電至到70％SOC，靜置30s；3）用1C倍率電流

7、對電池放電到30％SOC，靜置15min；4）用1C倍率電流對電池充電到70％SOC，靜置15min；5）重復(fù)步驟3）、4）1000次后，用1C倍率電流對電池放電到0％SOC(2.0V)。標(biāo)準(zhǔn)容量測試的具體步驟：1）用1C倍率電流對電池放電至0％SOC(2.0V)，靜置15min；2）用1C倍率電流對電池充電到100％SOC(3.6V)，靜置15min；3）用1C倍率電流對電池放電到0％SOC(2.0V)，靜