储能系统用锂离子电池及其管理系统 ppt课件

配电侧
用户侧
削峰填谷 无功支撑 电能质量 可靠供电
电能质量 可靠供电 电压支撑
发电侧
频率控制 旋转备用 负荷均衡 出力优化
应 用 范 围 广 ， 贯 穿 发 输 变 配 用 电
• 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
储能系统
• 性能对比
储能系统
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
• 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
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
锂离子电池管理系统
• 储能系统用电池管理系统架构
• 应用领域 • 负荷调峰
• UPS
• 可再生储能 • 电能质量
• 液流电池储能
储能系统
• 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；
• 压缩空气储能
储能系统
• 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
• 铅酸电池储能
储能系统
• 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
– 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
• 抽水储能
储能系统
• 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。
– 荷电状态：SOC – 健康状态：SOH – 功能状态：SOF
• SOC估算
锂离子电池管理系统
SOC(k) Qmax i(k) UO(k)
Unit Delay
+
UOCV =f(SOC)
+
+
+
/
∫i(k)dt
UOCV =f(SOC)|SOC=0
+
SOC
-
=f(UOCV)
x
Qavi
锂离子电池管理系统
• 应用领域
• 备用电源 • 调频控制 • UPS • 电能质量
• NAS电池储能
储能系统
• 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
• 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
• 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
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
• 锂离子电池储能
储能系统
• 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；
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
• 锂离子电池的工作原理 • 锂离子电池的安全性
锂离子电池简介
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
–串联电池组的一致性问题
锂离子电池简介
自放电等增加
P+
上限电压
可用容量
RReesdtuocreedd RRuunnttiimmee
下限电压
P-
• 锂离子电池的成组问题
–并联电池组的一致性问题——均流
锂离子电池简介
• 锂离子电池的安全性管理
锂离子电池管理系统
锂离子电池管理系统
• 锂离子电池高性能管理——3S管理
输出接口
PCS
监控调度系统
CAN1
CAN2
严重报警信号（触点）
严重报警信号（触点）
电 池
电流检测
BCU
系
统
CAN总线
BMU1
BMU2 …… BMU N
……
总电压检测
电 温风 压 度机 线 线线
电
电
流
流
+
-
电池组-
分流器
电池组1
电温风 压度机 线线线
电池组2
ห้องสมุดไป่ตู้
手持设备(RS232)
锂离子电池简介
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
• 锂离子电池的性能
–高温对电池寿命的影响
锂离子电池简介
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
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
• 锂离子电池的成组问题
储能系统用锂离子电池 及其管理系统
• 储能技术 • 锂离子电池简介 • 锂离子电池管理系统
报告内容
• 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
储能系统
储能系统
• 为什么要储能？
容 量 范 围 大 ， 从 几 十 千 瓦 到 几 百
输电侧
系统稳定 无功支撑 负荷均衡 可靠供电 电能质量