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    关于储能锂电池的选型研究与探讨

    | 超级管理员    阅读: 发稿时间:2018/10/25 10:16:03

    关于储能锂电池的选型研究与探讨

     白锦文 储能工匠 5天前

    2017年山西省的几个储能联合燃煤发电机组参与调频的项目成功运行,且当时参与辅助调频的收益非常好,也引爆了整个储能行业。之后许多做储能相关产品的厂家都想参与储能调频项目。同样许多热电厂也争着想上储能电站。许多热电厂的储能设备招标文件基本上是原搬照抄最早草拟的招标文件要求。我们发现在这些招标文件中,其中有一条关于锂电池的性能的要求参与投标所使用的电池单体容量应40Ah,具有第三方机构出具的检测报告。这里我们想问的是关于单体电池容量40Ah的要求依据是什么?有没有相关数据或科学论证来判定做2C倍率充放电的磷酸铁锂电池容量应40Ah?如果只是某些厂家根据自己的产品特征来制定的标准要求这是阻碍行业的发展,偏离锂电池的技术发展路线。

    2018年在江苏省、河南省和湖南省电网几个地区做的几个电网侧的大型储能电站,这几个项目都是0.5C倍率充放电,主要做调峰的应用。后期一些项目目前正在筹划中,然而在最近一些项目的相关招标文件或技术规范中,也有看到“关于单体电池容量应≥100Ah”的要求。同样我们想问的是依据是什么?

    我们知道储能上应用的锂电池选型是按照能量型和功率型来分类。各家锂电池厂家的电池技术路线不同,电池的种类、选用材料和容量以及尺寸都是不同的,不能因为某一方面的短板就全盘否定或某一方面有优点就完全采纳。我们要对整个锂电池的性能和特点进行研究,只有技术不断创新不断改进,才能营造一个良好的氛围才能使储能技术得到更好的发展。

    下面我们重点说下能量型锂电池和功率型锂电池在设计和制造工艺上的区别。首先能量型和功率型电池在电极材料上就有区别。有些电池厂家在选择负极材料上的是不同的,功率型电池有些会选用天然石墨做负极材料;能量型电池选用人造石墨做负极材料。另外功率型电池为了增强导电性会添加一些导电剂。然后能量型和功率型电池在制造工艺上的区别是涂膜的厚度不同以及全极耳和多极耳连接方式不同。能量型电池涂膜的厚度要厚些,锟压压实值也大,是为了增大能量密度,集流体连接一般也采用多极耳连接。功率型电池涂膜的厚度要薄些,为减小离子交换通道阻力,集流体一般也采用全极耳连接,增大载流面积。

     

     

    1 涂覆锟压设备

    如果在2C调频应用中,锂电池容量选用40Ah是存在一些隐患的。之前某公司提供的60Ah电池做辅助调频应用,其实这款60Ah的磷酸铁锂电池是偏能量型的,用在2C以上的倍率在大电流充放电过程中,发热量非常大。直观的说就是所选单体电池的内部载流量满足不了应用要求。电池发热量大,温升越高,电池寿命也急剧下降。功率型锂电池如在大倍率充放电应用时,电池的设计和工艺肯定是涂膜越薄越好,发热量越小,但这样也可能会造成电池单体容量偏小,电池的能量密度也偏低。所以有些储能行业相关的标准要求或技术规范对锂电池的单体容量≥40Ah的要求是不合理的,没有应用数据或试验验证来支撑这个观点。

    同样关于电网侧调峰应用的能量型锂电池容量选型≥100Ah的要求也是不科学的。现在对储能电池系统选大容量锂电池还是小容量锂电池的争论也越来越多。争论的观点主要有:小容量电池在串并联时的数量比较多,整个电池系统的一致性较差;大容量电池在串并联时数量少,可能只有1并或2并,电池一致性较好,但大容量电池内部的发热量较大,充放电倍率也相应降低。目前几大电池厂商都在研发大容量的车用动力锂电池,主要是为了提高能量密度,以达到国家对动力电池补贴的标准。

    其实我们只要对电池的设计和制造工艺了解的话,大容量电池和小容量电池各有利弊,两者没有绝对优势。同种类的大容量电池和小容量电池内部结构基本是差不多,主要是外形尺寸上的差别。大电池内部是好几块电池卷绕模块并联在一起,属于内部并联;小电池内部是1块或2块电池卷绕模块并联在一起。如将几个小电池并联在一起组成一个大容量电池,这种方式属于外部并联。小容量电池并联在一起的散热效果比大电池内部电池卷绕模块的散热效果要好。并且在安全保护上由于这种单体模块设计增强冗余性。如果并联中的某个单体电池发生内部短路或臌胀,电池的泄压阀以及熔断器可以保护并将这个电池在物理上隔离。另外如果某个单体电池性能不好,并联在一起的电池也可以相互均衡。小容量的电池在组成电池模组时,需注意电池串并联的焊接工艺,避免虚焊。小容量电池在组成电池系统成本上会高于大容量电池组成的系统,但安全性要好些。所以关于储能系统是选用多大容量的单体锂电池的容量目前也没有强有力的证据来证明做调峰应用需选用≥100Ah的锂电池。


     

    2 铝形方壳锂电池内部结构图

      对于当前国内锂电池行业的发展,如只是追求高能量密度,降低电池性能和安全要求,这样做是不可取的。20184月,LG化学在德国光伏展会上推出的高能力密度的JH4电池,其外形尺寸和重量跟之前的JH3电池是一样的,但电池能量由233Wh提升到266Wh。我国锂电池技术的发展,肯定是不断的提升和改进,追求高能力密度同时还需要有长寿命、高质量、高安全的产品。行业的发展也需要政策正确的导向。

    注:本人不是学锂电池相关专业的,文中有错误的地方或观点希望业内的专家多多指正。


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