储能用磷酸铁锂电池循环寿命的能量分析VIP专享VIP免费

储能用磷酸铁锂电池循环寿命的能量分析通过对储能用磷酸铁锂电池不同放电深度(40％DOD~100％DOD)的循环测试，考察电池在此期间累积的转移能量与电池老化程度之间的相关性。经过对长期循环试验的数据分析，得出电池累积转移能量与循环次数的关系符合BoxLucas模型；随着放电深度的增加，电池老化现象对电池能量转移能力的影响逐渐减小；通过计算电池即时容量衰退速度，认为电池在循环使用中经历了前期逐渐自稳定和后期加速老化的2个阶段。电池容量衰退至85％之前，深充深放与浅充浅放的使用模式对于电池能量转移能力的影响是相同的，当电池容量衰退至75％时，深充深放的使用模式在电池能量转移总量和能量效率上均优于浅充浅放的使用模式。0引言近年来，随着新能源的大规模开发利用，尤其是风电并网的发展[1-2]，用于改善间歇式电源运行性能、增强电网对风电接入能力的电池储能系统的研究逐渐引起人们关注[3-7]。在各种类型的储能系统中，锂离子电池储能是目前技术相对成熟的一种储能方式。以橄榄石型磷酸铁锂为活性物质的锂离子二次电池，具有较高的能量密度、较低的生产制造成本以及使用寿命长等诸多优点[8-9]。在电动汽车产业的推动下，与磷酸铁锂电池有关的荷电状态估算、电池集成技术、管理系统等方面更是进行了广泛、深入的研究工作[10-14]。然而，这些研究多数是在电动汽车使用环境、运行工况和使用条件下进行的，其研究成果和结论并不完全适用于以大规模能量输入/输出为特征的电网储能系统。Nair等人[3]综合分析了多种储能技术的技术优势和经济可行性，并初步利用Simulink和Homer软件搭建了电池储能技术和成本评估平台；Dogger等人[7]研究了恒倍率模式使用电池时电池的放电深度(depthofdischarge，DOD)与循环次数的关系，指出DOD降低有利于延长电池寿命并在寿命期限内转移更多的能量，但是并没有给出具体的数据和分析来支撑他们的结论。从电气工程应用角度而言，大功率、高容量的电池储能系统应具有较高的能量利用率，在电池达到使用寿命终点之前能够最大限度的发挥出能量输入/输出的能力，在保证安全运行的前提下实现能量效率的最大化；从电化学专业角度而言，锂离子二次电池在循环使用过程中，由于活性锂离子的损失、电极表面副反应等原因会造成性能的缓慢衰退[15-17]，而性能衰退速度与使用条件密切相关，电池储能系统应在对电池活性物质损害程度较轻的范围内合理使用才能保证系统具有较长的使用期限和较少的故障率。应用于电网储能的磷酸铁锂电池储能系统，如何在保持对电池适宜的使用条件下实现能量利用最大化的目标，这是一个需要认真研究的课题。本文研究能量型磷酸铁锂电池在不同状态下使用的累积能量转移量以及容量衰退现象，分析性能变化与电池使用条件的相关性，揭示磷酸铁锂电池在电网应用方面的储能特性及具体规律。1电池测试方案储能系统在电网储能应用中，电池的荷电状态会发生反复的波动，本文控制能量型磷酸铁锂电池的荷电状态(stateofcharge，SOC)在不同的程度内波动，即对电池的使用制度从浅充浅放模式逐渐过渡到全充全放模式，如表1所示，在这些使用条件下对电池进行长期的循环寿命测试，分析能量型磷酸铁锂电池的储能特性。测试对象为国内某厂家提供的同一批次软包装聚合物磷酸铁锂电池(标称电压3.2V，标称容量15A·h)。测试仪器为新威多通道电池充放电测试仪(型号为CT-3008W-5V-50A-NTF)，在测试过程中储能电池放置在20℃恒温环境中，避免环境温度的波动对电池测试结果的干扰。电池测试制度包括循环测试和标准容量测试两部分。循环测试的具体步骤为(以40％DOD循环为例)：1）用1C倍率电流对电池放电至0％SOC(2.0V)，静置15min；2）用1C倍率电流对电池充电至100％SOC(3.6V)，然后用1C倍率电流对电池放电至到70％SOC，静置30s；3）用1C倍率电流对电池放电到30％SOC，静置15min；4）用1C倍率电流对电池充电到70％SOC，静置15min；5）重复步骤3）、4）1000次后，用1C倍率电流对电池放电到0％SOC(2.0V)。标准容量测试的具体步骤：1）用1C倍率电流对电池放电至0％SOC(2.0V)，静置15min；2）用1C倍率电流对电池充电到100％SOC(3.6V)，静置15min；3）用1C倍率电...