3.3儲(chǔ)能電池任課老師：2018年06月目錄Contents3.3.1電池的基本組成3.3.2儲(chǔ)能電池主要性能參數(shù)3.3.3幾種儲(chǔ)能電池3.3.4儲(chǔ)能電池在新能源發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用3.3儲(chǔ)能電池用途：平穩(wěn)電能輸出，減少對(duì)電網(wǎng)的影響優(yōu)點(diǎn)：1、效率高；2、體積??；3、易安裝儲(chǔ)能電池分布式光伏建筑光伏電站獨(dú)立光伏微電網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)目錄Contents3.3.1電池的基本組成3.3.2儲(chǔ)能電池主要性能參數(shù)3.3.3幾種儲(chǔ)能電池3.3.4儲(chǔ)能電池在新能源發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用3.3.1電池的基本組成定義：電池是盛有電解質(zhì)溶液和金屬電極以產(chǎn)生電流的杯、槽或其他容器或復(fù)合容器的部分空間，能夠?qū)⒒瘜W(xué)能轉(zhuǎn)化成為電能的裝置?；窘M成包括：外殼、電極與極板、隔膜、電解質(zhì)等。正極負(fù)極電解液3.3.1.1

外殼電池槽支撐固定凹槽緊密結(jié)合膠粘密封電池蓋封頂密封預(yù)留空位密封不漏氣電解液不外泄耐腐蝕抗沖擊保證電池穩(wěn)定安全的第一道防線：電池外殼的組成：3.3.1.2

電極與極板組成活性物質(zhì)：發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)電骨架：傳導(dǎo)電子，支撐活性物質(zhì)電極材料（很大程度上決定電池性質(zhì)）正極：金屬氧化物，鹽類(lèi)，硫化物負(fù)極：鉛、鋅、鋰等金屬材料或碳材料極板結(jié)構(gòu)多層極板：增大電極電解液接觸面積多孔結(jié)構(gòu)：增大接觸面積，留出體積變化空間3.3.1.3隔膜要求對(duì)電子絕緣一定的孔隙率和孔徑力學(xué)性能：不能輕易被刺穿拉斷化學(xué)穩(wěn)定性：耐受電解液腐蝕浸潤(rùn)性和吸液保濕性盡可能薄，易于制造，價(jià)格便宜常用材料半透膜微孔膜編織物非編織物隔膜的作用：防止由于正負(fù)極板靠的太近引起的短路、電池?zé)龤У葐?wèn)題。例如：鋰電池，由于電解液是有機(jī)溶劑，因此隔膜為耐有機(jī)溶劑的高強(qiáng)度聚烯烴多孔膜3.3.1.4電解質(zhì)電解質(zhì)定義：水溶液或熔融狀態(tài)下可以產(chǎn)生自由離子的物質(zhì)充滿電池內(nèi)部流動(dòng)于正負(fù)極板之間決定電池性能的優(yōu)劣實(shí)現(xiàn)電池內(nèi)部的連接參與內(nèi)部電化學(xué)反應(yīng)功能：強(qiáng)酸，如鉛酸電池中的硫酸（H2SO4）強(qiáng)堿大多數(shù)鹽類(lèi)，如鋰電池中的六氟酸鋰（LiPF6）通常選用導(dǎo)電性強(qiáng)的強(qiáng)電解質(zhì)目錄Contents3.3.1電池的基本組成3.3.2

儲(chǔ)能電池主要性能參數(shù)3.3.3

幾種儲(chǔ)能電池3.3.4儲(chǔ)能電池在新能源發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用3.3.2

儲(chǔ)能電池主要性能參數(shù)性能參數(shù)電壓容量功率壽命充電效率性能參數(shù)決定應(yīng)用場(chǎng)景主要性能參數(shù)包括：3.3.2.1電壓電動(dòng)勢(shì)由于電動(dòng)勢(shì)，儲(chǔ)能電池的兩極才會(huì)有電壓反映儲(chǔ)能電池將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的本領(lǐng)的物理量。用于在電池設(shè)計(jì)階段估算該電池的端電壓。能斯特方程

3.3.2.1電壓電壓表示形式開(kāi)路電壓：電池開(kāi)路狀態(tài)下電壓值,電池的開(kāi)路電壓與電池的設(shè)計(jì)有關(guān)端電壓：充電或放電時(shí)的電壓值,與儲(chǔ)能電池的工況有關(guān)標(biāo)稱電壓：電池放電過(guò)程中最穩(wěn)定的電壓值,用于鑒別電池的類(lèi)型終止電壓：電池充放電過(guò)程中電壓上下限理論容量：根據(jù)電化當(dāng)量和活性物質(zhì)的量，理論計(jì)算得到的電池容量大小用于設(shè)計(jì)階段理想狀態(tài)下獲得的最大容量額定容量：根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，在一定規(guī)定條件下進(jìn)行測(cè)試得到能夠輸出的最低容量用于電池選型實(shí)際容量：在實(shí)際工況下電池輸出的電量，代表電池在實(shí)際工況下的儲(chǔ)能能力。受到設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、使用等多方面因素影響比容量：容量與質(zhì)量或體積的比值用于對(duì)比電池性能單位：A?h/Kg或A?h/L3.3.2.2容量定義：指電池在一定條件下能夠容納或釋放的電量，單位：A?h或mA?h。3.3.2.2容量補(bǔ)充說(shuō)明：關(guān)于額定容量的測(cè)量方法在IEC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定下，鎳鎘/鎳氫電池的額定容量是在20±5℃下，以0.1C電流充電16小時(shí)后，以0.2C電流放電至電壓1.0V所放出的電量。充放電倍率：規(guī)定時(shí)間內(nèi)放出其額定容量所輸出的電流值,以數(shù)字后加C表示。例如，額定容量為100mAh的電池經(jīng)5小時(shí)放電完畢，則放電倍率為1/5=0.2C，放電電流為100*0.2=20mAIEC：InternationalElectrotechnicalCommission，國(guó)際電工委員會(huì)制定有關(guān)電氣、電子和相關(guān)技術(shù)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和合格評(píng)定3.3.2.3功率定義：在一定的放電條件下，單位時(shí)間輸出的能量，稱為電池的輸出功率，單位用瓦（W）或千瓦（kW）來(lái)表示。計(jì)算公式：其中：P：實(shí)際功率（W）；U：端電壓（V）；I：放電電流（A）隨放電電流增加輸出功率有先升后降的趨勢(shì)質(zhì)量比功率/體積比功率：?jiǎn)挝毁|(zhì)量或體積下儲(chǔ)能電池的放電能力單位：W/Kg或W/L功率和容量的區(qū)別：容量：決定電池能儲(chǔ)存多少電能功率：決定電池能帶動(dòng)多大負(fù)載

3.3.2.4壽命標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)壽命電池容量衰減到某一規(guī)定值循環(huán)次數(shù)不同電池對(duì)應(yīng)不同的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)工況循環(huán)壽命功率較大、工作負(fù)載變化較大的儲(chǔ)能系統(tǒng)按照工況圖譜測(cè)試日歷壽命被大眾廣泛認(rèn)知的電池“壽命”從生產(chǎn)日期到壽命終止經(jīng)歷的時(shí)間3.3.2.5充電效率定義：在規(guī)定條件下，放電期間對(duì)外輸出的電量與通過(guò)充電恢復(fù)到初始狀態(tài)所需電量之比稱為儲(chǔ)能電池的充電效率。電量以安·時(shí)或瓦·時(shí)為單位計(jì)量，所以也常常被稱為“安時(shí)效率”或“瓦時(shí)效率”。直觀反應(yīng)了儲(chǔ)能電池的能量轉(zhuǎn)換效率。

目錄Contents3.3.1電池的基本組成3.3.2

儲(chǔ)能電池主要性能參數(shù)3.3.3

幾種儲(chǔ)能電池3.3.4儲(chǔ)能電池在新能源發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用3.3.3幾種儲(chǔ)能電池各電池的特性與性能參數(shù)不同，目前技術(shù)比較成熟、應(yīng)用較為廣泛的儲(chǔ)能電池包括鉛酸蓄電池、鋰離子電池、全釩液流電池、鈉硫蓄電池等。3.3.3.1

鉛酸電池人們最早使用的儲(chǔ)能電池技術(shù)之一目前最成熟的儲(chǔ)能電池技術(shù)正極主要成分為二氧化鉛（PbO2）負(fù)極成分為海綿狀金屬鉛（Pb）優(yōu)點(diǎn)：?jiǎn)误w容量大、成本低、易控制、安全可靠、技術(shù)成熟度高、市場(chǎng)應(yīng)用廣泛缺點(diǎn)：比能量較低、循環(huán)壽命短、易產(chǎn)生環(huán)境污染鉛酸電池仍大量用在電瓶車(chē)上

鉛蓄電池反應(yīng)方程式3.3.3.2

鋰離子電池

圓形、方形、扣式鋰離子電池優(yōu)點(diǎn)·能量密度大·工作電壓高·清潔缺點(diǎn)·價(jià)格高·內(nèi)阻大·需要保護(hù)電路·穩(wěn)定性差

鋰離子電池反應(yīng)方程式3.3.3.3全釩液流電池將具有與不同價(jià)態(tài)的釩離子溶液作為正極和負(fù)極的活性物質(zhì)，分別儲(chǔ)存在各自的電解液儲(chǔ)罐中正極活性電對(duì)是VO2+/VO2+，負(fù)極活性電對(duì)是V2+/V3+避免了正負(fù)半電池間不同種類(lèi)活性物質(zhì)相互滲透產(chǎn)生的交叉感染全釩液流電池反應(yīng)方程式

3.3.3.3全釩液流電池

對(duì)工作溫度要求嚴(yán)格，比容量較低，價(jià)格過(guò)高需要配置循環(huán)泵，降低了實(shí)際效率使用同種元素的電池系統(tǒng)，避免交叉感染功率和容量的調(diào)整在結(jié)構(gòu)上獨(dú)立，易于模塊化組合釩離子電解液可以回收重復(fù)使用和再生利用3.3.3.4鈉硫電池一般電池由固體電極和液體電解液組成，但是與一般電池不同，鈉硫電池由熔融的液態(tài)電極和固體電解質(zhì)組成。負(fù)極：熔融金屬鈉

正極：硫和多硫化鈉熔鹽鈉硫電池外殼能量密度高壽命長(zhǎng)充放電效率高工作溫度高安全性問(wèn)題鈉硫電池反應(yīng)方程式

目錄Contents3.3.1電池的基本組成3.3.2

儲(chǔ)能電池主要性能參數(shù)3.3.3

幾種儲(chǔ)能電池3.3.4儲(chǔ)能電池在新能源發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用3.3.4儲(chǔ)能電池的應(yīng)用實(shí)例新能源發(fā)電特點(diǎn)波動(dòng)性隨機(jī)性儲(chǔ)能電池的作用平滑功率波動(dòng)、滿足并網(wǎng)要求減少棄風(fēng)棄光綠提高穩(wěn)定性和可調(diào)控性改進(jìn)方向大型化動(dòng)態(tài)響應(yīng)安全易維護(hù)成本低效率高3.3.4儲(chǔ)能電池的應(yīng)用實(shí)例名稱地點(diǎn)發(fā)電量?jī)?chǔ)能電池應(yīng)用Tehachapi風(fēng)電場(chǎng)美國(guó)加州約為8億kWh鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)全美國(guó)最大的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)國(guó)家風(fēng)光儲(chǔ)輸示范工程河北省張北縣500MW風(fēng)電場(chǎng)100MW光伏發(fā)電站70MW儲(chǔ)能電站功率14MW、容量63MWh鐵鋰電池功率2MW、容量8MWh全釩液流電池功率2MW、容量8MWh的鈉硫電池儲(chǔ)能裝置能量型：高能量輸入與輸出功率型：瞬間高功率的輸入與輸出3.3.4儲(chǔ)能電池的應(yīng)用實(shí)例6種組態(tài)運(yùn)行模式風(fēng)電系統(tǒng)光伏系統(tǒng)風(fēng)電、光伏聯(lián)合風(fēng)電