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【古瑞瓦特储能逆变器】储能电池的分类及选型

   2023-04-14 古瑞瓦特官网古瑞瓦特165430
核心提示:储能市场的火爆已经可以预见,“储能”顾名思义,就是将电能储存起来,储存电能就需要一种介质或容器,而电池就正是把电能储存起来的容器。

  【古瑞瓦特储能逆变器】储能电池的分类及选型

  储能市场的火爆已经可以预见,“储能”顾名思义,就是将电能储存起来,储存电能就需要一种介质或容器,而电池就正是把电能储存起来的容器。

  一般在光伏储能系统中主要用到两大类的电池,即铅酸类电池和锂电池。

  1 铅酸类电池

  铅酸电池是用铅和二氧化铅(PbO₂)作为电池负极和正极的活性物质,以稀硫酸为电解质的化学储能装置,实际上就是通过电化学反应实现电能和化学能之间相互转化;它是各类储能系统、应急供电、软/黑启动装置的首选化学电源。

  一个单格铅酸电池的标称电压是2.0V,能放电到1.5V,能充电到2.4V;在实际应用中,经常是以6个单格串联起来、组成标称电压是12V的铅酸电池模块,再在12V的基础上通过恰当的串并,获得系统接受的电压值(如48V、96V),实现正常的充放工作。

  铅酸电池的主要构成包括:正负极柱,极板,隔板,电解液,容器等。因为电池模块中有大量化学溶液,所以一般比较重。

  

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  铅酸电池内部结构图

  铅酸类电池主要有一般富液型铅酸电池、胶体免维护(太阳能专用)铅酸电池、铅炭电池等几种。在实际使用中,胶体电池和铅碳电池的比例越来大。胶体电池的过放电、自恢复能力和低温充放性能都更优一些;铅炭电池由于在电解液中加了碳(石墨烯),阻止了负极硫酸盐化现象,改善了电池易失效的问题,从而使电池的使用寿命大大提升。

  铅酸电池的充电模式一般有恒流、恒压、浮充三种模式,也称三段式充电。充电电流是一个很重要的参数,单位一般以C来表示,电池的规格参数中会清晰标注一款电池的最大充电电流,一般是0.1C、0.2C或0.3C;例如某款电池的容量C为200Ah,充电电流为0.1C则为0.1×200=20A,0.2C则为0.2×200=40A;铅酸免维护电池的最佳充电电流应为0.1C左右,充电电流过大或过小都会影响电池的使用寿命。

  2 锂电池

  锂电池是一类由锂金属或锂合金作为正/负极材料、使用非水电解质溶液的电池;主要分为锂金属电池和锂离子电池。一般说的锂电池指的是锂离子电池,它是二次电池,就是可以支持充放。锂离子电池使用锂合金金属氧化物作为正极材料、石墨作为负极材料,锂离子电池储存锂的主体就是负极材料,它对电池的充放电效率、循环次数等性能起到关键作用。

  

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  锂电池内部构造示意图

  锂离子电池根据正极材料的不同主要分为钴酸锂电池、锰酸锂电池、镍酸锂电池、磷酸铁锂电池、三元锂电池等。

  综合权衡价格成本、性能,安全等因素,在实际的储能系统应用中,使用更多的是磷酸铁锂电池。磷酸铁锂离子电池一般被认为不含任何重金属与稀有金属,是无毒、无污染的绿色环保电池。它使用磷酸铁锂(LiFePO4)作为正极材料,碳作为负极材料,单体额定电压为3.2V,充电截止电压约为3.6V~3.65V;通过串并实现所要求的电压和容量。

  

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  锂电池组

  磷酸铁锂单体电池的主要性能指标:

  标称容量 -- 单位Ah或mAh

  标称电压 -- 约在3.2V

  充电终止电压 -- 约在3.55V~3.6V

  放电终止电压 -- 约在2V~2.5V

  内阻 -- 约<20mΩ

  电池的循环次数 -- 一般>3000次

  自放电率 -- 约在5%~8%

  锂电池在应用时还应包含BMS(Battery Management System),即电池管理系统。BMS系统一般包含中央控制单元、采集单元、显示单元、数据记录单元及外扩展单元几部分。

  BMS的主要功能有:

  1.单体电池参数监测

  2.SOC(荷电状态)计算

  3.温度监测及管理

  4.电池能量均衡控制

  5.故障诊断告警

  6.信息显示

  7.数据记录

  8.与上位机通讯

  3 储能蓄电池的选型

  很多客户在实际的系统设计中,对如何选择合适的储能电池依旧存在困惑,可从以下三个方面进行选型。

  

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  光伏离网储能系统

  铅酸电池 or 锂电池

  首先,蓄电池在储能系统中占比重高,对于同时支持铅酸电池和锂电池的储能逆变器而言,选择哪个,取决于投资意愿、项目类型、项目所在地、质保要求等。锂电池的能量密度(ρ=E/V)更高,约为铅酸电池的6~7倍,体积更小、重量更轻,循环寿命长,是铅酸电池1.5~5倍。所以,一般储能机厂家提供质保的电池,都是锂电池。但是,锂电池在低温条件性能相对更差,同时价格也比较高,通常是铅酸电池的2~4倍以上。

  容量选择

  其次,蓄电池的容量选择,最主要还是依据使用者的蓄电需求来定,同时要兼顾系统容量。例如,某用户需求储存的电量为30kWh/日,他安装的是一套3KW的离网储能系统,且无市电互补,那么,他的这组蓄电池就至少需要2天以上才能达到满充状态;遇到持续阴雨的季节可能长期不能充满。这种情况在系统设计阶段就需要考虑到多种因素的制约,加大光伏组件安装容量、增加储能控制设备输出容量。铅酸电池的规格一把表示为“xxx V/ xxx Ah”,例如常见12V/100Ah,其单块容量就是12×100=1200VAh=1200Wh=1.2KWh,即1.2度电,如果需求30KWh的蓄电量,大约就需要30÷1.2=25块。而对于锂电池,一般可直接按其单个PACK容量来选,如单个PACK为2.56KWh的电池包,2个包就是5.12KWh,10个就是25.6KWh。

  高压电池 or 低压电池

  储能逆变器有高压(HV)系列,也有低压(LV)系列,相应地,蓄电池也就有高压和低压之分。一般单相输出的储能机搭配低压电池,端电压约在48V~52V。此时如果选用的是铅酸电池,可通过4个12V串联达到48V;如果锂电池可直接选择电压等级为48V的电池包;三相的并离网一体(Hybrid)储能机可搭配高压蓄电池,电压约在100V~550V;更大功率的一体机,其电池电压更高,如古瑞瓦特WIT -H系列并离网一体机,其额定电池电压为768V,电压范围可达600V~1000V,串并方法与低压电池类似。

  总结:

  通过以上内容我们可以看出,铅酸电池和锂电池各有利弊,总体来说锂电池相对高端一些,但它的价格也贵,目前在海外的欧美及澳洲市场应用更多一些。新能源是趋势,庞大的市场需求会成为技术快速发展的不竭动力,相信不久的将来锂电池的价格会到达大众所接受的区间,包括新能源汽车、光伏储能系统、便携式电源等诸多领域都将从中受益。


 
标签: 储能逆变器
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