储能系统用锂离子电池及其管理系统 ppt课件
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锂离子电池 ppt课件
类别 钴酸锂 锰酸锂 安全 比容量 循环寿 电压 材料 性能 mAh/ 命/次 平台 成本 g 差 较好 较好 很好 145 105 160 150 ＞500 ＞ 500 ＞800 ＞ 1500 目前，磷酸铁锂材料最适合制作大型动力电池，已成为世界各国竞相研究 和开发的重要方向。
ppt课件 7
所占成 本比重 40% 25%
ppt课件 5
正极材料的要求
1. 具有较高的氧化还原电位，使
电池输出电压高 2. 可利用活性物质高，容量高 3. 充放电过程中，结构稳定 4. 氧化还原电位变化小 5. 化学稳定性好，与电解质反应 小 6. 较高的电子和离子导电率，大 电流充放电性能好 7. 价格便宜，对环境无污染
ppt课件 6
几种正极材料应用优劣势比较
ppt课件 19
聚合物锂离子电池
（1）固体聚合物电解质锂离子电池
（2）凝胶聚合物电解质锂离子电池 （3）聚合物正极材料的锂离子电池
由于用固体电解质代替了液体电解质 , 与液态锂离子电池 相比，聚合物锂离子电池具有可薄形化、任意面积化与任 意形状化等优点，也不会产生漏液与燃烧爆炸等安全上的 问题，因此可以用铝塑复合薄膜制造电池外壳，从而可以 提高整个电池的比容量；聚合物锂离子电池还可以采用高 分子作正极材料，其质量比能量将会比目前的液态锂离子 电池提高50％以上。
1.
ppt课件 9
常见负极材料
电极电动势
比容量
ppt课件
10
金属锂负极
由于锂在溶解沉积的过程中生成枝晶，导致电极的 表面积不断增大，新增加的表面由于生成 SEI 膜导 致与集体的接触不良，因此锂的溶解沉积效率较低。
充电前
ppt课件
充电后
11
ppt课件 7
所占成 本比重 40% 25%
ppt课件 5
正极材料的要求
1. 具有较高的氧化还原电位，使
电池输出电压高 2. 可利用活性物质高，容量高 3. 充放电过程中，结构稳定 4. 氧化还原电位变化小 5. 化学稳定性好，与电解质反应 小 6. 较高的电子和离子导电率，大 电流充放电性能好 7. 价格便宜，对环境无污染
ppt课件 6
几种正极材料应用优劣势比较
ppt课件 19
聚合物锂离子电池
（1）固体聚合物电解质锂离子电池
（2）凝胶聚合物电解质锂离子电池 （3）聚合物正极材料的锂离子电池
由于用固体电解质代替了液体电解质 , 与液态锂离子电池 相比，聚合物锂离子电池具有可薄形化、任意面积化与任 意形状化等优点，也不会产生漏液与燃烧爆炸等安全上的 问题，因此可以用铝塑复合薄膜制造电池外壳，从而可以 提高整个电池的比容量；聚合物锂离子电池还可以采用高 分子作正极材料，其质量比能量将会比目前的液态锂离子 电池提高50％以上。
1.
ppt课件 9
常见负极材料
电极电动势
比容量
ppt课件
10
金属锂负极
由于锂在溶解沉积的过程中生成枝晶，导致电极的 表面积不断增大，新增加的表面由于生成 SEI 膜导 致与集体的接触不良，因此锂的溶解沉积效率较低。
充电前
ppt课件
充电后
11
储能系统用锂离子电池及其管理系统36页PPT
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的统
16、自己选择的路、跪着也要把它走 完。 17、一般情况下)不想三年以后的事， 只想现 在的事 。现在 有成就 ，以后 才能更 辉煌。
18、敢于向黑暗宣战的人，心里必须 充满光 明。 19、学习的关键--重复。
20、懦弱的人只会裹足不前，莽撞的 人只能 引为烧 身，只 有真正 勇敢的 人才能 所向披 靡。
Thank you
储能系统用锂离子电池及其管理系统共36页PPT
储能系统用锂离子电池及其管理系统
16、人民应该为法律而战斗，就像为 了城墙 而战斗 一样。 ——赫 拉克利 特 17、人类对于不公正的行为加以指责 ，并非 因为他 们愿意 做出这 种行为 ，而是 惟恐自 己会成 为这种 行为的 牺牲者 。—— 柏拉图 18、制定法律法令，就是为了不让强 者做什 么事都 横行霸 道。— —奥维 德 19、法律是社会的习惯和思想的结晶 。—— 托·伍·威尔逊 20、人们嘴上挂着的法律，其真实含 义是财 富。— —爱献 生
46、我们若已接受最坏的，就再没有什。——陆游 48、书籍把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者。——史美尔斯 49、熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟。——孙洙 50、谁和我一样用功，谁就会和我一样成功。——莫扎特
16、人民应该为法律而战斗，就像为 了城墙 而战斗 一样。 ——赫 拉克利 特 17、人类对于不公正的行为加以指责 ，并非 因为他 们愿意 做出这 种行为 ，而是 惟恐自 己会成 为这种 行为的 牺牲者 。—— 柏拉图 18、制定法律法令，就是为了不让强 者做什 么事都 横行霸 道。— —奥维 德 19、法律是社会的习惯和思想的结晶 。—— 托·伍·威尔逊 20、人们嘴上挂着的法律，其真实含 义是财 富。— —爱献 生
46、我们若已接受最坏的，就再没有什。——陆游 48、书籍把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者。——史美尔斯 49、熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟。——孙洙 50、谁和我一样用功，谁就会和我一样成功。——莫扎特
储能技术 储能材料 新能源材料 锂电池储能PPT课件
很明显，近20年来 ，CO2的浓度上升迅速 非常迅速，2010年将接 近550ppm。
而且，主要分布在 美国和中国所在的北半 球高纬度60-80度处。
表3 全球各国CO2排放量比较排行
在北京、上海等大城市，空气污染的 60%来自汽车排放
二氧化碳的全球排放量中，中国居第 二
1.2 新能源
新能源 广义上来说，有 别于传统依靠矿 物质原料燃烧的 能源都称之为新
飞轮储能的主要优点有：
• 1)储能密度高：比超导磁储能、超级电容器储能 和一般的蓄电池都要高。以目前的最好的碳素纤 维复合材料来说，这种材料的飞轮转子可以承受 的最大线速度达到 1000m/s 以上，储能密度可达 到 230Wh/kg。
• 2)充放电时间短，且无过充放电问题：飞轮储能 充电只需要几分钟，而不像化学电池需要几个小 时的充电时间。
铅蓄电池内的阳极 (PbO2) 及阴极 (Pb) 浸到电解液 ( 稀硫酸 ) 中，两极 间会产生 2V 的电力。
放电状态，阴阳极及电解液即会发生如下的变化：
( 阳极 ) ( 电解液 ) ( 阴极 ) PbO2 + 2H2SO4 + Pb ---> PbSO4 + 2H2O + PbSO4 ( 放电反应 ) ( 过氧化铅 ) ( 硫酸 ) ( 海绵状铅 )
• 能量是物质运动的量 化转换，简称“能” 。
能量的存在形式：
• 机械能（风能、潮汐能） • 内能（地热等） • 电能 • 化学能 • 原子能 • 电磁能
• 宏观物体的机械运动——机械能 • （动能、位能和压力能）； • 分子运动——热能； • 原子运动——化学能； • 带电粒子的定向运动——电能； • 光子运动——光能
2.2.1 机械储能
而且，主要分布在 美国和中国所在的北半 球高纬度60-80度处。
表3 全球各国CO2排放量比较排行
在北京、上海等大城市，空气污染的 60%来自汽车排放
二氧化碳的全球排放量中，中国居第 二
1.2 新能源
新能源 广义上来说，有 别于传统依靠矿 物质原料燃烧的 能源都称之为新
飞轮储能的主要优点有：
• 1)储能密度高：比超导磁储能、超级电容器储能 和一般的蓄电池都要高。以目前的最好的碳素纤 维复合材料来说，这种材料的飞轮转子可以承受 的最大线速度达到 1000m/s 以上，储能密度可达 到 230Wh/kg。
• 2)充放电时间短，且无过充放电问题：飞轮储能 充电只需要几分钟，而不像化学电池需要几个小 时的充电时间。
铅蓄电池内的阳极 (PbO2) 及阴极 (Pb) 浸到电解液 ( 稀硫酸 ) 中，两极 间会产生 2V 的电力。
放电状态，阴阳极及电解液即会发生如下的变化：
( 阳极 ) ( 电解液 ) ( 阴极 ) PbO2 + 2H2SO4 + Pb ---> PbSO4 + 2H2O + PbSO4 ( 放电反应 ) ( 过氧化铅 ) ( 硫酸 ) ( 海绵状铅 )
• 能量是物质运动的量 化转换，简称“能” 。
能量的存在形式：
• 机械能（风能、潮汐能） • 内能（地热等） • 电能 • 化学能 • 原子能 • 电磁能
• 宏观物体的机械运动——机械能 • （动能、位能和压力能）； • 分子运动——热能； • 原子运动——化学能； • 带电粒子的定向运动——电能； • 光子运动——光能
2.2.1 机械储能
《锂离子电池》课件
安全性能与环境影响
安全性能
锂离子电池的安全性能是其应用领域的重要考量因素。由于锂离子电池内部存在 可燃物质，不当使用或过充过放可能导致电池起火或爆炸。因此，提高锂离子电 池的安全性能是技术发展的重要方向。
环境影响
锂离子电池在使用和处理过程中可能对环境产生一定影响。主要包括废旧电池处 理问题、电解液泄漏和重金属元素释放等。因此，发展环保型的锂离子电池技术 也是当前的重要研究方向。
能量密度与功率密度
能量密度
锂离子电池的能量密度是指单位体积或质量所存储的电能，是衡量电池储能能 力的重要指标。提高能量密度是锂离子电池技术发展的重要方向。
功率密度
锂离子电池的功率密度是指单位体积或质量所输出的电能，是衡量电池快速充 放电能力的重要指标。提高功率密度有助于提升电动汽车等设备的加速性能和 响应速度。
为锂离子电池产业提供更广阔的发展空间。
06
锂离子电池的挑战与解决 方案
锂离子电池的安全问题与解决方案
总结词
锂离子电池的安全问题是当前面临的重要挑 战，包括过热、过充、短路等情况下的安全 隐患。
详细描述
为了解决锂离子电池的安全问题，需要采取 一系列措施，如改进电池设计、提高电池管 理系统智能化水平、加强生产工艺控制等。 此外，研发新型安全材料也是重要的研究方
工作原理
锂离子电池通过锂离子在正负极之间的迁移实现电能的储存和释放。充电时，锂离子从正极脱出，通过电解液和 隔膜迁移到负极并嵌入；放电时，锂离子从负极脱出，通过电解液和隔膜迁移到正极并嵌入，同时电子通过外电 路传递形成电流。
锂离子电池的种类
01
02
03
根据正极材料
钴酸锂、磷酸铁锂、三元 材料等。
根据用途
储能系统用锂离子电池及其管理系统资料
机 械 储 能 电 磁 储 能
铅酸电池
kW~50MW
5kW~100MW
分钟~小时
1~20小时 数小时 分钟~小时
电 化 学 储 能
液流电池
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
钠硫电池 锂电池
100kW-100MW kW－MW
电能质量、备用电源、调峰 填谷、能量管理、可再生储 能、EPS
电能质量、备用电源、UPS
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；
• 压缩空气储能
• 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
储能系统
• 铅酸电池储能
• 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
• 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；
储能系统
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
锂离子电池简介
• 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
• 锂离子电池的类型
–钴酸锂 –锰酸锂 –三元 –磷酸铁锂 –钛酸锂
《锂离子电池》课件
隔膜
隔膜
要求
位于正负极之间，起到隔离正负极并允许 锂离子通过的作用。
隔膜需具有足够的机械强度、化学稳定性 好、孔径合适等特点。
功能
发展趋势
隔膜的性能对电池的安全性、内阻和循环 寿命具有重要影响。
开发新型隔膜材料以提高电池性能和安全 性是未来的研究方向。
03
锂离子电池的充放电性 能
充放电曲线
充放电曲线
容量与能量密度的影响因素
分析影响锂离子电池容量和能量密度的因素，如电极材料 、电解质等。
04
锂离子电池的安全性能 与维护
锂离子电池的安全问题
过充
当电池充电过度时，正极材料会 释放出氧气，通过电解液与负极 发生反应，导致电池内部温度和 压力升高，可能引发燃烧或爆炸
。
过放
过度放电会导致负极过渡金属锂 形成锂枝晶，刺穿隔膜，造成电 池短路，可能引发燃烧或爆炸。
温度过高
在高温环境下，锂离子电池内部 的化学反应速率会增加，可能导 致电池内部温度升高，引发燃烧
或爆炸。
锂离子电池的安全防护措施
01
02
03
安装保护电路
保护电路可以防止电池过 充和过放，避免电池内部 温度和压力升高。
使用安全材料
选用安全系数高的正负极 材料、电解液和隔膜等材 料，提高电池的安全性能 。
控制使用温度
避免在高温环境下使用锂 离子电池，可以降低电池 内部温度升高的风险。
锂离子电池的保养与维护
定期检查
定期检查电池的外观、电 压和电流等参数，及时发 现和处理问题。
控制充电次数
避免频繁充电和放电，按 照厂家推荐的充电次数进 行充电。
储存环境
锂离子电池应存放在干燥 、阴凉、通风良好的地方 ，避免阳光直射和高温环 境。
《储能系统电池》课件
电池循环寿命
电池循环寿命 是指电池在规 定的充放电条 件下，电池容 量下降到某一 规定值时所经 历的充放电次
数
电池循环寿命 是衡量电池性 能的重要指标
之一
提高电池循环 寿命的方法包 括：优化电池 材料、改进电 池结构、优化 电池管理系统
等
电池循环寿命 的长短直接影 响到储能系统 的经济性和可
靠性
04
市场需求：随着电动汽车、智能电网等应用的普及，储能 系统电池市场需求将持续增长
国际竞争：国际市场竞争激烈，需要加强技术创新和品牌 建设，提高竞争力。
05
储能系统电池的未来展望
新型储能系统电池技术的研发方向
提高能量密度：通过材料创新和结构优化，提 高电池的能量密度，降低重量和体积
提高环境友好性：通过使用环保材料和工艺， 提高电池的环境友好性，降低对环境的影响
高
韩国市场： 政策支持力 度大，市场 需求稳定， 技术水平较
高
储能系统电池市场的发展趋势与挑战
发展趋势：随着可再生能源的普及，储能系统电池市场将 迎来快速增长
挑战：电池成本高、技术瓶颈、市场竞争激烈等问题
政策支持：政府对储能系统的支持政策将推动市场发展
技术创新：电池技术的创新将降低成本，提高性能，推动 市场发展
提高循环寿命：通过改进电池材料和工艺，提 高电池的循环寿命，降低成本
提高智能性：通过引入智能控制和监测技术， 提高电池的智能性，实现电池的自我诊断和 维护
提高安全性：通过改进电池设计和制造工艺， 提高电池的安全性，降低火灾和爆炸风险
提高经济性：通过降低制造成本和优化系统设 计，提高电池的经济性，降低储能系统的成本。
澳大利亚：AGL公司建 设的储能系统，用于电网 调峰和应急备用
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• 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；
• 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
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
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
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
• 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
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
手持设备(RS232)
• 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
• 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
– 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
• 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
–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
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
– 物理储能
• 抽水储能 • ຫໍສະໝຸດ 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。