电化学储能器件恒流与恒功率充放电特性比较

王 超，郭继鹏,，钟国彬，徐凯琪，苏 伟，项宏发



电化学储能器件恒流与恒功率充放电特性比较

王 超1，郭继鹏1,2，钟国彬1，徐凯琪1，苏 伟1，项宏发2

（1广东电网有限责任公司电力科学研究院，广东广州 510080；2合肥工业大学材料科学与工程学院，安徽合肥 230009）

电化学储能系统的并网应用往往要求电池等储能器件以恒功率充放电方式运行，这与其在生产、试验过程中常用的恒流充放电方式存在差异。为掌握不同类型的电化学储能器件在恒功率与恒流充放电模式下的运行特性差异，本工作选取商用超级电容器、阀控式铅酸蓄电池和磷酸铁锂电池进行了不同倍率下的恒流和恒功率充放电测试，并对其充放电曲线、容量、能量、效率等性能参数进行分析比较，结果发现3种储能器件表现出不同的特性。超级电容器倍率性能优越，能量效率高，两种模式下性能大致相同，功率条件下能量效率较高，在特定倍率下达到峰值；铅酸蓄电池倍率性能较差，能量效率相对较低，应尽量避免其超过6 h率大电流/功率充放电，实际应用过程中需对其功率条件下的相关参数进行校准；磷酸铁锂电池兼具能量密度高和倍率性能好的优点，两种模式下性能相近，表现出良好的综合性能。

电化学储能；恒流充放电；恒功率充放电；超级电容器；铅酸蓄电池；磷酸铁锂电池

储能技术是未来能源结构和电力生产消费方式变革的战略性支撑技术，不仅可以解决可再生能源发电的间歇性和随机波动性问题，缓解高峰负荷供电，提高现有电网设备利用率和电网运行效率，还可以用来应对电网突发性故障，实现优质、安全、可靠供电[1-2]。相对于机械储能、电磁储能和储冷储热等技术，电化学储能技术配置灵活性高、响应速度快，不受地理等外部条件限制，易于实现大规模应用和批量化生产，能够满足电力系统的复杂需求[3-4]。

电化学储能是通过化学能和电能的相互转换以存储能量的技术。电化学储能器件的类型繁多，且不同类型的器件呈现不同的能量与功率特性，为大规模储能应用提供了多样化选择。目前常见的电化学储能器件主要有锂离子电池、铅酸电池、钠硫电池、全钒液流电池和超级电容器等[5]。

储能电站在电力系统实际应用中需要接受功率充放电的调度指令[6]，要求储能器件采用kW、MW和kW·h、MW·h等作为功率和能量度量来衡量器件性能，常用的安时容量难以与电网实际应用相匹配。因此，目前广泛采用的恒流恒压充电-恒流放电测试方法并不符合储能器件在电网中的实际运行工况，该测试模式下所得到的容量、能量、能量效率、寿命等性能参数，并不能反映功率运行工况下的实际性能，沿用常规的安时容量将对储能电站的设计、试验、运行造成混乱，不利于电化学储能在电力系统中的工程实践和推广应用。因此，掌握电化学储能器件在功率运行条件下的特性具有重要意义。

目前对电化学储能系统的功率运行工况研究，一部分侧重于针对削峰填谷等应用的电池储能系统优化策略研究或含储能系统等功率负载的系统行为分析[6-7]；另一部分则是侧重于铅酸蓄电池、液流电池等某一种电化学储能器件的自身特性分析，功率条件测试只是作为单方面的测试结果[8-9]。因此，当前的研究一方面缺乏各类电化学储能器件功率运行条件下的行为特点，尤其是与传统恒流恒压测试条件下的性能差异研究，另一方面缺少不同类型电化学储能器件在功率运行条件下的横向对比。

在前期工作的基础上[10]，本文选取超级电容器、阀控式铅酸蓄电池和磷酸铁锂电池3种典型电化学储能器件作为研究对象，分别采用恒流恒压和恒功率充放电方法进行测试，通过分析比较充放电曲线、容量、能量、效率等关键参数，系统地研究了不同类型电化学储能器件在功率测试和传统恒流恒压测试条件下的性能特点及差异，探究了功率测试方法对各类储能器件性能的影响，总结出可量化的指标对比，为电化学储能技术的研究和应用提供了参考和建议。

1 电化学储能器件测试

1.1 测试对象：

本文选取了超级电容器、阀控式铅酸蓄电池（后简称铅酸蓄电池）和磷酸铁锂电池作为测试对象，其基本参数如表1所示。

表1 测试对象基本参数表

①10小时率标称容量

1.2 测试过程

1.2.1 参数定义

为方便不同倍率下的恒流和恒功率充放电测试性能比较，要求3种储能器件在两种测试模式下充放电时间尽可能一致，相关充放电电流和功率定义如下。

（1）Sn：超级电容器分钟率充电、分钟率放电电流，单位为A。Sn=R´（R-min）/60，其中R为超级电容器的标称容量（F），R为额定电压，min为放电截止电压。

（2）Sn：超级电容器分钟率充电、分钟率放电功率，单位为W。Sn=R´（R2-min2）/120，其中，R为超级电容器的标称容量（F），R为额定电压，min为放电截止电压。

（3）Pn：铅酸蓄电池小时率充电、小时率放电电流，单位为A。Pn的值由厂家提供。

（4）Pn：铅酸蓄电池小时率充电、小时率放电功率，单位为W。Pn的值由厂家提供。

（5）Ln：磷酸铁锂电池小时率充电、小时率放电电流，单位为A。Ln=R/，其中R为磷酸铁锂电池的标称容量（A·h）。

（6）Ln：磷酸铁锂电池小时率充电、小时率放电功率，单位为W。Ln=R´R/，其中，R为磷酸铁锂电池的标称容量（A·h），R为额定电压。

根据以上定义，具体测试参数如表2所示。

1.2.2 测试仪器

使用电池测试系统（美国Arbin，测量范围0～5 V，±100 A，测试精度：±0.05%FS）对超级电容器、磷酸铁锂电池进行充放电测试，测试过程中保持环境温度为（25±5）℃。

使用电池测试系统（拜特NBT，测量范围0～5 V，±150 A，测试精度：±0.1%FD+0.1%RD）对阀控式铅酸蓄电池进行充放电测试，测试过程中保持环境温度为（25±5）℃。

表2 超级电容器、铅酸蓄电池和磷酸铁锂电池测试参数表

a 因不同倍率下铅酸电池极化程度差异而选用不同放电截止电压

1.2.3 恒流充放电测试

恒流充放电测试的步骤为：①以S5（P10、L10）电流放电至厂家规定的放电截止电压；②静置30 min；③以Sn（Pn、Ln）电流恒流充电至厂家规定的充电截止电压；④以厂家规定的充电截止电压恒压充电至相应的截止电流（超级电容器为恒压5 min）；⑤静置30 min；⑥以Sn（Pn、Ln）电流恒流放电至厂家规定的放电截止电压；⑦静置30 min；⑧重复步骤③～⑧5次。

记录每次循环过程中的充电容量（A·h）、放电容量（A·h）、充电能量（W·h）、放电能量（W·h）、充电时间（min/h）、放电时间（min/h）、库仑效率（%）和能量效率（%）。改变值，使逐步减小重复上述测试，得到不同小时（分钟）率电流充放电条件下的性能参数，不同倍率条件下的性能参数选用该倍率下5次测试的平均值计算得到。

1.2.4 恒功率充放电测试

恒功率充放电测试的步骤为：①以S5（P10、L10）电流放电至厂家规定的放电截止电压；②静置30 min；③以Sn（Pn、Ln）功率恒功率充电至厂家规定的充电截止电压；④静置30 min；⑤以Sn（Pn、Ln）功率恒功率放电至厂家规定的放电截止电压；⑥静置30min；⑦重复步骤③～⑥5次。

记录每次循环过程中的充电容量（A·h）、放电容量（A·h）、充电能量（W·h）、放电能量（W·h）、充电时间（min/h）、放电时间（min/h）、库仑效率（%）和能量效率（%）。改变值，使逐步减小，重复上述测试，得到不同小时（分钟）率功率充放电条件下的性能参数，不同倍率条件下的性能参数选用该倍率下5次测试的平均值计算得到。

2 实验结果与讨论

2.1 超级电容器

超级电容器在不同倍率下进行恒流恒压充电-恒流放电和恒功率充放电测试相应结果如图1所示。两种测试条件下的充放电容量（A·h）如图1(a)所示，随着倍率的增加，超级电容器的充电容量逐渐减小，但是放电容量却先略有增大而后减小。从图1(d)的库仑效率曲线可以发现，超级电容器的库仑效率随倍率增大而增大，且倍率越小其库仑效率下降越快，这可能是由于小倍率条件下，部分电极孔隙存储的电荷未能完全可逆释放，造成放电容量偏低。从曲线中可以看出，相较于恒流充放电模式，恒功率模式下充放电容量衰减相对较大，恒流充放电模式下的放电容量由S5电流时的1.15 A·h减小到S1电流时的1.12 A·h，容量保持率为97.39%；恒功率模式下，超级电容器的放电容量由S5功率时的1.13 A·h下降到S1功率时的1.08 A·h，容量保持率为95.57%。

（a）

（d）

图1 不同倍率下的（a）充放电容量图；（b）充放电曲线图；（c）充放电能量图；（d）效率图

Fig.1 (a) Charging and discharging capacity curve; (b) capacity-voltage curve; (c) charging and discharging energy curve; (d) average coulombic efficiencies and energy efficiencies, at different rates for supercapacitors

超级电容器在不同倍率下进行恒流恒压充电-恒流放电和恒功率充放电测得的电压（V）-容量（A·h）关系曲线如图1(b)所示。两种模式下的充放电曲线基本一致，其容量与电压呈线性变化关系，这与超级电容器的双电层储能机制相符，说明功率充放电条件并不会对超级电容器的储能机制造成影响，其容量-电压仍呈线性变化关系。

超级电容器在不同倍率下两种模式测得的充放电能量（W·h）如图1(c)所示。与图1(a)类似，超级电容器的充电能量同样随着倍率的增加逐渐减小，恒流模式下的充电能量下降平缓，而恒功率模式下充电能量衰减相对较大。这是由于恒功率充电过程中并没有进行恒压补电来消除极化的影响，大功率下并没有达到满充状态。与放电容量曲线类似，放电能量变化也呈现出先增大后减小的变化规律，分别在S4时达到峰值2.33 W·h以及S4时达到峰值2.29 W·h。恒流充放电模式下的放电能量由S5电流时的2.32 W·h减小到S1电流时的2.25 W·h，容量保持率为96.98%；恒功率模式下，超级电容器的放电容量由S5功率时的2.25 W·h下降到S1功率时的2.16 W·h，容量保持率为96%。

对于储能器件而言，其能量效率是需考虑的重要参数。如图1(d)所示，恒流与恒功率两种模式下超级电容器能量效率显现出先增大后减小的变化趋势，两者分别在S2.5、S3.5和S2.5、S3.5之间某一值时达到最大，亦即在充（放）电时间3 min左右其能量效率最高。以恒流充放电为例，影响超级电容器能量效率的因素主要有以下两方面：超级电容器内阻引发的焦耳热和库仑效率[11]。充放电过程中产生的能量损耗大部分又以焦耳热的形式耗散掉，并导致器件温度升高。测试过程中在紧靠正极端子处放置热电偶实时监控超级电容器的温度，发现 在部分时间段其温度超过60 ℃，远高于室温环 境25 ℃。

根据图1(d)，随着倍率的增大，库仑效率增大，而充放电时间变短，故而在合适的充放电时间下能量效率达到最高。从图1(d)还可以看出，在相同的倍率（放电时间相近）下，两种测试模式下的库仑效率基本相同，但恒功率条件下能量效率略高。

综合以上分析，超级电容器具有良好的倍率性能和能量效率（高于93%），适用于快速大功率充放电应用场景。相较于恒流恒压充电-恒流放电，恒功率条件下超级电容器的各项性能变化不大，充放电容量和能量略低（相对下降率5%以内），但能量效率相对较高，对于不同倍率，超级电容器存在某一充放电倍率（3 min左右）使得其能量效率最高。因此，无论何种充放电模式，应综合考虑超级电容器的充放电时间、存储能量和效率等因素, 以期满足用户实际需求并实现超级电容器的最佳配置。同时，超级电容器系统需配备高效合理的散热措施以避免热失控引起的安全问题。

2.2 阀控式铅酸蓄电池

阀控式铅酸蓄电池在不同倍率下进行恒流恒压充电-恒流放电和恒功率充放电测试结果如图2所示。从图2(a)可以看出，随着电流的增加，两种模式下铅酸蓄电池的充、放电容量均逐渐减小。恒流充放电条件下，实际充放电时间与预计时间相当，当电流大于P6时，容量下降趋势明显加剧，表现为两条斜率不同的直线。P1电流时的放电容量为186.29 A·h，仅为P10电流时放电容量的65.16%，这说明铅酸蓄电池倍率性能较差，不适宜大倍率充放电。而对于恒功率充放电情形，实际充放电时间与预计时间相差较大，P8功率下电池充放电时间仅为6.3 h，误差率高达23%。随着功率的增加，放电容量由P10功率时的251.54 A·h逐渐减小到P1功率时的104.74 A·h，容量保持率仅为41.68%；同时，功率测试条件下的电池容量亦在P6功率时出现拐点，随后下降趋势加剧。相较于恒流充放电条件，恒功率条件下的容量下降更为明显，同倍率条件下最大下降率超过40%。

从图2(b)所示的电压-容量曲线不难发现，随着充、放电倍率的增大，充电电压平台升高，放电电压平台降低，同倍率下的充放电曲线之间的交点逐渐左移，这也说明电池的性能受极化的影响十分严重。而对比相同条件的恒流恒压测试条件，恒功率条件下充电电压平台变化不大，但放电电压平台下降较多，这说明恒功率条件下电池极化更为严重。这是由于恒功率充电时并未进行恒压补电，倍率越大极化越严重的现象并未得到缓解，充电结束后的电池并未达到满充状态，因此容量下降加剧。

（a）

铅酸蓄电池两种测试条件下不同倍率充放电能量曲线如图2(c)所示。与容量曲线类似，随着倍率的增加，蓄电池充、放电能量逐渐减小，P1电流下的放电能量为349.59 W·h，仅为P10电流下放电能量的62.21%，略低于容量保持率；P1功率时的放电能量为193.45 W·h，仅是P10功率时放电能量的39.31%，恒功率条件下同倍率能量下降率也超过40%（1 h时率时）。两种模式下充放电能量均在6 h时率处出现拐点，随后衰减加剧。能量是电压、电流对时间的积分[12]，即电压与实际容量的积分，图2(b)中充放电曲线与两坐标轴（电压、容量）围成的面积即代表充放电能量。尽管充电电压平台受极化的影响随着充放电倍率的增大而升高，但充电容量衰减更大；而放电时的电压平台和容量同时降低，因此放电能量也降低。

与超级电容器不同，如图2(d)所示，铅酸蓄电池恒流与恒功率两种模式下的库仑效率和能量效率值差异不大，且均随倍率的增大而减小，恒功率条件下能量效率略高。

综合以上分析，铅酸蓄电池可以具备较高的能量，但倍率性能不好，能量效率相对较低（小于90%），应尽量避免其大电流/功率充放电，且充放电时间应不低于6 h。相较于恒流恒压充电-恒流放电，厂家提供的小时率充放电功率存在较大偏差（误差率超过50%），且恒功率条件下铅酸蓄电池充放电容量和能量下降较大（下降率都超过40%），实际应用过程中需对其功率条件下的容量、能量和充放电时间进行校准。

2.3 磷酸铁锂电池

磷酸铁锂电池两种模式下不同倍率充放电测试结果如图3所示。根据图3(a)的容量曲线，恒流模式下随着充放电电流的增大，电池实际充放电容量均逐渐变小但变化幅度相对较小，L1电流时的放电容量为63.92 A·h，放电容量保持率高达99.20%，说明该电池具有良好的倍率性能。恒功率模式下电池的实际充放电容量也随功率的增加而逐渐减小，且倍率越大，容量衰减越快。1 h率放电容量为59.81 A·h，放电容量保持率为92.93%，较恒流模式为低。同时，当充放电倍率低于5 h率时，恒功率条件下电池容量较高，而高于5 h率时则恒流条件下电池容量较高。

从图3(b)所示的容量-电压曲线可以看出，在低倍率条件下，磷酸铁锂电池两种模式容量-电压曲线接近，且充放电电压平台变化不大，但在高倍率条件下，恒流-恒压模式的恒压时间明显加长，且充电电压平台明显升高，放电电压平台明显降低。因此，在高倍率条件下，磷酸铁锂电池极化加剧，恒功率模式下因缺少恒压补电过程，导致容量下降较快。

磷酸铁锂电池两种模式下不同倍率的充放电能量曲线如图3(c)所示。恒流模式下电池充电能量与放电能量变化规律相反，随着充放电电流的增大，充电能量逐渐增大而放电能量逐渐减小，放电能量由L10电流时的207.06 W·h减小到L1电流时的199.36 W·h，能量保持率为96.28%。与容量曲线类似，当充放电倍率低于5 h率时，恒功率条件下电池存储能量较多，而高于5 h率时则恒流条件下电池存储能量较多。根据前面讨论，能量是电压与实际容量的积分。随着充放电倍率的增大，充电电压平台升高，而放电电压平台降低[图3(b)]。而容量变化较小（容量保持率为99.20%），因此充电能量和放电能量的变化趋势主要受电压平台变化的影响。尽管大倍率下的充电能量较高，但实际存储的容量反而较低，更多的能量以热量的形式被消耗掉，因而倍率越高能量效率越低[图3(d)]。恒功率模式下，与恒流模式有所不同，随着充放电功率的增大，电池充、放电能量均逐渐减小，放电能量由L10功率时的208.33 W·h减小到L1功率时的187.97 W·h，能量保持率为90.23%。这是由于恒功率充电模式下，电池的容量倍率性能较差，虽然受极化的影响电池的充电电压平台升高，放电电压平台降低，但是在容量变化较大的情况下，充电能量和放电能量的变化趋势主要受容量变化的影响。图3(d)给出了两种模式下的库仑效率和能量效率，可以看出两种模式下磷酸铁锂电池能量效率值差别不大，均随着倍率的增大而下降，在高倍率条件下（低于3 h）该趋势加剧。

图3 不同倍率下的（a）充放电容量图；（b）充放电曲线图；（c）充放电能量图；（d）效率图

综合以上分析，磷酸铁锂电池兼具能量密度高和倍率性能好的优点，能量效率也相对较高（大于90%），能够满足大电流/功率充放电应用场景，但高倍率条件下（低于3 h）能量效率下降加剧。相较于恒流恒压充电-恒流放电，厂家提供的小时率充放电功率偏差较小（误差率3%），小倍率条件下二者各项性能差异不大；但在高倍率条件下（低于3 h），磷酸铁锂电池在功率条件下充放电容量和能量会有所下降，但保持率均高于90%。

2.4 小 结

综合2.1～2.3节测试结果，超级电容器、阀控式铅酸蓄电池和磷酸铁锂电池3种典型电化学储能器件在恒流恒压充电-恒流放电和恒功率充放电两种测试模式下的测试性能比较如表3所示。超级电容器倍率性能优越，其在恒流和恒功率两种模式下运行状态大致相同，随着倍率的增大，充放电容量和能量均逐渐减小，库仑效率逐渐增大，能量效率则先增大后减小，在特定倍率下达到峰值，恒功率条件下充放电容量和能量略低于恒流条件，但能量效率略高。铅酸蓄电池倍率性能不好，能量效率相对较低，恒流和恒功率两种模式下充放电容量、能量、库仑效率和能量效率均随倍率的增大而减小，且充放电容量和能量差异较大，厂家提供的小时率充放电功率存在较大偏差。磷酸铁锂电池在两种模式下的放电容量、能量和效率都随倍率的增大而缓慢下降，但变化幅度较小，表现出良好的倍率性能。

表3 超级电容器、铅酸蓄电池和磷酸铁锂电池综合性能表

3 结 论

电化学储能技术配置灵活性高、响应速度快、限制因素少，是未来电网的重要组成部分。掌握电化学储能器件在实际应用工况下的功能特性对储能技术的推广应用尤为重要，这就要求采用电力系统更常用的功率模式来替代传统的恒流恒压模式来衡量储能器件性能。

本文通过对超级电容器、阀控式铅酸蓄电池和磷酸铁锂电池3种典型电化学储能器件进行不同倍率的恒流和恒功率充、放电测试，探讨了储能器件在两种模式下的工作特性及性能差异。超级电容器倍率性能优越（能量保持率>95%），能量效率高（>93%），两种模式下性能相近，容量、能量、充放电时间误差均在4%以内。随着倍率的增大，充放电容量和能量均逐渐减小，能量效率则先增后减，在特定倍率下达到峰值，建议选择合适的功率以保证各项性能的权衡。铅酸蓄电池倍率性能较差（能量保持率<65%），能量效率相对较低（<90%），恒功率条件下性能下降严重，同倍率下容量、能量下降超过40%，厂家提供的小时率充放电功率存在较大偏差（大倍率下>50%），实际应用一方面需对其功率条件下的容量、能量和充放电时间进行校准，另一方面需避免6 h率以上大功率充放电。磷酸铁锂电池兼具能量密度高、倍率性能好、能量效率高（>91%）的优点，两种模式下的放电容量、能量和效率都随倍率增大而缓慢下降（保持率>90%），两种模式下容量、能量等关键性能差异均在6%以内，表现出良好的综合性能。

[1] 王松岑, 来小康, 程时杰. 大规模储能技术在电力系统中的应用前景分析[J]. 电力系统自动化, 2013, 37(1): 3-8.

WANG Songcen, LAI Xiaokang, CHENG Shijie. Analysis on application prospect of large scale energy storage technology in power system[J]. Automation of Electric Power Systems, 2013, 37(1): 3-8.

[2] 张文亮, 丘明, 来小康, 等. 储能技术在电力系统中的应用[J]. 电网技术, 2008, 32(7): 1-9.

ZHANG Wenliang, QIU Ming, LAI Xiaokang, et al. Application of energy storage technologies in power grids[J]. Power System Technology, 2008, 32(7): 1-9.

[3] EYER J M. Energy storage for the electricity grid: Benefits and market potential assessment guide: A study for the DOE energy storage systems program[J]. Geburtshilfe Und Frauenheilkunde, 2010, 45(5): 322-325.

[4] 刘世念, 苏伟, 魏增福. 化学储能技术在电力系统中的应用效果评价分析[J]. 可再生能源, 2013, 31(1): 105-108.

LIU Shinian, SU Wei, WEI Zengfu. Application effect evaluation of the chemical energy storage battery in electric power system[J]. Renewable Energy Resources, 2013, 31(1): 105-108.

[5] 赖犁, 张宇. 用于电力储能的蓄电池适用性综合评价[J]. 电力与能源, 2012, 33(1): 68-71.

LAI Li, ZHANG Yu. Comprehensive evaluation of battery energy storage system[J]. Power and Energy, 2012, 33(1): 68-71.

[6] 陈满, 陆志刚, 刘怡, 等. 电池储能系统恒功率削峰填谷优化策略研究[J]. 电网技术, 2012, 9: 232-237.

CHEN Man, LU Zhigang, LIU Yi, et al. Research on optimal peak load shifting strategy of battery energy storage system operated in constant power mode[J]. Power System Technology, 2012, 9: 232-237.

[7] 韦李军, 黄萌, 孙建军, 等. 带恒功率负载的光伏-储能混合发电系统非线性行为分析[J]. 电工技术学报, 2017, 32(7): 128-137.

WEI Lijun, HUANG Meng, SUN Jianjun, et al. Nonlinear analysis of photovoltaic battery hybrid power system with constant power loads[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2017, 32(7): 128-137.

[8] 张植茂, 王丽斋, 郝国兴, 等. 高功率VRLA电池放电和浮充性能研究[J]. 蓄电池, 2017, 54(2): 101-104.

ZHANG Zhimao, WANG Lizhai, HAO Guoxing, et al. Study on the discharging and float charging performances of high power VRLA batteries[J]. Chinese LABAT Man, 2017, 54(2): 101-104.

[9] 刘纳, 李爱魁. 全钒液流电池电堆的均一性[J]. 化工进展, 2017, 36(2): 519-524.

LIU Na, LI Aikui. Research on uniformity of vanadium redox-flow battery[J]. Chemical Industry and Engineering Progress, 2017, 36(2): 519-524.

[10] 郭继鹏, 钟国彬, 徐凯琪, 等. 磷酸铁锂电池恒流和恒功率测试特性比较[J]. 蓄电池, 2017, 54(2): 109-115.

GUO Jipeng, ZHONG Guobin, XU Kaiqi, et al. The characteristics of LiFePO4batteries by comparison constant power test with constant current test[J]. Chinese LABAT Man, 2017, 54(2): 109-115.

[11] 张浩波, 李云松. 超级电容器储能和充电效率随电流变化规律探讨[J]. 西南师范大学学报(自然科学版), 2016, 41(3): 18-24.

ZHANG Haobo, LI Yunsong. Discussion on the change law of energy storage and charging efficiency of supercapacitor with current[J]. Journal of Southwest China Normal University (Science Edition), 2016, 41(3): 18-24.

[12] 高红, 吕丰, 魏学哲, 等. 锂离子电池能量效率的研究[J]. 电源技术, 2013, 12: 2132-2134.

GAO Hong, LV Feng, WEI Xuezhe, et al. Research of Li-ion battery’s energy efficiency[J]. Chinese Journal of Power Sources, 2013, 12: 2132-2134.

Comparisons on the characteristics of electrochemical energy storage devices with the constant current testing and constant power testing

WANG Chao1, GUO Jipeng1,2, ZHONG Guobin1, XU Kaiqi1, SU Wei1, XIANG Hongfa2

(1Electric Power Research Institute of Guangdong Power Grid Co., Ltd., Guangzhou 510080, Guangdong, China;2School of Materials Science and Engineering, Hefei University of Technology, Hefei 230009, Anhui, China)

When electrochemical energy storage systems are applied on-grid, the energy storage devices need to work under constant power(CP) conditions, which is different from the usual constant current(CC) testing methods. In order to know the performance of different kinds of energy storage devices under CP and CC testing conditions, commercial Supercapacitors, Valve Regulated Sealed Lead-acid Batteries(VRLA) and LiFePO4batteries(LFP) were measured under CC and CP conditions at different rates respectively, with parameters such as voltage-capacity curves, capacity, energy and efficiency analyzed. It is found that the three kinds of energy storage devices revealed quite different performances. Supercapacitors exhibit excellent rate performance and high energy efficiency. There is no obvious difference between the CC and CP modes, while the energy efficiency is higher under the CP condition, which can reach its maximum at a certain rate. VRLA shows a poor rate performance and lower energy efficiency. Large current/power higher than 6 h-rate should be avoided for practical application, and the relevant parameters under power-based conditions need to be checked for correction. LFP battery has high energy density and outstanding rate performance, with quite similar performance under CC and CP conditions, exhibiting an excellent comprehensive property.

electrochemical energy storage; constant current charging and discharging; constant power charging and discharging; supercapacitor; lead-acid battery; LiFePO4battery

10.12028/j.issn.2095-4239.2017.0132

TQ 028.8

A

2095-4239（2017）06-1313-08

2017-08-01；

2017-08-24。

国家重点研发计划项目（2016YFB0901600），中国南方电网有限责任公司科技项目（GDKJXM00000039，GDKJXM20160000）。

王超（1988—），男，工程师，研究方向为化学储能技术及其在电力系统中的应用，E-mail：wangchaomly@163.com。