储能系统中电池成组技术及应用现状

王宇曦，潘均英，胥王斌，翟立强

（深圳昱泽新能源有限公司，广东深圳 518000）

随着我国经济的不断发展，对电能的需求量也在逐渐增多，锂电池储能在电力系统输发配用中的作用正逐渐凸显。综合性储能系统拥有许多的优质特性，例如，科学技术性、市场营销规模、操作手段多样性等，电池储能在规模化保存储藏科技中拥有良好的运用前景，国家电网、南方电网等先后建造了兆瓦级电池蓄能发电工厂示范性项目工程，部分能量储存公司也搭建了千瓦到兆瓦级的电池储能系统。然而电池成组之后，发生了显著的性能降低和安全问题，变成了北兆级电池储能系统应用推广的短板。

1 锂电池储能成组技术

锂电池的快速发展，依赖于新型能源材料开发及综合技术的进步。目前力神公司采用的锂电池经过多年的技术积累，成功掌握了lifeposh4的特性，并采用具有自主知识产权的正极和负极材料，生产到目前为止，无一安全失效事故。功率型锂电池采用正极磷酸铁锂材料。该材料具有比容量高，循环性能好，性能稳定，材料一致性好等材料，从而从原材料角度保证了电池的性能。

电池外壳采用铝材质，与钢壳电池相比更加安全和减轻重量，提升了电池能量密度。铝壳电池表面自然生产的致密的氧化物保护膜，使得电池壳使用年限更长，且耐腐蚀。

2 电池组块功效的干扰原因

由于电池连接方式的限制以及集成技术的约束，相对于单个电池，电池组的能量、功率等主要参数均达不到单个电池的水平。电池组非常容易发生单个电池的过度充电、过电流和超温状况，并有显著的容量衰减。电池组使用寿命比单独电池减少了好几倍甚至十倍以上，单个锂电池可以循环系统大约2 500次，然而在成组后，即使性能较好的电池组使用次数也只有1 250次左右。

组成电池组的每一个电池在最初的性能上均存有一些差距。举例来说，在电池使用的过程中，由于充电与放电的完整过程、自身放电情况，导致容量大小不同的单个电池的不一致性趋于恶化。容积小的存在大电流过度充电、过度放电的问题，而容量大的电池存在小电流浅充浅放，时间一长，一部分电池因长期充电不足而钝化，另一部分电池长期性过多充放电而受到损伤，最终影响到了电池组的运行寿命。

图1 单电池

3 锂电池储能电池选型

锂电池储能电池在能量密度、功率密度、响应速度和储能系统容量规模等方面均具有不同的表现，同时电力系统也对储能系统的各种应用提出了不同的技术要求。因而必须兼顾各方面需求，选择合适的锂电池储能电池应用于电力系统中。电化学储能规模目前在不断扩大中，并且各种电化学储能均具有北兆级电站运行，在世界各地得到了广泛的应用，也是本工程的首选。国内电化学储能厂商较多，市场供应量充足。

就电化学储能的能量密度，充放电效率、储能损耗、循环次数、循环效率等方面分析，对于各种电化学储能，铅酸电池成本低，技术成熟，但是寿命短，充放电次数低。钠硫电池目前还处于试运行阶段，国内几乎没有工程运行实例。而锂电池能量密度大、可快速充放电，使用寿命长，没有环境污染。考虑到以上因素，综合考虑本工程的实际情况，绝定采用锂电池。

对于锂电池，目前使用较为广泛的是磷酸铁锂电池，生产磷酸铁锂的电池厂家较多，供货量充足，技术也较为成熟。磷酸铁锂电池不同的容量，其标称电压和工作电压范围大致相同，最大充电倍率和最大放电倍率存在不同，电池容量越小，电芯尺寸越小；同样，电池容量越大，重量能量密度和体积能量密度越大。目前磷酸铁锂电池制造工艺较为成熟，综合考虑，并结合建设单位意见，目前项目中普遍选择磷酸铁锂电池作为储能应用。为了保证储能电站安全可靠、高效、长寿命运行，选用的储能逆变器主要充分考虑以下原则：响应速度快、调节速率快、调节精度高、双向调节能力要强、转换效率高。在品牌方面，要选用国内外知名品牌逆变器。在认证方面，需要有权威机构颁发的认证。在效率方面，要选用高效储能逆变器，最大效率高达98.5%及以上（无隔离变）。在寿命方面，需要满足5年的设计使用寿命。充放电转换时间＜100 ms。

4 储能系统中电池成组技术相关政策分析

储能系统中电池成组技术在当下已经得到良好的发展，但我国早在2005年便已经增加对储能系统中电池成组技术的投入度并关注技术的发展动态，同时按照储能产业的战略目标进行谋划。在此前提下编写《可再生能源发展指导目录》，其中主要是对地下热能储存系统、锂电池储能电池等技术进行分类整理。在几年的发展中，储能系统中电池成组技术得到了良好的发展，使储能行业迅猛发展，储能系统中电池成组技术也随着社会发展需求得到各方的重视。而在同年储能系统中电池成组技术首次出现在法案中，对电网企业应用储能系统中电池成组技术智能电网给出了相关政策，在相关法律保障措施出现后，为技术在市场中大范围传播奠定基石。

2021年储能系统中电池成组技术更是成为发展议题，并列入《十二五战略发展》计划中，为进一步推动储能系统中电池成组技术发展，在同年推出很多文件，如《可再生能源十二五规划》以及电力需求侧管理方面的文件，在法律保障体系逐渐完善的背景下，为储能系统中电池成组技术向新的阶段发展提供了道路。在“十三五”规划期间，储能系统中电池成组技术经过一段时间的积淀已经相对成熟且进入新的领域，向智能电网与轨道交通方向渗透，而国家也在“十三五”规划期间出台了促进储能系统中电池成组技术新产业发展的政策文件以及其他相关文件，由此使储能系统中电池成组技术得到大范围应用。在此期间优化储能结构使储能系统中电池成组技术逐渐向商业化阶段过渡，在提高储能系统中电池成组技术应用效果同时，还可以带来良好的经济效益与社会效益，将储能系统中电池成组技术与互联网相互结合，进一步提高储能系统中电池成组技术应用的便捷性。

2021年是“十四五”规划的开局之年，在“十四五”时期需要巩固以往的工作成果，还必须结合当下发展时期，快速发现关于促进储能系统中电池成组技术与产业发展指导意见文件内容存在的不合时宜之处，需要快速推出修订版。考虑到我国储能系统中电池成组技术在2018年进入商业化模式后已经改变了生产模式，朝着大规模生产的方向推进，为此必须结合超级电容锂电池、光伏电池等载体，使储能系统中电池成组技术可以在智能电网轨道交通与其他领域中得到良好的应用，根据各领域的需求不断地扩大自身应用范围。在2020年初，国家能源局便根据储能系统中电池成组技术进行的发展形态，要进一步保证储能标准化可以可靠、安全地推进，因此出台各类政策，希望可以使储能系统中电池成组技术标准化生产，而在此期间也出现很多新兴的储能系统中电池成组技术，在相应管控下使新兴技术可以得到标准化应用。国家能源局、国家发改委与教育部在2020年联合印发了与储能系统中电池成组技术相关的专业学科发展行动计划。鼓励储能新技术的研发，在相应行动计划出台后，及时解决了储能系统中电池成组技术在发展中遇到的瓶颈问题，使我国储能系统中电池成组技术相应产业也可以在时下乃至未来的一段时间快速发展。随着储能系统中电池成组技术的优化升级，提高技术的应用效果，进一步满足了各领域的储能系统中电池成组技术的需求。

锂电池与储能系统中电池成组技术关联密切，因为其具备使用周期长，能量密度高的特征，所以在储能领域中受到多方的瞩目。锂电池可以应用在军工供电、备用电源，智慧电源、光伏发电、轨道交通等储能容器中，锂电池与储能系统中电池成组技术属于相互配合的关系，在双方协调发展下满足各个领域对能源的使用需求。

目前，我国市场对锂电池的应用可以分为钛酸锂、磷酸铁锂与三元体系等主流类型，在储能系统中电池成组技术应用中已合理地将锂电池应用在光伏储能、电动汽车储能、不间断应急储能电源与便携式设备中。随着我国储能系统中电池成组技术的发展，锂电池的出货量也随之增高。在2019年调查阳光能源、比亚迪等企业出货锂电池的数量，发现已超过1 000 MWh。

5 储能系统中电池成组技术应用分析

目前随着储能系统中电池成组技术的高速发展，各领域的储能工作的需求，储能系统也不断调整。储能可以划分为化学储能、电化学储能、热储能、电气储能与机械储能5个类别，其中电化学储能在近几年的市场份额占比较大。通过数据进行调查，截至2019年，我国投入使用的电化学储能已经超过1.9 GW，按照掌握的数据到2020年底，投入市场使用的电化学储能可达到10 GW，在其后的一段时间中，电化学储能规模将会出现数量级暴涨的情况。

锂电池储能在电化学储能中占据较重要的位置，基本占领电化学市场超过2/3的份额。锂电池储能可以为电动汽车实现长时间续航提供保障，还可以解决传统风电储能与光伏储能间歇式问题。在用户侧储能领域因为锂电池的出现，使储能工作可以应用在家庭储能、电储充电站、备用电源等场所。

按照十四五规划的发展要求，以及储能系统中电池成组技术当下发展情形，对技术未来发展进行预判，锂电池将会在储能产业规模化生产的背景下迎来新的发展阶段，并朝着标准化、智能化的方向发展。

目前，能源局为了进一步提高储能系统中电池成组技术发展的平稳性，已经着手建设储能标准体系，要求各部门参与相关工作，健全储能标准化技术组织，按照工作要求打造标准储能工作机制，为我国储能与国际接轨奠定基础。另一方面，锂电池储能会在当下乃至未来的一段时间，按照能源局的改革号召，相关领域朝着电网与充电设备互动的方向进行研究，希望可以让充电、储能、用电连接在一起，实现智能一体化建设目标，打造互联网体系，使用电具备智能化特性，还会在将来的一段时间中考虑到交通以及其他领域对能源的需求，积极地推进锂电池智能一体化建设。

6 结束语

融合现阶段中国技术现况，现阶段储能系统中电池组技术运用的可行方向是以技术方面积极推动精品工程的示范性运作，为电池储能系统的进一步技术发展趋势和基础理论推进给予充足的测试数据信息和服务平台使用。将来需主要提升的技术包含：加速大空间单个电池的开发设计、简单化电池控制模块的串行通信并行处理连接、控制模块规范化运用，灵活地电池归类多余维护和高效率地控制模块均衡操纵。现阶段电池一致性差别和稳定性情况鉴别较低的限定，数据分析科学研究在各种各样应用场景和运用情况下电池组常见故障方式和使用寿命、电池组剩余寿命预测以外，电池储能系统的大量集成化运用离不了储能系统中电池成组技术电池储能转化器、智能管理系统在中间的融洽。因而，变流器和电池配对技术、高效率的控制方法也是储能系统电池组运用的关键。