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天气骤冷,磷酸铁锂电池储能在低温环境下的运行特性

作者:禾木 来源:中国化学与物理电源行业协会储能应用分会产业政策研究中心 发布时间:2022-11-28 浏览:

中国储能网讯:北风起,大雪飞,天气骤冷,随着寒潮的来临,磷酸铁锂电池储能在低温环境下的运行特性引发普遍关注。


特别是在我国西北部,内蒙、青海等部分地区气温将降到-20℃以下,随着漫长严寒的冬季的到来,部分地区极端最低温度可达-40℃左右,对磷酸铁锂电池储能电站的运行条件提出严苛的考验。

西北地区由于丰富的风光资源和广阔的土地,是新型电力系统新能源建设的主战场,特别是国家推动在沙漠、戈壁、荒漠地区建设大型风光基地,西北地区也是主要的建设场所,通过配套建设磷酸铁锂电池储能或共享储能电站是提升电网调节性能力的主要方式之一。

磷酸铁锂电池作为当前最广泛使用的电化学储能电池类型,市场占比超过90%。磷酸铁锂电池最佳运行环境温度在25℃左右,低温性能差是磷酸铁锂电池储能电站的主要缺点,在低温时磷酸铁锂电池主要表现出电解质黏度增大,电解质结晶,离子电导率下降,负极脱嵌锂困难,负极表面析锂,锂离子在正负极之间迁移速率变慢,内阻增大等特征。

以某品牌磷酸铁锂电池为例,其允许运行环境温度在-30~55℃左右,需要注意的是,此温度区间主要指其安全运行温度,并非电池的最佳性能运行温度,在0.25P的充放电功率下,0℃时可放电能量在80%左右,-10℃时可放电能量在65%左右,而在-20℃时可放电能量仅在50%左右,随着运行环境温度的下降,其可放电能量急剧下降。

更为重要的是,磷酸铁锂电池若长期储存或运行在极端低温环境下,可能会造成不可逆的永久损伤,造成巨大的安全风险和经济损失。

可以看出,磷酸铁锂电池运行在0℃以下的温度下,无论是电动汽车还是储能电站,电池的性能均受到严重影响,应当采取措施改善电池的运行环境温度。

针对磷酸铁锂电池的低温问题,通过舱体采取保温隔热材料、配置空调或液冷机组、合理设计风道或液冷管路等措施维持储能系统的运行环境温度至关重要,一般维持运行环境温度在15-25℃左右。

目前,磷酸铁锂电池储能设备以预制舱集成户外布置为主,以常规风冷热管理方式为例,配置工业空调维护电池舱环境温度,同时根据热仿真实验进行电池舱的风道设计,保障电池簇温度以及温度均衡,并保证电池的一致性。此外,在环境温度过低时,空调常常面临启动困难等问题,一般可通过配置电加热器来辅助抬升舱内温度。

随着液冷热管理方式的逐步普及,环境温度过低时,乙二醇水溶液经液冷板加热电池维持储能系统运行温度也是主要方式,目前主流厂家液冷设备的允许最低环境温度在-25~-30℃左右,在更低的环境温度下液冷系统的适应性和经济性也需进一步研究。

行业也通过研究正负极和电解质材料缓解电池的低温性能差的固有属性,例如通过研发低温电解质、正极材料掺杂少量元素、负极材料表面处理或包覆等手段提升其低温性能。

目前,内蒙、青海、冀北等风光资源富集地新能源普遍配置磷酸铁锂电池储能满足新能源并网需要,多个项目也已并网投运,改善磷酸铁锂电池固有性能和研究温度管理技术对保证西北严寒地区储能系统的安全高效运行至关重要。

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关键字:磷酸铁锂电池

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