磷酸鐵鋰電池在微電網儲能系統中的應用

王小可

摘要：在對微電網的研究越來越受到世界各國重視的同時，其重要組成單元儲能系統的研究也得到了一定程度的發展。文章分析了以鉛酸蓄電池為代表的傳統儲能系統以及以磷酸鐵鋰電池為代表的新型儲能系統的特性及各自的優缺點，進而來說明磷酸鐵鋰電池廣闊的市場前景，及其今后在微電網中應用前景。

關鍵詞：磷酸鐵鋰電池；鉛酸蓄電池；微電網；儲能系統

中圖分類號：TM912 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）03-0068-02

1 概述

微電網是一組負荷和微能源的集合，正常情況下運行在聯網模式，緊急等情況下能夠獨立運行。在這兩種模式下，作為微電網系統一個重要單元，高性能的儲能系統能夠把多余的能量儲存起來，當需要的時候送給負荷，充分利用各種能源，對整個微電網起到了至關重要的作用，磷酸鐵鋰電池以其優越的性能應用到微電網當中，可以顯著提高微電網系統的整體性能及各種能源利用率。

2 微電網的功能及特性

微電網是區別于傳統電網的一種電網形式。隨著世界各國對微電網研究的不斷深入，對其定義的表述雖然不盡相同，但其目的卻大同小異，如提高電力系統安全性、保證供電的可靠性、改善電能質量、提高各種能源的利用率。基于這些功能需求，要求微電網在能連接到電網并網運行的同時，也可以從電網中切除出來獨立運行，這樣就大大提高了電網的供電可靠性及電力系統的安全性。對電網而言，微電網不僅可以吸取電網能量，還可以根據電網運行狀態來快速切換自身的狀態，來選擇是切斷與電網的連接，還是吸收電網的能量補充自身需要；對電力使用者而言，微電網滿足了他們一些特定的需求，如增加供電的可靠性，減少供電距離，進而降低電力輸電線路損耗。

3 儲能系統的必要性

電能存儲技術對于實現微電網的基本功能是非常重要的。為什么微電網需要對電能進行存儲，主要是因為以下四方面的原因：（1）為了保障供電系統的可靠性；（2）為保證供電能質量；（3）為了提高電能的綜合利用效率；（4）為提高各種新能源的并網性能。所以，高性能的儲能系統，是微電網實現其自身功能的有力保障。

3.1 儲能系統的種類

儲能技術已經發展了相當長的一段時間，形式也多種多樣，除了日常生活中可以經常見到的鉛酸蓄電池、鋰電池等，還有抽水儲能、飛輪儲能、超導磁儲能、超導電容儲能、釩液流電池、鈉硫電池、鎳氫電池等等。而國際主流電池包括：鉛酸蓄電池，鋰離子電池，鎳氫電池等。飛輪儲能、超導磁儲能、超導電容儲能還處于研究階段，而沒有大規模應用。鉛酸電池已經在微電網儲能系統中得到一定規模的應用，但是由于其自身特性的制約，一些不足正在慢慢凸現出來。

3.2 傳統蓄能系統特性——鉛酸蓄電池

鉛酸蓄電池對環境溫度要求比較高：傳統儲能系統的代表是鉛酸蓄電池，鉛酸蓄電池對環境溫度要求比較高，也就是提高了其使用場合的環境要求。

鉛酸蓄電池對配電房要求高：一個系統的配電設備中，主要都是一些電源設備，而電源設備中電池房的面積及重量也是不容忽視的。

鉛酸蓄電池的高倍率放電性能較差：在微電網的運行模式從連接電網切換到獨立運行時，儲能系統會在短時間內，流過很大的電流，這就要求儲能系統具有高倍率放電的性能，而傳統儲能系統的鉛酸蓄電池此性能

較差。

鉛酸蓄電池的監控不準確：鉛酸蓄電池的監控系大都是根據電壓來進行判斷，而此方法判斷的準確性很有限，導致長時間使用后儲能系統中所存儲的電能計量會有很大偏差。

鉛酸蓄電池對環境污染大：鉛酸蓄電池中因為含有對環境造成污染的鉛，所以在對其生產及廢品處理不當時，均會造成對環境的嚴重污染。

3.3 磷酸鐵鋰電池在微電網中應用前景

3.3.1 磷酸鐵鋰電池電化學原理：磷酸鐵鋰電池的正極材料是磷酸鐵鋰（鋰的過氧化合物），負極材料是石墨或焦炭，磷酸鐵鋰電池是鋰電池的一種，其得名于磷酸鐵鋰電池的正極材料。

3.3.2 磷酸鐵鋰電池的特性：

能量密度高：能量密度可以表示出單位體積或者重量中存儲能量的多少。而電化學電池的能量密度是指電池的單位體積或質量所能提供給外部負載的電能。在相同重量下，磷酸鐵鋰電池的能量密度是鉛酸蓄電池的3～5倍，也就是說電池額定容量一樣的情況下，磷酸鐵鋰電池就會比鉛酸蓄電池輕很多，也相對減少了對支撐物強度的要求。

使用壽命長：可循環電池的壽命是指電池可以正常充放電的循環次數，鉛酸蓄電池的壽命在500次左右，而磷酸鐵鋰電池壽命可達到1600次，容量還能保持在80%，磷酸鐵鋰電池的壽命明顯優于鉛酸蓄電池。

安全：鋰電池的的安全問題一直是阻礙其發展的關鍵原因，而磷酸鐵鋰電池完全解決了鋰化合物的不穩定因素，鈷酸鋰和錳酸鋰在特定的條件下會產生爆炸，如碰撞等，而磷酸鐵鋰電池經過精心的設計，并通過了嚴格的性能測試及安全測試，在劇烈的碰撞、穿透等情況下都不會發生爆炸。

沒有記憶效應：可循環充放電電池長時間充滿電而不使用，其容量會相對低于額定容量值，這即為記憶效應。鉛酸蓄電池存在著明顯的記憶效應，經過測試，磷酸鐵鋰電池基本上沒有記憶效應。

3.3.3 磷酸鐵鋰電池的不足。磷酸鐵鋰電池因為其材料為鋰金屬以及加工工藝的成熟度不高，導致其成本居高不下，除此之外磷酸鐵鋰電池的容量還需要進一步改進。磷酸鐵鋰電池的能量管理系統、電池充放電均衡功能在未完善之前，還不宜在微電網系統中大規模

應用。

4 結語

在燃料電池、釩電池、飛輪儲能等技術尚未成熟，傳統鉛酸蓄電池的缺點也越來越明顯之際，磷酸鐵鋰電池作為目前電化學電池技術的代表，技術已逐漸走向成熟，應用也慢慢的得到普及。國家政策扶持更加快了磷酸鐵鋰電池的發展。磷酸鐵鋰電池的價格也會在將來的發展普及中慢慢走低，它將以其優越的性能成為未來儲能系統中的主流電池，給微電網儲能系統注入新鮮血液，更進一步提升微電網的整體性能。

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