不同放电功率下的储能用磷酸铁锂电池热失控特性实验研究

以某款52 Ah储能用方形磷酸铁锂电池单体为对象,采用400 W的外部热源、20.8~166.4 W(1~8 h)的恒功率放电以匹配电池工作状态下的热滥用条件,测量电池热失控过程中的表面温度和电压,记录热失控实验现象和关键时间点,对比研究不同放电功率对热滥用诱发热失控进程的影响。结果表明,放电操作会加速热失控的进程,且放电功率越大,热失控越早发生,从不放电到166.4 W恒功率放电,安全阀打开时间缩短了23.4%,热失控触发时间缩短了5.6%;与此同时,四组放电工况由于放出部分能量,最终热失控的严重程度有所降低,放电工况下的热失控最高温度和最大温升速率比不放电工况最高分别下降了9.0%和53.3%;另外,放电操作会造成热失控过程中电压更大的波动,后续电压下降的时间窗口前移至开阀时间附近,这将更有利于利用电压变化对热失控进行预警。总体而言,放电操作在加速热失控进程的同时,降低了热失控最终的严重程度。本工作可对电化学储能电站的日常安全运营和电池管理系统设计提供参考。

高温固相修复再生磷酸铁锂正极材料研究进展

磷酸铁锂电池作为广泛应用的锂离子电池之一,其关键电极材料的高效回收循环利用在资源、环境、经济等方面具有重要的战略意义。高温固相修复技术能够实现磷酸铁锂正极材料短流程、低成本、高效率、绿色环保的循环利用,获得了广泛的关注和研究。针对高温固相修复再生磷酸铁锂正极材料,介绍了此类材料的电化学性能失效机理,从锂补充、缺陷修复和强化锂的迁移等方面对磷酸铁锂正极材料的修复机理进行了分析;阐述了焙烧温度、保温时间、补锂量等修复再生工艺参数对高温固相法修复磷酸铁锂正极材料的影响;分析了表面包覆和离子掺杂对提升磷酸铁锂正极材料电化学性能的影响和机理;并对高温固相修复法修复磷酸铁锂正极材料的可控制备、杂质控制和材料改性等方面的未来前景进行了展望。

废旧磷酸铁锂电池集流体分离与正极材料再生

通过优化NaOH碱溶条件高效去除集流体黏结剂,保留完整铝箔;利用固相法再生LiFePO 4。当NaOH为0.8 mol/L、固液比20 mL/g、40℃反应10 min,正极材料的分离率达到99.78%,超声1 min后铝箔回收率为76%,解决了碱溶条件下铝箔回收的繁琐问题。球磨转速500 r、球磨5 h,补充10%高纯LiFePO 4的方式固相再生,再生LiFePO 4的最高放电比容量为新材料的94.75%,60次循环测试后为初始放电比容量的88.62%。

添加分散剂和造孔剂制备高密度磷酸铁锂正极

磷酸铁锂锂离子电池能量密度的提升,可促进其进一步应用。研究高面密度磷酸铁锂极片制备工艺,解决活性材料分布不均匀、孔隙率低和极化大等问题。在磷酸铁锂浆料中,加入的分散剂和造孔剂质量分数分别为0.6%和0.3%,极片压实密度为2.36 g/cm~3时,制成电芯的直流内阻最小(0.86 mΩ,50%SOC)。1.00 C倍率下恒流比和能量效率分别为98.87%和91.85%;以1.00 C倍率在2.50~3.65 V循环1 000次后,容量保持率为93.12%。

电化学储能电站用磷酸铁锂电池电性能及电极材料理化性能分析

为优化储能电站电池充、放电运行维护策略,对储能电站用磷酸铁锂电池在恒功率P、2P、4P下进行充、放电性能试验,拆解后对电极材料进行扫描电镜形貌测试、X射线衍射测试、电感耦合等离子光谱测试。结果表明,随着充、放电功率增大,电池完成充、放电循环时间变短,内阻变大,电池有效充、放电容量变小;4P功率下电池正极的磷酸铁锂颗粒有明显的裂纹,负极表面的Fe、P、S等元素质量分数偏高;循环充、放电到一定次数后,电池开始老化,出现FePO4相;大功率充、放电使负极材料中锂元素质量分数升高,正极锂元素质量分数与功率呈反比关系,加速电池的老化。储能电站实际运维中,对电池宜采用低功率的充、放电策略,可有效提高电池使用寿命及安全可靠性。

磷酸铁锂锂离子电池电芯注液量相关试验验证与探讨

通过详细的理论计算,推导出LFP/230 Ah锂离子电池电芯孔隙率和极限饱和吸液量,并且通过试验设计进行验证。通过调整LFP/230 Ah锂离子电池电芯的一次注液量与不同高温下的静置时间来验证随后高温负压化成后电芯各项电性能参数受到的影响。测试及验证结果表明:随着一次注液后高温静置时间的延长,LFP/230 Ah锂离子电池电芯中游离态电解液量逐渐减少,而且在24 h后基本达到稳定状态;一次注液后随着高温静置时间的延长,电芯在化成过程中的温度逐渐降低,而且化成结束后的开路电压越来越高,分容容量有升高趋势,DCR有降低趋势,电芯满充后黑斑析锂位置点的数量减少,而且黑斑面积也逐渐缩小,但在SoC为0.6%下的K值筛选没有受到显著影响。

锂离子电池与超级电容器复合的低温起动性能

铅酸电池低温下大电流放电能力显著减弱,不能快速可靠地起动车辆。测试磷酸铁锂锂离子电池组及其与超级电容器并联的复合电源的低温放电性能。超级电容器的低温大电流放电性能可对锂离子电池组的放电电流进行补偿,降低放电倍率。复合电源在-40℃下以180 A放电时,超级电容器放电电流最高为127 A,大大降低了锂离子电池组的放电倍率,放电电压提升34.9%。复合电源的低温大电流放电性能,可保障车辆的低温起动。

低温磷酸铁锂电池用全醚高熵电解液的设计研究

磷酸铁锂材料在常温下展现出优异的循环稳定性和能量密度,但低温性能受到了其低离子电导率和缓慢动力学的严重限制。本文利用具有不同溶剂化能力的醚类溶剂设计了一种新型的全醚高熵电解液,以提高磷酸铁锂电池在低温条件下的电化学性能。实验结果表明,该策略可有效提高电解液在低温环境下的离子导电率和改善动力学稳定性,从而提高磷酸铁锂电池的低温放电容量和循环寿命。在低温(-20℃)环境下,本工作所设计的电解液展现出了出色的充放电稳定性。经过150次循环测试后,其容量保持率高达99.7%,且在低温下仍可保持室温容量的81.1%,并具有效性和普适性。这一新的策略提升了磷酸铁锂电池的低温性能和应用范围。

基于区域直线距离的锂离子电池健康状态评估

在原始充电曲线中引入区域电压和区域直线距离的概念,并提出基于区域直线距离的电池S_(OH)(健康状态)评估方法,采用实验室条件下NCA(镍钴铝)电池单体和LFP(磷酸铁锂)电池模组在1/2C倍率下的充电电压数据以及一座20 kW/100 kW·h储能电站的电池运行数据,来建立基于区域直线距离的电池S_(OH)评估模型,对比了基于区域直线距离L_(AB)的方法和IC(增量容量)峰高法,并考察了不同采样频率和区域电压下L_(AB)-S_(OH)模型的效果。结果表明:S_(OH)与L_(AB)呈线性正相关,线性拟合优度可达到0.96以上,L_(AB)-S_(OH)模型的S_(OH)评估准确性均优于IC峰高法。区域直线距离作为健康因子提高了低采样频率下电池S_(OH)评估的准确性,这为工程上储能电池的S_(OH)在线评估提供了可能性。

分布式电源(DPS)机房的高压细水雾灭火试验研究

随着网络技术的快速发展,越来越多的数据机房采用分布式电源(DPS)机房。而由于DPS机房内存在磷酸铁锂电池,导致DPS机房火灾特点区别于传统以电缆为主的数据机房火灾,因此应对DPS机房磷酸铁锂电池火灾展开试验研究。重点试验研究了DPS机房磷酸铁锂过充火灾下的探测系统报警及高压细水雾系统灭火效果、可燃气体浓度研究,并对比了高压细水雾系统不同布置方式下的灭火效果,给出了探测系统设计意见,从而为工程项目应用提供技术支撑。

储能电站在水泥工厂中的应用探究

对于水泥工厂而言,储能电站具有降低能源成本、稳定电能供应、平衡用电负荷、优化电能利用等突出特点,不仅提升了工厂用电的稳定性和可靠性,而且还可以服务于电网的调峰及调频。因此,本文以储能电站为切入点,以某水泥工厂储能电站为例,将储能电站的项目背景、工程方案、运行模式、投资模式、效益以及建设成效进行深入探究,以期为本行业和类似行业提供参考和启示。

磷酸铁锂电池在高速铁路信号领域的应用方案研究

为满足高速铁路信号中继站电源系统的安全性、可靠性、可用性要求,通过调查国内高速铁路信号电源系统的供电原理、容量配置,以及铅酸电池组出现的问题,对磷酸铁锂电池与铅酸电池的性能差异进行分析,根据磷酸铁锂电池在国内各行业的应用情况,提出一种新型磷酸铁锂电池UPS电源系统设计方案。通过综合分析信号中继站内UPS的工作原理、UPS系统及蓄电池组的容量配置,构建一套具有高安全性的一体化锂电池UPS电源系统,电池模块采用高安全性设计,具备更加完善的故障保护及监测功能,在满足后备时间要求的同时,节约机房面积,保障铁路信号电源系统运行安全,以期为后续磷酸铁锂电池在高速铁路信号领域中应用提供参考。

考虑储能电池运行寿命的风电功率波动平抑方法研究

储能应用于风电功率波动平抑时,存在有效平抑波动功率与减小储能电池负担难以协调的问题,导致风电功率波动平抑效果不佳或储能电池负担增大。针对以上问题,提出了一种改进的自适应滑动平均滤波算法,在满足1min和10min双时间尺度的风电并网功率波动率标准下,对风电功率进行自适应分解,不仅获得了满足风电并网标准的并网功率参考值,还减小了需要储能电池平抑的波动功率,然后采用双磷酸铁锂电池来平抑波动功率,同时考虑荷电状态(state of charge,SOC)反馈,通过检测储能电池SOC的值,判断其是否达到充电上限或放电下限,以此防止过充过放电对储能电池运行寿命的影响,运用雨流计数法寿命评估模型对储能电池运行寿命进行评估。算例表明,所提算法能够根据风电功率波动率的大小在线实时调节滑动窗口的大小,实现风电功率的分解,从而有效地平抑了风电功率波动,并且降低了储能电池的负担,延长了其使用寿命。

RTG用高功率磷酸铁锂电池SOC分析

磷酸铁锂电池SOC估算的一般方法是电流线性积分加端电压矫正测算,由于电池组应用于RTG后,其运行工况区间受到限制,传统的电流线性积分加端电压矫正测算易发生测试错误,导致电池组各支路间SOC不平衡故障。通过对电流线性积分、端电压矫正模型的优化和引入电池静置模型,神经网络算法实现了对高功率磷酸铁锂电池SOC的精确估算,将高功率磷酸铁锂电池成功应用于RTG混合动力改造中。

电化学阻抗谱识别不同化学体系退役动力锂离子电池

退役动力锂离子电池梯次利用可充分提高动力电池的经济性,然而目前动力电池标识信息混乱、电池荷电状态差异和工作电压重叠均导致无法直接或依据开路电压准确分辨磷酸铁锂动力电池与镍钴锰三元动力电池。为此,基于动力锂离子电池的结构和等效电路,建立了容量与动力电池界面电容、反应电阻、韦伯阻抗和液相电阻的对应关系,通过分析动力电池容量对电化学阻抗实部和虚部的影响探讨了利用阻抗法快速识别退役动力锂离子电池化学体系的可能性。结果表明电化学阻抗实部与虚部的比值与电池容量无关,据此可利用该比值随频率的变化差异快速识别不同化学体系的动力锂离子电池,从而避免依据充放电判断电池化学体系的低效率。此外,软包装磷酸铁锂和镍钴锰三元电池的测试结果也表明10 Ah、12.5 Ah和50 Ah的磷酸铁锂电池阻抗虚部与实部比值随交流信号频率的变化基本相同,但与镍钴锰三元电池明显不同,初步验证了该方法的有效性。

基于超级电容辅能的电动微耕机复合电源系统研究与试验

锂电池组为单一动力源的电动微耕机在丘陵山地复杂多变的作业工况中,锂电池频繁瞬时大电流波动放电,严重影响锂电池的能效及寿命,本文将超级电容应用在电动微耕机上构成复合电源,并对该复合电源的参数匹配及能量分配策略进行了研究.结合电动微耕机实际作业情况,设计了逻辑门限控制策略,控制系统以主控芯片STM32F103为核心,使用C语言编程,对单一锂电池电源和复合电源两种工作模式下磷酸铁锂电池的工作电流、功率、温度、容量衰退速率等进行了试验与分析.田间试验表明,在一定土壤条件下,复合电源工作模式与单一锂电池电源相比,针对电机不同转速和不同地块,磷酸铁锂电池电流平均波动范围分别缩减14.37,13.07,14.3,15.23,13.77A,平均峰值功率分别下降43.6%,75.2%,77.4%,76.4%,60.3%.由于超出阈值的部分大电流由超级电容补充,磷酸铁锂电池输出电流变平缓,使磷酸铁锂电池组免受突变大电流的冲击;复合电源中磷酸铁锂电池组平均温升相较于单一电源锂电池组分别下降0.13,1.48,1.67,2.26,3.45℃;在试验作业时间内,复合电源中磷酸铁锂电池组平均容量衰退速率分别下降2.1%,9.1%,9.7%,9.2%,4.4%,在长期频繁使用情况下,复合电源系统微耕机的经济性和安全性要高于单一锂电池系统.该研究可为复合电源在农机装备上应用提供理论基础和技术参考.

采样点卡尔曼滤波算法的调频磷酸铁锂电池SOC估算

针对目前应用于电力系统调峰调频最广泛的磷酸铁锂电池,采用采样点卡尔曼滤波算法对电池荷电状态SOC(StateofCharge)进行估算,再通过Matlab/Simulink平台进行估算模型的搭建,在几种充放电状态下进行了验证,仿真结果表明:利用采样点卡尔曼滤波算法的估算模型,其估算误差在研究的充放电状态下都在1%以内,可为储能电池的安全经济运行管理提供理论估算依据。

高功率磷酸铁锂电池老化筛选工艺研究

高功率锂离子电池广泛应用于电动工具、启停电源等领域,是锂离子电池领域重要的研究方向。高功率电池具有自放电率高、放电倍率大的特点,内阻与自放电率的不一致在高功率电池组中会被放大,为了避免不良品高功率电池影响电源系统性能,需要准确高效地识别单体电池自放电、内阻等异常。研究了不同老化与筛选制度对电池筛选的准确性以及对电池性能的影响,并提出了充分老化后进行大倍率放电再进行自放电筛选的方案。

从电解液看磷酸铁锂动力锂离子电池失效

为进一步研究磷酸铁锂(LiFePO_(4))动力锂离子电池失效原因,从电解液角度出发,以电动汽车退役的方形LiFePO_(4)/石墨动力电池为研究对象,研究4种容量保持率(100%、80%、70%和60%)的LiFePO_(4)电池的衰退特性,采用SEM、电化学阻抗(EIS)、气相色谱(GC)和电感耦合等离子(ICP)等技术分析电池极片厚度、极片形貌、阻抗、电解液剩余量及组分特性。随着电池容量保持率的降低,电池极片增厚、电极活性物质脱落、正极活性物质LiFePO_(4)分解、铁溶解沉积、电解液与电极发生副反应在界面形成高阻抗正极固体电解质相界面(CEI)或负极固体电解质相界面(SEI)膜、电解液分解消耗、电解液组分及电解液体系的改变、电解液副反应产物的生成,这些因素的协同作用,使得电池正负极电极界面间阻抗增大,活性Li^(+)含量降低,造成电池正负极片和电解液失效,最终导致电池循环寿命衰减和失效。

预制舱式磷酸铁锂电池储能电站能耗计算研究

[目的]基于站内能量损耗来源和设备属性详细分类,提出了预制舱式磷酸铁锂电池储能电站能耗计算方法。[方法]从储能电站的角度论述了预制舱式磷酸铁锂电池储能电站能耗计算中需考虑的主要因素,进而将储能电站的能耗分为2个部分,即储能系统自身的损耗和辅助设备运行的损耗,并分别给出了每部分能耗的计算方法及效率值的选取方法。[结果]通过实际算例,分析了配置规模为2 MW/2 MWh的储能电池预制舱在典型运行方式下的全天运行能耗,并与现场试验结果进行了对比,从储能电池产热和空调传导热能的角度分析了现场试验结果和理论分析的差别,对储能电站的能耗统计提出了建议。[结论]研究提出的能耗计算方法较全面地论述了影响预制舱式磷酸铁锂电池储能电站能耗指标的主要因素,依据设备属性详细分类给出了主要设备的能耗计算方法,具有较好的工程参考价值。