磷酸铁锂电池在微电网储能系统中的应用

1 概述 

微电网是一组负荷和微能源的集合，正常情况下运行在联网模式，紧急等情况下能够独立运行。在这两种模式下，作为微电网系统一个重要单元，高性能的储能系统能够把多余的能量储存起来，当需要的时候送给负荷，充分利用各种能源，对整个微电网起到了至关重要的作用，磷酸铁锂电池以其优越的性能应用到微电网当中，可以显著提高微电网系统的整体性能及各种能源利用率。 

2 微电网的功能及特性 

微电网是区别于传统电网的一种电网形式。随着世界各国对微电网研究的不断深入，对其定义的表述虽然不尽相同，但其目的却大同小异，如提高电力系统安全性、保证供电的可靠性、改善电能质量、提高各种能源的利用率。基于这些功能需求，要求微电网在能连接到电网并网运行的同时，也可以从电网中切除出来独立运行，这样就大大提高了电网的供电可靠性及电力系统的安全性。对电网而言，微电网不仅可以吸取电网能量，还可以根据电网运行状态来快速切换自身的状态，来选择是切断与电网的连接，还是吸收电网的能量补充自身需要；对电力使用者而言，微电网满足了他们一些特定的需求，如增加供电的可靠性，减少供电距离，进而降低电力输电线路损耗。 

3 储能系统的必要性 

电能存储技术对于实现微电网的基本功能是非常重要的。为什么微电网需要对电能进行存储，主要是因为以下四方面的原因：（1）为了保障供电系统的可靠性；（2）为保证供电能质量；（3）为了提高电能的综合利用效率；（4）为提高各种新能源的并网性能。所以，高性能的储能系统，是微电网实现其自身功能的有力保障。 

3.1 储能系统的种类 

储能技术已经发展了相当长的一段时间，形式也多种多样，除了日常生活中可以经常见到的铅酸蓄电池、锂电池等，还有抽水储能、飞轮储能、超导磁储能、超导电容储能、钒液流电池、钠硫电池、镍氢电池等等。而国际主流电池包括：铅酸蓄电池，锂离子电池，镍氢电池等。飞轮储能、超导磁储能、超导电容储能还处于研究阶段，而没有大规模应用。铅酸电池已经在微电网储能系统中得到一定规模的应用，但是由于其自身特性的制约，一些不足正在慢慢凸现出来。 

3.2 传统蓄能系统特性——铅酸蓄电池 

铅酸蓄电池对环境温度要求比较高：传统储能系统的代表是铅酸蓄电池，铅酸蓄电池对环境温度要求比较高，也就是提高了其使用场合的环境要求。 

铅酸蓄电池对配电房要求高：一个系统的配电设备中，主要都是一些电源设备，而电源设备中电池房的面积及重量也是不容忽视的。 

铅酸蓄电池的高倍率放电性能较差：在微电网的运行模式从连接电网切换到独立运行时，储能系统会在短时间内，流过很大的电流，这就要求储能系统具有高倍率放电的性能，而传统储能系统的铅酸蓄电池此性能 

较差。 

铅酸蓄电池的监控不准确：铅酸蓄电池的监控系大都是根据电压来进行判断，而此方法判断的准确性很有限，导致长时间使用后储能系统中所存储的电能计量会有很大偏差。 

铅酸蓄电池对环境污染大：铅酸蓄电池中因为含有对环境造成污染的铅，所以在对其生产及废品处理不当时，均会造成对环境的严重污染。 

3.3 磷酸铁锂电池在微电网中应用前景 

3.3.1 磷酸铁锂电池电化学原理：磷酸铁锂电池的正极材料是磷酸铁锂（锂的过氧化合物），负极材料是石墨或焦炭，磷酸铁锂电池是锂电池的一种，其得名于磷酸铁锂电池的正极材料。 

3.3.2 磷酸铁锂电池的特性： 

能量密度高：能量密度可以表示出单位体积或者重量中存储能量的多少。而电化学电池的能量密度是指电池的单位体积或质量所能提供给外部负载的电能。在相同重量下，磷酸铁锂电池的能量密度是铅酸蓄电池的3～5倍，也就是说电池额定容量一样的情况下，磷酸铁锂电池就会比铅酸蓄电池轻很多，也相对减少了对支撑物强度的要求。 

使用寿命长：可循环电池的寿命是指电池可以正常充放电的循环次数，铅酸蓄电池的寿命在500次左右，而磷酸铁锂电池寿命可达到1600次，容量还能保持在80%，磷酸铁锂电池的寿命明显优于铅酸蓄电池。 

安全：锂电池的的安全问题一直是阻碍其发展的关键原因，而磷酸铁锂电池完全解决了锂化合物的不稳定因素，钴酸锂和锰酸锂在特定的条件下会产生爆炸，如碰撞等，而磷酸铁锂电池经过精心的设计，并通过了严格的性能测试及安全测试，在剧烈的碰撞、穿透等情况下都不会发生爆炸。 

没有记忆效应：可循环充放电电池长时间充满电而不使用，其容量会相对低于额定容量值，这即为记忆效应。铅酸蓄电池存在着明显的记忆效应，经过测试，磷酸铁锂电池基本上没有记忆效应。 

3.3.3 磷酸铁锂电池的不足。磷酸铁锂电池因为其材料为锂金属以及加工工艺的成熟度不高，导致其成本居高不下，除此之外磷酸铁锂电池的容量还需要进一步改进。磷酸铁锂电池的能量管理系统、电池充放电均衡功能在未完善之前，还不宜在微电网系统中大规模 

应用。 

4 结语 

在燃料电池、钒电池、飞轮储能等技术尚未成熟，传统铅酸蓄电池的缺点也越来越明显之际，磷酸铁锂电池作为目前电化学电池技术的代表，技术已逐渐走向成熟，应用也慢慢的得到普及。国家政策扶持更加快了磷酸铁锂电池的发展。磷酸铁锂电池的价格也会在将来的发展普及中慢慢走低，它将以其优越的性能成为未来储能系统中的主流电池，给微电网储能系统注入新鲜血液，更进一步提升微电网的整体性能。