電池儲能：將成為電力行業(yè)的下一個突破性技術(shù)

2017-09-29 15:10:56 倫敦牛津資本　點(diǎn)擊量：評論 (0)

電池已經(jīng)有百年的發(fā)展歷程，因?yàn)槠涑杀镜土⒓夹g(shù)成熟、維護(hù)方便的特點(diǎn)，一直備受人們喜愛。當(dāng)前通信電源中應(yīng)用最廣泛的就是儲能電池，但最讓人們頭疼的是其循環(huán)壽命短這個大問題。即使是循環(huán)性能相對好的鉛電池，在電網(wǎng)質(zhì)量差的區(qū)域，頻繁深循環(huán)使用，僅能維持1年的壽命。此外，鉛電池的壽命極大地依賴其工作溫度，當(dāng)溫度增加時，加速極板的腐蝕和失水，電池壽命也隨著變短。

更為重要的是環(huán)保問題。“鉛電池污染主要出現(xiàn)在鉛蓄電池的制造和回收過程中及熔化和回收過程容易產(chǎn)生污染。”中國儲能電池材料研發(fā)專家李曉春稱。事實(shí)上，對于儲能電池行業(yè)來說，比生產(chǎn)環(huán)節(jié)更有可能造成污染的是回收環(huán)節(jié)。

因此，對其能效進(jìn)行技術(shù)性的改革已成為新時代儲能領(lǐng)域迫在眉睫的問題。針對于此，鋰電池逐漸走入人們的視野，其綜合成本又不會增加太多的儲能，更能夠完全取代傳統(tǒng)鉛電池，已成為當(dāng)下各國儲能行業(yè)不可或缺的必需品。

鋰離子電池并不是最近幾年才出現(xiàn)的，它在手機(jī)領(lǐng)域的商用歷史已經(jīng)超過了20年，但鋰電池在通信站點(diǎn)作為后備電源卻是不折不扣的新軍。現(xiàn)階段，通信后備電源領(lǐng)域使用的鋰電池多數(shù)是普通鋰電池，少部分是優(yōu)化、更新后的新型鋰電池。

從環(huán)保方面考慮，鋰電池有著天然的優(yōu)勢。鋰電池所使用的材料里不含有污染性金屬，例如鎘、鋰、汞之類的有害重金屬物質(zhì)，鋰電池在生產(chǎn)及使用過程中沒有污染物產(chǎn)生，保障了人體的健康，廢電池回收過程中不會帶來水源和土壤的污染。

尤其像是經(jīng)過李曉春改良傳統(tǒng)電池材料之后研發(fā)的新型磷酸鐵鋰電池，這種新型電池更加適應(yīng)較為極端惡劣的發(fā)電環(huán)境，，即便低溫環(huán)境也可以使用，更增強(qiáng)了電池的穩(wěn)定性，使其使用壽命大大得到了延長。

而從電性能方面考慮，李曉春研發(fā)的新型磷酸鐵鋰電池也全面超越傳統(tǒng)鉛電池。鋰電池的循環(huán)壽命、高溫特性、充放電倍率性能和能量密度都很優(yōu)秀，遠(yuǎn)優(yōu)于鋰電池。如，相同容量的鉛電池和體積與重量是鉛電池的二分之一到三分之一新型磷酸鐵鋰電池，后者可以任意連接擺放，對建筑空間、承重等都沒有特殊要求，大大降低了場地租用成本。另外，新型磷酸鐵鋰電池優(yōu)秀的高溫特性，可以減少基站的空調(diào)配置與耗電。哪怕被盜后，回收價(jià)值不大。另外，李曉春更是針對于這個問題開發(fā)了——電池儲能智能管理系統(tǒng)，由于有電池智能管理系統(tǒng)存在，使其無法被直接使用，降低了后備電源的被盜風(fēng)險(xiǎn)。

電網(wǎng)差區(qū)域作為循環(huán)用備電，利用其循環(huán)壽命長優(yōu)勢。鋰電池的特點(diǎn)是浮充壽命長，循環(huán)壽命短，簡而言之就是越少使用越好。但許多國家和地區(qū)的電網(wǎng)環(huán)境不好，每天停電時間超過2小時，頻繁的循環(huán)使用會導(dǎo)致鋰電池壽命迅速下降，而具有高循環(huán)壽命的鋰電池就適合在此類環(huán)境使用。

應(yīng)用于壁掛式電源和抱桿式電源，突出其能量密度高的特性。鋰電池有占地多、重量大、對承重要求高的缺點(diǎn)，越來越難滿足小空間場景的要求。而鋰電池的能量密度是鋰電池的2～4倍，特別適合在上述環(huán)境中使用。

在短時間備電的UPS或通信電源中使用，發(fā)揮其放電倍率好的特點(diǎn)。某些使用油機(jī)應(yīng)急供電的場景，需要UPS或通信電源的后備電源有5～10分鐘的備電時間，以便備份數(shù)據(jù)和切換到油機(jī)應(yīng)急供電，這種情況下只需要電池在5～10分鐘內(nèi)保證一定的輸出功率。鋰電池在10分鐘內(nèi)即可輸出額定容量的90%以上，而鋰電池在10分鐘內(nèi)最多放出額定容量的30%，鋰電池可以配置比鋰電池少得多的容量即可滿足短時備電的要求，節(jié)省空間和成本。

通信儲能用鋰電池需要配合優(yōu)秀的電池管理系統(tǒng)，才能真正安全和穩(wěn)定的使用。鋰電池的理論特性決定了其對過充、過放比較敏感，由于發(fā)展時間尚短，業(yè)界對其一致性、穩(wěn)定性、大規(guī)模串并聯(lián)、溫度控制等問題的研究還不深入，因此需聚焦于電池管理系統(tǒng)的研發(fā)，才能更有效更安全地使用鋰電池。

“一般的電池管理系統(tǒng)只能保證鋰電池組的基本安全，好的電池管理系統(tǒng)能夠延長鋰電池組的使用壽命，發(fā)現(xiàn)安全和性能的隱患，減少故障率。”李曉春表示。而她的科研專利成果——以磷酸鐵鋰為正極材料的鋰離子儲能電池，形成不斷電系統(tǒng)UPS，配合太陽能電池作為儲能設(shè)備。同時鋰離子儲能電池安全性極高，不含任何對人體有害的重金屬元素。新型材料還打破了磷酸鐵鋰電池的溫度限制，大大加強(qiáng)了鋰離子儲能電池的耐低溫性能，使其可以在秋冬低溫季節(jié)正常使用。她更設(shè)計(jì)出具有核心競爭力的電池管理系統(tǒng)，已經(jīng)在很多通信產(chǎn)品中得到了應(yīng)用。

這種新型電池在我國偏遠(yuǎn)、貧瘠地區(qū)的應(yīng)用是一個很好的案例。在我國南方偏遠(yuǎn)區(qū)，部分區(qū)域的電網(wǎng)非常不穩(wěn)定，每天停電非常頻繁，且停電時間很長。而傳統(tǒng)電池在這種區(qū)域使用，不僅因頻繁循環(huán)使用而壽命提前中止，而且每次市電恢復(fù)后，電池常常還未充滿就又需要放電，導(dǎo)致電池很快就沒電，需要啟動油機(jī)發(fā)電。李曉春表示，“但隨著新技術(shù)提供了以鋰電池作為后備的磷酸鐵鋰電池電源的供電解決方案。通過電池管理系統(tǒng)靈活調(diào)整電池的充電電流，使鋰電池后備電源可以在市電恢復(fù)后及時充滿，保證備電時間;通過電池SOH檢測和故障預(yù)警功能及時發(fā)現(xiàn)和定位故障電池，降低宕站風(fēng)險(xiǎn);通過電池休眠功能提高鋰電池的循環(huán)壽命，大大減少了油機(jī)的使用頻率。

以磷酸鐵鋰電池為基礎(chǔ)的后備電源，可以廣泛應(yīng)用于室內(nèi)和盲區(qū)覆蓋、二、三類市電區(qū)域、短時備電等對電源重量、體積、循環(huán)壽命、倍率要求較高的場景。在大數(shù)據(jù)時代，共享站、中心機(jī)房擴(kuò)容等空間有限的場景也逐漸需要鋰電池后備電源參與。未來，伴隨著儲能鋰電池實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，成本不斷下降，鋰電池將會在通信后備電源領(lǐng)域扮演越來越重要的角色。

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