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DNV GL发布2019年电池性能记分卡 关注影响电池退化各种因素

作者:刘伯洵 来源:中国储能网 发布时间:2019-11-07 浏览:次
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中国储能网讯:如今,储能行业的动态消息不时占据新闻头条,例如,纽约州部署规模最大的并网电池储能系统,APS公司的一个储能系统发生火灾,加利福尼州每年发生的森林火灾推动了住宅太阳能+储能项目的部署等。研究机构通过这些新闻可以获得储能行业技术和市场信息,并进行调查和研究。

为了了解电池性能以描述各种储能用例中的财务可行性,认证机构DNV GL公司发布了其2019年电池性能记分卡,主要着眼于影响电池退化的各种因素,重点关注储能项目的融资能力。DNV GL公司在特定电池产品上进行的研究可供最终用户在购买产品获得更多知识和建议(电池的一些术语定义如下图所示)。

DNV GL公司的一个研究小组增加了测试电池产品的数量(16种电池),并增加了测试项目,以包括近500条单独的电池测试曲线。DNV GL的电池产品合格计划(PQP)测试了电池的四种“滥用因素”:平均充电状态(SOC)、平均充电状态(SOC)波动(或窗口)、电池充放电速率(C速率)和温度。其逻辑是这四个变量主要决定电池的退化行为,并且了解它们对退化的影响,用户可以在项目财务模型中获得有关更换电池时间间隔的信息,从而了解电池更换成本。

DNV GL还希望引入一个新术语,以便在考虑电池工作寿命时考虑与“循环”相对应的情况,即“吞吐量”(有时是“周转率”),它实际上是考察流经电池的总电量。例如,研究随着容量退化,电池每个充放电周期输送的总能量将如何变化。如下图所示。

SUSI Partners公司推出了世界上第一个专用储能基础设施基金会,而该公司在其储能购买协议中规定,采用电池必须能够在使用十年之后仍然提供合同规定的最低电量,这意味着电池生产商提供的电池的初始容量将会过大。

研究报告还指出了关于平均充电状态(SOC)和温度的另外两个细微差别。在下图左下方的图像中,可以看到其默认充电状态趋向于较高值的电池在其整个生命周期内提供的电量往往较少,而保持在较低平均充电状态(SOC)值的电池则提供了更多的电量。在右侧,可以看到温度产生的影响,并且从长远来看,温度图表也很重要。需要注意,在45℃环境中运行的电池起初提供了更多的电量,但是与在25℃环境中运行的电池系统相比,随着时间的推移,其放电量逐渐减少。

并按照上面的方式和原因进行逻辑分析,研究小组研究了16种电池在四种基于锂离子化学物质电池的结果(下图中5个图表):镍钴锰酸锂(NMC)、镍钴铝酸锂(NCA)、钛酸锂、磷酸铁锂(LiFePO4),以及一种专有化学成分的非锂离子电池。对于每个测试的电池,研究小组研究了最佳和最差的温度条件,最佳和最差的平均充电状态(SOC)窗口,最佳电池充放电速率以及在这些条件或接近这些条件下测得的吞吐量。其目的是展示每种电池技术的应用案例。

通过以上列出了特定电池产品的图表,其中可以看到大多数收集的数据都有很大的变化。例如,某些电池产品的最佳平均充电状态(SOC)范围是100%至0%,而其他电池似乎在25%以下或90%以上时表现最佳。最佳平均充电状态(SOC)范围也有所不同。大多数电池似乎在25°C左右时性能最佳,但是有趣的是,它们在性能最差的温度方面有所不同,大约一半的电池在温度较高的情况下表现不好,而另一半电池在温度较低的情况下表现不好。

下图显示了他们的期望与最终结果之间有何不同。

在这个研究中,主要反映出电池在应用中出现的10个问题:性能取决于化学物质、规格页面和保修条款不一致、用户需要更多文档、考虑化学反应时,电池和电池管理系统非常重要、冷却问题、安全考虑、通风问题、安装位置、直接连接的电池数量会导致复杂事件。

此外在这个研究中,还进行了消防安全测试,测试发现,水仍然是首选灭火的最佳方法,甚至建议喷水量为电池每千克的水量0.1 GPM(0.4升/分钟)。并指出,防止火焰在电池之间扩散蔓延是阻止热失控事件发生的最主要因素。 

最后DNV GL表示,自从2016年以来,一些电池产品的能量密度提高了约150%,如今市场上推出了一些能量密度大于200Wh/kg的锂离子电池。

关键字:储能电池

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