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DNV GL發布2019年電池性能記分卡 關注影響電池退化各種因素

作者:劉伯洵 來源:中國儲能網 發布時間:2019-11-07 瀏覽:
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中國儲能網訊:如今,儲能行業的動態消息不時占據新聞頭條,例如,紐約州部署規模最大的并網電池儲能系統,APS公司的一個儲能系統發生火災,加利福尼州每年發生的森林火災推動了住宅太陽能+儲能項目的部署等。研究機構通過這些新聞可以獲得儲能行業技術和市場信息,并進行調查和研究。

為了了解電池性能以描述各種儲能用例中的財務可行性,認證機構DNV GL公司發布了其2019年電池性能記分卡,主要著眼于影響電池退化的各種因素,重點關注儲能項目的融資能力。DNV GL公司在特定電池產品上進行的研究可供最終用戶在購買產品獲得更多知識和建議(電池的一些術語定義如下圖所示)。

DNV GL公司的一個研究小組增加了測試電池產品的數量(16種電池),并增加了測試項目,以包括近500條單獨的電池測試曲線。DNV GL的電池產品合格計劃(PQP)測試了電池的四種“濫用因素”:平均充電狀態(SOC)、平均充電狀態(SOC)波動(或窗口)、電池充放電速率(C速率)和溫度。其邏輯是這四個變量主要決定電池的退化行為,并且了解它們對退化的影響,用戶可以在項目財務模型中獲得有關更換電池時間間隔的信息,從而了解電池更換成本。

DNV GL還希望引入一個新術語,以便在考慮電池工作壽命時考慮與“循環”相對應的情況,即“吞吐量”(有時是“周轉率”),它實際上是考察流經電池的總電量。例如,研究隨著容量退化,電池每個充放電周期輸送的總能量將如何變化。如下圖所示。

SUSI Partners公司推出了世界上第一個專用儲能基礎設施基金會,而該公司在其儲能購買協議中規定,采用電池必須能夠在使用十年之后仍然提供合同規定的最低電量,這意味著電池生產商提供的電池的初始容量將會過大。

研究報告還指出了關于平均充電狀態(SOC)和溫度的另外兩個細微差別。在下圖左下方的圖像中,可以看到其默認充電狀態趨向于較高值的電池在其整個生命周期內提供的電量往往較少,而保持在較低平均充電狀態(SOC)值的電池則提供了更多的電量。在右側,可以看到溫度產生的影響,并且從長遠來看,溫度圖表也很重要。需要注意,在45℃環境中運行的電池起初提供了更多的電量,但是與在25℃環境中運行的電池系統相比,隨著時間的推移,其放電量逐漸減少。

并按照上面的方式和原因進行邏輯分析,研究小組研究了16種電池在四種基于鋰離子化學物質電池的結果(下圖中5個圖表):鎳鈷錳酸鋰(NMC)、鎳鈷鋁酸鋰(NCA)、鈦酸鋰、磷酸鐵鋰(LiFePO4),以及一種專有化學成分的非鋰離子電池。對于每個測試的電池,研究小組研究了最佳和最差的溫度條件,最佳和最差的平均充電狀態(SOC)窗口,最佳電池充放電速率以及在這些條件或接近這些條件下測得的吞吐量。其目的是展示每種電池技術的應用案例。

通過以上列出了特定電池產品的圖表,其中可以看到大多數收集的數據都有很大的變化。例如,某些電池產品的最佳平均充電狀態(SOC)范圍是100%至0%,而其他電池似乎在25%以下或90%以上時表現最佳。最佳平均充電狀態(SOC)范圍也有所不同。大多數電池似乎在25°C左右時性能最佳,但是有趣的是,它們在性能最差的溫度方面有所不同,大約一半的電池在溫度較高的情況下表現不好,而另一半電池在溫度較低的情況下表現不好。

下圖顯示了他們的期望與最終結果之間有何不同。

在這個研究中,主要反映出電池在應用中出現的10個問題:性能取決于化學物質、規格頁面和保修條款不一致、用戶需要更多文檔、考慮化學反應時,電池和電池管理系統非常重要、冷卻問題、安全考慮、通風問題、安裝位置、直接連接的電池數量會導致復雜事件。

此外在這個研究中,還進行了消防安全測試,測試發現,水仍然是首選滅火的最佳方法,甚至建議噴水量為電池每千克的水量0.1 GPM(0.4升/分鐘)。并指出,防止火焰在電池之間擴散蔓延是阻止熱失控事件發生的最主要因素。 

最后DNV GL表示,自從2016年以來,一些電池產品的能量密度提高了約150%,如今市場上推出了一些能量密度大于200Wh/kg的鋰離子電池。

關鍵字:儲能電池

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