1、储能电池在分布式光伏发电系统与储能电池在分布式光伏发电系统与新能源汽车配套充电领域中的新能源汽车配套充电领域中的应用与要求应用与要求孟海军 一、背景情况一、背景情况二、应用模式二、应用模式三、应用要求三、应用要求四、关注问题四、关注问题一、背景情况一、背景情况 分布式光伏发电大发展分布式光伏发电大发展国发201324号“国务院关于促进光伏产业健康发展的若干意见”（2013/07/04 8 2013-2014：10GW/年 2015累计35GW）国能新能2014406号“国家能源局关于进一步落实分布式光伏发电有关政策的通知”（2014/09/02 15 2014年10GW60%DPV，路线图：2
2、015-2020及以后）一、背景情况一、背景情况 新能源汽车配套充电设施大发展新能源汽车配套充电设施大发展国办发201435号“关于加快新能源汽车推广应用的指导意见”（2014/07/14 30）国家新能源汽车规划：2015年底前累计推广新能源汽车50万辆。充换电站2015年底前完成4000座建设，同步大力加大充电桩建设；2016-2020年高达10000座，建成完整充电网络。到2013年底，国网建成充换电站400座，各类充电桩1.9万台，建设距规划差距很大。（2014年7月，国家明确取消新能源汽车购置税，并要求国家机关单位年购置车中新能源汽车不低于30%）国网调整充换电设备建设思路：“主导快
3、充、兼顾慢充、引导换电、经济实用”。2014年3月国网允许社会资本与国网竞争，共同投资建设充电、换电设施。今年4月国网首次开展充电站设备招标，总计1.6亿元，年内共进行5次充电站设备招标。今年7月国家电网决定：国网暂时收缩在电动汽车充换电领域的投资。这意味着，国网以后不会是主要设备投资方，而是将设施建设推向了社会资本。二、应用模式二、应用模式-DPVMGCC（MicrGrid Central Controller）：微型电网中央控制器MC（Micro Source Controller）：微电源控制器 LC（Load Controller）：负荷控制器 Microturbine：微燃机（柴油发
4、电机）PV：太阳能光伏发电Wind Generator：风能发电 Fuel Cell：燃料电池Storage：储能（蓄电池、超级电容器等）：储能（蓄电池、超级电容器等）二、应用模式二、应用模式 EV配套充电配套充电充电设施建设示意图三、应用要求三、应用要求-评价要素评价要素储能电池评价要素储能电池储能电池寿命比能量价格充放电效率自放电率环境 适应性比功率安全性 1 1）安全性要求）安全性要求 储能电池成组管理系统及结构设计合理，在过充、过放、短路，挤压、振动、冲击等条件下，电池不发生冒烟、起火、爆炸等。2 2）可靠性要求）可靠性要求 储能电池组要稳定可靠，循环次数/使用寿命要长，自放电率低，在
5、使用过程中不发生泄漏。3 3）转换效率要求）转换效率要求 储能电池组要具备尽量高的能量转换效率，减少充放电及储存过程中的能量损失。4 4）环境适应性要求）环境适应性要求 参照有关标准，如储能电池工作温度一般要求在（-4055）的温度环境下能够正常运行。储能电池的低温性能要好，应用要求电池低温-10以下能够充电。5 5）低成本要求）低成本要求 6 6）高比特性等）高比特性等三、应用要求三、应用要求 主要要求主要要求三、应用要求三、应用要求 典型电池情况典型电池情况1）铅酸蓄电池2）锂离子电池3）全钒液流电池4）超级电容器1）铅酸蓄电池铅酸蓄电池-主要技术特性主要技术特性现有应用现有应用规模等级规
6、模等级kWMW 比较适合比较适合应用场合应用场合低成本低成本比能量比能量3550 Wh/kg 比功率比功率75300 W/kg倍率特性倍率特性0.1C1C 转换效率转换效率80%寿寿 命命300次次 100%DOD 2年年自放电自放电2 25%/5%/月月成成 本本0.7元元/Wh 工作温度工作温度-1545安全性安全性安全安全资源环保资源环保有污染有污染关注点关注点 提高寿命、效率、工作温度范围提高寿命、效率、工作温度范围2）锂离子（锂离子（LFP）电池）电池-主要技术特性主要技术特性现有应用现有应用规模等级规模等级kWMW kWMW 比较适合比较适合应用场合应用场合低成本可选择功率型或能量
7、型，适用范围广泛比能量比能量3550 Wh/kg 100130Wh/kg 比功率比功率75300 W/kg2001000 W/kg倍率特性倍率特性0.1C1C 5C10C 转换效率转换效率80%90%寿寿 命命300次 2年2000次 100%DOD 70%4年自放电自放电25%/月01%/月成成 本本0.7元/Wh 3元/Wh 工作温度工作温度-1545-2055安全性安全性安全比较安全资源环保资源环保有污染无污染关注点关注点 提高寿命、效率、工作温度范围成本较高、容量扩充、低温（成本较高、容量扩充、低温（-10 -10 以下）充电、一致性、安全性等以下）充电、一致性、安全性等3）全钒液流电
8、池全钒液流电池-主要技术特性主要技术特性现有应用现有应用规模等级规模等级kWMW kWMW 5kW6MW 比较适合比较适合应用场合应用场合低成本分功率型和能量型、适合场合多（介于LA-B和VRB之间）长寿命、大规模长寿命、大规模比能量比能量3550 Wh/kg 100130Wh/kg *2530Wh/kg 电解液电解液 比功率比功率75300 W/kg2001000 W/kg*50100W/kg 电堆电堆倍率特性倍率特性0.1C1C 5C10C 1.5C 转换效率转换效率80%90%75%寿寿 命命300次 2年2000次 4年15000次次 10年年自放电自放电25%/月01%/月0 静态静
9、态；严重（循环）；严重（循环）成成 本本0.7元/Wh 3元/Wh 515元元/Wh 工作温度工作温度-1545-2055540安全性安全性安全比较安全安全安全资源环保资源环保有污染无污染无污染无污染关注点关注点 提高寿命、效率、工作温度范围成本较高、容量扩充、低温充电、安全性、一致性等降成本、稳定可靠性、降成本、稳定可靠性、能量效率、能量效率、保持工作态自放电高、系统成熟度保持工作态自放电高、系统成熟度4）超级电容器超级电容器-主要技术特性主要技术特性 体体 系系 指指 标标超级电容器超级电容器(有机对称有机对称)超级电容器超级电容器(有机混合型有机混合型)工作电压工作电压0V2.7V3.0
10、V4.0V现有应用规模等级现有应用规模等级100kW级级同同 左左比较适合应用场合比较适合应用场合短时间大功率输出、长短时间大功率输出、长寿命、快速充电寿命、快速充电同同 左左使用温度范围使用温度范围-4065-2555比能量比能量 wh/kg571040能量密度能量密度 wh/L*694560比功率密比功率密 w/kg40003000循环寿命循环寿命 周周500,00030,000自放电自放电较差较差 30%好好 5%成本成本 元元/Wh100100300是否环保是否环保无污染无污染无污染无污染关注点关注点成本、比能量成本、比能量成本成本 典型储能电池主要指标及应用对比情况典型储能电池主要指
11、标及应用对比情况现有应用现有应用规模等级规模等级kWMW kWMW 5kW6MW 100kW级同左比较适合比较适合应用场合应用场合低成本分功率型和能量型、适合场合多（介于LA-B和VRB之间）长寿命、大规模短时间大功率输出、长寿命、快速充电同左比能量比能量3550 Wh/kg 100130Wh/kg *2530Wh/kg 电解液 57Wh/kg1040Wh/kg比功率比功率75300 W/kg2001000 W/kg*50100W/kg 电堆4000W/kg3000W/kg倍率特性倍率特性0.1C1C 5C10C 1.5C 超强同左转换效率转换效率80%90%80%9095%同左寿寿 命命30
12、0次 2年2000次 4年15000次 10年500,000次30,000次自放电自放电25%/月01%/月0 静态；严重（循环）较差 30%/月好 5%/月成成 本本0.7元/Wh 3元/Wh 515元/Wh 100元/Wh100300元/Wh工作温度工作温度-1545-2055540-4065-2555安全性安全性安全比较安全安全安全同左资源环保资源环保有污染无污染无污染无污染同左关注点关注点 提高寿命、效提高寿命、效率、工作温度率、工作温度范围范围成本较高、容量扩成本较高、容量扩充、低温充电、一充、低温充电、一致性、安全性等致性、安全性等降成本、稳定可靠降成本、稳定可靠性、能量效率、保性
13、、能量效率、保持工作态自放电高、持工作态自放电高、系统成熟度系统成熟度成本、比能量成本、比能量成本成本四、关注问题四、关注问题1）铅酸蓄电池2）锂离子电池3）全钒液流电池4）超级电容器四、关注问题四、关注问题1 1）铅酸蓄电池铅酸蓄电池问题1：需要解决如何提高寿命问题（300次、2年）？途径：（1）研制超级电池；（2）研制并使用贮备式铅酸蓄电池；（3）与其它体系电池组合使用；（4）控制电池放电深度（50%DOD下，循环次数1500次）问题2：提高工作温度范围问题 解决低温（-10 以下）充电问题？四、关注问题四、关注问题LFP/石墨体系 2 2）锂离子电池锂离子电池问题1：进一步降低成本问题？
14、问题2：容量可扩充问题？问题3：解决低温（-10 以下）充电问题？途径：（1）电池材料研究 （2）研究锂离子电池智能管理问题 （3）与其它体系电池组合使用（如 UC）研究满足锂离子电池低温（-10 以下）充电的新型负极材料中国新能源汽车电池路线图100150300模块能量密度（模块能量密度（Wh/kg）目前目前20152020循环寿命循环寿命:2000 次次成本成本:2 元元/瓦时瓦时循环寿命循环寿命:3000 次次成本成本:1.5 元元/瓦时瓦时循环寿命循环寿命:1200 次次成本成本:3-4 元元/瓦时瓦时储能锂离子电池技术发展路线储能锂离子电池技术发展路线四、关注问题四、关注问题3 3）钒液流电池钒液流电池问题1：需要解决降成本问题？途径：（1）隔膜自主化/规模放大降低成本 （2）提高现有电堆工作电流密度 120mA/cm2水平 （3）提高极板导电率 （4）提高现有系统转化效率80%水平问题2：稳定可靠性问题？途径：研究宽温区工作及电解液稳定性问题。问题3：优化VRB电源管理系统？四、关注问题四、关注问题4 4）超级电容器超级电容器问题：需要解决降成本问题、自放电？途径：提高比能量、降低活性碳成本（占1/3 国产化问题）等。结束语一、背景情况一、背景情况二、应用模式二、应用模式三、应用要求三、应用要求四、关注问题四、关注问题敬请批评指正敬请批评指正 谢谢 谢谢！
