三元锂磷酸铁锂电池储能基础概念

一.电芯的基本概念

1.电池的物理化学组合

【正极】【负极】【电解液】【隔膜】

2.电芯分为功率型和能量型

功率型：功率型电芯通常设计用于需求更高的应用，例如电动工具、电动车或需要瞬时超高功率输出的设备。功率型电芯在设计上通常具有更高的放电电流能力和更低的内部电阻，能够提供更高的功率输出，但相应的容量（能量存储）较低

能量型：能量型电芯则更侧重于长时间的能量存储和持续释放。它们通常用于电子设备、笔记本电脑、手机、无人机等需要持续供电的应用。能量型电芯在设计上通常具有较高的容量，能够提供更长的工作时间，但相对功率输出能力较低

3.三元锂电池（Li-ion Battery）

三元锂电池电芯是一种高能量密度、高功率、高性能的电芯，由锂钴酸锂（LiCoO2）、锂镍锰氧化物（LiNiMnCoO2）或锂铁磷酸（LiFePO4）正极、石墨负极、有机电解液和隔膜组成。

三元锂电池电芯具有以下特点：【易起火爆炸 低温性能好 高温性能差 更容易做成小体积】

1. 高能量密度：三元锂电芯的能量密度较高，通常在120-200Wh/kg之间，达到了传统铅酸电池和镍氢电池的数倍。
2. 长寿命：相较于其他类型的锂离子电芯，三元锂电池的寿命更长。一般情况下，三元锂电芯的寿命可以超过1000个充放电循环。
3. 高功率：三元锂电芯的功率输出能力很强，可以满足许多高功率应用场合，比如电动汽车、混合动力汽车、电动工具等。
4. 低自放电率：三元锂电池的自放电率相比于其他类型锂电池要低，长期存放无需频繁充电。
5. 安全性较强：三元锂电池的正极材料稳定性高，热失控的风险相比于其他类型的锂电池要低得多。在正常使用条件下，三元锂电池是相对安全的电池。

综上所述，三元锂电芯具有高能量密度、长寿命、高功率、低自放电率和安全性较强等特点，已经广泛应用于移动电源、智能手机、电动汽车、智能家居等领域。

4.磷酸铁锂（LiFePO4）

磷酸铁锂是一种高性能锂离子电池正极材料，广泛应用于电池芯片和电池组中。

磷酸铁锂电池具有以下几个主要特点：【低温性能差 温度在0°以下不建议充电 】

1. 高安全性：磷酸铁锂电池的正极材料具有较高的化学稳定性，温度升高时热失控风险较低。
2. 长寿命：磷酸铁锂电池具有长循环寿命，可以进行数千次的充放电循环，其寿命通常比其他类型的锂电池更长。
3. 高放电平台：磷酸铁锂电池的电压平台相对较平稳，在3.2V左右，能够提供稳定的输出电压。
4. 高倍率性能：磷酸铁锂电池的放电倍率性能好，适用于大功率需求的应用场合。
5. 环保无害：磷酸铁锂电池的材料环保无害，无污染无毒性，符合环保要求。

磷酸铁锂电池因为其高安全性、长寿命、稳定的电压平台、高倍率性能和环保特点而受到广泛关注和应用。在电动车、应急电源、储能电池等领域都有潜在应用前景，但由于其比能量较低，目前在轻量化并且容量要求较为严苛的应用场合上发展略有受限。

二、电芯的物理特性

1.电压范围：

磷酸铁锂【2.5V 3.65V】 -----平台电压3.2V

三元锂 【2.7V 34.2V】 -----平台电压3.6V

2.充放电温度

磷酸铁锂： 放电温度— -40到60           充电温度—0°到55°

三元锂：    放电温度— -40到60           充电温度— -25 到 60°

3.SOC

电池荷电状态----取值范围从0到100

安时积分法——电流作为对象

影响SOC的因素：【电流采样点准确性--采样周期】【温度】【电压】【电池老化状态】

1. 开放电路电压（OCV）法：通过测量电池开路电压（没有电流通过电池时的电压），将其与已知SOC和OCV之间的关系曲线进行匹配，从而计算未知SOC。这种方法准确度较高，但需要在不进行充放电的情况下进行测量。
2. 基于电荷/放电容量法：通过测量电池的实际充电或放电容量，以及已知的总容量，计算SOC。这种方法需要追踪实际电荷和放电量，对实时计算SOC较为准确。
3. 基于电流积分法：通过对电池输入和输出电流的积分，结合已知初始SOC，计算电池的SOC变化。这种方法简单且实时性较好，但在长时间使用后可能会产生积分误差。
4. 基于开放环路电流（OCI）法：通过测量电池的开路电流（没有外部负载时的电流），结合已知电池特性和模型，计算SOC。这种方法适用于无法直接测量电池电压的情况。

思考：

1.如何保证电压采样的准确性?

（1）原始真实的数据如何采集准确

（2）采集数据的更新周期

（3）对于偶然异常数据的滤波

（4）对真实有效数据的运算处理

4.SOH

电池健康状态

影响SOH的因素：【电池的内阻--极化内阻--欧姆内阻】【锂离子的流失】

cankao lianjei 锂电池欧姆内阻和极化内阻_阳扬1991的博客-CSDN博客https://blog.csdn.net/xinjitmzy/article/details/127103576

三、电池的充放电特性

1.磷酸铁锂充电曲线

充电会存在一个平台电压，会有78%的3.2V平台电压【卡尔曼算法不适用】

2.三元锂充放电曲线

四、电芯常见的失效情况

1.过充

        大于4V可能会爆炸

2.过放

        低于2.0V 继续放电影响寿命

3.短路：

(1)【外短路】

外短路指的是电芯正负极之间或电芯正极/负极与外部导线之间直接短路。这可能是由于电线接触不良、电池连接器损坏、导线过度弯曲等造成的。外短路会导致大电流通过短路路径，可能引起瞬时高温和火灾风险。

(2)【内短路】

BMS几乎无法管控，电芯内部发生的短路现象。这可能是由于电芯内部组件之间的物质迁移、隔膜损坏、电芯元件短路等原因导致的。内短路会导致电芯内部电池组均衡受到破坏，可能引起热失控、漏液、电芯充电异常等问题，甚至引发火灾或爆炸

4.高温

        有爆炸危险

5.低温

        可用电量大大降低

6.过流

        加速电池老化、增加电芯发热、有爆炸危险

五、模组

1.概念：多个电芯经过串并联后的电池集合

2.串联增加电压 并联增加容量 串并增电量

3.模组成组的方式

2P8S:示意图：

六、PACK

1..概念：一个或者多个模组做成的成品

2.低压：低于60V的电压

低压电池包： BMS 铜排 电池 线束 二极管 CCS

3.低压BMS:MCU+AFE+保护功能+采集+通讯 【OCC OCD SCD OV UV OT UT】

4.高压BMU:MCU+AFE+采集+通讯

5.低压BMS和高压BMS:

低压：【控制+采样】MOS 一体 单体电压

高压：【控制】继电器 分体 绝缘采集 总压采集 无单体电压

七、低压BMS的功能划分

内部FLASH的划分： Bootload版本 Bootload程序 APP

外部FLASH：备份升级

RAM---掉电数据不保存

八、逆变器和PCS 的区别

1.区别

逆变器（Inverter）和PCS（Power Conversion System）是两种电力转换设备。它们的主要区别如下：

1. 逆变器主要用于直流到交流的转换，而PCS可以用于直流、交流、交直流等多种形式的电力转换。
2. 逆变器的输出功率通常较小，适用于家用、商业小型应用等场景。而PCS输出功率较大，适用于电网接入、储能系统、风电、太阳能、电动汽车等大型场合。
3. PCS作为一个更复杂、功能更强大的系统，通常比逆变器更加智能化、可编程化、可控制化。PCS可以实现电能质量控制、UPS（不间断电源）备份、配网操作等多种功能，而逆变器则只能实现DC-AC电力转换功能。
4. 在建筑、家庭和小型商业应用方面，逆变器通常用来将太阳能或风能等可再生能源转换成可用电能，并将其注入电网中。而在水电、风电、太阳能和工业领域中，PCS通常作为发电机组、变压器、电网的连接点，用于处理电力质量、电量调节、蓄能等功能。

综上所述，逆变器是一种用于DC-AC电力转换的设备，适用于小型电力应用场合；PCS是一种多功能电力转换系统，适用于大型电力应用场合，能够提供多种电力转换功能和智能控制。

九、MOS和继电器的区别

MOS（Metal Oxide Semiconductor）和继电器（Relay）是两种常见的电子元件，主要区别如下：

1. 工作原理：MOS是基于半导体器件的电子开关，可以控制电路的通路和截断；继电器是一种机电式开关，通过电磁作用控制开关的闭合和断开。
2. 开关频率：MOS的开关速度很快，可以达到数MHz的高速率，能够适应高速开关应用；而继电器的开关速度比MOS慢，一般在几十Hz到几百Hz之间，适用于低频开关。
3. 噪声和电磁干扰：MOS的开关动作不会产生噪声和电磁干扰，因为它是靠控制电压进行电路开关；而继电器的开关动作会产生机械运动和电磁干扰，可能会影响其他电子设备的性能。
4. 适用负载：MOS适用于小电流和低电压应用，因为其开关能力有限；继电器可以适用于大电流和高电压时需要开关的电路。

综上所述，MOS和继电器都是常见的电子元件，但它们的工作原理、开关频率、影响噪声和电磁干扰的能力、适用负载等方面都有所不同。实际应用中要根据具体的应用场合、设计需求和电路要求选择合适的元件。

十、高压盒

十一、常见的电池充电方式

1.恒压充电

在储能系统中被广泛使用。当储能系统接受电网供电或其他可再生能源发电时，恒压充电是常用的充电方式。在恒压充电中，充电器会提供恒定的电压给储能系统，直到储能系统的电压达到充电完成的阈值。这种方式可以确保充电过程稳定，并且适用于大多数储能电池技术，如锂离子电池、钛酸锂电池等。

2.恒流充电

在储能行业中常用于铅酸电池等特定类型的电池。铅酸电池常用于储能系统中，恒流充电方式可以保持充电过程中的稳定电流，在充电过程中，电池电压逐渐上升，直到达到充电完成的阈值。

3.恒功率充电

P=U*I 保证P的恒定，恒功率充电在储能行业中用于一些大型储能系统，如电动汽车充电站、储能电站等。恒功率充电方式可以根据系统需要动态调整输出电压和电流，以保持恒定的充电功率。这样可以实现快速充电、高效能量传输，并且适用于大型储能系统的场景。