摘要：本文着重针对磷酸铁锂电池储能系统予以介绍，从该系统的组成方面展开描绘，从其架构方面展开阐述，还从其特点等多个方面展开叙述。首先，将锂电池自身的结构特点与化学性能相结合，剖析了对锂电池安全性能构成影响的众多因素。其次，依照储能系统的构成状况，论述了磷酸铁锂电池技术，最后，对磷酸铁锂电池储能系统的应用展开了分析。

关键词：磷酸铁锂电池；储能；充电；系统设计

1 引言

近年来，国内外MW级电池储能技术的发展速度极快，集装箱式电池储能系统具备容量高的特性，其可靠性十分强，灵活性也很高，环境适应性同样强等多项优点，在电网系统当中有着广泛的应用前景。锂离子电池储能系统相较于其他储能电池而言较为成熟，上下游产业链的配套情况完善，成本下降的空间比较大；同时，我国电力系统当时正处于用电高峰期，供电处于紧张状态，输配电容量的利用率很低，有功无功储备短缺，输电效率也低。用户侧针对负荷侧电能质量提出了更高的要求。这些问题都加速了储能技术的快速发展。

2 磷酸铁锂电池技术介绍

当前，锂离子电池得以快速发展，这是依靠新型能源材料在开发方面取得进展，以及综合技术实现了进步。当下所采用的磷酸铁锂电池，历经多年技术积累，成功掌握了LiFePO4的特性，并且采用了拥有自主知识产权的正极材料与负极材料，截至目前的生产过程当中，没有出现每一起安全失效事故 。

功率型磷酸铁锂电池采用的是位于正极的磷酸铁锂材料，这种材料具备比容量高的特性，拥有循环性能良好的表现，有着性能较为稳定的优势，其材料一致性不错，进而能够从原材料这个角度确保电池性能的一致性 。

电池的外壳被采用铝这种材质，相较于钢壳电池，它具备着更为安全以及轻重量的特点，进而提升了电池的能量密度。铝壳电池的表面会自然生成致密的氧化物保护膜，这致使电池壳有着更长的使用年限，并且耐腐蚀。

3 磷酸铁锂电池储能系统的应用
3.1，储能系统，总体设计方案。于电池储能系统里，电池管理系统，主要任务是，完成对电池组，以及单体电池，状态参数的测量，同时，依据这些测得的电池参数，按照一定的算法，估算出电池SOC，除此之外，还需将电池参数，上传至监控系统，监控系统，依据这些参数，能够判断当前电池管理系统，和能量转换系统，是否工作正常。大规模储能系统，是由四大模块，组成。它们分别是电池组，监控系统，能量转换系统，电池管理系统，直接跟电网连接并进行能量交换的是能量转换系统，电池组和能量管理系统也能够直接进行能量传送 。储能系统里的监控系统，负责剖析电池管理系统经通讯总线上传来的电池状态参数，依据预先设置好的算法控制能量转换系统，从而确保电池组运转正常 。就是说监控系统能够同时检测和控制电池管理系统与能量转换系统两者的状态，并能对异常情况作出相应处理 。电池管理系统直接负责对电池组的状态检测和状态控制。
3.2增添预充电电阻。于电池组电力连接进程里，可采用预充功率电阻的工作形式，在电力回路当中运用并联形式，连接两个直流预充电接触器，还要把预充功率电阻与其中一个接触器进行串联。把一组电池运用维护模式，其他电池组之间就会出现较为显著的电压差状况，首先让预充电接触器闭合，鉴于其对电阻产生的影响效应，能够达成减少其他电流进入电池组内目标，进而达成减小环路电流的生成。当各电池组之间的电压能够保持平衡之时，就能够去闭合主接触器，并且把预充电接触器从原本的断开闭合状态改变，去除其具备的有效功率电阻作用，达成电路里的电流平衡 。用上这种方式，虽说确实能够起到抑制环流电流的效果，可在实际运用当中，也暴露出了许多弊病：其一，电池组接入到电路里之后，就得开展其他组的放电操作，电池组的能量没能得到有效利用，这对电池组有效能源利用率的提高起到了抑制作用；其二，电池组何时接入，这是其应用技术里最为复杂的控制要点，只有在电池组内各部分电池的电压相近时，才可以进行电路的接入连接，鉴于电池组自身的内阻作用较小，两个电池之间会产生难以控制的环流作用，这无论是对电池的安全使用，还是对其使用寿命，都造成了重大影响，所以在做出电池组接入工作的决定之前，得尽可能去协调组内电池的电量和电压，要让它们尽量维持一致性或者相似性；其三，预充电接触器的控制技术颇为复杂，接入到电力中的两个接触器不能同时投入工作，必须得等其中一个接触器闭合之后，过了一段时间，才能够试着闭合另一个接触器，两个接触器的负载动作指令工作会严重缩减接触器的应用价值以及使用寿命。
3.3双级模块型的PCS，在双级模块型PCS的拓扑结构裡，有着双级的系统结构应用方案，变换器属于一级系统结构，双向并网变流器是第二级的系统结构，这种系统结构模式借由双向变流器于电路中产生的电压调节作用，把原本系统间有结构和特性差异的线路连到同一条直流母线上，达成电流以及能量的双向流动 。处于充电状态时，磷酸铁锂电池的变换器结构处于整流工作状态，能把电网中的侧交流电压整流成直流电压，该直流电压经变换器降压后让电池组获得充电电压；当电池组处于放电状态时，变换器工作处于逆变工作状态，变换器系统结构升压之后，经逆变器输出合适的交流电压。双级模块型PCS拓扑结构有着主要应用优点，此种结构特征在社会生产的生活里，有着广泛的空间以及较强的适用性，它可以实现对多串并联的电池模块去进行充放电管理，同时它能够在短时间内进行直流电压的升降，所以电池组的容量配置变得更加灵活 ，它非常适合风力发电蓄电、光伏蓄电等波动性较强的分布式电源，进行电路接入时的电压控制，以此避免分布式电源直接接入电网时，衍生出影响电压的巨大波动。该种模式应用存在弊端，在于此种结构特征，除了会造成并网变流器的损耗，其变换器工作环节也有损耗作用，此环节的损耗作用与并网变流器结构的损耗作用相等。同时，因为半导体器件的非线性特征，在处于相同工作条件和应用状态时，此种结构系统的效率会大幅下降。

有着3.4单级模块型PCS，单级模块型PCS单单有着变流器的拓扑结构，直接把并网的电池储能系统接入并网到拓扑结构里，变换器的电压输出部分运用升压变压器来连接，从而能够让其输出电压跟所并联的交流网络中的电压相契合，同时能够达成电池储能系统和外部系统之间的的分开效应。 "。磷酸铁锂电池处于充电状态之时，变换器于整流器的工作状态里运行，系统侧交流电被转变成直流电流通模式，电能被储存于电池组内；电池组处于放电状态之际，变换器工作处于逆变器应用状态，电池组释放的能量被转换成交流电模式回到外部能量流通系统。这种拓扑结构优点是：适用于电网中分布式独立电源进行并网作业，其应用结构较简单，工作能耗相对低。实践工作经验大量存在，从中也能体现出其应用缺点，其一，整个系统体积太大，生产成本造价过高，电池组储能系统容量不存在多元性选择空间；其二，电网系统发生短路故障时，系统结构会在短时间内有巨大电流流通，这对电池整体工作系统能产生巨大冲击影响；其三，多个变流器工作模块同时工作时，会致使各结构模块间产生较严重的共模电压干扰问题，使直流端电压稳定性受严重影响，进而对电池应用状态和使用寿命都会造成损害 。

4 结语

磷酸铁锂电池，是各类先进二次电池里，产业发展最为成熟的，同时也是极具潜力的一种先进储能电池。制造技术日益成熟起来，成本持续降低，性能不断提升，磷酸铁锂电池会大力推动我国新能源发展。磷酸铁锂电池储能系统规模化之后，它自身具备的工况转换快，运行方式灵活，循环寿命长，维护成本低等特性，在达成电网削峰，提升系统运行稳定性以及提高电能质量等方面，有着广泛的应用前景。