铅炭电池作为铅酸家族中的一员,不仅秉承了铅酸百年的历史积淀,更在大电流充放电循环使用时,由于炭元素的加入,表现尤为突出,在当前的储能应用来看,铅炭电池是一个上佳选择。储能的应用较为广泛,不仅有与电网相关的储能应用(调频、调峰)、分布式应用、户用型应用,更可以应用在一些大型动力设备上,比如港口的轮胎吊、采矿用的破碎机、冶炼公司用的运渣车等等,都是铅炭电池大有作为的地方,动力行业的应用场景有以下特点:1.瞬间大电流放电达到300~350A;2.在充电不完全的情况下,要系统能持续工作,且不能半途停顿;3.工况模式不确定,有时,要持续工作较长的时间(放电深度深)才有充电的机会,有时,只工作了很短的时间的就可以充电(放电深度浅);4.储能系统的成组电压达到560~750V;5.现场工况中有大量的变频器,电磁兼容环境很差;6.后台监控、关键照明及空调是不允许停电,系统在电网和储能系统间要实现不间断切换;7.由于客户的系统配置不同,不少场合要实现两路高压直流的不间断切换;
一、铅炭电池是如何适应动力应用场景的众所周知,铅炭电池是因为在铅酸电池中,新增了炭元素,使得铅酸电池在保有原有功率密度的基础上,兼具了超级电容的一些特性:如大功率充放电、循环使用寿命长等,如下图:
更在于,由于炭的加入,使得铅酸电池极板硫酸盐化的情况得以很大的改善,因此,铅炭电池在HRPSOC(高功率部分荷电状态)下的循环使用寿命大大新增,尤其适合应用于动力行业的应用场景
二、系统方法介绍系统方法简图如下,该方法中集成了以下子系统
1.储能子系统:采用6V/200Ah铅炭电池2组,以确保持续长时间工作场景的要,同时,也考虑了能量回收的应用需求;2.BMS(蓄电池管理系统):在目前的BMS系统中,有两种模式:A.单体采集系统—采集每一个单体电池的电压、温度等参数,BMS系统没有单体均衡功能,这类系统相比较较简单,客户能通过后台监控系统看见每个电池的电压和温度,但是电池(单体或成组)的SOC、SOH、内阻等参数没有,于高压成组系统而言,这是一个很大的缺憾;B.组串式采集系统—一个采集单元负责最多27个单体电池的数据采集,其数据同样是电压和温度,系统具备对单体和成组SOC、SOH、内阻的计算功能,采集单元也可以新增均衡单元,以确保一个采集单元内的每个单体电池的一致性,但是,单元间的不平衡依然存在,此外还有一个较大的隐患是:均衡单元开启后,对系统的干扰很大,如下图:
3.充电系统:蓄电池组的健康完全依赖精致的充电系统的呵护,尤其在动力行业的应用中,由于要蓄电池组始终工作在HRPSOC状态下,因此n+1形式的充电系统,加以合理的充电模式,可以确保蓄电池的循环使用及寿命;4.变频器:在实际的应用场景中,蓄电池组要为很多的电机供应动力,因此,依据不同功率等级的电机配置相应的变频器,再通过PLC来协调控制,同样,由于变频器的存在,系统中的干扰非常严重;
5.逆变器:后台监控、关键照明以及空调系统是不允许断电的,因此,在系统中要考虑相应容量的逆变电源,该逆变电源要实现市电与直流之间的无缝切换,同时,由于蓄电池组的成组电压较高,而所谓的市电也因应用场景不同,并不是常规的三相四线制的380V,而是400~460V的三相三线制,所以,实现此一功能难度甚大;
6.温控系统:为了确保蓄电池的应用环境温度,采用了工业级的空调,使得环境温度能控制在25℃以内,具备加热及除湿的功能;
7.互锁及安全:系统应用中采用了交直流切换供电的模式,为了确保系统切换安全,采用了交直流互锁,同时为了最大程度的降低系统的干扰,采用隔离及等电位技术,以新增系统的安全、可靠性;
8.后台监控系统:由于现场工况复杂,系统必须对每个单体电池及子系统的工作状况有及时的掌握,因此,采用了PLC和BMS数据相互备份,既可以防止BMS抗干扰能力差的问题,又新增了系统的可靠性,同时,PLC的扩展性和可操作性好,非常方便现场的配置使用;
三、经济性分析1.由于现场的工作场景差异度很大,我们假定每天工作10次,每次工作10分钟,铅炭电池组年使用成本为7.5万元;2.假如采用柴油发电机组,在同样的工况下,每年的使用成本将达到21万元;以上费用的节省非常明显,同时,可以大大减少维护工作量,更有关环保做出贡献,每年减少:二氧化碳排放:347949Kg;碳排放:10981Kg;碳粉尘:9492.8Kg;二氧化硫:1047Kg;氮氧化合物:524Kg。