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详解磷酸铁锂电池储能系统及充放电原理

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磷酸铁锂电池储能系统
  磷酸铁锂电池具有工作电压高、能量密度大、循环寿命长、绿色环保等一系列独特优点。并且支持无级扩展。组成储能系统后可进行大规模电能储存。
  磷酸铁锂电池储能系统由磷酸铁锂电池组、电池管理系统(Battery Management System,BMS)、换流装置(整流器、逆变器)、中央监控系统、变压器等组成,如下图所示。


磷酸铁锂电池储能系统组成

  磷酸铁锂电池储能系统能量转换原理。充电阶段,间歇式电源或电网为储能系统进行充电,交流电经过整流器后整流为直流电向储能电池模块进行充电,储存能量;放电阶段,储能系统向电网或负载进行放电,储能电池模块的直流电经过逆变器逆变为交流电,通过中央监控系统控制逆变输出,可实现向电网或负载提供稳定功率输出。

电池充放电原理
  磷酸铁锂电池的充放电反应是在LiFePO4 和FePO4 两相之间进行。在充电过程中,LiFePO4 逐渐脱离出锂离子形成FePO4 ,在放电过程中,锂离子嵌入FePO4 形成LiFePO4 。


  电池充电时,锂离子从磷酸铁锂晶体迁移到晶体表面,在电场力的作用下,进入电解液,然后穿过隔膜,再经电解液迁移到石墨晶体的表面,而后嵌入石墨品格中。与此同时,电子经导电体流向正极的铝箔集电极,经极耳、电池正极柱、外电路、负极极柱、负极极耳流向电池负极的铜箔集流体,再经导电体流到石墨负极,使负极的电荷达至平衡。锂离子从磷酸铁锂脱嵌后,磷酸铁锂转化成磷酸铁。
  LiFePO4一xLi +xe→ FePO4+(1-x)LiFePO4(1)
  电池放电时,锂离子从石墨晶体中脱嵌出来,进入电解液,然后穿过隔膜,经电解液迁移到磷酸铁锂晶体的表面,然后重新嵌入到磷酸铁锂的晶格内。与此同时,电子经导电体流向负极的铜箔集电极,经极耳、电池负极柱、外电路、正极极柱、正极极耳流向电池正极的铝箔集流体,再经导电体流到磷酸铁锂正极,使正极的电荷达至平衡。锂离子嵌入到磷酸铁晶体后,磷酸铁转化为磷酸铁锂。
  FePO4+xLi +xe→xLiFePO4+(1-x )FePO4 (2)

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