博磊达-钛酸锂在储能上的应用.pdf

深圳博磊达新能源科技有限公司 Shenzhen Broad New Energy Technology Co., Ltd. 钛酸锂电池在储能上的应用 王燕目录 | Contents PART 01 公司介绍 PART 02 钛酸锂电池介绍 PART 03 钛酸锂电池应用介绍33 1.1 企业概述 深圳博磊达新能源科技有限公司，总部位于深圳南山，工厂及研发中心位于惠州大亚湾，核心研发团队成员包括美国斯坦 福大学博士后，中科院博士后及其它博士等，是一家集研发、生产、销售为一体的高新技术型企业。主要业务包括：钛酸锂电 池、超级电容器、基于锂电池及超级电容器为基础的动力与储能系统方案。 l 1.与斯坦福大学戴宏杰院士展开官方合作，合作研发新型的电池体系以及电池材料； l 2.与南开大学、湖南大学、西北大学、暨南大学展开研发合作； l 3.与军事科学院系统工程研究院军事新能源技术研究所展开合作，成为技术协同创新合作单位。4 4 1.2 生产设备及测试实验 单体激光焊接 1、采用脉冲激光焊接 ； 2、采用能量回馈机制，固定激光焊接能量； 3、焊接质量稳定可靠，接触内阻小。 模组激光焊接 1、采用国外激光主机 ； 2、自动化程度高、生产效率高； 3、连续式激光焊接； 4、焊接质量稳定可靠，接触内阻小。 真空干燥设备 1、设备真空度、温度控制精度高； 2、严格控制产品水分。 高低温测试 1、产品100%老化测试； 2、严格控制产品一致性； 防尘/ 耐腐蚀试验 盐雾试验 EM C 测试 淋雨实验5 5 1.3 行业标准参与单位 博磊达参与了工信部组织的“储 能用钛酸锂锂离子电池性能要求” 的行业标准起草及编制事宜。 博磊达参与了中国通信标准化 协会组织的 “通信用钛酸锂电 池组 ” 的行业标准起草及编制 事宜。 博磊达参与了军事科学院系统 工程研究院在“军用钛酸锂电 池组”的行业标准起草及编制 事宜。 储能应用 领域 通信储能 应用领域 军工应用 领域6 6 1.4 研发成果以及知识产权 2016 年 2015 年 2019 年 2018 年 2017 年 深圳博磊达发表国外科技论文两篇， 1.Phosphorization boosts thecapacitance of mixed metal nanosheet arrays for high performance supercapacitor electrodes/Nanoscale/ 2018/10:11775-11781 2. Optimization of porous FeNi 3 _N -GN composites with superior microwave absorption performance Chemical Engineering Journal/ 2018/345 :441-451 专利情况概述： 公司发表并授权多篇专利，专利围绕钛酸锂电池、铝离子电池、基站用低成本钛酸锂电池等方向，形成核心竞争力。钛酸锂电池介绍8 8 安全 • 系统安全可通过设计以及标准确定； • 钛酸锂电芯安全系数最高； 热管理 • 通过仿真，进行布局设计； • 钛酸锂单体电芯产热少； 经济性 • 动力类型的钛酸锂价格为4500元/kwh，可使用40000次，度电成本为0.11元/kwh； • 储能型钛酸锂电池为 2000 元 /kwh, 可使用10000 次 ， 度电成本为 0 . 2 元 /kwh ， 初期投 资成本低； 全生命周期使 用 • 钛酸锂储能电站或者调频电站使用过后，钛酸锂电池作梯次电池使用，我方回收价格为 400元/kwh，充分利用钛酸锂电池的剩余价值，缩短储能以及调频电站的回收周期。 2.1 钛酸锂在储能系统中的应用思路9 9 2.2 博磊达钛酸锂电池工艺生产创新性 高真空&电芯贴合独立加热烘 烤模式； •烘箱内能够保持低于100Pa 的高真空，使得相比常规电 池工艺的1000Pa，水的沸点 明显降低，烘烤效果和效率 明显提升； •烘箱内电芯采用贴合独立加 热的方式进行烘烤，使每个 电芯的烘烤温度均匀性有明 显提升，温差控制在1℃； •钛酸锂电池组装中采用加热 过盈配合，并进行超声焊接； •A）过盈配合使电池的结构 稳定性有明显提升，抗振性 能和导流性能优良； •B）超声焊接再次加强了强 化了电池的抗震性能和导流 性能 •钛酸锂电池极耳与集流体焊 接采用脉冲式激光焊接，用 穿透焊的方式达到连接焊焊 接质量稳定（因采用了进口 激光焊接机，光源稳定，并 且具有实时的能量反馈功能， 超出能量范围自动关闭光 闸）； •效率高（激光无需接触灵活 性高，速度可达10点/秒）； •焊接效果导流性能好内阻低 （电池内阻低于0.4mΩ） •全极耳极片设计； •钛酸锂电池全极耳工艺采用 连续涂布的方式，并且留白 边缘全部为极耳，提高钛酸 锂电池的过电流能力； •省略了常规电池所需的裁剪 极耳的工序； •提高了设备（涂布，辊压） 的效率； •降低了电池极片毛刺出现的 几率 •材料的一次颗粒采用纳米化， 并进行包覆处理，再进行二 次团聚的工艺路线，纳米化 处理增大了材料的比表面积， 缩短锂离子的扩散路径，提 高材料的稳定性，包覆处理 增强了材料的导电性，二次 团聚最终控制材料的粒径， 使材料拥有良好的加工性能。10 10 u 钛酸锂不易生产SEI膜，脱嵌电位高（约1.55V），无金属锂析出导致的安全事故风险。 u 钛酸锂属尖晶石结构，其最大特点是充放电体积变化非常极小，称之“零应变”，这种“零应变”新材料的性能， 提高了电池的循环使用寿命和安全性能。 u 尖晶石结构具有优越的高倍率充放电特性和高低温环境中应用的特点。 2.3 钛酸锂电池简介 Ø 钛酸锂特性：11 11 Ø 经过枪击试验，产品不起火不爆炸。 7.62mm口径 枪击实验图片 2.4 超高安全性- 112 12 2.3 超高安全性- 2 Ø 博磊达钛酸锂电池燃烧试验 测试过程：电池在室温条件下，25A放电至1.5V后，搁置10min，25A恒流恒压充电至2.7V，将电池固定在钢丝网上，进行燃烧实 验，观察电池是否起火、爆炸。 l 燃烧到一分三十秒的过程中，T公司钛酸锂电池外壳 鼓胀明显；博磊达电池无明显变化。 l 燃烧到两分三十秒时，T公司钛酸锂电池鼓胀严重，在两分三十 五秒左右，电池开始泄压，在两分五十秒左右，因为泄压气流过 大，电池直接跳跃翻转；相同时间内，博磊达电池无明显变化。 燃烧1min30s 燃烧3min8s l 燃烧三分钟八秒时，T公司钛酸锂电池泄压停止；博磊达电 池无明显变化。13 13 Ø 单体及电池模块经过过充、过放、短路、跌落、加热、挤压、针刺、海水浸泡等苛刻测试后，产品不冒烟不起火 不爆炸，已获得国家客车质量监督检验中心的强检报告及多项认证。 单体跌落试验 单体过充试验 单体短路试验 单体过放试验 单体加热试验 单体挤压试验 单体海水浸泡试验 模块跌落试验 模块过充试验 模块短路试验 模块过放试验 模块加热试验 模块挤压试验 模块海水浸泡试验 2.3 超高安全性- 314 14 温度( ℃) 充电容 量（Ah ） 充电比 例（% ） 25 25.298 100 0 23.537 93.04 -20 21.518 85.06 -30 18.870 74.59 -40 16.373 64.72 p 测试条件：电池在室温条件下1C充放电循环两次，电压范 围1.5-2.7V，放空状态下在指定温度静置12H，以1C电流， 恒流充电至2.7V，以25℃充电容量作为基础容量计算容量 百分比。 p 测试结果：电池在0℃条件下1C充电容量大于93 %以 上， -40 ℃超低温条件下，1C充电容量大于60 %以上。 2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 0% 20% 40% 60% 80% 100% 120% 电 压 / V 容量/% 低温充电曲线 25 ℃ 0 ℃ 2.4 低温性能- 充电 1.5 1.7 1.9 2.1 2.3 2.5 2.7 2.9 0% 20% 40% 60% 80% 100% 充 电 电 压 / V 充电容量/SOC 低温充电曲线 -20 ℃- 0 .2C -30 ℃- 0 .2C p 测试条件：电池在室温条件下1C循环，电压范围1.5-2.8V， 满电状态下分别在-20℃ 、 -30℃条件下静置12H, - 20℃0.5C恒流放电至1.5V， -30℃/0.2C恒流放电至1.5V，。 以25℃/0.5C放电容量作为基础容量计算百分比。 p 测试结果：电池在-20℃ 0.5C充电时，充电容量大于 94%以上，- 30 ℃ 、 -35 ℃ 0 . 2 C充电时，恒流充电比 均约70%左右，整体充电容量比大于85 %以上。 充电电 流（C ） 温度 （ ℃ ） 充电容 量（Ah ） 充电比 例(%) 0.5 25 ℃ 29.415 94.07 -20 ℃ 27.673 0.2 25 ℃ 30.343 88.59 -30 ℃ 26.880 0.2 25 ℃ 30.627 85.07 -35 ℃ 26.056 动力类钛酸锂电池 储能类钛酸锂电池15 15 p 测试条件： 电池在室温条件下1C充放电循环两次，电压范 围1.5-2.7V，满电状态下在指定温度静置12H，以1C电流 恒流放电至1.5V，以25℃放电容量作为基础容量计算容量 百分比。 p 测试结果： 电池在0℃条件下1C放电容量大于94%， -40℃超低温条件下1C放电容量大于65%以上。 p 测试条件：电池在室温条件下1C循环，电压范围1.5-2.8V，放空 状态下分别在-20℃、-30℃条件下静置12H, -20℃0.5C恒流恒 压充电至2.8V， -30℃0.2C恒流恒压充电至2.8V，截止电流 0.05C。以25℃0.5C充电容量作为基础容量计算百分比。 测试结果：电池在-20℃0.5C放电与在-30℃0.2C放电效 果相近，放电容量比例约93%左右，在-35℃超低温条件 下，放电比例仍旧大于90%以上。 1.5 1.7 1.9 2.1 2.3 2.5 2.7 0% 50% 100% 150% 电 压 / V 容量百分比/% 低温放电曲线 25 ℃ 0 ℃ 温度( ℃) 放电容 量（Ah ） 放电比 例（% ） 25 25.188 100 0 23.737 94.24% -20 22.261 88.38% -30 19.984 79.34% -40 16.823 66.79% 1.5 1.7 1.9 2.1 2.3 2.5 2.7 2.9 0% 20% 40% 60% 80% 100% 充 电 电 压 / V 放电容量/SOC 低温放电曲线 -20 ℃- 0 .2C -30 ℃- 0 .2C 放电电 流（C ） 温度 （ ℃ ） 放电容 量 （Ah ） 放电比 例(%) 0.5 25 ℃ 30.55 9 92.78 -20 ℃ 28.35 4 0.2 25 ℃ 29.69 8 93.33 -30 ℃ 27.71 7 0.2 25 ℃ 29.75 9 91.06 -35 ℃ 27.1 2.4 低温性能- 放电 动力类钛酸锂电池 储能类钛酸锂电池16 16 测试条件：电池在室温条件下1C放电至1.5V，以1C、2C、3C、 5C、10C电流恒流充电至2.7V，以1C充电容量作为基础容量 计算容量百分比。 测试结果：充电电流小于3C时，充电容量比始终大于 97%以上，充电电流增大至10C时，充电容量比接近 88%。 测试条件：电池在室温条件下1C恒流放电至1.5V，以0.2C、 0.5C、1C、3C电流恒恒压充电至2.8V，以0.2C充电容量作为 基础容量计算容量百分比。 测试结果：以0.2C作为基础容量计算，充电电流小于1C 时，充电容量比相差在1.7%以内，充电电流为3C时，充 电容量大于94%以上。 2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 0% 50% 100% 150% 充 电 电 压 / V 充电容量/SOC 倍率充电曲线 1 C 2 C 充电电流 （C ） 充电容量 （Ah ） 充电比例 （% ） 1 25.396 100.00% 2 24.879 97.97% 3 24.697 97.25% 5 24.069 94.77% 10 22.338 87.96% 2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 0% 20% 40% 60% 80% 100% 120% 电 压 / V 充电容量/SOC 倍率充电 0.2C 0.5C 1C 3C 充电电 流（C ） 充电容量 （Ah ） 充电比例 （% ） 0.2 29.774 100.00% 0.5 29.591 99.39% 1 29.283 98.35% 3 28.057 94.23% 2.5 倍率性能- 充电 动力类钛酸锂电池 储能类钛酸锂电池17 17 p 测试条件：电池在室温条件下1C恒流恒压充电至2.7V，截 止电流0.05C，以1C、3C、5C、8C、10C电流恒流放电至 1.5V，以1C放电容量作为基础容量计算容量百分比。 p 测试结果：在整个大电流放电过程中， 放电容量始终 大于97 % 以上。 p 测试条件：电池在室温条件下1C恒流恒压充电至2.8V，以 0.2C、0.5C、1C、3C电流恒流放电至1.5V，以0.2C放电容 量作为基础容量计算容量百分比。 p 测试结果：放电电流小于1C时，放电容量没有明显差 异，放电电流升高至3 C 时，放电容量接近98 %。 1.5 1.7 1.9 2.1 2.3 2.5 2.7 2.9 0% 50% 100% 150% 放 电 电 压 / V 放电容量/SOC 倍率放电曲线 1 C 3 C 放电电流 （C ） 放电容量 （Ah ） 放电比例 （% ） 1 25.238 100.00% 3 24.488 97.03% 5 24.764 98.12% 8 25.219 99.92% 10 25.35 100.44% 放电电 流（C ） 放电容量 （Ah ） 放电比例 （% ） 0.2 29.518 100.00% 0.5 29.311 99.30% 1 29.138 98.71% 3 28.868 97.80% 1.5 1.7 1.9 2.1 2.3 2.5 2.7 2.9 0% 50% 100% 150% 电 压 / V 放电容量/SOC 倍率放电 0.2C 0.5C 1C 3C 2.5 倍率性能- 放电 动力类钛酸锂电池 储能类钛酸锂电池18 18 动力类钛酸锂电池测试结果：在5C充5C放的充放电条件下，钛酸锂电池循环20000次（100%DOD）后 容量保持达到额定容量的85%； 在1C充1C放的充放电条件下，钛酸锂电池循环40000次（100%DOD）后容量保持达到额定容量的85%。 2.6 超长循环寿命 储能类钛酸锂电池测试结果： 在1C充1C放的充放电条件下，钛酸锂电池循环10000次（100%DOD）后容量保持达到额定容量的85%。钛酸锂电池应用介绍20 20 基于钛酸锂电池超长的循环寿命，超宽的高低温性能，超大倍率充放电，钛酸锂电池在储能 方面的应用优势明显。 u 工作温度范围宽：即使是高寒/高温地区也能正常使用，极大的便利了这类地区 的通信及用电的正常； u 循环寿命长：不用再频繁的更换产品，节省人工等各种投入； 在峰谷电价差较大的地区，可以实行削峰填谷，经济效益高； 与太阳能光伏发电系统完美配合； u 安全性高：不起火、不爆炸，有效保障产品的质量及性能； u 支持大倍率充放电：支持快速充电，节省时间，为资源的有效利用提供了便捷； 钛酸锂电池系统可以为各类应用场景提供优质电源 3.1 钛酸锂应用概述21 21 p 电压平台：48V； p 电源容量：30/150/240/325/400/480/525Ah； ü 模块化设计，体积小，重量轻； ü 前操作，方便安装维护； ü 一键开关机，操作更便捷； ü 内置无线传输模块。 3.2 钛酸锂电池应用于通信基站备用电源22 22 3.2 钛酸锂在光伏基站上的应用 Ø 钛酸锂电池在西藏地区太阳能光伏基站，充分发挥其充电速度快、耐高 温和耐低温的特性，保证在光照弱以及无光照的情况下基站正常运作。 光伏方阵总功率(kW) 18Kw(最大输出电流300A) 基站设备运行功率(kW) 2.4kW（最大负载电流50A） 单组电池组最大充电电流（A） 150A 两组电池充满电所需时间（h） 4h（光照强时计算） 电池组运行温度范围（℃） -30℃～55℃ 无光照情况下电池组可保证基站运行时 长（h） 20h ü 光伏基站配置：8个方阵的太阳能光伏板（单个方阵 2200W）、基站运行设备（总功率2400W）、两 组一体化机柜500Ah钛酸锂电池组。 ü 日平均光照时长：9小时（09:00～18:00） ü 电池组运行工况：光照强时光伏在保证基站正常运 行的情况下，用多余的发电量给电池组充电，光照 弱时电池组和光伏同时放电保证基站的正常运行， 无光照时电池组保证基站正常运行。 总结：此配置下的高海拔光伏基站，白天基站正常运行的情况下电池组一直处于浮充状态，两组充满电的 500AH的钛酸锂电池组可保证无光照情况下基站正常运行20小时，且不受低温等恶劣环境影响。23 23 应用一：牵引动力电源系统 奥地利机车项目 规格：745V 75Ah100Ah 工作电压区间：486V~874V标准充电电流：330A/450A，最大充 电电 流:675A（20s) / 900A(20s) 作用：充分发挥钛酸锂电池的高安全，超大倍率充放电，长寿命， 宽温度的产品特性。用于市内有轨电车或者跨区域的城际轨道列车， 是轨道交通行业开启电气化时代的最佳电源产品之一。 类型二：辅助电源系统西门子项目 规格：110V 300Ah 防护等级：IP67 作用：替代传统的镍氢电池，作为辅助或者应急电源 系统，为车辆的照明，通风，空调，通讯等负载提供 电能，充分发挥钛酸锂电池的高安全，长寿命，宽温 度的产品特性。 3.3 钛酸锂在轨道交通上的应用案例24 24 Ø 案例展示 -电力机车-800V250Ah钛酸锂电池系统 电池系统正面结构示意图 钛酸锂电池系统图片 电池箱拆分图片 电池箱图片 空调图片 箱体顶盖 上盖板 BMS 下盖板 箱体底盖 3.3 钛酸锂在轨道交通上的应用案例25 25 Ø 案例展示 -电力机车800V250Ah钛酸锂电池系统 3.3 钛酸锂在轨道交通上的应用案例 残差曲线 控点平衡温升曲线 流场（流速）分布图 温度场分布图26 26 Ø 类型：牵引电力机车 规格：552V/100Ah/125Ah/200Ah 1.电池保护功能正常，放电容量在197Ah以上。 2.充放电共循环2000次无异常停机或报警现象。 3.连接点测试每完成一个循环用海温感仪测量一次 PACK内部6个连接点温度，最高温度保持在40℃左右。 4.环境温度维持在35℃。 3.4 钛酸锂在隧道工程用牵引机车上的应用27 27 出风口 上盖 侧面板 侧面板 前面板 BMS 检修窗口 托架 电池模组 风扇 泄压阀 3.5 纯电动大巴 上的应用 Ø 案例展示-5810 客车电源28 28 Ø 钛酸锂电力 系统~3M W / 0.8M W h 集装箱储能设计 基于钛酸锂电池的高安全，大倍率，宽温度，长寿命的特性，整个系统包含一套电池储能系统（含电池管理系统）、1台 汇流控制柜、1台配电开关柜，配套其它设备(供电系统、温度控制系统、隔热系统、阻燃系统、火灾报警系统、电气联锁 系统、机械联锁系统、应急系统、消防系统等自动控制和安全保障系统)进行集成到一个40尺集装箱内。 10个800.4V 100Ah的电池蔟并联汇流介入PCS 3.6 电力储能 上的应用29 29 3.7 合作伙伴谢谢欣赏 深圳博磊达新能源科技有限公司