铅炭电池储能系统在动力行业的应用

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。