(CALCE)马里兰大学,马里兰州帕克分校,美国 通讯作者。电话:+1 301 227 3985;电子邮件:christopher.hendricks@navy.mil;海军水面作战中心卡德罗克分部,9500 MacArthur Blvd,西贝塞斯达,马里兰州 20817,美国 摘要:锂离子电池的诊断和预测依靠电阻抗、容量和电压测量来推断电池的内部状态。电池结构的机械变化代表了电池状态的额外衡量标准,因为这些变化与整体电池健康状况有关。当锂离子电池充电和放电时,锂离子会从阳极和阴极插入或移除,这一过程称为嵌入和脱嵌。当锂离子嵌入和脱嵌时,它们会导致电极颗粒晶格发生变化,从而导致体积变化。这些体积变化会导致锂离子电池电极产生机械应力和应变,因此整个电池的厚度会随着充电和放电而变化。本文介绍了一项使用表面贴装应变计现场测量锂离子电池结构变化的研究,以及单元间应变响应差异的表征。然后使用神经网络建模结构来预测动态放电条件下电池的放电深度。
3 关键技术参数包括:(a) 往返效率,α ∈ (0 , 1);(b) 存储持续时间,L,即电池在耗尽其能量容量之前可以以其功率容量放电的时间;(c) 充电持续时间,L c,即完全充电耗尽的电池所需的时间;(d) 最大放电深度,l max ,即为保持电池性能而建议的最高放电量占总能量容量的百分比。由于最大放电深度,公用事业公司需要投入总能量容量 B/l max 才能获得运行能量容量 B 。相应的放电功率容量为 y B out = B/ ( l max L );充电功率容量为 y B in = B/ ( l max L c α )。
• 使用自下而上的资本成本,LCOS 的估算基于以下假设:项目寿命 = 20 年,电池组寿命 = 10 年,放电深度 = 90%,利率 = 11%(名义),O&M 成本 = 资本支出的 1%,每日循环,电池组性能下降 = 每年 1%
摘要:电池储能系统 (BESS) 的建模研究仍然很少,特别是在考虑电力系统运行过程中因可再生能源发电和电动汽车 (EV) 随机负载而发生的退化造成的功率损失的情况下。同时,由于不同的操作条件,电池寿命与制造商的声明相差很大,还取决于可再生能源 (RES) 的渗透水平、循环操作、温度、放电/充电率和放电深度。选择一种简单的退化模型方法可能会导致在选择最佳管理策略时得出不可靠的结论,并增加大量的投资和运营成本。大多数现有的固定应用中的 BESS 模型要么假设存储的退化成本为零,要么将电池寿命简化为放电深度 (DOD) 的线性函数,这可能导致在估算 BESS 退化成本时产生额外的误差。构建 BESS 寿命模型的复杂性在于,BESS 在寿命开始和结束时都存在非线性退化,而且大多数模型的构建都难以获得大量接近实际运行条件的实验数据。本文从主要应力因素对 BESS 退化程度的影响角度分析了 BESS 在微电网中运行的特定特征。本研究还对现有的电池退化评估模型进行了回顾。
• 在 50% 放电深度 (DoD) 下最多可进行 6,000 次充电循环 • 与 AGM 电池相比,循环次数最多可增加 10 倍,续航里程最多可增加 2 倍 • 结构紧凑、重量轻(重量是铅酸电池的 1/3,尺寸是铅酸电池的 1/2) • 可提供 IoT 模块进行持续监控 - 非常适合服务和维护目的 • 与其他锂电池相比,行驶里程最大 • 可与标准 AGM/GEL 电池 1:1 互换 • 对短暂和深度放电具有很强的抵抗力 • CAN 总线通信
• 设计一个电池,在以 C/10 速率放电时,寿命结束时比能量≥300 Wh/kg • 在 90% 放电深度和 C/2 速率下循环寿命≥200 次 • 在 NASA 指定的温度 20°C 下保持比能量和循环寿命 • 通过热箱测试(暴露在 110°C 下 30 分钟) • 通过过度放电测试(以 1C 速率放电 150%) • 通过短路测试 • 通过过充电测试(C/5 速率持续 5 小时) • 初步设计电池组以满足 NASA 的项目结束要求
锂离子电池 (LIBs) 具有高能量密度和长寿命的特点,在便携式电子设备和电动汽车方面取得了显著成功 [1-4]。然而,由于有机电解液、锂储量不足和成本高等问题,LIBs 的进一步应用受到限制 [5-7]。因此,有必要开发替代性二次电池来取代 LIBs [8,9]。水系锌金属电池 (AZMBs) 已成为有竞争力的候选电池,因为锌 (Zn) 金属负极具有优异的理论容量 (820 mAh g −1 和 5855 mAh cm −3) 和低电化学电位 (−0.76 V vs. 标准氢电极)、丰富的锌资源,以及水系电解质固有的安全性和高离子电导率 (~ 1 S cm −1 vs. 1-10 mS cm −1 有机电解质) [10-16]。然而,锌金属负极存在析氢反应(HER)、腐蚀、钝化、枝晶生长等严重问题,导致可逆性差、循环寿命不稳定,甚至发生短路故障[17–23]。这些问题严重阻碍了AZMBs的实际应用。为了克服上述问题,人们提出了各种针对锌金属负极的稳定策略,包括表面改性、结构优化、电解质工程和隔膜设计[24–31]。然而,由于使用了远远过量的锌,这些研究尚未实现较高的锌利用率[32]。为了补偿Zn的不可逆损失,提高充放电过程的循环稳定性,研究人员通常构建Zn过量(Zn箔厚度≥100μm)、面积容量低(1-5mAh cm−2)的锌金属负极,导致负极与正极的容量比高(N/P>50),放电深度(DOD)较低(<10%)[33]。放电深度(DOD)是参与电极反应的容量占锌金属负极总容量的百分比:
耐用性:该专利技术采用基于配位化学的创新化学方法开发而成,使 GridStar Flow 能够克服现有技术的局限性,并提供满足长期存储要求的功能。该电池具有能源弹性,经过优化,可提供 6 小时或更长时间的灵活放电,并在 20 年内实现 100% 的放电深度。由于这些特性,GridStar Flow 有可能保护电网免受可预见和不可预见的长期停电的影响。 灵活性:GridStar Flow 可以满足多种广泛的应用。与当前的储能技术不同,GridStar Flow 不会经历明显的日历退化,也不会因占空比变化、高循环频率、完全放电或长时间处于高充电状态而受损,从而使 GridStar Flow 能够在短时间内提供灵活、关键的任务支持,并在电网停电期间保持弹性要求。