提高电网调频效率的LpTO电池储能系统：CS47微宏动力制造

1.LpTO粉体技术

LTO作为负极活性物质在锂离子电池的应用中具有优秀的结构稳定性和快速充放电能力。然而，在充放电过程中由于LTO电池的副反应导致的产气问题大大影响了该电池的寿命及限制了其大规模应用。

研究发现，通常情况下的产气都源自于发生在LTO材料表面的化学副反应。在充放电过程中电解液与LTO材料的副反应生成具有还原性的锂盐。在充电过程中，该还原性锂盐会被氧化并生成H₂O、CO、CO₂、C₂H₄和C₃ H₆等副产物。这些副反应使得电池内部持续产生气体并最终加速了电池的衰减。为了解决上述问题，微宏公司的研究团队对传统的LTO粉体进行了改性，在粉体表面包覆了一层低化学反应活性但是具备良好锂离子传导能力的材料，以隔绝电解液与LTO材料之间的接触，从而避免了电池在充放电过程中副化学反应的发生。新开发的LTO材料称为LpTO材料（见图1）。

使用LpTO粉体作为负极活性物质及配合镍钴锰三元材料为正极活性物质设计的电池具有优异的循环寿命和使用寿命。室温下6C充电6C放电条件下持续进行了两年的100%DOD循环测试，图2所示为该测试的结果。可以看出，在进行了25000次深度充放电循环后，电池的放电容量保持还有大约为75%的初始容量。

图1 LpTO粉体的扫描电镜图片

图2 NCM-LpTO电池的循环寿命曲线

2.集装箱式储能系统设计

储能系统采用23V 60Ah的标准模块（见图3），电芯配置为10串6并。采用了全方位保护的支架设计支撑和保护电芯，电芯之间的电连接采用全自动激光焊接保证产品的稳定性。加强的散热翅片设计保证了在大倍率循环下的电池散热。内部整合的带自动均衡功能的LECU单元用于模块内电芯状态的测量及对外的通信。模块外部提供了模块的安装组件、动力连接器、通信连接件等。

模块安装采用了抽屉式结构，如图4所示，配合导轨的使用使得模块的安装和更换十分便捷。所有电气连接设计为盲插结构，在模块插入电池架后即完成了模块的所有电气连接。整体布局简单整洁。系统有两组电池单元构成。每组单元为1000V 60Ah，两组电池单元通过并联连接。系统最大持续充放电功率达到500kW。

图3 LpTO模块示意图

图4 LpTO模块安装示意图

电池系统、消防系统、空调系统、监控系统、控制中心、数据服务器等整合在集装箱内，确保电池系统在运行过程的安全、稳定和可靠。本地服务器可以将系统运行数据通过以太网上传至监控中心供实时监控，对运行过程中发生的故障及报警信息可以第一时间发送给监控中心管理人员。

集装箱（见图5和图6）尺寸选用20in（英尺）的标准集装箱。并通过集装箱运输鉴定和认证。集装箱系统可以作为整体单元进行运输。所有连接均可以在集装箱外部的接线箱完成。接线箱带玻璃视窗，可以方便观察内部开关装置的状态。AC输入回路设计及DC输出回路设计均有手动断路装置，以方便系统断电维护。同时集装箱外部还设计有指示面板，对整个系统内的关键设计状态进行指示，确保系统运行过程中各关键设备的监测。(www.xing528.com)

图5 集装箱内部示意图

图6 储能集装箱外部示意图

3.LpTO电池储能系统北美快速调频市场的应用

PJM是北美地区最大的互联电力系统，总装机容量为106000MW。为了保持发电和负荷的持续平衡，维持系统频率（见图7），必须提供调节和频率响应服务。此外，PJM还在执行负荷响应计划，如系统的LMP很高或者紧急情况发生时，用户做出反应减少负荷可以获得回报。而LpTO电池储能系统由于具备优异的循环寿命和倍率性能可以很好地满足该调频市场的工况。

PJM工况下LpTO电池系统的电流响应曲线如图8所示。从图中可以看出，调频应用中电流响应非常频繁，对储能系统的功率要求非常高，而对能量需求小，因此低容量高倍率的系统设计一方面可以满足电网对功率的需求，另一方面较小的电池容量可以有效地减低储能系统的成本。

图7 调频应用示意图

图8 LpTO储能系统在PJM调频中的电流响应

统计数据还发现，该工况下电池的按时输出率非常高，达到了1800Ah/天。折算成电池循环的话约为10次/天。一年使用时间对电池循环的要求（折算成100%DOD，考虑不同DOD循环的寿命因子）达到了2500次以上。具备25000次循环寿命的LpTO非常适合用于此高循环寿命要求的工况。

4.小结

基于先进的LpTO粉体技术和电池系统设计和管理，微宏公司开发快速响应电池储能系统应用于北美调频市场。数据表明，调频市场的应用对储能系统的功率特性和寿命特性有严格的要求。而微宏LpTO电池系统正好能吻合调频市场对储能系统的严格要求。可以展望在调频市场，LpTO电池将会有广阔空间和极佳的表现。

（作者：微宏动力系统（湖州）有限公司 赵彪）