1 前言

人類文明的飛速發展對清潔能源的需求越來越大。太陽能光伏發電以其來源廣泛，設備相對簡單以及無污染等優點，正日益受到世界各國的重視。隨著全社會對節能減排形成共識，太陽能成為適合我國國情的極具吸引力的清潔能源。由于光伏發電受季節氣象條件影響很大，因此儲能技術與系統是整個太陽能電站中不可或缺的關鍵環節。儲能系統在電網中的作用主要體現在功率補償、削峰填谷、提高電能質量等幾方面。通俗的講儲能系統就像一個儲電銀行，可以把低谷期富余的電儲存起來，而在高峰期拿出來使用，從而起到改善電能質量的作用。

本文將對鋰電儲能的關鍵技術進行詳細的介紹，探討其發展現狀和重要性。

2 鋰電儲能技術簡介

目前已有的儲能技術包括抽水、飛輪等物理儲能，超級電容等電磁儲能以及電化學原理的蓄電池儲能?？紤]到放電時間、成本等因素，蓄電池成為光伏電站儲能的首選[1].目前已有的蓄電池包括鉛酸電池、鋰電池與全釩液流電池。鉛酸電池已有100 多年的歷史，以其價格低廉、性能穩定得到廣泛應用。但鉛酸電池循環壽命很低，一般為 300-600 次；而且在電池制造、使用和回收過程中鉛對環境的污染已不能為現代社會所接受。全釩液流電池是一種新型儲能電池，其功率取決于電池單體面積、電堆層數和串并聯數，而容量取決于電解液容積，適于大容量儲能，而且幾乎無自放電，循環壽命長。全釩液流電池成本非常昂貴，其轉換效率和穩定性還有待提高，而且全釩液流電池需要泵進行流體控制，增加了成本[2].鋰電池單體電壓高，工作溫度范圍寬，比能量與效率高，自放電率低，通過采用保護與均衡電路可提高安全性和壽命。因此綜合各種電池的優劣，鋰電池由于產業鏈相對成熟，安全可靠以及環境友好，成為儲能電站的首選。

3 鋰電儲能關鍵技術

鋰電管理系統（BMS）是鋰電工作所必須的。首先鋰電池由于嚴禁過充過放電，所以必須配備保護設備以確保所有電芯的安全。另一方面由于單體鋰電池的標稱電壓只有 3.2-3.7V,為了適用于多種負載就必須進行串并聯組合；由于各單體電池之間存在差異性，導致電池組的性能呈下滑趨勢，如使用壽命比單體使用時明顯減少等。所以完善的 BMS 系統不僅包括保護技術，還應針對具體應用制定合理的均衡方案，使得各鋰電單體的差異在合理范圍內波動，保證電池組安全高效的工作[3].荷電狀態（SOC）可以準確的表征電池剩余電量，合理的 SOC 估計是預測電池工作時間，避免過沖過放的前提，是 BMS 必備的功能；由于電池模型的復雜性，SOC 估計是十分復雜的，常用的方法有其合理性，但是也都存在很大缺陷[4].溫度也是影響鋰電工作效能的重要因素，溫度對電池的放電容量、內阻、開路電壓都有很大的影響；尤其低溫時放電容量甚至可以跌至常溫時的一半左右。因此完善的 BMS 系統還應具備智能溫控功能以拓展應用環境[5].除此之外一個完整的 BMS 系統還應包括參數顯示、數據通信、故障報警等附屬功能[6],如圖 1 所示?！?】

4 發展現狀

BMS 首要解決的就是安全問題，需要具備：1）過充保護，即充電時需在電壓超標時及時終止。2）過放保護，即組中任一單體電壓低于過放電閾值時終止放電。3）過流及短路保護，主要功能為當意外造成過大的放電電流甚至短路時，輸出能自動關閉并進入自鎖狀態。目前這些基本的保護功能可由專業的鋰電保護芯片實現，如 TI、凌特等專用鋰電保護 IC.均衡是電池管理的核心問題，國內外的研究非?；钴S。均衡的具體實現方法依據能量處理方式可分為耗散型與非耗散型，耗散型均衡通過在電池兩端并聯旁路分流電阻消耗多余能量來實現均衡，這種方法具有實現簡單，成本低廉的優點，但存在熱管理問題。

非耗散型均衡是指能量在電池組中各單體之間轉移以達到均衡，這種均衡方式存在多種電路拓撲結構，但往往存在電路復雜，均衡效率不高，均衡速度慢等問題，限制了其在電動汽車、儲能等大容量領域的使用[7].

鋰電池由于結構和模型的復雜性，其 SOC 特性受許多不確定因素的影響，大致有充放電倍率、溫度與充放電次數等，因此如何依據可測的參數對 SOC 做出準確的估計是當前亟待解決的難題。目前業界常用的 SOC 估計方法有放電法、安時積分法、開路電壓法以及卡爾曼濾波法等[8].放電試驗法是對電池恒流放電，統計放出的電量，直到其端電壓達到放電截止電壓。

該方法比較可靠，適用于不同類型的電池；但缺點主要是試驗過程較長，不能實時在線估計，因此該方法一般用于確定電池模型參數。安時積分法通過計算一段時間內電池充放電時流進或流出的容量來計算 SOC,算得 SOC 值后再根據環境溫度和充放電倍率這些影響因素對其進行補償。這種方法存在積分累積誤差與初始值預測問題。開路電壓法利用電池開路電壓與 SOC一定的曲線對應關系來估算 SOC.但為了測得開路電壓需要消除電池自恢復效應，耗時較長，所以開路電壓法不能實時估計SOC,但可以為其他算法提供初始 SOC 值?？柭鼮V波是一種通過遞歸迭代來解決離散方程中濾波問題的方法，它能夠根據前時刻的狀態通過遞推來估算當前時刻的狀態值。因此我們可用電池的上一個狀態參數來估計當前時刻的工作狀態，即將電池的電流、工作溫度等參數作為系統的輸入，SOC作為狀態參量，電池電壓作為輸出，利用卡爾曼濾波進行鋰電池 SOC 的估算。

目前卡爾曼濾波法還停留在理論仿真階段，實際應用的報道很少。而對溫度的監控目前 BMS 系統主要采用模擬 / 數字溫度傳感器來實現，對于成本受限的場合可以使用熱敏電阻。