霍克磷酸铁锂电池在变电站的应用

摘要：变电站直流系统，作为变电站重要构成部分，其稳定性，是相当重要的，其安全性，也是极为关键的，其可靠性，同样不容忽视，伴随我国电力技术快速发展，随着电力需求逐年递增，传统的变电站直流系统，已然无法契合电网发展需求，迫切需要采取经济且科学的策略，对其予以改造。针对此情况，要持续不断地致力于探索应用新的产品，新的材料，新的技术。此外，对于此情形，相较于其他的蓄电池而言，磷酸铁锂蓄电池具备超长寿命这个特性，其具备使用安全的特性，具备绿色环保的特性，具备可大电流充放电的特性，具备耐高温的特性，具备自放电率小的特性，具备无记忆效应的特性，具备体积小的特性，具备重量轻的特性。因而去研究磷酸铁锂蓄电池组在变电站直流电源系统中的应用，意义是非常重大的。

关键词：磷酸铁锂蓄电池；直流电源系统

1 引言

磷酸铁锂锂离子电池，相较于传统的水溶液二次电池，像铅酸、镍氢以及镍镉电池来讲，具备循环寿命长、能量密度高的优势，且电池拥有很高的安全性，在各类电池体系里，磷酸铁锂电池成为最具发展潜力的电池体系。所以磷酸铁锂电池在电动车电源、大规模储能、通讯基站以及电动自行车等层面获得了广泛应用。虽说采用的是相同的电化学体系，然而因电池结构设计存在不同，常常致使电池的性能也存有较大差异。并且采用贫液软包装结构设计的电池性能更为优异。这种电池在生产进程中，在电池化成工序做完后把多余的电解液抽出，电池内部剩余的电解液储存在隔膜、正负极片的微孔中，几乎不产生流动，不过又能确保电池正常使用，最大程度地降低了电解液带来的燃烧隐患。当电池过充时电解液分解产生的气体也很少，鉴于采用软包装设计，这时电池仅发生轻微的鼓胀，规避了爆炸的风险。同时这种结构还进一步提升了电池的能量密度。

2 磷酸铁锂电池在变电站的应用

变电站的直流系统里，阀控式密封铅酸蓄电池，只需严格把控整流器的充电电压，依据浮充使用与循环使用的不同要求，采用规定电压实施恒压充电，无需值班人员过多操心电池充电过程，不用添加蒸馏水，也不必时常检测电池端电压、电解液比重以及温度，只需定期检测电池端电压和放电容量就行，它使用便利、安装简便、安全可靠，阀控密封铅酸蓄电池是当前电力系统发电厂、变电站直流电源系统的主流选择。当前，国内的变电站之中，占据多数的所采用的蓄电池乃是阀控式密封铅酸蓄电池。阀控式密封铅酸蓄电池，除了不进行密度的测量，也不添加蒸馏水以外，其他的维护工作与一般的蓄电池同等看待，阀控式密封铅酸蓄电池并非是免除维护的蓄电池，仅仅是不加水、不测量比重而已。目前正在运行的阀控式密封铅酸蓄电池于电力系统变电站的运行工况并不理想。阀控式密封铅酸蓄电池具有如下主要缺陷：其一，蓄电池单体电压的“一致性”欠佳，温度对于电池特性的影响较大，存在漏液、电池鼓肚的现象，且寿命偏短。有所建议的那本关于电力工程直流电源设备通用技术条件以及安全要求的内容里提到，阀控式密封铅酸蓄电池室的环境温度，应该尽可能地维持在5到35℃的区间里面，然而，在实际运行的状况下呢，想要确保常年的环境温度处于规定的范围之内，这是比较困难的。另外一个情况是，存在着些隐蔽的缺陷，部分的蓄电池容量是存在不足的情况的。在处于浮充状态之时，端电压呈现正常状态、温度也是正常状况、不存在漏液情况，然而在站用电交流出现失压状况、遭遇大电流冲击、面临意外低电压情形下，那些存在隐蔽缺陷的蓄电池便有可能会出现极板脱落现象、短时间容量出现“跳水”崩溃的情况；其三是阀控式密封铅酸蓄电池对于过充电相对较为敏感，在出现过充电的状况时有燃烧以及爆炸的危险，给变电站的设备安全运行带来潜在风险。其四是废旧阀控式密封铅酸蓄电池若处理不当会对环境造成严重污染。
在电力这个系统当中，为达到确保直流电源不间断的目的，通常会采用开关整流器也就是充电器，和蓄电池组并联。是以浮充电形式去进行使用它此一种方式。处于浮充状态条件下，其充电电流主要朝着电池因于自行放热而导致容量丧失的方向去，然而浮充状态时充电电流仍然同电池之内的浮充的电压紧密关联着有关，所以因为了能够确保阀控制程中铅做的酸蓄电池拥有较为可观的浮充使用的寿命，在我们使用电池之时，要全面地结合电池制造所采用的原始材料以及结构方面有的些些特点，还有诸如环境温度等各个方面的情况，去制定出电池合理的使用条件，特别是浮充电压的设定标点符号。于环境温度处于25℃之际，标准型阀控式密封铅酸蓄电池的浮充电压应当被设置于2.25V，其允许出现的变化范围是2.23～2.28V。如果浮充电压设置得过低，那电池会长期处于欠充电的状态，这不仅会在电池极板的内部形成那种不可逆的硫酸盐化，而且还会在活性物质以及板栅之间形成高电阻的阻挡层，进而致使电池的内阻增加、容量下降，最终使得它的寿命提前终止；要是浮充电压设置得过高，电池就会长期处于过充电状态，这会让电池的充电电流增大，这不仅会使安全阀频繁开启从而导致失水增加、容量衰减，而且还会让电池内产生的热量来不及散掉，致使温度升高，形成恶性循环，造成热失控，另外还会让板栅腐蚀加速，使得浮充使用寿命提前终止 。
不可否认，为了达成电池既不存在欠充电的情况，又不存在过充电的状况，的确还需要按照环境温度的改变去调整浮充电压，常规的调节系数是±3mV/℃。然而，绝并非是说有了浮充电压的调节系数，电池便能够在任意的环境温度之下使用。需加以明确的是，当温度处于较低状态时，因为浮充电压有所增大，同样会致使浮充电流增大，板栅腐蚀速度加快，使得寿命提前终止等一系列的问题出现；而当温度处于较高状态时，浮充电压减小，也会产生电池出现欠充电的一系列的问题。要知道，阀控式密封铅酸蓄电池在安装使用之际，适宜安装于装有空调且通风状况良好的房间当中，与此同时，还得与开关整流器等热源远离开，并且当电池多层进行安装时，也最好别安装在电池柜内，不然会对散热造成影响。一般而言，过放电越是严重，在下次充电的时候，落后的电池越发不容易恢复，如此便会对电池组的寿命产生严重影响。阀控式密封铅酸蓄电池，若过压充电，会给电池寿命及容量带来较大影响，若欠压充电，同样会如此；它不能耐受高温，而且温度对均充电压、浮充电压影响颇大，在使用进程里，只要稍有失误，极易致使蓄电池组提前报废。

3 磷酸铁锂电池安全防护技术

3.1磷酸铁锂电池故障诊断技术

围绕磷酸铁锂电池的安全性展开的探索性研习重点聚焦于剖析该电池安全的影响要素以及故障的诊断环节，借助对电池本体、防护装置以及监控装置予以研究，能够保障储能电池于出厂之时以及后续的使用进程里正常且稳定地运行。在一般情形之下，储能电池所释放出来的能量与安全性形成正比关系，放电的量越多，其所蕴含的风险也就越大。磷酸铁锂这种材料在温度攀升至250℃以上的时候才会呈现出放热的现象，故而当前磷酸铁锂电池获取了颇为广泛的应用，其中在电动汽车行业的应用最为广泛，且发展最为迅猛。近年来，储能电站的电池发生过安全事故，新能源汽车的电池也发生过安全事故，尽管储能电站，新能源汽车的消防安全事故起因不全由电池导致，但电池本身肯定是问题之一，因此，2019年发布的《电力储能用锂离子电池》（GB/T36276—2018），对规范产业发展，引导电池制造企业技术转型和升级，消除信息不对称具有重要意义。

3.2磷酸铁锂电池热失控检测技术

防控锂电池热失控问题属于系统工程范畴，是多种技术措施共同发挥作用而形成的。热失控的防控应当秉持把预防作为主导、将灭火当作辅助的设计理念。面对磷酸铁锂电池的热失控状况，大多采用热管理技术来保证电池系统工作于适宜温度范围之内 . 此系统是由导热介质、测控单元以及温控设备共同构成的。导热介质在与电池组接触以后 . 通过介质自身的流动把电池系统内部所产生的热量散发到外界环境当中. 通过对磷酸铁锂电池工作温度加以调节 . 尽可能让其工作于最为适宜的温度范围 . 从而发挥电池组的能力 . 延缓电池老化 。主要存在空气、液体以及相变材料这3大类作为导热介质，动力电池的散热系统能够划分成空气散热系统、液冷散热系统、固体相变材料散热以及热管散热等方式，空气散热系统借助让空气流经电池表面从而带走动力电池产生的热量，以此达成对动力电池组散热的作用，空气散热系统能够分成自然对流散热和强制通风散热这2种方式,当前动力电池空气散热系统主要具备串联式和并联式这2种系统，然而该种方式成效欠佳，极难实现较高的电池均温性，当前应用不太广泛 。用于动力电池的液冷散热系统，是这样一种系统，就是制冷剂会直接或间接地去接触动力电池，接着通过液态流体的循环流动，把产生在电池包内的热量给带走，以此来达成散热的效果。它的制冷剂能是水，也能是水和乙二醇所形成的混合物，还可以是矿物质油，甚至像R134a也就是1，1，1，2 - 四氟乙烷这样的物质等。这些制冷剂由于具备较高的导热率，其散热效果是很明显的，所以被应用得较为广泛。