天氣驟冷，磷酸鐵鋰電池儲能在低溫環(huán)境下的運行特性

北風起，大雪飛，天氣驟冷，隨著寒潮的來臨，磷酸鐵鋰電池儲能在低溫環(huán)境下的運行特性引發(fā)普遍關(guān)注。

特別是在我國西北部，內(nèi)蒙、青海等部分地區(qū)氣溫將降到-20℃以下，隨著漫長嚴寒的冬季的到來，部分地區(qū)極端最低溫度可達-40℃左右，對磷酸鐵鋰電池儲能電站的運行條件提出嚴苛的考驗。

西北地區(qū)由于豐富的風光資源和廣闊的土地，是新型電力系統(tǒng)新能源建設(shè)的主戰(zhàn)場，特別是國家推動在沙漠、戈壁、荒漠地區(qū)建設(shè)大型風光基地，西北地區(qū)也是主要的建設(shè)場所，通過配套建設(shè)磷酸鐵鋰電池儲能或共享儲能電站是提升電網(wǎng)調(diào)節(jié)性能力的主要方式之一。

磷酸鐵鋰電池作為當前最廣泛使用的電化學儲能電池類型，市場占比超過90%。磷酸鐵鋰電池最佳運行環(huán)境溫度在25℃左右，低溫性能差是磷酸鐵鋰電池儲能電站的主要缺點，在低溫時磷酸鐵鋰電池主要表現(xiàn)出電解質(zhì)黏度增大，電解質(zhì)結(jié)晶，離子電導率下降，負極脫嵌鋰困難，負極表面析鋰，鋰離子在正負極之間遷移速率變慢，內(nèi)阻增大等特征。

以某品牌磷酸鐵鋰電池為例，其允許運行環(huán)境溫度在-30~55℃左右，需要注意的是，此溫度區(qū)間主要指其安全運行溫度，并非電池的最佳性能運行溫度，在0.25P的充放電功率下，0℃時可放電能量在80%左右，-10℃時可放電能量在65%左右，而在-20℃時可放電能量僅在50%左右，隨著運行環(huán)境溫度的下降，其可放電能量急劇下降。

更為重要的是，磷酸鐵鋰電池若長期儲存或運行在極端低溫環(huán)境下，可能會造成不可逆的永久損傷，造成巨大的安全風險和經(jīng)濟損失。

可以看出，磷酸鐵鋰電池運行在0℃以下的溫度下，無論是電動汽車還是儲能電站，電池的性能均受到嚴重影響，應當采取措施改善電池的運行環(huán)境溫度。

針對磷酸鐵鋰電池的低溫問題，通過艙體采取保溫隔熱材料、配置空調(diào)或液冷機組、合理設(shè)計風道或液冷管路等措施維持儲能系統(tǒng)的運行環(huán)境溫度至關(guān)重要，一般維持運行環(huán)境溫度在15-25℃左右。

目前，磷酸鐵鋰電池儲能設(shè)備以預制艙集成戶外布置為主，以常規(guī)風冷熱管理方式為例，配置工業(yè)空調(diào)維護電池艙環(huán)境溫度，同時根據(jù)熱仿真實驗進行電池艙的風道設(shè)計，保障電池簇溫度以及溫度均衡，并保證電池的一致性。此外，在環(huán)境溫度過低時，空調(diào)常常面臨啟動困難等問題，一般可通過配置電加熱器來輔助抬升艙內(nèi)溫度。

隨著液冷熱管理方式的逐步普及，環(huán)境溫度過低時，乙二醇水溶液經(jīng)液冷板加熱電池維持儲能系統(tǒng)運行溫度也是主要方式，目前主流廠家液冷設(shè)備的允許最低環(huán)境溫度在-25~-30℃左右，在更低的環(huán)境溫度下液冷系統(tǒng)的適應性和經(jīng)濟性也需進一步研究。

行業(yè)也通過研究正負極和電解質(zhì)材料緩解電池的低溫性能差的固有屬性，例如通過研發(fā)低溫電解質(zhì)、正極材料摻雜少量元素、負極材料表面處理或包覆等手段提升其低溫性能。

目前，內(nèi)蒙、青海、冀北等風光資源富集地新能源普遍配置磷酸鐵鋰電池儲能滿足新能源并網(wǎng)需要，多個項目也已并網(wǎng)投運，改善磷酸鐵鋰電池固有性能和研究溫度管理技術(shù)對保證西北嚴寒地區(qū)儲能系統(tǒng)的安全高效運行至關(guān)重要。

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1.部分文章、圖片來源于中國化學與物理電源行業(yè)協(xié)會儲能應用分會產(chǎn)業(yè)政策研究中心   作者：禾木；

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