深圳众城卓越科技有限公司储能事业部总监姜金龙：铅酸电池、超级电容和锂离子电池在变桨应用上的对比

 

　　姜金龙：大家好，很荣幸能够参加这个会议，因为刚才我听CQC的赵总也有提到变桨的储能，长叶片能量不足的问题，刚好我接着也是说说这个事情。这个是我拜访了一些客户，从客户的一些需求里面大概提炼出来的从整机的角度大家比较关心的一些东西，一是能量的计量，还有电量的计量，电量计量就是使用之后超级电容或者是电池还有多少电量，然后还有高温的存储寿命，然后倍率和循环寿命，现在提的比较多的就还有成本，现在大家对成本都比较关注。

 

　　这个是我们按照国标32077-2016中的5.7.1.3，这个变桨距速度在整个厂站级距角范围内完成大于1次顺桨的能力。我们以121米叶片为例计算，可以下来完整的顺桨22次，铅酸可以顺桨32次，超级点是可以顺桨一次。铅酸电池盒锂电池能量足够大，电量的计量也会更准一些，因为它容量大所以一定范围内也能够坚持误差。

 

　　这些是我们我们设置了一些测试的一些锂电池模组铅酸电池超级电容，这个是我们推算出来的，整个模组我现在测了大概有1300多次，目前容量可以保证在2400的时候容量是大于70%，而铅酸电池做满充电到30%的放电，循环寿命目前测出来也是大于1000次多一点点。超级电容这个数据我们是做了部分测试，电池最大的放电倍率，锂电池的放电倍率在15-30。铅酸电池我们取得是10C的电池，最大持续电流是52A，超级电容单个是220A。铅酸电池就目前来看用在变桨上倍率稍显不足。以三元电池为例，正极材料含Ni、Co等金属，电池的单串成本较超级电容略高，但锂电池电池在变桨上电压可以用到4.0V左右，串联数量少。综合成本低于超级电容。

 

　　这个是拿着市面上常见的几种储能单元，三元电池单体电压3.7V，理论使用寿命10年。磷酸铁锂使用时间大概在10-20年之间，钛酸锂电池理论使用寿命大概在15-20年，超级电容是使用寿命是10年。我们对这几种做了一个对比，三元电池的优势就是产业成熟，在3C产品上大量应用，在变桨上我们看到的它的寿命和超级电容相当，一定程度的是免维护的。它的劣势就是它需要在变桨驱动器内设计BMS，因为锂电池对管理要求比较高，整个BMS主控需要做到变桨驱动器。

 

　　磷酸铁锂电池高性能比三元电池好一点，它的成本因为电压比较低，所以它的成本会和三元电池相比它会高一点，应该和超级电容的整个模组的成本差不多。钛酸锂电池它的优势就是负50-60度完全充装点，不需要热管理，这个成本相对比较高一点，这个是拿的几种说明。

 

　　几种常见储能单元对比，锂离子电池正极脱嵌和负极插入锂离子均为化学反应，以三元电池和钛酸锂负极为例。充电时正极脱嵌锂离子，负极插入锂离子。锂离子超级电容器一个电极使用锂离子的材料，一个电极使用活性炭，这样锂离子超级电容器所有的指标都是介于锂电池和超级电容之间的。我们这个电池高温的循环衰减主要是电机表面的一些负反应导致的，锂电池和超级电容它的电解液体系都差不多，所以他们电解液自身的高温特性是相当的，它真正的影响高温存储寿命的实际上就是电极的稳定性，目前已经量产的认为最稳定的两种电极是磷酸铁锂和钛酸锂，它主要是两种电极材料，它的晶体结构都是尖晶子结构。

 

　　这个是我个人对于变桨储能单元需求解读，铅酸电池一定是被淘汰的，虽然成本比较低但是它的综合成本是比较高的。锂电池和超级电容器都是比较好的变桨储能单元，但是锂电池相对于超级电容器它的成本会低一些，能量会高一些，这些常业上或者大容量机组上体现的会更明显。同时3C产品电动车还有储能行业的发展将有效的促进长寿命锂离子电池的不断成熟，比如说磷酸铁锂和钛酸锂电池目前都已经是批量化生产并应在其他行业了。这些电池理论上管理合理的话，都可以实现20年风机的整个寿命周期类的免维护，偶觉得这些都是我们可以做一些尝试的。一些新型的储能单元目前我们做的实验就是觉得还是在体系和生产上还是有一些问题。从长远来看，这些问题都可以克服的，需要做一些更充分的调研和测试。

 

　　这是我做的对比表格，装机数量不一定太对，铅酸电池目前整机数量大概在4万台左右，超级电容器是6万台左右。铅酸电池它的寿命比较短，它的主要影响的因素是以下这几个方面：充电不足导致电池硫酸盐化，该充电导致电池失水。

 

　　我们在市场调研，大概三元里电池在最多的应用是在十年左右，我个人也取得一个大概运行了6年的风电机组的一块锂电池我们做了测试，在变桨电机满载15秒为标准的话连续测试了7次。

 

　　超级电容器目前来看是用在变桨上是比较好的，因为它的管理相对简单，也不需要做热管理，它的高温衰减性能也是优于铅酸电池的，是一种比较好的储能装置。它的最大的问题还就是储能能量比较小，然后能量计量是比较困难的，因为我们没有好的方法来判断超级电容它的能量到底有多少，是否能够满足顺桨的需求，这个还是用超级电容一个最大的问题。

 

　　这个是我们自己做过的一个案例，就是用锂电池改的变桨的铅酸电池，这个是原来的某个变桨系统的后备电源，是360V，5Ah的铅酸电池，在主控内有加入铅酸检查以及温度补偿等各种参数设定，我们用锂电池把它做了改造。使用了4块93.6V、5.2Ah的锂电池，以及一个主控的BMS的模块。整个参数就是5.2Ah，374.4V，充电电压410V。这个是锂电池的一些参数，这个是改装的接线方式。

 

　　这个产品我们就是在内部加了电压和温度采集，然后对整个电池的一致性也做了监控，然后对于加热的一致性也做了监控。整个系统有过充电，过放电，过温，告警等等所有锂电池需要的保护功能我们都做了。

 

　　这个是我们整个系统也做了一些自己以及第三方做了一些测试。谢谢大家！