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北風(fēng)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(yán)寒的冬季的到來，部分地區(qū)極端最低溫度可達(dá)-40℃左右，對磷酸鐵鋰電池儲能電站的運行條件提出嚴(yán)苛的考驗。

西北地區(qū)由于豐富的風(fēng)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(fēng)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(dāng)前最廣泛使用的電化學(xué)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(dǎo)率下降，負(fù)極脫嵌鋰?yán)щy，負(fù)極表面析鋰，鋰離子在正負(fù)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(fēng)險和經(jīng)濟(jì)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(yán)重影響，應(yīng)當(dāng)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(jī)組、合理設(shè)計風(fēng)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(yù)制艙集成戶外布置為主，以常規(guī)風(fēng)冷熱管理方式為例，配置工業(yè)空調(diào)維護(hù)電池艙環(huán)境溫度，同時根據(jù)熱仿真實驗進(jìn)行電池艙的風(fēng)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(yīng)性和經(jīng)濟(jì)性也需進(jìn)一步研究。

行業(yè)也通過研究正負(fù)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(fù)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(fēng)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(yán)寒地區(qū)儲能系統(tǒng)的安全高效運行至關(guān)重要。

原標(biāo)題： 天氣驟冷，磷酸鐵鋰電池儲能在低溫環(huán)境下的運行特性