储能用锂离子电池系统关键技术

本书针对锂离子电池系统在储能领域的应用场景，系统论述了储能用锂离子电池系统各项指标特性、应用边界条件、电池性能衰退表现与机制、电池单体到模组的控制技术、寿命评估与状态预警技术、创新消防处置技术等，以及储能用锂离子电池系统的成组管理和检测评价等关键技术。本书研讨了以上技术的理论原理、应用现状和研究进展，并对我国锂离子电池规模储能的发展进行了展望。

目录
序
前言
第1章 锂离子电池系统的发展现状 1
1.1 锂离子电池概念 1
1.2 锂离子电池发展简史 2
1.3 锂离子电池体系 3
1.3.1 正极体系 3
1.3.2 负极体系 10
1.3.3 电解质体系 13
1.4 锂离子电池的分类和技术特点 15
1.5 锂离子电池系统简介 17
1.5.1 锂离子电池系统的组成 17
1.5.2 锂离子电池系统的发展历程 18
参考文献 19
第2章 储能用锂离子电池系统的应用现状 21
2.1 锂离子电池储能市场 21
2.2 储能用锂离子电池技术 24
2.2.1 单体锂离子电池技术 24
2.2.2 锂离子电池模组 25
2.2.3 锂离子电池储能系统 29
2.3 储能系统安全事故情况 38
参考文献 40
第3章 储能用锂离子电池系统的指标体系与边界条件 42
3.1 固定设施可再生能源供电系统指标体系 42
3.1.1 电气性能 43
3.1.2 安全性能 45
3.1.3 循环性能 46
3.1.4 环境适应性 51
3.1.5 使用可靠性 52
3.1.6 考虑可再生能源消纳的指标体系 53
3.2 移动式供电系统应用场景分析及其指标体系 54
3.3 偏远地区场景可再生能源供电指标体系 58
3.3.1 典型偏远地区自然环境分析 58
3.3.2 可再生能源供电系统应用场景分析 60
3.4 高功率装备应用场景及其指标体系 61
3.4.1 高功率锂离子电池及其电源系统现状 61
3.4.2 储能分系统的需求分析 62
3.5 大规模储能的极端边界条件 64
3.5.1 我国典型地区极端天气条件调研 64
3.5.2 世界典型地区极端天气条件调研 65
3.6 极端条件对电池影响的模拟仿真研究及其边界条件确定 67
3.6.1 基本模型理论 68
3.6.2 建模流程 72
3.6.3 常规/极端环境下界面副反应特性及仿真模型 74
参考文献 77
第4章 锂离子电池性能衰减机制与抑制策略 78
4.1 正极性能衰变 79
4.1.1 磷酸铁锂正极性能衰变 79
4.1.2 其他正极性能衰变 91
4.2 负极性能衰变 95
4.2.1 石墨负极性能衰变 96
4.2.2 钛酸锂负极性能衰变 99
4.3 非活性物质性能衰变 100
4.3.1 隔膜性能衰变 100
4.3.2 集流体性能衰变 101
4.4 表征电池材料衰减的先进研究手段 102
4.5 全电池性能衰减 104
4.5.1 电解液对衰变特性影响 105
4.5.2 电极设计对衰变特性的影响 106
4.5.3 电池结构设计对性能衰减的影响 107
4.6 电池工作条件对衰变的影响 109
4.6.1 温度的影响 109
4.6.2 SOC的影响 111
4.6.3 电流的影响 112
4.7 电池系统的老化机理 113
4.8 本章小结 115
第5章 锂离子电池的热特性与安全性 116
5.1 锂离子电池的安全特性 116
5.1.1 电池的燃烧三角与热失控演变 118
5.1.2 机械滥用及其热失控演变 119
5.1.3 电滥用及其热失控演变 126
5.1.4 热滥用与热失控演变 127
5.2 电池热安全技术策略 129
5.2.1 降低单体级热失控危险的对策 131
5.2.2 减少系统级的热失控蔓延 136
第6章 锂离子电池及其系统的失效与失控 140
6.1 锂离子电池失效机理 140
6.1.1 锂离子电池失效的表现 140
6.1.2 锂离子电池失效常见的分析方法 144
6.2 锂离子电池热失控机理 146
6.2.1 锂离子电池的热失控过程 146
6.2.2 锂离子电池的热失控蔓延 147
6.2.3 锂离子电池热失控的关键参数 148
6.3 锂离子电池系统的失效与失控 150
6.3.1 锂离子电池系统的组成 150
6.3.2 锂离子电池系统的安全分析 150
6.4 本章小结 152
第7章 储能用锂离子电池管控技术 153
7.1 电池组高可靠性电池管理系统及主动均衡技术 153
7.1.1 关键技术 153
7.1.2 研究方向 154
7.2 电池组高性能健康状态评估技术 155
7.2.1 关键技术 156
7.2.2 研究方向 157
7.3 电池组高效热控及精准防护技术 159
7.3.1 关键技术 160
7.3.2 研究方向 162
7.4 智能化安全状态预警与控制技术 162
7.4.1 关键技术 163
7.4.2 研究方向 165
7.5 高压电池组高效率柔性成组技术 166
7.5.1 关键技术 167
7.5.2 研究方向 170
7.6 电池组低温加热技术 171
7.6.1 关键技术 171
7.6.2 研究方向 172
参考文献 173
第8章 锂离子电池寿命预测及系统可靠性评估 175
8.1 电池单体健康状态估计与延寿技术 175
8.1.1 电池性能退化机理 175
8.1.2 电池容量衰退模型 178
8.1.3 电池健康状态评估 180
8.1.4 电池寿命预测 181
8.1.5 电池延寿技术 185
8.2 电池组系统可靠性评估 185
8.2.1 电池组系统容量衰减机理 185
8.2.2 电池系统可靠性建模与分析 186
8.2.3 电池系统可靠性提升技术 189
8.3 总结与展望 193
第9章 锂离子电池储能系统灾害预警与防控技术 195
9.1 储能系统灾害预警概念 195
9.2 储能系统热失控演化过程 196
9.2.1 电池内部反应时序规律 197
9.2.2 特征温度规律 197
9.2.3 热失控产气规律 198
9.2.4 内短路机理 199
9.3 储能系统热失控灾害监测预警技术 199
9.3.1 储能系统热失控监控预警信号 200
9.3.2 储能系统热失控灾害预警技术 201
9.3.3 储能系统热失控灾害防控技术 204
9.4 本章小结 206
第10章 电池储能系统创新消防技术 207
10.1 电池储能系统消防灭火需求 207
10.2 电池储能系统消防灭火技术 210
10.2.1 传统灭火剂在锂离子电池火灾中的应用 210
10.2.2 新型灭火剂在锂离子电池火灾中的应用 212
10.2.3 气液复合灭火方式在锂离子电池火灾中的应用 215
10.3 电池储能系统消防设计 216
10.3.1 总体设计 218
10.3.2 火灾自动报警系统设计 219
10.3.3 灭火系统设计 219
10.3.4 控制逻辑设计 219
10.4 本章小结 221
第11章 锂离子电池储能系统测试评价技术 223
11.1 储能用锂离子电池测试评价技术 223
11.1.1 储能用锂离子电池单体测试评价技术 223
11.1.2 储能用锂离子电池模块测试评价技术 233
11.1.3 储能用锂离子电池簇测试评价技术 236
11.2 储能系统测试评价技术 238
11.2.1 电网适应性测试评价技术 238
11.2.2 功率控制测试评价技术 241
11.2.3 过载能力测试评价技术 248
11.2.4 低电压穿越测试评价技术 248
11.2.5 高电压穿越测试评价技术 252
11.2.6 电能质量测试评价技术 253
11.2.7 保护功能测试评价技术 255
11.2.8 充放电响应、调节、转换时间测试评价技术 257
11.2.9 额定能量、额定功率能量转换效率测试评价技术 259
11.3 本章小结 261