磷酸铁锂电池储能系统及充放电原理

磷酸铁锂电池储能系统
磷酸铁锂电池具有工作电压高、能量密度大、循环寿命长、绿色环保等一系列独特优点。并且支持无级扩展。组成储能系统后可进行大规模电能储存。

磷酸铁锂电池储能系统由磷酸铁锂电池组、电池管理系统(Battery Management System，BMS)、换流装置(整流器、逆变器)、中央监控系统、变压器等组成，如图2所示。

磷酸铁锂电池储能系统能量转换原理。充电阶段，间歇式电源或电网为储能系统进行充电，交流电经过整流器后整流为直流电向储能电池模块进行充电，储存能量；放电阶段，储能系统向电网或负载进行放电，储能电池模块的直流电经过逆变器逆变为交流电，通过中央监控系统控制逆变输出，可实现向电网或负载提供稳定功率输出。

图2 磷酸铁锂电池储能系统组成

电池充放电原理
磷酸铁锂电池的充放电反应是在LiFePO4 和FePO4 两相之间进行。在充电过程中，LiFePO4 逐渐脱离出锂离子形成FePO4 ，在放电过程中，锂离子嵌入FePO4 形成LiFePO4 。

电池充电时，锂离子从磷酸铁锂晶体迁移到晶体表面，在电场力的作用下，进入电解液，然后穿过隔膜，再经电解液迁移到石墨晶体的表面，而后嵌入石墨品格中。与此同时，电子经导电体流向正极的铝箔集电极，经极耳、电池正极柱、外电路、负极极柱、负极极耳流向电池负极的铜箔集流体，再经导电体流到石墨负极，使负极的电荷达至平衡。锂离子从磷酸铁锂脱嵌后，磷酸铁锂转化成磷酸铁。
LiFePO4一xLi +xe→ FePO4+(1-x)LiFePO4(1)

电池放电时，锂离子从石墨晶体中脱嵌出来，进入电解液，然后穿过隔膜，经电解液迁移到磷酸铁锂晶体的表面，然后重新嵌入到磷酸铁锂的晶格内。与此同时，电子经导电体流向负极的铜箔集电极，经极耳、电池负极柱、外电路、正极极柱、正极极耳流向电池正极的铝箔集流体，再经导电体流到磷酸铁锂正极，使正极的电荷达至平衡。锂离子嵌入到磷酸铁晶体后，磷酸铁转化为磷酸铁锂。
FePO4+xLi +xe→xLiFePO4+(1-x )FePO4 (2)