储能技术研究热点

以下是目前在储能技术及其应用领域中，有关热点研究的问题：

（1）目前，大容量、高密度电能存储方法和技术是最热门的研究课题，这些问题与材料和化学学科密切相关，目前也已经得到这些相关学科的重视，成为研究的热点。

（2）在储能技术的应用中，各种形式能量的相互转换是非常重要的，必须解决大容量、快速、高效、灵活、低成本能量转换技术的问题，电力电子技术将成为研究的重点。

表1 国内蓄电池与电容储能技术应用热点与研究热点

储能类型 电容器储能 典型功率 典型能量 1s～1min 应用热点 研究热点 电容器/超级1～100KW 电能质量调能量密度较节；输电系统低； 端电压波稳定性；可再动范围大； 串生能源发电系联均压;；电极统；微电网分材料；高频高布电源；电动压充电电源；汽车；光伏电长期的，大容池储能装置等量的电力储能 等 蓄电池储能 1KW～MW级 1min～h 电能质量调高倍率放电寿节；频率控制；命短；严格的备用电源；黑充放电电流；启动；UPS等低温特性差；等各种应用 减少污染 超级电容器与 蓄电池混合储能 光伏电池储能超级电容器与装置；微电网；蓄电池的并联风光互补发储能； 电；混合动力城市客车 （3）各种储能技术有不同的优缺点，在实际应用时，必须根据实际应用的要求，充分发挥各种储能技术的优点，使其优势互补。因此，多元复合储能系统及其有效利用将成为重要的研究方向。

（4）为了充分发挥储能系统的作用，应该研究能够对所存储的能量在时间、

空间、强度分布上进行有效处理和管理方法，使之既能满足实际应用的需要，又能发挥最大的效益。

（5）探索储能系统在科学研究、国防建设、工农业生产和人民生活中的新应用领域。

（6）超级电池储能显示出比超级电容器与蓄电池混合储能更大的优势 超级电池是一种混合式储能装置,用以取代复杂且高成本的超电容器/铅酸电池系统。它把一个非对称超级电容器和一只铅酸电池组合成一只整体电池 ,无需附加昂贵的电子控制装置。因为电容器在高倍率放电和充电期间起缓冲器的作用,所以 它会增加铅酸电池的功率和寿命。

(7) 基于PEBB的新型储能变流器

将PEBB ( Power Electronic Buil ding Block) 技术应用在电力储能领域,，构建基于PEBB的新型储能变流器，克服了传统变流器的一系列缺点。经试验证实，构建的变流器在对阀控密封式铅酸蓄电池(VRLA) 充放电时，能获得较好的电流、电压波形，也满足电网谐波的要求,起到了“削峰填谷”的作用。

PEBB (Power Electronic Building Block) 指用电力电子功能模块来构建大容量电力电子系统的新型设计方法, 由美国海军研究院于20世纪90年代中期提出, 目的是建设海军船舶大规模配电系统和高功率军事电力电子装备。

（8）储能源管理系统 ① 储能源的SOC的计算

当今国外的电池荷电状态SOC的测量都是测量出电池的电压电流通过一定的分析预算求解出所测电池的SOC的值。目前常用的方法有电流积分法、电池内阻法和开路电压法等。

② 储能源的在线监控

在线实时的对储能源的状态好坏进行监控，主要是通过储能源的电压、电流、温度等参数进行综合分析，判断储能源是否工作异常。但是这需要大量的试验数据，很难在短时间内频繁测量。这项技术尚未成熟，很难准确的判断出失效电池并使其退出储能系统。

③ 储能源中温度平衡系统的管理

美国通过研究发现，镍氢电池在-22°依然可以提供相当于其设计容量的能量，但是总电压变为了原来的90.8%，总电压波动范围增加了40.2%。电池的储氢合金在环境温度高于40℃时很容易析出，如果此时对电池充电会对电池的寿命和性能产生致命的不可恢复的损坏。因此电池的温度平衡管理也是电池管理系统研究的一个重要方面。

④ 目前储能源管理系统存在的问题

对串联在一起的超级电容组单体电压测量很困难，需要解决引线数量太多，

存在共模干扰，共地等问题；储能源性能受周围环境的影响很大，过高和过低的温度都会影响电池的寿命和容量；SOC测量时要充分考虑当时的温度值；超级电容的剩余电量(SOC)和电压、电流、温度、老化程度等很多参数有关，选用一种合理算法，对SOC准确估计也是储能管理系统的一个关键技术。

储能源管理系统需要对储能源单体电压准确快速监测，为了保证监测速度和器件使用寿命，需要选择合理的开关器件和合适的测量方法保证测量准确性。目前有人利用LabVIEW对储能源进行在线监控。

LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench实验室虚拟仪器工程平台）是一个程序开发环境。类似于C、BASIC。但LabVIEW的特点在于，它使用图形化编程语言G在流程图中创建源程序，而非使用基于文本的语言来产生源程序代码。

(7) 储能系统改善微网动态性能的研究 （8）电池储能在微小型电动汽车上的应用

杨裕生院士认为，我国电动车技术路线和产业化推进战略应是——以大力发展“纯电驱动”的微小型低速短程乘用车为突破口；以增程式的大中型公共客车和中高档乘用车为主要过渡车种；打牢基础，相新一代纯电动车方向跨越式发展。

超级电容器储能技术研究热点与应用热点

（1）能量密度较低

有些研究起步较早的国家，如日本等国，已经研制出了能量密度达到蓄电池水平的超级电容器。

（2）端电压波动范围大

超级电容器的端电压随着储能量的变化波动较大，在充放电过程中会不断地上升或下降，但负载在工作过程中一般要求端电压稳定，从而需要在超级电容器与负载之间配置一个电压转换器，以达到稳压的目的。电压转换器的使用，造成了系统的结构复杂、成本上升和能量转化效率下降。

（3）串联均压问题

为提高电容器的容量利用率和安全性，电容器需要进行串联均压处理。但增加了系统的复杂程度，并造成了一定的能量损耗。

目前超级电容器的价格较贵，大容量电力储能的成本很高。但主要原因不是材料和工艺问题，而是产业化程度问题。

由于目前市场上可以购买到的超级电容器可以使单体的，也可以是经过组装的大电压的电容箱，有些甚至在电容箱内加装了双向变换器，因此超级电容器的串联均压问题已经不是系统总体设计的重点。

（4）超级电容相关参数的设置，尤其是容量的选择

(5) 超级电容器电极材料的研究 （6）超级电容器储能在微电网上的应用

微电网即小型发配电系统，是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统，既可以与外部电网并网运行，也可以孤立运行。目前许多国家把微电网的应用纳入国家电网发展规划中，其中储能技术将会在微电网中发挥十分关键的作用。

（7）高频高压充电电源

高压脉冲电容器充电电源主要有工频和高频两种形式 ,20世纪90年代后 ,随着高频开关器件的陆续出现 ,高频充电电源也逐渐成为研究热点且得到广泛应用 。与工频充电电源相比 ,高频充电电源在体积、重量、造价、效率和控制灵活性等方面都具有明显优势 。

蓄电池储能技术应用热点与研究热点

（1）大容量高功率锂离子电池的研究

大容量高功率锂离子蓄电池是电动车的理想储能电源，因为它具有单体电压高，循环及使用寿命长，比能量高和良好的功率输出性能等优点。但是，锂离子电池成组后，使用寿命会大幅缩短，安全性也会降低。在国际上，锂离子电池成组应用技术也正在完善中。

（2）风能和太阳能发电系统中的储能电池

胶体密封铅蓄电池是风能 和太阳能发电系统的最合适的储能装置。 钠硫电池、氧化还原电池和超级电容器有待进一步开发 研究。超级电容器适用于大功率脉冲输出, 在一些特 定的场合, 它也可以用作储能系统。

（3）循环寿命短

通过对免维护蓄电池在运行过程中的维护与保养，可以增加蓄电池的寿命，减少率。主要通过：定期检查、重新浮充、减少深度放电、利用充电高峰充电、注意充电器的选用和保障电源环境温度等措施来增加蓄电池的寿命。

（4）严格的充放电电流

（5）铅蓄电池生产零污染工程的研究、铅蓄电池减铅添加剂的研究、新型铅蓄电池用泡沫镍板栅的研究、卷绕式铅蓄电池的研究、双极陶瓷隔膜铅蓄电池的研究。

（5）蓄电池充电技术研究

恒流充电、恒压充电、恒压限流充电、两阶段与三阶段充电、快速充电、智能充电。

超级电容器与蓄电池混合储能研究热点

（1）并联储能

超级电容器与蓄电池通常采用并联储能的方式，一般有3中并联方式，分别为直接并联、通过电感器并联以及通过功率变换器并联。在有源式储能结构中，系统配置和控制过程设计上有较大的灵活性，对储能系统的性能提升也有效，但电路结构复杂，成本较高，能耗较大，对一般中小型独立光伏系统不适用。超级电容器的端电压在充放电过程中会不断上升或下降，因而一般不直接与光伏阵列和负载连接，而需要在中间配置电感器。

超级电容器组与蓄电池组复合交替控制，本着超级电容器优先充电优先放电和蓄电池后充后放的原则（比如当光伏发电有能量剩余时，超级电容器组首先接受来自光伏电池输出的电能，当端电压上升到蓄电池电压时，蓄电池开始接受充电电流），这样的控制策略可以减少蓄电池的充放电次数，优化蓄电池的工作环境，以延长蓄电池的使用寿命。