储能电池充电功率
小固之前推送过《史上最全储能电池参数详解》，文中针对电池分类及特性、主要扮槐性能参数等内容进行了介绍。没看过的朋友可以先查看这篇。
接下来，本期文章小固将向你详细介绍，在不同应用场景和需求下，储能系统中的电池容量设计。相信看完之后就能回答前文中的3个问题。
一、电池类型的选择
随着电池技术发展和成本的快速下降，目前在户用储能项目中，锂电池已成为主流选择，新增化学电池市场占有率达95%以上。

【小固解读】相比铅酸电池，锂电池具有效率高、循环寿命长、电池数据精确，一致性高等优势。
二、电池容量设计常见四大误区
1、只根据负载功率和用电量选择电池容量
电池容量设计中，负载情况是最重要的参考因素。但电池充放电能力、储能机的最大功率、负载的用电时段等同样不容忽视。
2、电池的理论容量和实际容量
通常，电池手册上面标注的是电池的理论容量，也就是在理想状态下，电池从SOC 100%到SOC 0%时电池能够释放的最大电量。
而在实际的应用中，考虑到电池寿命，厅升友不允许放电到SOC 0%，会设置保护电量。

3、电池容量选择越大越好
在实际应用中，要考虑电池使用率。如果光伏系统容量较小，或负载用电量较大，电池无法充满即造成浪费。
4、电池容量设计完美契合
由于过程损耗的原因，电池放电量小于电池存电量，负载耗电量小于电池放电量。忽视效率损耗很可能造成电池供电不足的现象。

三、不同应用场景下的电池容量设计
本文主要介绍三种常见应用场景下的电池容量设计思路：自发自用（电费较高或没有补贴）、峰谷电价、备用电源（笑银电网不稳定或有重要负载）。
1、“自发自用”
由于电价较高或者光伏并网补贴较低（无补贴），安装光伏储能系统以降低电费支出。
· 假设电网稳定，不考虑离网运行
· 光伏只是为了降低电网用电量
· 一般白天光照比较充足
最理想状态是，光伏+储能系统能够完全覆盖家庭用电。但是这种情况很难实现。所以我们综合考虑投入成本和用电情况，可以选择根据家庭平均日用电量（kWh）来选择电池的容量（默认光伏系统能量充足）。设计逻辑如下 ：

如果能够准确搜集用电规律，结合储能机管理设置，可以尽量提高系统利用率。
二、峰谷电价
峰谷电价的结构大致如下图所示，17：00 - 22：00为用电高峰期：

白天用电量少（光伏系统可基本覆盖），在用电高峰期，则需要保证至少一半以上的电量由电池供电，减少电费支出。
假设高峰期平均日用电量：20kWh
其设计思路如下：

以高峰时期的总用电量为基础计算出电池容量的最大需求值。然后根据光伏系统的容量和投资的效益在该区间内找到一个最佳电池电量。
三、电网不稳定地区——备用电源
主要应用在电网不稳定地区或有重要负载的情境中。2017年初，固德威曾经设计过一个东南亚的项目，具体情况如下：
·应用场地：养鸡场，考虑光伏可铺设面积，大概可以装5-8KW组件
·重要负载：4*换气风扇，单个风扇的功率550W（如果换气扇不工作，养鸡棚内供氧不足）
·电网情况：电网不稳定，不定时停电，最长停电时长3~4小时
·应用要求：电网正常情况下，电池优先充电；电网停电时，电池+光伏保证重要负载（风扇）正常运行
在选择电池容量时，需要考虑的就是电池在离网情况下单独供应所需要的电量（假设晚间停电，无PV）。

其中离网时的用电总功率和离网预计时间是最关键的参数。以停电预计的最长时间4小时来计算，其设计思路可参考：

这个案例中的重要负载很单一，设计过程相对简单。如果系统中有其他重要负载，需要全部列出（如下例）然后根据全天最长连续停电时长内最大的用电负载功率和用电量，最后确定需要的电池容量。

四、电池容量设计中的两个重要因素
1、光伏系统容量
假定
· 电池全部由光伏充电
· 储能机给电池充电的最大功率为5000W
· 每天日照小时数为4h
那么：
①在电池作备用电源的模式下，有效容量800Ah的电池在理想状态下充满平均需要：
800Ah/100A/4h=2天
②在自发自用的模式下，假定系统每天在4个小时内平均以3000W给电池充电。有效容量800Ah的电池充满（不放电的情况下）需要：
800Ah*50V/3000=13天
无法满足负载日常用电。而在常规自发自用的系统下，电池无法充满。
2、电池冗余设计
前文提到的三种应用场景中均提到，由于光伏发电存在不稳定性、线损、无效放电、电池老化等造成效率损失，在电池容量设计时，需要保留一定余量。

电池余量的设计比较自由，设计者可以根据自身系统设计的实际情况综合判定。
总结
本文针对几种常见应用场景，介绍了电池容量设计的方案。从中可以看出，其实三种场景下设计的思路相似，核心条件固定，只是不同场景下，需要考虑不同因素。

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超级电容器的概念，特点及与其他蓄电池的对比？
随着社会经济的发展，人们对于绿色能源和生态环境越来越关注，超级电容器作为一种新型的储能器件,因为其无可替代的优越性，越来越受到人们的重视。在一些需要高功率、高效率解决方案的设计中，工程师已开始采用超级电容器来取代传统的电池。
电池技术的缺陷
Li离子、NiMH等新型电池可以提供一个可靠的能量储存方案，并且已经在很多领域中广泛使用。众所周知，化学电池是通过电化学反应，产生法拉第电荷转移来储存电荷的，使用寿命较短，并且受温度影响较大，这也同样是采用铅酸电池（蓄电池）的设计者所面临的困难。同时，大电流会直接影响这些电池的寿命，因此，对于要求长寿命、高可靠性的某些应用，这些基于化学反应的电池就显出种种不足。
超级电容器的特点和优势
超级电容器的原理并非新技术，常见的超级电容器大多是双电层结构，同电解电容器相比，这种超级电容器能量密度和功率密度都非常高。同传统的电容器和二次电池相比，超级电容器储存电荷的能力比普通电容器高，并具有充放电速度快、效率高、对环境无污染、循环寿命长、使用温度范围宽、安全性高等特点。
除了可以快速充电和放电，超级电容器的另一个主要特点是低阻抗。所以，当一个超级电容器被全部放电时，它将表现出小电阻特性，如果没有限制，它会拽取可能的源电流。因此，必须采用恒流或恒压充电器。
10年前，超级电容器每年只能卖出去很少的数量，而且价格很贵，大约1～2美元／法拉，现在，超级电容器已经作为标准产品大批量供应市场，价格也大大降低，平均0.01～0.02美元／法拉。在最近几年中，超级电容器已经开始进入很多应用领域，如消费电子、工业和交通运输业等领域。
超级电容器的结构
虽然，目前全球已有许多家超级电容器生产商，可以提供许多种类的超级电容器产品，但大部分产品都是基于一种相似的双电层结构，超级电容器在结构上与电解电容器非常相似，它们的主要区别在于电极材料，如图2所示。
图2 在结构上，超级电容器和电池或电解电容器的主要区别是电极材料
早期的超级电容器的电极采用碳，碳电极材料的表面积很大，电容的大小取决于表面积和电极的距离，这种碳电极的大表面积再加上很小的电极距离，使超级电容器的容值可以非常大，大多数超级电容器可以做到法拉级，一般容值范围为1～5000F。
使用超级电容器
超级电容器具有广泛的用途。与燃料电池等高能量密度的物质相结合，超级电容器能提供快速的能量释放，满足高功率需求，从而使燃料电池可以仅作为能量源使用。目前，超级电容器的能量密度可高达20kW/kg，已经开始抢占传统电容器和电池之间的这部分市场。
在那些要求高可靠性而对能量要求不高的应用中，可以用超级电容器来取代电池，也可以将超级电容器和电池结合起来，应用在对能量要求很高的场合，从而可以采用体积更小、更经济的电池。
超级电容器的ESR值很低，从而可以输出大电流，也可以快速吸收大电流。同化学充电原理相比，超级电容器的工作原理使这种产品的性能更稳定，因此，超级电容器的使用寿命更长。对于像电动工具和玩具这种需要快速充电的设备来说，超级电容器无疑是一个很理想的电源。
一些产品适合采用电池／超级电容器的混合系统，超级电容器的使用可以避免为了获得更多的能量而使用大体积的电池。如消费电子产品中的数码相机就是一个例子，超级电容器的使用使数码相机可以采用便宜的碱性电池（而不是使用昂贵的Li离子电池）。
超级电容器单元（cell）的额定电压范围为2.5～2.7V,因此，很多应用需要使用多个超级电容器单元。当串联这些单元时，设计工程师需要考虑单元之间的平衡和充电情况。
任何超级电容器都会在通电的情况下，通过内部并联电阻放电，这个放电电流就称为漏电流，它会影响超级电容器单元的自放电。同某些二级电池技术相似，超级电容器的电压在串联使用时需要平衡，因为存在漏电流，内部并联电阻的大小将决定串联的超级电容器单元上的电压分配。当超级电容器上的电压稳定后，各个单元上的电压将随着漏电流的不同而发生变化，而不是随着容值不同而变化。漏电流越大，额定电压越小，反之，漏电流小，额定电压高。这是因为，漏电流会造成超级电容器单元放电，使电压降低，而这个电压会随后影响和它串联在一起的其他单元的电压（这里假定这些串连的单元都使用同一个恒定电压供电）。
为了补偿漏电流的变化，常采用的方法是，在每一个单元旁边并联一个电阻，来控制整个单元的漏电流。这种方法有效地降低了各单元之间相应并联电阻的变化。
另一个推荐使用的方法是主动单元平衡法（active cell-balancing），采用这种方法，每一个单元都会被主动监视，当有电压变化时，即进行互相平衡。这种方法可以降低单元上的任何额外负载，使工作效率更高。
如果电压超过单元的额定电压，将会缩短单元的使用寿命。对于高可靠性超级电容器来说，如何维持电压在要求的范围内是关键的一点，必须控制充电电压，以保证它不能超过每个单元的额定电压。
