14、锂电池：特性、建模与应用全解析

锂电池：特性、建模与应用全解析

1. 引言

随着各行业对能源需求的急剧增长，温室气体排放问题日益严重，这促使人们积极探索零排放技术。在交通领域，传统内燃机汽车正逐渐被电动汽车取代，同时，飞机和船舶也在研究利用储能设备提供辅助动力以减少排放。然而，这些电气化进程使得电网的需求大幅增加。当前，大部分能源仍通过热力发电获得，仅依靠交通领域的电气化无法有效减少温室气体排放，因此，可再生能源系统的应用势在必行。

可再生能源系统的采用面临着诸多挑战，主要源于能源来源和负载的不确定性。为解决这些问题，边缘网络电力电子智能（PINE）技术应运而生。在PINE中，用户端的每个电力电子设备都能作为智能系统与其他转换器进行通信。当电力电子转换器与储能设备连接时，能提供更多的服务。电池技术的进步使其在汽车行业得到广泛应用，并且通过电力电子转换器的控制，它们无需额外的安装成本就能实现PINE的功能。智能电网的发展为车网互动（V2G）技术铺平了道路，该技术允许电力双向流动，为电网提供诸如削峰填谷、电网调节、无功补偿和旋转备用等多种服务。

V2G技术可分为单向V2G（UV2G）和双向V2G（BV2G）。UV2G利用电网与车辆之间的通信网络来控制电池的充电速率，可防止系统不稳定、电压下降、旋转备用不足和电网过载等问题。BV2G则允许电力在车辆和电网之间双向流动，将电池视为负载和储能设备，从而提高电网的可靠性和可持续性。此外，还有车辆到家庭（V2H）、车辆到车辆（V2V）等新兴概念，为电网提供无功功率支持、削峰填谷、频率调节和电压调节等功能。

然而，锂离子电池在使用过程中会出现性能退化的问题，其退化因素包括容量吞吐量、荷电状态（SOC）、温度以及充放电幅度的变化等。电池的物理退化可表现为容量衰