序言

随着全球能源格局正在发生由依赖传统化石能源向追求可再生能源的深刻转变，我国能

源结构也正经历前所未有的深刻调整，能源安全和环境保护已经成为全球关注的焦点。全球

能源需求呈现不断增长的态势。清洁能源的发展更是势头迅猛，已成为我国加快能源供给侧

结构性改革的重要力量。

在能源领域，发展可再生能源、配套规模储能、发展电动汽车、发展智能电网是优化我

国能源结构，保障能源安全，实现能源清洁、低碳、安全和高效发展的国家战略，是目前确

定的发展以新能源为主体的新型电力系统的核心战略，也是实现2030 年碳达峰、2060 年

碳中和目标的主要技术路径。在这种情况下，先进储能技术的应用显得尤为重要。

储能技术对于电力和能源系统的发输配用各环节具有重要的支撑作用，有助于实现可再

生能源发电的大规模接入，改善能源结构，是实现能源革命的支撑技术，对提高我国能源安

全具有十分重要的意义。储能技术可提高可再生能源和清洁能源的发电比例，有效改善生态

和人居环境，推动环境治理和生态文明的建设。另外，储能技术也是具有发展潜力的战略性

新兴产业，可带动上下游产业，开拓电力系统发展的新增长点，对电力行业发展和经济社会

发展的全局具有深远的影响。储能产业和储能技术作为新能源发展的核心支撑，覆盖电源

侧、电网侧、用户侧、居民侧以及社会化功能性储能设施等多方面需求。储能技术可以帮助

我们更有效地利用可再生能源，也可以在能源网络中平衡负载，提高能源利用效率，降低对

传统能源的依赖，并减少对环境的负面影响。除了大规模储能，户用储能、户外移动储能、

通信基站、数据中心、工商业储能、工业节能、绿色建筑、备用电源等中小规模的储能装备

也发展迅速。此外，储能技术也在推动着交通电动化的发展，能源清洁化与交通电动化通过

储能技术，在不断的深化融合协同发展。

当前，世界主要发达国家纷纷加快发展储能产业，大力规划建设储能项目，储能技术的

创新突破将成为带动全球能源格局革命性、颠覆性调整的重要引领技术。储能技术作为重要

的战略性新兴领域，需要增强基础性研究，增强成果转化和创新，破解共性和瓶颈技术，以

推动我国储能产业向高质量方向发展。

2020 年2 月，教育部、国家发展改革委、国家能源局联合发布《储能技术专业学科发

展行动计划（2020—2024 年）》，以增强储能产业关键核心技术攻关能力和自主创新能力，

以产教融合推动储能产业高质量发展。近几年，多所高等学校也都纷纷开设 “储能科学与

工程”专业。这些都说明了加强加大储能技术的知识普及、宣传传播力度的重要性和必要

性。为了更好地推广储能技术的应用，我们需要深入了解储能科学技术与工业应用领域的最

新技术进展和发展趋势。为了促进储能产业的发展和交流，培养储能专业人才，特组织策划

了“先进储能科学技术与工业应用丛书”。

本丛书系统介绍储能领域的新技术、新理论和新方法，重点分享储能领域的技术难点和

关注要点，涉及电化学储能、储能系统集成、储能电站、退役动力电池回收利用、储能产业

政策、储能安全、电池先进测试表征与失效分析技术等多个方面，涵盖多种储能技术的工作

原理、优缺点、应用范围和未来发展趋势等内容，还介绍了一些实际应用案例，以便读者更

好地理解储能技术的实际应用和市场前景。丛书的编写坚持科学性、实用性、系统性、先进

性和前瞻性的原则，力求做到全面、准确、专业。本丛书立足于服务国家重大能源战略，加

强储能技术的传播和储能行业的交流。本丛书的出版，将为广大的科研工作者、工程师和企

业家提供最新的技术资料和实用经验，为高等学校储能科学与工程、新能源等新兴专业提供

实用性和指导性兼具的教学参考用书。我们殷切期望其能为推动储能技术的发展奠定坚实的

基础，对储能科学技术的发展和应用起到积极的推动作用。同时，本丛书的出版还将促进储

能科学技术与其他领域的交叉融合，为人类社会的可持续发展做出更大的贡献。

最后，感谢所有参与本丛书编写的专家学者和出版社的支持。希望本丛书的出版能够得

到广大读者的关注和支持，也希望储能科学与技术能够在未来取得更加辉煌的成就！

中国科学院物理研究所

前言

在“双碳”战略目标指导下，作为构建新型电力系统的重要支撑，储能在整个电力系统

的战略地位和重要作用得到进一步彰显。2021 年从国家到地方密集出台了300 多项与储能

相关的顶层设计和政策规划，明确了“十四五”期间新型储能30GW 以上的装机目标；提出

了源网荷储一体化的GW 级大基地项目，各省提出了按新能源装机规模的10%～20%，持

续充电时长2～4h 配建储能的政策；规范了共享储能电站的电力市场化交易独立主体身份；

部分地区配套了不低于4∶1 的峰谷电价差，以及辅助服务补偿、容量补偿等政策激励。储

能行业正向规模化和规范化方向发展。预计到2025 年末，新型储能在电力系统中的装机规

模将达到3000 万千瓦以上。

蓬勃发展的储能市场吸引了众多厂家加入，然而挑战与机遇并存，储能系统的集成并不

是各个设备的简单堆砌，而是集电力电子、电气、电化学、材料、结构、暖通、通信控制等

多专业融合的系统。只有对上述各专业进行深入研究、充分了解储能系统各部件之间的相关

关系及作用、开展多维度全生命周期的系统设计及验证，才能确保储能系统的安全可靠运行，

实现储能系统设备与设备、设备与控制系统之间的完美匹配，使效率及收益达到最大化。

本书主要对电化学储能系统进行了较为全面和系统的介绍，共分为12 章，分别论述了

储能发展现状、电化学储能系统组成与集成设计、电池选型与测试评价、电池管理系统设计、

储能系统结构与电气设计、电池系统热管理设计及仿真分析、升压变流系统及成套配电装置

集成关键技术、储能监控与能量管理系统、储能系统设计验证、储能系统智能制造技术与生

产管理、储能系统设备集成现场安装及调试测试，以及储能系统集成典型应用案例分析。

本书主要面向电化学储能行业的从业人员，意在促进电化学储能产业在我国的发展。本

书可供从事电化学储能系统集成设计的技术研发人员、测试机构及技术咨询机构的工作人员

参考，也可供高等院校从事储能系统研究的师生参阅。

本书由张剑辉、钱昊、吕喆、刘骁等编著，由张剑辉、钱昊、吕喆确定总体思路、框架

和各章节结构，其中，第1 章由吕喆、张志远编著，第2、第7、第8、第11、第12 章由

刘骁、杨振华、张成程、郭婷婷编著，第3、第9 章由王垒、陈喆、褚晓荣、王慧编著，第

4 章由郭富强、姜科、王海龙、何志超、刘伟、王晓彦、吴亚凯、李瑗茹、程婷婷编著，第

5、第6 章由李文鹏、李文启、李新宇、刘宽、孙中豪、刘超、穆英毅、姜力文、顾伟峰、

黄牧、施学文编著，第10 章由彭进峰、杨千里、尹树明、王军编著。

限于编著者水平，本书内容不足以涵盖锂电池储能系统集成的所有技术要点，对有些要

点的讨论也仅限于蜻蜓点水，不够透彻。编著者希望本书可以起到抛砖引玉的作用，吸引更

多的企事业人员和科技人员等参与到储能行业中来，共同促进储能行业规模化发展，提升行

业整体水平。同时，书中难免存在不足和疏漏之处，恳请读者朋友们不吝指正。

编著者

2023 年1 月

目录

第1 章 1

概述

1.1 能源转型与储能的发展 1

1.2 储能系统（技术）分类及优缺点 2

1.2.1 物理储能 2

1.2.2 电化学储能 5

1.2.3 电气储能 8

1.3 储能系统集成模式与行业发展 10

1.3.1 储能系统集成定义与场景分析 10

1.3.2 储能系统集成行业发展现状 12

1.4 储能系统集成技术发展趋势与面临的机遇与挑战 13

1.4.1 储能系统集成技术发展趋势 13

1.4.2 储能系统集成面临的机遇与挑战 14

参考文献 15

第2 章 16

电化学储能系统组成与集成设计

2.1 电化学储能系统组成 16

2.2 系统集成设计的基本原则 17

2.2.1 安全第一设计原则 17

2.2.2 高可靠性原则 21

2.2.3 经济性原则 22

2.3 储能系统应用场景及接入方式 23

2.3.1 发电侧储能系统 23

2.3.2 电网侧储能系统 24

2.3.3 用户侧储能系统 25

2.3.4 独立储能电站 26

2.4 储能电站总体设计方案 26

2.4.1 储能电站容量确定 26

2.4.2 储能电站站址选择 27

2.4.3 电气一次系统 28

2.4.4 电气二次系统 33

参考文献 44

第3 章 45

电池选型与测试评价

3.1 电池分类与特点 45

3.1.1 磷酸铁锂电池 46

3.1.2 三元电池 47

3.1.3 钛酸锂电池 48

3.1.4 固态电池 49

3.1.5 其他电池 49

3.2 储能电池技术要求 50

3.2.1 基本电性能要求 50

3.2.2 寿命要求 55

3.2.3 安全性要求 56

3.2.4 成本要求 58

3.3 电池测试评价方法 59

3.3.1 标准法规体系概述 59

3.3.2 测试评价方法 60

参考文献 79

第4 章 82

电池管理系统设计

4.1 电池管理系统功能 82

4.1.1 电池管理系统架构 82

4.1.2 电池管理系统核心功能 86

4.2 硬件系统开发要点 90

4.2.1 硬件系统开发概述 90

4.2.2 硬件系统架构设计 90

4.2.3 可靠性设计 97

4.2.4 关键电路设计 99

4.3 软件开发要点 100

4.3.1 软件架构设计 100

4.3.2 软件核心技术 104

4.4 BMS 系统的测试验证 108

4.4.1 测试验证标准体系介绍 109

4.4.2 BMS 测试验证阶段划分 109

4.4.3 BMS 测试过程管理 112

4.4.4 BMS 测试验证工具链 115

参考文献 116

第5 章 117

储能系统结构与电气设计

5.1 概述 117

5.2 结构设计117

5.2.1 制造工艺及可装配性设计117

5.2.2 结构强度设计118

5.2.3 环境适应性设计 120

5.2.4 安全防护设计 121

5.3 电气设计 122

5.3.1 设计基本原则 122

5.3.2 电气绝缘设计 123

5.3.3 电连接设计 126

5.3.4 储能电池侧系统的短路分析 132

5.3.5 电磁兼容性设计 134

5.3.6 控制系统进线电源接地方式 134

5.3.7 防雷、接地和防静电防护 135

5.3.8 电气控制逻辑设计 138

5.3.9 电击防护重点注意事项 138

5.4 模块设计 140

5.4.1 电池模块的设计考虑 140

5.4.2 模块的电连接设计 141

5.4.3 设计考虑点 142

5.4.4 热设计 143

5.4.5 高可靠性要求 144

5.5 电池簇设计 144

5.5.1 电池簇总体方案设计 144

5.5.2 电池簇详细设计 145

5.5.3 电池簇的电连接设计 146

5.6 储能系统预制舱设计 147

5.6.1 预制舱设计概述 147

5.6.2 预制舱的结构设计 148

5.6.3 集装箱的电气设计 152

参考文献 154

第6 章 155

电池系统热管理设计及仿真分析

6.1 热管理系统概述 155

6.1.1 热管理的意义 155

6.1.2 常用储能热管理技术路线 157

6.1.3 热管理系统介绍 158

6.1.4 热管理系统的要素 159

6.2 风冷方案设计 160

6.2.1 冷/热负荷计算 161

6.2.2 空调选型及布置 162

6.2.3 主风道设计 163

6.2.4 电池系统散热方案设计 164

6.2.5 部分工程方案设计 165

6.3 液冷方案设计 167

6.3.1 冷水机组选型 168

6.3.2 液冷板设计 169

6.3.3 液冷管路方案设计 170

6.3.4 冷却策略制订 172

6.3.5 仿真模拟 172

6.4 相变冷却方案 172

6.4.1 相变材料的选择 173

6.4.2 相变冷却 173

6.4.3 热管冷却 174

6.4.4 复合冷却 176

6.5 先进的热管理仿真技术及应用 176

6.5.1 储能领域中仿真软件的介绍 176

6.5.2 一维仿真软件在储能领域中的应用 178

6.5.3 三维仿真软件在储能领域中的应用 179

6.6 储能电池系统的热管理新技术与发展趋势展望 180

6.6.1 储能电池系统的热管理新技术 180

6.6.2 储能电池系统的热管理发展趋势 180

参考文献 181

第7 章 184

升压变流系统及成套配电装置集成关键技术

7.1 概述 184

7.1.1 升压变流系统 185

7.1.2 成套配电装置 186

7.2 系统集成总体设计原则 186

7.2.1 升压变流系统单元容量确定 186

7.2.2 升压变压器选型 187

7.2.3 PCS 集成形式选择 187

7.2.4 成套配电装置选型 188

7.2.5 系统配电设计 194

7.3 储能变流器（PCS）  195

7.3.1 PCS 分类 195

7.3.2 PCS 系统构成 196

7.3.3 PCS 主要功能 197

7.4 变压器 202

7.4.1 变压器基本功能和分类 202

7.4.2 变压器主要特征参数及试验 203

7.4.3 变压器空载运行、负载运行及短路试验 204

7.5 高压开关柜 206

7.5.1 高压开关柜主要结构 206

7.5.2 高压开关柜分类 207

7.5.3 储能电站常用开关柜 208

7.5.4 开关柜主要部件 210

参考文献 218

第8 章 219

储能监控与能量管理系统

8.1 总体要求 219

8.1.1 标准性原则 220

8.1.2 一体化设计原则 220

8.1.3 高可靠性原则 220

8.1.4 高安全性原则 221

8.1.5 开放性原则 221

8.1.6 易用性原则 221

8.2 典型系统架构设计 221

8.2.1 系统结构 221

8.2.2 网络结构 223

8.2.3 软件结构 224

8.2.4 通信接口 225

8.3 系统安全接入 231

8.3.1 安全防护目标 231

8.3.2 相关的安全法规 231

8.3.3 安全防护总体原则 231

8.3.4 安全分区 233

8.3.5 网络专用 234

8.3.6 横向隔离 235

8.3.7 纵向认证 236

8.3.8 综合防护 237

8.4 监控和数据采集（SCADA）软件 238

8.4.1 主要功能 238

8.4.2 核心实时数据库 241

8.4.3 关键技术指标 242

8.5 能量管理控制策略 243

8.5.1 调峰 244

8.5.2 一次调频 244

8.5.3 二次调频 245

8.5.4 自动电压控制 247

参考文献 248

第9 章 249

储能系统设计验证

9.1 相关标准法规体系解析 249

9.1.1 国内相关标准法规体系 249

9.1.2 国外相关标准法规体系 250

9.2 模块测试验证 251

9.2.1 基础测试 252

9.2.2 基本性能测试 252

9.2.3 安全性能测试 255

9.3 电池簇测试验证 258

9.3.1 基础测试 259

9.3.2 基本性能测试 259

9.3.3 安全性能测试 263

9.4 电池系统测试验证 266

9.4.1 外观尺寸 266

9.4.2 安装接线及电气安全 267

9.4.3 功能测试 269

9.4.4 性能测试 270

9.5 并网测试验证 272

9.5.1 低电压穿越测试 272

9.5.2 高电压穿越测试 272

9.5.3 电网适应性测试 273

9.5.4 电能质量测试 273

9.5.5 直流分量测试 273

9.5.6 充放电响应时间测试 273

9.5.7 充放电调节时间测试 274

9.5.8 充放电转换时间测试 274

9.5.9 额定能量测试 275

9.5.10 额定功率能量转换效率测试 275

9.5.11 功率控制测试 275

9.5.12 过载能力测试 275

9.5.13 防孤岛测试 276

参考文献 276

第10 章 278

储能系统智能制造技术与生产管理

10.1 概述 278

10.2 储能系统生产制造过程介绍 279

10.2.1 模组结构和生产工艺 279

10.2.2 电池模块结构和生产工艺 281

10.2.3 高压箱结构和装配工艺 283

10.2.4 电池簇结构和装配工艺 283

10.2.5 储能集装箱结构和装配工艺 284

10.2.6 储能集装箱装配流程介绍 285

10.3 储能系统关键工艺介绍 285

10.3.1 电芯分选 285

10.3.2 电芯等离子清洗 286

10.3.3 涂胶工艺 287

10.3.4 Busbar 的焊接 289

10.3.5 螺栓拧紧控制 292

10.3.6 气密检测工艺 294

10.3.7 测试 294

10.4 生产过程控制 298

10.4.1 生产计划管理 298

10.4.2 制造过程的管理 299

10.4.3 储能产品的精益生产管理 303

10.5 智能化与信息化制造技术 304

10.5.1 现阶段国内模组产线现状 304

10.5.2 传统的自动化产线建设模式 304

10.5.3 信息化、智能化产线建设方向 305

10.5.4 未来智能化工厂建设方向展望 306

参考文献 307

第11 章 309

储能系统设备集成现场安装、调试测试

11.1 储能系统设备现场吊装 309

11.1.1 概述 309

11.1.2 吊装安全要求 309

11.1.3 吊装工作的实施311

11.2 储能系统设备机电安装 313

11.2.1 安装前准备工作 313

11.2.2 成套配电装置安装 314

11.2.3 集装箱（预制舱）安装 316

11.2.4 电气接线 316

11.3 储能系统设备现场交接检验 317

11.3.1 概述 317

11.3.2 集装箱及预制舱检验 318

11.3.3 箱（舱）内电气设备检验 319

11.3.4 消防系统检验 321

11.4 储能系统现场测试 321

11.4.1 概述 321

11.4.2 测试工作的相关要求 321

11.4.3 系统静态测试 323

11.4.4 系统动态测试 328

11.5 储能系统并网测试 332

参考文献 332

第12 章 334

储能系统集成典型应用案例分析

12.1 概述 334

12.2 用户侧储能系统集成项目 334

12.2.1 项目基本情况 334

12.2.2 项目特点 334

12.2.3 主要技术 335

12.3 火储联合调频储能系统集成项目 335

12.3.1 项目基本情况 335

12.3.2 储能辅助火电机组调频的作用 336

12.3.3 储能系统接入模式 336

12.3.4 储能系统控制模式 336

12.3.5 储能系统效益 336

12.4 变电站调峰调频储能系统集成项目 337

12.4.1 项目基本情况 337

12.4.2 储能系统集成主要技术 337

12.5 新能源配套储能系统集成项目 338

12.5.1 项目基本情况 338

12.5.2 项目特点 338

12.5.3 储能系统集成主要技术 339

12.6 某独立储能系统集成项目 339

12.6.1 项目基本情况 339

12.6.2 项目特点 339

12.6.3 主要技术 340

12.6.4 项目优点 340