专利名称：测试极限状态下的钠硫电池�？榈募际醪问姆椒ê妥爸玫闹谱鞣椒�
技术领域：
本发明涉及化学电源测量，更具体地说，涉及极限状态下钠硫电池�？榧际醪问馐苑椒ê妥爸�。
背景技术：
钠硫电池(Sodium Sulfur lottery，简称NAS)以钠离子导电性好的beta-氧化铝陶瓷作电解质，金属钠作负极材料，非金属硫作正极材料。电池充放电时，充电时外加电能转化为化学能(以Naj)的形式储存起来，放电时钠、硫通过电化学反应形成多硫化钠将化学能转化为电能释放出来。单体钠硫电池理论容量可达到700Ah/Kg以上，具有100%能量转换效率，大电流密度放电，寿命长，无自放电及原料丰富等优点。钠硫电池在储能领域具有广阔的应用前景，国外钠硫电池已经成功应用在削峰填谷、应急电源、风力发电等可再生能源的稳定输出以及提高电力质量等方面。钠硫电池工作时需要一定的加热保温装置，其工作温度在四0_3601。由于单体钠硫电池的电池反应得到的起始电力大约为2V，单电池无法满足实际使用的电压。因此， 需要将若干单体钠硫电池按照设计容量与功率进行串并联组合，装入设计的保温箱形成�？椋徊酵ü绯毓芾硐低辰？榧晌呒痘蛘淄呒洞⒛艿缯荆缓蟛⑼峁┦导视τ�。尽管钠硫电池电站应用于电力储藏已经获得了小规模商业化，迄今为此全球运行中的大于50kw的钠硫电池储能系统达到100套以上，但安全问题依旧是限制钠硫电池商业性规模化应用的一个重要因素。钠硫电池运行时出现的安全临界状态是极限状态的一种， 极限状态包括以下几种过充电、过放电、过载、过温。为了保证钠硫电池大功率储能�？槟茉诎踩榷ǖ淖刺鹿ぷ鳎Χ阅？樵诔鱿指髦旨拮刺钡母飨畹缙问员隳芗笆倍阅？榻懈髦指衾牖虮；ご胧繁Ｄ屏虻绯卮⒛苣？樵谑导试擞弥心馨踩行У毓ぷ�。目前钠硫电池�？橹饕募拮刺问ǖ缪褂胛露龋缛毡景庸竟嫉南喙刈ɡ南祝琂P200(^68856A中提出了采用电池充电后期电压的波动监控，与正常电压比较后进行判断，推断电池在损坏后可能出现的温度异常，从而采取保护或隔离措施，又如， 在JP2001135348A中也提出在模块中主要监控单体电池的电压变化，对充电量与充电电压曲线建立一定关系，从而判断电池是否处于临界状态，防止电池进一步失效。以上专利申请中主要提出采用电压监控作为判断电池是否处于极限状态的主要方法，这是因为电池在运行中电压变化比较敏感，容易监控。然而，上述现有技术存在缺陷。在钠硫电池�？榈氖导试诵兄校捎谏婕耙蛩乇冉细丛樱ㄔ诵兄泄�、过放、过载、过温等，都会对电池安全运行带来隐患，因此，仅仅对电压进行监控并不能完全有效地保障电池�？榘踩�。另外，上述现有技术仅仅提出了监控的方法，但没有说明采取何种装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种测量极限状态下钠硫电池�？榈缙问牟馐苑椒ㄓ胱爸�。这是保证大功率钠硫电池储能�？樵诎踩诵兄谢蛘咴诔龀Ъ觳庵斜匾牟馐允侄沃唬痉⒚魉峁┑淖爸煤头椒苁迪侄圆煌萘康哪屏虻绯卮⒛苣？樵诓煌牧俳绻ぷ髯刺碌墓ぷ鞑问牟饬�。在测试过程当中，可根据要求对监控点进行自由组合，以满足实际运用的需要。通过PLC控制单元设置组态软件中的充放电运行参数、�？楣ぷ骰肪澄露�、接入�？槟诘母涸丶安馐允奔洌梢杂行У啬Ｄ饧拮刺履屏虻绯啬？榈墓ぷ髑榭�。 还可以通过PLC中的程序控制相应的充电、放电、手动、自动等方式的通断过程。本发明通过组态界面�？槎苑植加谙殖〉腜LC、传感器、仪表及电气控制回路实现可组合的集中管理与监控。使用计算机组态软件对钠硫电池�？槭迪衷冻炭刂坪凸芾淼姆绞剑岣吡瞬馐匀嗽钡陌踩�。当钠硫电池模块出现电压变化幅度过大或温度大幅度超过工作环境温度等安全问题时，控制系统将显示报警窗口，同时组态界面�？橥ü殖LC 控制程序关闭测试程序。根据本发明的一个实施例，提供了一种测试极限状态下的钠硫电池�？榈募际醪问淖爸�。该装置包括极限工作环境的控制系统；钠硫电池�？橄低常瞿屏虻绯啬？橄低秤胨黾薰ぷ骰肪车目刂葡低诚嗔渲兴黾薰ぷ骰肪车目刂葡低扯运瞿屏虻绯啬？橄低辰谐浞诺纾瞿屏虻绯啬？橄低嘲ǘ喔龅绯啬？椋扛龅绯啬？榭砂ǘ嘟诓⒘牡ヌ宓绯兀徊馐宰爸茫慌渲贸刹馐运龅绯啬？槟诿恳唤诘ヌ宓绯卦诓煌俳绻ぷ髯刺碌牡缪�、电流、和/或温度；组态界面�？椋鲎樘缑婺？槲挥诩扑慊冢鲎樘缑婺？榻邮账霾馐宰爸玫氖涑觯⒏菟鍪涑隼丛冻碳嗫睾凸芾砟屏虻绯啬？橄低常灰约翱杀喑搪呒刂频ピ杀喑搪呒刂频ピ邮芩鲎樘缑婺？榈目刂菩藕牛� 以控制所述钠硫电池�？橄低车某涞�、放电、手动模式、自动模式的通断。在一个实施例中，当所述测试装置所测试出的电压变化幅度过大或电流变化幅度过大或温度大幅度超过工作环境温度时，所述组态界面�？椴ň藕牛霰ň藕虐ūň奔�、报警数据和数据变化曲线，同时所述组态界面�？橥ü杀喑搪呒刂频ピ乇詹馐粤鞒�。在一个实施例中，所述测试装置包括宇电706型六通道温度巡检仪。在一个实施例中，所述测试装置测试每个所述单体电池的电压及所述单体电池的上部、中部、下部三点温度；所述测试装置对每个串联回路，测试其串联回路电流及电压； 所述测试装置对每个电池�？椋馐阅？樽芑芈返缌骱湍？樽艿缪�。在一个实施例中，所述组态界面模块设置以下参数中的一个或多个�？楣涞绲脑诵胁问�、�？楣诺绲脑诵胁问⒛？楣禄蚪滴碌脑诵胁问⒔尤肽？榈母涸夭问�、�？榧薏馐允奔洹Ｔ谝桓鍪凳├校鲎樘缑婺？�、所述可编程逻辑控制单元、以及所述测试装置上都有停止按钮，且所述按钮不能自复位。根据本发明的又一实施例，提供了一种测试极限状态下的钠硫电池�？榈募际醪问姆椒ǎ龇椒òú馐阅屏虻绯啬？橄低衬诿恳唤诘ヌ宓绯卦诓煌俳绻ぷ髯刺碌牡缪�、电流、 和/或温度，其中所述钠硫电池�？橄低嘲ǘ喔龅绯啬？椋扛龅绯啬？榭砂ǘ嘟诓⒘牡ヌ宓绯兀灰约疤峁┳樘缑婺？椋⒏菟霾馐越峁涑隹刂菩藕牛隹刂菩藕胖噶羁杀喑搪呒ピ刂扑瞿屏虻绯啬？橄低车某涞�、放电、手动模式、自动模式的通断。在一个实施例中，所述方法还包括当所测试出的电压变化幅度过大或电流变化幅度过大或温度大幅度超过工作环境温度时，由所述组态界面�？椴ň藕牛霰ň藕虐ūň奔�、报警数据和数据变化曲线，同时所述组态界面�？橥ü杀喑搪呒刂频ピ乇詹馐粤鞒�。在一个实施例中，所述方法还包括测试每个所述单体电池的电压及所述单体电池的上部、中部、下部三点温度；测试每个串联回路的串联回路电流及电压；测试每个电池模块的总回路电流和总电压。在一个实施例中，所述方法还包括在所述组态界面模块中，设置以下参数中的一个或多个以模拟极限状态下钠硫电池�？榈墓ぷ髑榭瞿？楣涞绲脑诵胁问⒛？楣诺绲脑诵胁问�、模块过升温或降温的运行参数、接入�？榈母涸夭问�、�？榧薏馐允奔�。在一个实施例中，所述方法还包括提供一可编程逻辑控制单元，所述可编程逻辑控制单元接受所述组态界面�？榈目刂菩藕牛钥刂扑瞿屏虻绯啬？橄低车某涞�、放电、 手动模式、自动模式的通断。本发明具有结构简单、性能可靠、成本较低等优点。通过组态软件可以集中管理测试数据，可以测试钠硫电池电池�？樵诩拮刺碌奈露�、电压、电流等数据，计算其变化率。并可以根据测试人员的要求，对测试数据做选择性记录与数据处理。
本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，在附图中，相同的附图标记始终表示相同的特征，其中图1为根据本发明的一实施例的钠硫电池模块极限状态下技术参数测试装置示意图；以及图2为根据本发明的一实施例的组态界面�？榈脑冻炭刂坪凸芾淼慕缑嫱�。附图标记说明1钠硫电池�？橄低�2提供控制信号的PLC控制单元3 检测技术参数的传感器及仪表，测试电池�？槟诿恳唤诘绯卦诓煌俳绻ぷ髯刺碌牡缪�、电流、温度等技术参数31隔离信号变送器4�？槟诘募薰ぷ骰肪车目刂葡低�5计算机51组态界面模块6测试装置的控制总电源按钮
7�？榕牌爸玫目匕磁�8�？槌浞诺缟柚冒磁ィ柚媚？槌浞诺绮问段�9�？槌浞诺缟柚冒磁ィ柚媚？槌浞诺绮问段�10�？楣ぷ骰肪澄露鹊纳柚冒磁ィ柚媚？樯滴碌乃俾始澳勘旯ぷ魑露�11�？楦涸厣柚冒磁ィ柚媒尤肽？槟诘母涸夭问�12极限测试时间按钮，设置极限测试的时间
13模块在极限测试时的电压14�？樵诩薏馐允钡牡缌�15模块在极限测试时的温度参数
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点表达得更加清楚明白，下面结合附图及具体实施例对本发明再作进一步详细的说明。图1示出一种测量极限状态下钠硫电池技术参数的装置。该装置可以为钠硫电池�？榻胁馐�。该装置至少包括钠硫电池�？橄低�1、可编程逻辑控制单元(PLC控制单元)2、测试装置3、以及计算机5。钠硫电池�？橄低�1与极限工作环境的控制系统4相连接。钠硫电池�？橄低�1 可包括多个电池�？椋扛龅绯啬？榭砂ǘ嘟诓⒘牡绯卮�。在一个实施例中，该钠硫电池�？榈亩疃üβ士梢晕�5KW。极限工作环境的控制系统4是电池储能系统能量传递的双向高速通道，其主要功能是对钠硫电池模块系统1进行充放电。测试装置3与钠硫电池模块系统1相连接，测试装置3可以是检测技术参数的传感器及仪表。测试装置3测试电池�？槟诿恳唤诘绯卦诓煌俳绻ぷ髯刺碌牡缪�、电流、 温度等技术参数。例如，在一个实施例中，测试装置3可测试每个单体电池电压及电池上部、中部、下部三点温度；对每个串联回路，测试其串联回路电流及电压；对每个�？椋馐云渥芑芈返缌鳎？樽艿缪埂Ｒ陨细魑露�、电压、电流的测试都是采取在线实时测试的方式。 在一个实施例中，测试装置3可以包括隔离放大器和多通道巡检仪。测试装置3将电池�？楹痛芈分械牡缌骱偷缪剐藕欧直鹁衾敕糯笃鳎俳尤攵嗤ǖ姥布煲�。在一个实施例中，该巡检仪可以是宇电706型六通道温度巡检仪。将需监测的温度信号接入宇电706 型六通道温度巡检仪，在极限测试中，单体电池温度有可能超过电池正常工作温度，故可采用K分度温度传感器。测试极限状态钠硫电池�？榧际醪问埃惹卸媳Ｖさ绯啬？檎Ｔ诵械牡绯毓芾硐低�(BMS)，通过本发明所提供的测量极限状态下钠硫电池技术参数的装置来保证�？樵诩薏馐允钡恼Ｔ诵�。在一个实施例中，由于从钠硫电池模块系统1采集而来的电压、电流等测试信号太强，如果直接反馈至计算机5，则会造成计算机5的损坏，因此，本发明提供一隔离信号变送器31，将电压、电流等较强信号变为计算机5可以接收的标准信号。另外，由于测试装置3所输出的测试数据是数字信号，而计算机5对数字信号的直接控制能力较弱，因此，为了能够提高信号控制能力，本发明提供了 PLC控制单元2来对数字信号进行控制。在一个实施例中，可以通过设置PLC，来控制相应的充电、放电、手动、自动等方式的通断过程。PLC控制单元2、测试装置3、极限工作环境的控制系统4都与计算机5通过系统通讯线连接，可与计算机5通讯。计算机5包括组态界面�？�51，以便对测试数据进行集中监控。可通过对组态界面�？�51的设置，远程监控和管理钠硫电池模块系统。在一个实施例中，组态界面�？�51可通过com 口和485通讯线与现场的PLC控制单元2通信，并发出相关指令来指令PCL控制单元对数字信号进行控制，从而实现对�？榈母髦衷诵胁问性冻躺柚煤涂刂�。图2为根据本发明的一实施例的组态界面�？榈脑冻炭刂坪凸芾淼慕缑嫱�。在组态界面模块51中，可设置以下参数中的一个或多个�？楣涞绲脑诵胁问�8、�？楣诺绲脑诵胁问�9、�？楣禄蚪滴碌脑诵胁问�10、接入�？榈母涸夭问�11、�？榧薏馐允奔�12。以上设置可以进行不同的组合，模拟出钠硫电池�？榈牟煌拮刺�。由上述方式采集的测试数据，可在PC机中的组态界面里显示实时数据与实时曲线，并根据要求在数据库中记录测试数据，记录数据周期可达IOOms以得到�？榈母髦炙布淞俳绮问�。观察�？檎宓缪�13、电流14和温度15的数据显示，当出现电压变化幅度过大或温度大幅度超过工作环境温度等安全问题时，组态软件会弹出报警窗口，显示报警信息。报警信息可包括报警时间、报警数据和数据变化曲线，测试人员可根据具体测试数据综合判断系统主回路控制电源6和排气风机7的通断。本发明是测试极限状态下�？榈绯夭问淖爸茫悸堑桨踩裕樘缑婺？�、现场PLC控制单元、现场控制电气装置上都有一键“Stop”按钮，且此按钮不能自复位。测试系统的主回路切断能力是在被测试的钠硫电池�？槎疃üぷ鞯缌鞯�10倍以上，并且采用的是安全的直流灭弧方式，以保证测试人员的安全。根据本发明，并经现场实际运行，其效果为通过远程监测与控制，得到钠硫电池�？樵诓煌募拮跋碌母髦值缙问�。根据本发明，并经现场实际运行，其效果为�？槌鱿职踩侍馐保ü樘缑婺？樵冻糖卸现骰芈贰⑼ü殖〉腜LC控制单元及测试仪表切断主回路或手动紧急切断主回路，保证测试人员的安全。根据本发明，并经现场实际运行，其效果为能根据现场要求，增减监测数据点， 在不同的临界工作状态下，可对不同容量的单个或多个的钠硫电池�？榈墓ぷ鞑问胁饬浚屏虻绯卮⒛苣？樵谝院蟮氖导试擞锰峁┳既房煽康氖笛槭荨� 在又一个实施例中，测量极限状态下钠硫电池技术参数的装置可对一个额定功率为IOKW的钠硫电池�？榻胁馐�。其他步骤同实施例1类似。根据本发明，并经现场实际运行，其效果为通过远程监测与控制，得到钠硫电池�？樵诓煌募拮刺碌母髦值缙问�。根据本发明，并经现场实际运行，其效果为�？槌鱿职踩侍馐保ü樘砑冻糖卸现骰芈�、通过现场的PLC控制程序及测试仪表切断主回路或手动紧急切断主回路，保证测试人员的安全。根据本发明，并经现场实际运行，其效果为能根据现场要求，增减监测数据点， 在不同的临界工作状态下，可对不同容量的单个或多个的钠硫电池�？榈墓ぷ鞑问胁饬浚屏虻绯卮⒛苣？樵谝院蟮氖导试擞锰峁┳既房煽康氖笛槭�。
在又一个实施例中，测量极限状态下钠硫电池技术参数的装置可对一个额定功率为50KW的钠硫电池�？榻胁馐�。其他步骤同实施例1类似。根据本发明，并经现场实际运行，其效果为通过远程监测与控制，得到钠硫电池�？樵诓煌募拮刺碌母髦值缙问�。
根据本发明，并经现场实际运行，其效果为�？槌鱿职踩侍馐保ü樘砑冻糖卸现骰芈�、通过现场的PLC控制程序及测试仪表切断主回路或手动紧急切断主回路，保证测试人员的安全。根据本发明，并经现场实际运行，其效果为能根据现场要求，增减监测数据点， 在不同的临界工作状态下，可对不同容量的单个或多个的钠硫电池�？榈墓ぷ鞑问胁饬浚屏虻绯卮⒛苣？樵谝院蟮氖导试擞锰峁┳既房煽康氖笛槭�。以上具体实施方式
可以互相组合，并且仅用于说明本发明，而非用于限定本发明。 凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种测试极限状态下的钠硫电池�？榈募际醪问淖爸茫涮卣髟谟冢鲎爸冒薰ぷ骰肪车目刂葡低常荒屏虻绯啬？橄低常瞿屏虻绯啬？橄低秤胨黾薰ぷ骰肪车目刂葡低诚嗔渲兴黾薰ぷ骰肪车目刂葡低扯运瞿屏虻绯啬？橄低辰谐浞诺纾瞿屏虻绯啬？橄低嘲ǘ喔龅绯啬？椋扛龅绯啬？榭砂ǘ嘟诓⒘牡ヌ宓绯兀徊馐宰爸茫慌渲贸刹馐运龅绯啬？槟诿恳唤诘ヌ宓绯卦诓煌俳绻ぷ髯刺碌牡缪埂⒌缌�、和/或温度；组态界面�？椋鲎樘缑婺？槲挥诩扑慊冢鲎樘缑婺？榻邮账霾馐宰爸玫氖涑觯⒏菟鍪涑隼丛冻碳嗫睾凸芾砟屏虻绯啬？橄低常灰约翱杀喑搪呒刂频ピ隹杀喑搪呒刂频ピ邮芩鲎樘缑婺？榈目刂菩藕牛� 以控制所述钠硫电池模块系统的充电、放电、手动模式、自动模式的通断。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，当所述测试装置所测试出的电压变化幅度大于一预设值或电流变化幅度大于一预设值或温度大幅度超过工作环境温度时，所述组态界面�？椴ň藕牛霰ň藕虐ūň奔�、报警数据和数据变化曲线，同时所述组态界面�？橥ü杀喑搪呒刂频ピ乇詹馐粤鞒�。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述测试装置包括宇电706型六通道温度巡检仪。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述测试装置测试每个所述单体电池的电压及所述单体电池的上部、中部、下部三点温度；所述测试装置对每个串联回路，测试其串联回路电流及电压；所述测试装置对每个电池�？椋馐阅？樽芑芈返缌骱湍？樽艿缪�。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述组态界面�？樯柚靡韵虏问械囊桓龌蚨喔鲆阅Ｄ饧拮刺履屏虻绯啬？榈墓ぷ髑榭瞿？楣涞绲脑诵胁问�、�？楣诺绲脑诵胁问�、模块过升温或降温的运行参数、接入�？榈母涸夭问�、�？榧薏馐允奔�。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述组态界面�？椤⑺隹杀喑搪呒刂频ピ⒁约八霾馐宰爸蒙隙加型Ｖ拱磁ィ宜霭磁ゲ荒茏愿次�。
7.一种测试极限状态下的钠硫电池�？榈募际醪问姆椒ǎ涮卣髟谟冢龇椒òú馐阅屏虻绯啬？橄低衬诿恳唤诘ヌ宓绯卦诓煌俳绻ぷ髯刺碌牡缪埂⒌缌�、和/ 或温度，其中所述钠硫电池�？橄低嘲ǘ喔龅绯啬？椋扛龅绯啬？榭砂ǘ嘟诓⒘牡ヌ宓绯兀灰约疤峁┳樘缑婺？椋⒏菟霾馐越峁涑隹刂菩藕牛隹刂菩藕胖噶羁杀喑搪呒ピ刂扑瞿屏虻绯啬？橄低车某涞�、放电、手动模式、自动模式的通断。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括当所测试出的电压变化幅度大于一预设值或电流变化幅度大于一预设值或温度大幅度超过工作环境温度时，由所述组态界面�？椴ň藕牛霰ň藕虐ūň奔�、报警数据和数据变化曲线，同时所述组态界面�？橥ü杀喑搪呒刂频ピ乇詹馐粤鞒�。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括测试每个所述单体电池的电压及所述单体电池的上部、中部、下部三点温度；测试每个串联回路的串联回路电流及电压；测试每个电池模块的总回路电流和总电压。
10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括在所述组态界面�？橹校柚靡韵虏问械囊桓龌蚨喔鲆阅Ｄ饧拮刺履屏虻绯啬？榈墓ぷ髑榭瞿？楣涞绲脑诵胁问�、�？楣诺绲脑诵胁问�、模块过升温或降温的运行参数、接入�？榈母涸夭问�、�？榧薏馐允奔�。
全文摘要
本发明揭示了一种测试极限状态下的钠硫电池�？榈募际醪问淖爸谩８米爸冒薰ぷ骰肪车目刂葡低常挥肟刂葡低诚嗔哪屏虻绯啬？橄低常徊馐宰爸茫馐运龅绯啬？槟诿恳唤诘ヌ宓绯卦诓煌俳绻ぷ髯刺碌牡缪�、电流、和/或温度；组态界面�？椋菟霾馐允堇丛冻碳嗫睾凸芾砟屏虻绯啬？橄低常灰约翱杀喑搪呒刂频ピ邮芩鲎樘缑婺？榈目刂菩藕牛钥刂扑瞿屏虻绯啬？橄低车某涞�、放电、手动模式、自动模式的通断。
文档编号G01R31/36GK102298120SQ201110205800
公开日2011年12月28日 申请日期2011年7月21日 优先权日2011年7月21日
发明者何维国, 刘宇, 张宇, 杨建华, 温兆银, 邹晓易 申请人:上海市电力公司, 中国科学院上海硅酸盐研究所
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
