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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�？橹兄饕嗫氐ヌ宓绯氐牡缪贡浠猿涞缌坑氤涞绲缪骨呓⒁欢ü叵担佣卸系绯厥欠翊τ诹俳缱刺乐沟绯亟徊绞�。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、模块工作环境温度、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，同时组态界面模块通过现场PLC 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模块的技术参数的装置。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�？橄低车某涞纭⒎诺�、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，所述组态界面模块产生报警信号，所述报警信号包括报警时间、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乇詹馐粤鞒獭Ｔ谝桓鍪凳├校霾馐宰爸冒ㄓ畹�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？樽艿缪埂Ｔ谝桓鍪凳├校鲎樘缑婺？樯柚靡韵虏问械囊桓龌蚨喔瞿？楣涞绲脑诵胁问⒛？楣诺绲脑诵胁问�、�？楣禄蚪滴碌脑诵胁问�、接入�？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模块的技术参数的方法，所述方法包括测试钠硫电池模块系统内每一节单体电池在不同临界工作状态下的电压、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�？榈淖芑芈返缌骱妥艿缪埂Ｔ谝桓鍪凳├校龇椒ɑ拱ㄔ谒鲎樘缑婺？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�。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�？榧拮刺录际醪问馐宰爸檬疽馔迹灰约巴�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�？�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�？樵诩薏馐允钡牡缪�14�？樵诩薏馐允钡牡缌�15�？樵诩薏馐允钡奈露炔问�
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模块系统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，该钠硫电池模块的额定功率可以为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�？橄低�1进行充放电。测试装置3与钠硫电池�？橄低�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测试电池模块内每一节电池在不同临界工作状态下的电压、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�。以上各温度、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模块技术参数前，先切断保证电池�？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�？橄低�。在一个实施例中，组态界面模块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�？�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，模拟出钠硫电池模块的不同极限状态。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模块额定工作电流的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�、通过现场的PLC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�。 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８荼痉⒚鳎⒕殖∈导试诵校湫Ч？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ḿ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�、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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�？橄低车某涞�、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⒛？楣诺绲脑诵胁问�、�？楣禄蚪滴碌脑诵胁问�、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�？�、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。
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òú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，其中所述钠硫电池模块系统包括多个电池�？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乇詹馐粤鞒獭�
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�？榈淖芑芈返缌骱妥艿缪�。
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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⒛？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�。该装置包括极限工作环境的控制系统；与控制系统相连的钠硫电池模块系统；测试装置，测试所述电池�？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