[发明专利]测试极限状态下的钠硫电池模块的技术参数的方法和装置

说明书

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模块技术参数测试方法和装置。

背景技术

钠硫电池(Sodium Sulfur battery，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Na，S)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290-360℃。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模块，进一步通过电池管理系统将模块集成为千瓦级或兆瓦级储能电站，然后并网提供实际应用。

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模块能在安全稳定的状态下工作，应对模块在出现各种极限状态时的各项电气参数，以便能及时对模块进行各种隔离或保护措施，确保钠硫电池储能模块在实际运用中能安全有效地工作。

目前钠硫电池模块主要的极限状态参数包括电压与温度，如日本碍子公司公布的相关专利文献，JP2000268856A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。在钠硫电池模块的实际运行中，由于涉及因素比较复杂，包括运行中过充、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模块安全。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模块电气参数的测试方法与装置。这是保证大功率钠硫电池储能模块在安全运行中或者在出厂检测中必要的测试手段之一，本发明所提供的装置和方法能实现对不同容量的钠硫电池储能模块在不同的临界工作状态下的工作参数的测量。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、接入模块内的负载及测试时间，可以有效地模拟极限状态下钠硫电池模块的工作情况。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模块对分布于现场的PLC、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模块实现远程控制和管理的方式，提高了测试人员的安全性。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；

钠硫电池模块系统，所述钠硫电池模块系统与所述极限工作环境的控制系统相连，其中所述极限工作环境的控制系统对所述钠硫电池模块系统进行充放电，所述钠硫电池模块系统包括多个电池模块，每个电池模块可包括多节并联的单体电池；

测试装置，被配置成测试所述电池模块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；

组态界面模块，所述组态界面模块位于计算机内，所述组态界面模块接收所述测试装置的输出，并根据所述输出来远程监控和管理钠硫电池模块系统；以及