专利名称：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的制作方法
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 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，JP200(^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；以及可编程逻辑控制单元，可编程逻辑控制单元接受所述组态界面模块的控制信号， 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。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，同时所述组态界面模块通过可编程逻辑控制单元关闭测试流程。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模块，测试模块总回路电流和模块总电压。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模块过充电的运行参数、模块过放电的运行参数、模块过升温或降温的运行参数、接入模块的负载参数、模块极限测试时间。在一个实施例中，所述组态界面模块、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；以及提供组态界面模块，并根据所述测试结果输出控制信号，所述控制信号指令可编程逻辑单元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。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，同时所述组态界面模块通过可编程逻辑控制单元关闭测试流程。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模块的工作情况模块过充电的运行参数、模块过放电的运行参数、模块过升温或降温的运行参数、接入模块的负载参数、模块极限测试时间。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模块的控制信号，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。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模块在极限状态下的温度、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模块的远程控制和管理的界面图。附图标记说明1钠硫电池模块系统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31隔离信号变送器4模块内的极限工作环境的控制系统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模块排气装置的开关按钮8模块充放电设置按钮，设置模块充放电参数范围9模块充放电设置按钮，设置模块充放电参数范围10模块工作环境温度的设置按钮，设置模块升降温的速率及目标工作温度11模块负载设置按钮，设置接入模块内的负载参数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模块在极限测试时的电流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模块进行测试。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。钠硫电池模块系统1与极限工作环境的控制系统4相连接。钠硫电池模块系统1 可包括多个电池模块，每个电池模块可包括多节并联的电池串。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；对每个模块，测试其总回路电流，模块总电压。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将电池模块和串联回路中的电流和电压信号分别经过隔离放大器，再接入多通道巡检仪。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，先切断保证电池模块正常运行的电池管理系统(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模块在极限测试时的正常运行。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包括组态界面模块51，以便对测试数据进行集中监控。可通过对组态界面模块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，从而实现对模块的各种运行参数进行远程设置和控制。图2为根据本发明的一实施例的组态界面模块的远程控制和管理的界面图。在组态界面模块51中，可设置以下参数中的一个或多个模块过充电的运行参数8、模块过放电的运行参数9、模块过升温或降温的运行参数10、接入模块的负载参数11、模块极限测试时间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以得到模块的各种瞬间临界参数。观察模块整体电压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模块电池参数的装置，考虑到安全性，组态界面模块、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，得到钠硫电池模块在不同的极限装下的各种电气参数。根据本发明，并经现场实际运行，其效果为模块出现安全问题时，通过组态界面模块远程切断主回路、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模块的工作参数进行测量，为钠硫电池储能模块在以后的实际运用提供准确可靠的实验数据。 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的钠硫电池模块进行测试。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，得到钠硫电池模块在不同的极限状态下的各种电气参数。根据本发明，并经现场实际运行，其效果为模块出现安全问题时，通过组态软件远程切断主回路、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模块的工作参数进行测量，为钠硫电池储能模块在以后的实际运用提供准确可靠的实验数据。
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的钠硫电池模块进行测试。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，得到钠硫电池模块在不同的极限状态下的各种电气参数。
根据本发明，并经现场实际运行，其效果为模块出现安全问题时，通过组态软件远程切断主回路、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模块的工作参数进行测量，为钠硫电池储能模块在以后的实际运用提供准确可靠的实验数据。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模块的技术参数的装置，其特征在于，所述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模块的控制信号， 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，同时所述组态界面模块通过可编程逻辑控制单元关闭测试流程。
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模块，测试模块总回路电流和模块总电压。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述组态界面模块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模块的工作情况模块过充电的运行参数、模块过放电的运行参数、模块过升温或降温的运行参数、接入模块的负载参数、模块极限测试时间。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述组态界面模块、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模块的技术参数的方法，其特征在于，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；以及提供组态界面模块，并根据所述测试结果输出控制信号，所述控制信号指令可编程逻辑单元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。
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，同时所述组态界面模块通过可编程逻辑控制单元关闭测试流程。
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模块的工作情况模块过充电的运行参数、模块过放电的运行参数、模块过升温或降温的运行参数、接入模块的负载参数、模块极限测试时间。
全文摘要
本发明揭示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；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，根据所述测试数据来远程监控和管理钠硫电池模块系统；以及可编程逻辑控制单元，接受所述组态界面模块的控制信号，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。
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