CN102138247B - 钠硫电池的控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种钠硫电池的控制方法，是一种多个钠硫电池的控制方法，多个钠硫电池在组合了其输出变化的发电装置和电力储藏补偿装置并向电力系统供给电力的互联系统中，构成电力储藏补偿装置并补偿发电装置的输出变化，其中，当多个钠硫电池中的一个钠硫电池达到放电末期时，由其他的钠硫电池对达到放电末期的一个钠硫电池进行充电，当多个钠硫电池中的一个钠硫电池达到充电末期时，使达到充电末期的一个钠硫电池放电对其他钠硫电池进行充电，从而控制成多个钠硫电池均既不达到充电末期也不达到放电末期。该钠硫电池的控制方法能在宽范围内补偿自然能源的变化。

Description

钠硫电池的控制方法
技术领域
本发明涉及一种钠硫电池的控制方法，更详细地，涉及一种向电力系统供给电力的互联系统中的钠硫电池的控制方法，所述互联系统组合了风力发电装置等其输出变化的发电装置和具有多个钠硫电池的电力储藏补偿装置。
背景技术
近年来，用风力、太阳光、地热等发电的自然能源发电装置引人注目，并投入实际应用。自然能源发电装置是一种不使用石油等有限资源而使用自然存在的无穷无尽的能源、无污染的发电装置，该发电装置能抑制二氧化碳的排放，因此，从防止地球变暖的观点出发，引入该装置的企业、自治体等正在增加。
但是，由于从自然界获得的能源是时刻变化的，因此，要将自然能源发电装置普及化，则存在无法避免输出功率变化的问题。因此，为消除这个问题，在采用自然能源发电装置时，优选构筑互联(发电)系统，该系统组合了该自然能源发电装置和、以多个钠硫电池(二次电池)为主要构成元件的电力储藏补偿装置。
钠硫电池，其能量密度高、能在短时间内进行高输出且快速响应性突出，因此，通过同时设置用于控制充电及放电的双向转换器，具有如下优点：能补偿在几百m秒-几秒下可能发生的自然能源发电装置的输出变化。因此，可以认为，对自然能源发电装置组合了电力储藏补偿装置的互联系统是优选的发电系统，其中，所述电力储藏补偿装置以多个钠硫电池为构成元件。
但是，自然能源发电装置，基于其能源发电功率瞬时变化，因此，在电力储藏及补偿装置中就会频繁地重复电力的输入或输出。这也就意味着构成电力储藏及补偿装置的钠硫电池要连续地重复进行充放电。其结果，暴露出了以下问题：由于不能精确地管理钠硫电池的电池放电容量，所以突然达到充电末期而不能继续充电，或突然达到放电末期而不能继续放电，致使在补偿自然能源发电装置的输出变化的过程中被停掉。
对此，为解决上述问题提出了以下方案：通过检测充电末期附近或者放电末期附近，改变双向转换器输出功率的控制目标值，以使电池放电容量接近于电池额定容量的中间值(例如，参考专利文献1)。
现有技术文献
专利文献1：特开2003-317808号公报
发明内容
本发明是鉴于现有技术存在的这样的问题而做出的，其目的在于，提供一种能在宽范围内补偿自然能源的变化的钠硫电池的控制方法。
本发明人为到达所述目的而潜心钻研的结果，发现通过控制钠硫电池使其处在既不是充电末期也不是放电末期的中间状态，从而能解决所述课题，由此完成了本发明。
即，根据本发明，可以提供如下所示的钠硫电池的控制方法。
(1)一种钠硫电池的控制方法，是一种多个钠硫电池的控制方法，所述多个钠硫电池在组合了其输出变化的发电装置和电力储藏补偿装置并向电力系统供给电力的互联系统中，构成所述电力储藏补偿装置并补偿所述发电装置的输出变化，其中，当所述多个钠硫电池中的一个钠硫电池达到放电末期时，由其他的钠硫电池对所述达到放电末期的一个钠硫电池进行充电，当所述多个钠硫电池中的一个钠硫电池达到充电末期时，使所述达到充电末期的一个钠硫电池放电对其他钠硫电池进行充电，从而控制成全部所述多个钠硫电池均既不达到充电末期也不达到放电末期，同时补偿所述发电装置的输出变化。
(2)根据(1)所述的钠硫电池的控制方法，当所述多个钠硫电池中的一个钠硫电池达到放电末期时，其他全部的钠硫电池均匀地放电并对所述达到放电末期的一个钠硫电池进行充电；当所述多个钠硫电池中的一个钠硫电池达到充电末期时，使所述达到充电末期的一个钠硫电池放电并对其他全部的钠硫电池均匀地进行充电。
(3)根据(1)所述的钠硫电池的控制方法，当所述多个钠硫电池中的一个钠硫电池达到放电末期时，其他钠硫电池中最接近充电末期的钠硫电池放电并对所述达到放电末期的一个钠硫电池进行充电；当所述多个钠硫电池中的一个钠硫电池达到充电末期时，使所述达到充电末期的一个钠硫电池放电并对其他钠硫电池中最接近放电末期的钠硫电池进行充电。
(4)根据(1)-(3)任一项所述的钠硫电池的控制方法，控制全部所述多个钠硫电池的剩余容量百分比分别在20％-80％，同时补偿所述发电装置的输出变化。
(5)根据(1)-(4)任一项所述的钠硫电池的控制方法，所述输出变化的发电装置为使用一种或两种来自风力、太阳光、地热中的自然能源的自然能源发电装置。
本发明的钠硫电池的控制方法，当多个钠硫电池中的一个钠硫电池达到放电末期时，由其他的钠硫电池对达到放电末期的一个钠硫电池进行充电，当多个钠硫电池中的一个钠硫电池达到充电末期时，使达到充电末期的一个钠硫电池放电对其他钠硫电池进行充电，从而控制成多个钠硫电池均既不达到充电末期也不达到放电末期，同时补偿发电装置的输出变化，因此，即使一个钠硫电池达到放电末期或充电末期，也不会一直维持放电末期或充电末期，而能立即返回中间状态(既不是充电末期也不是放电末期的状态)，从而能够在宽范围内补偿自然能源的变化。
附图说明
图1是表示具备输出变化的发电装置及电力储藏补偿装置的互联系统的一例的系统构成图。
图2A是表示风力发电装置所发功率随时间变化的一例的图表。
图2B是表示达到放电末期的钠硫电池被充电时的功率随时间变化的一例的图表。
图2C是表示除达到放电末期的钠硫电池以外的钠硫电池放电时的功率随时间变化的一例的图表。
图3A是表示风力发电装置所发功率随时间变化的一例的图表。
图3B是表示达到放电末期的钠硫电池被充电时的功率随时间变化的一例的图表。
图3C是表示最接近充电末期的钠硫电池放电时的功率随时间变化的一例的图表。
图3D是表示钠硫电池充放电时的功率随时间变化的一例的图表。
图4是表示钠硫电池的电池剩余容量百分比(％)和电池电压(V)的关系的图表。
附图标记说明
1：电力系统、3：钠硫电池、4：双向转换器、5：电力储藏补偿装置、7：风力发电装置、8：互联系统、9：变压器、21：关系曲线、31：卖电目标、41，42，43，44：功率表、51：向系统的放电、52：向其他电池的放电
具体实施方式
以下，对本发明的最佳实施方案进行说明，但应理解为，本发明并不被以下实施方案所限定，在不超出本发明的宗旨的范围内，基于本领域技术人员的普通技术知识，可以对其进行适当的设计上的改变、改良等。
首先，对互联系统进行说明。图1所示的系统构成图表示具备其输出变化的发电装置和电力储藏补偿装置的互联系统的一例。图1所示的互联系统8具备：将风力转为风车转动而使发电机转动的风力发电装置7(自然能源发电装置)和电力储藏补偿装置5。另外，电力储藏补偿装置5具有：作为二次电池的钠硫电池3，其能储藏电力并将其输出；具有直流/交流转换功能的双向转换器4；变压器9。双向转换器4例如可以由斩波器(chopper)和变换器(inverter)构成，或者由变换器构成。互联系统8具备No.1-No.m(m为大于1的整数)的m系列风力发电装置7及No.1-No.n(n为大于1的整数)的n系列钠硫电池3(电力储藏补偿装置5)。
此外，在本说明书中，构成多个钠硫电池的一个(一颗)钠硫电池是指在控制单位上与其他电池相区别的钠硫电池，而且不是由单电池数、模块电池数、输出功率的大小等决定。具体地，当钠硫电池构成电力储藏补偿装置时，将由一个双向转换器控制下的钠硫电池作为一个钠硫电池来使用。虽然最好钠硫电池全部为相同额定容量的钠硫电池，但不必一定相同。另外，将包含于1个电力储藏补偿装置5中的钠硫电池3整体作为一个钠硫电池3来使用。另外，一般在互联系统中附加私人发电装置作为发电装置，还有作为负荷的钠硫电池的加热器或其他辅助装置，但在互联系统8中将其省略。这些在本发明的钠硫电池的控制方法中，这些辅助装置等的电力，可以视为包含于其输出变化的发电装置(风力发电装置7)所发出的电力中(增加或减少的功率)。
在互联系统8中，在电力储藏补偿装置5中进行钠硫电池3的放电，用功率表42测定的功率PN(用功率表44来测定各钠硫电池3的功率PNn)补偿由风力发电装置7所发出的功率(用功率表43测定的功率Pw)的输出变化。具体地，通过控制钠硫电池3的放电(即功率PN)使互联系统8整体输出的功率(用功率表41测定的功率PT)满足PT＝Pw+PN＝恒定(PN＝PT-Pw)，从而将互联系统8整体输出的功率PT变成稳定而质量良好的功率，供给于例如在配电变电站和电力需要者之间的电力系统1。
另外，在互联系统8中，根据由风力发电装置7所发的功率Pw的输出变化，在电力储藏补偿装置5中进行钠硫电池3的充电。具体地，通过控制钠硫电池3的充电(即功率-PN)，使由功率表42测定的功率PN为PN＝-Pw，从而消耗变化的功率Pw，能使互联系统8整体输出的功率PT变成0。
在钠硫电池3进行放电及充电的任意一种情况下，基于来自风力发电装置7的输出(功率Pw)，在电力储藏补偿装置5中通过改变双向转换器4的控制目标值使钠硫电池3进行充电或放电，以输入或输出用来补偿风力发电装置7的输出的功率，从而吸收风力发电装置7的输出变化。由于该互联系统8能够使用几乎不排出二氧化碳的自然能源发电装置(风力发电装置7)及钠硫电池3(电力储藏补偿装置5)来供给稳定而质量良好的功率，因此可以说是理想的发电装置。
接着，参照图2A-图2C，对如下情况下的钠硫电池3的控制(本发明的钠硫电池的控制方法中的一个实施方案)进行说明：图1所示的互联系统8中，在保持与系统的交易功率PT为8MW(卖电目标31)的同时使钠硫电池3充放电。此外，图2A-图2C显示了互联系统8中钠硫电池3(电力储藏补偿装置5)的系列数为4(n＝4)时功率(输出)随时间的变化。在图2A-图2C中，横轴为时间轴，表示时间t。钠硫电池3(电力储藏补偿装置5)为No.1-No.4共4个，1个钠硫电池3的额定输入功率为2MW。
图2A是表示风力发电装置7的输出的一例的图表。在图2A中，纵轴表示用功率表43测定的功率PW。
图2B是表示将其他钠硫电池3所放的电向处于与图2A相同时间带上的达到放电末期的钠硫电池3进行充电的状态的图表。在图2B中，纵轴表示用功率表44测定的功率PN1。
图2C表示处于与图2A相同时间带上、所述达到放电末期的钠硫电池3以外的钠硫电池3的输出的一例的图表。在本实施方案的钠硫电池的控制方法中，所述达到放电末期的钠硫电池3以外的3个钠硫电池3的输出都相同，且都如图2C所示的图表那样表示。在图2C中，纵轴表示用功率表44测定的功率PN2～4。所谓的“功率PN2～4”是指“功率PN2、功率PN3或功率PN4(功率PN2-PN4)”。
图2A-图2C所示的图表表示如下状态，即：一个钠硫电池3达到放电末期时，由其他3个钠硫电池3全部均匀地进行放电，对达到放电末期的钠硫电池3进行充电，从而控制成多个钠硫电池均既不达到充电末期也不达到放电末期，同时补偿发电装置的输出变化。如图2B、图2C所示，将其他3个钠硫电池3所输出的功率PN2-PN4中的“向其他电池的放电52”这一部分作为功率PN1向达到放电末期的钠硫电池3输入充入。由此，达到放电末期的钠硫电池3就不会长时间维持在放电末期，而能立即返回中间状态(既不是充电末期也不是放电末期的状态)，从而能在宽范围内补偿自然能源的变化。在本实施方案的钠硫电池的控制方法中，达到放电末期的钠硫电池3以外的全部钠硫电池3进行放电并对达到放电末期的钠硫电池3进行充电，但也可以是达到放电末期的钠硫电池3以外的一部分钠硫电池3进行放电并对达到放电末期的钠硫电池3进行充电。另外，优选地，达到放电末期的钠硫电池3以外的钠硫电池3的放电(为了给达到放电末期的钠硫电池充电而进行的放电)全部均匀，但也可以不均匀。
优选地，向达到放电末期的钠硫电池3充入由其他3个钠硫电池3所放的电，从而控制成全部4个钠硫电池的剩余容量百分比分别在20％-80％(中间状态)。在本发明的钠硫电池的控制方法中，优选控制钠硫电池维持在所述中间阶段。
另外，虽然最好向达到放电末期的钠硫电池3充入由其他3个钠硫电池3所放的电的时间尽可能短，但优选地在检测到一个钠硫电池3达到放电末期之后的1-1800秒的时间内进行充电。在实际操作中有时候难以小于1秒。如果长于1800秒则会有无法进行电力补偿运转等影响。
在本实施方案的钠硫电池的控制方法中，优选地，当一个钠硫电池3达到充电末期时，使达到充电末期的该钠硫电池放电对其他3个钠硫电池全部进行均匀的充电。可以使达到充电末期的钠硫电池3放电对达到充电末期的钠硫电池3以外的全部钠硫电池进行充电，也可以使达到充电末期的钠硫电池3放电对达到充电末期的钠硫电池3以外的钠硫电池3中的一部分钠硫电池3进行充电。另外，优选向达到充电末期的钠硫电池3以外的多个钠硫电池3进行的充电(用达到充电末期的钠硫电池放出的电进行充电)全部均匀，但也可以不均匀。
在本实施方案的钠硫电池的控制方法中，有必要检测其中一个钠硫电池3是否达到放电末期或充电末期。图4是表示钠硫电池3中电池剩余容量百分比(％)(也只记作剩余容量百分比)和电池电压(V)之间关系的图表。剩余容量百分比表示可放电量(Ah)对钠硫电池的额定容量(Ah)的比例(％)，因此，作为已经放出的容量的放电容量(Ah)可以由额定容量(Ah)×(100-剩余容量百分比(％))求得。从图4的关系曲线21可知，作为钠硫电池的(一般)特性，剩余容量百分比约为40-90％时，不依赖剩余容量百分比而维持一定的电池电压(也只记作电压)。另外，继续进行充电，当剩余容量百分比约为95％时(即放电容量约为额定容量的5％)，电压就会上升。因此，只要在电压上升的范围内，事先设定好想作为充电末期设定的剩余容量百分比上的电压，随着继续充电，当达到该电压时就能够判断为充电末期。另外，从图4可知，在放电末期下电压也是变化的(下降)，因此，同样地也可以通过事先设定好想作为放进状态设定的剩余容量百分比上的电压，从而能够检测放电末期。
本发明的钠硫电池的控制方法中，优选地，其输出变化的发电装置为使用一种或两种以上选自作为自然能源的风力、太阳光、地热的自然能源发电装置。
接着，参照图3A-图3D，对如下情况下的钠硫电池3的控制(本发明的钠硫电池的控制方法中的其他实施方案)进行说明：图1所示的互联系统8中，在保持与系统的交易功率PT为8MW(卖电目标31)的同时使钠硫电池3充放电。此外，图3A-图3D显示了互联系统8中钠硫电池3(电力储藏补偿装置5)的系列数为4(n＝4)时功率(输出)随时间的变化。在图3A-图3D中，横轴为时间轴，表示时间t。钠硫电池3(电力储藏补偿装置5)为No.1-No.4共4个，1个钠硫电池3的额定输入功率为2MW。
图3A是表示风力发电装置7的输出的一例的图表。在图3A中，纵轴表示用功率表43测定的功率PW。
图3B表示将其他的一个钠硫电池3(最接近充电末期的钠硫电池3)所放的电向处于与图3A相同时间带上的达到放电末期的钠硫电池3进行充电的状态的图表。在图3B中，纵轴表示用功率表44测定的电力PN1。
图3C表示处于与图3A相同时间带上、达到放电末期的钠硫电池3以外的钠硫电池3中最接近充电末期的钠硫电池3的输出的一例的图表。在图3C中，纵轴表示用功率表44测定的功率PN2。
图3D表示处于与图3A相同时间带上、所述达到放电末期的钠硫电池3以外的3个钠硫电池3中、除了最接近充电末期的钠硫电池3以外的另外两个钠硫电池3的输出的一例的图表。在本实施方案的钠硫电池的控制方法中，所述达到放电末期的钠硫电池3以外的3个钠硫电池3中、除了最接近充电末期的钠硫电池3以外的另外两个钠硫电池3的输出都相同，且都如图3D所示的图表那样表示。在图3D中，纵轴表示用功率表44测定的功率PN3，4。所谓的“功率PN3，4”是指“功率PN3或功率PN4”。
图3A-图3D所示的图表表示了如下状态，即：一个钠硫电池3达到放电末期时，其他3个钠硫电池3中最接近充电末期的钠硫电池3放电，对达到放电末期的钠硫电池3进行充电，从而控制成全部多个钠硫电池均既不达到充电末期也不达到放电末期，同时补偿发电装置的输出变化。如图3B、图3C所示，将最接近充电末期的一个钠硫电池3所放的电向达到放电末期的钠硫电池3充入。由此，达到放电末期的钠硫电池3就不会长时间维持在放电末期，而能立即返回中间状态(既不是充电末期也不是放电末期的状态)，从而能在宽范围内补偿自然能源的变化。进而，在图3D中，通过4个钠硫电池3中除了达到放电末期的钠硫电池3和最接近充电末期的钠硫电池3以外的两个钠硫电池3的充放电，补偿风力发电装置7的输出。在本实施方案的钠硫电池的控制方法中，补偿所述风力发电装置7的输出的两个钠硫电池3的充放电均匀地进行，但也可以不均匀。
在本实施方案的钠硫电池的控制方法中，优选地，当一个钠硫电池3达到充电末期时，使该达到充电末期的钠硫电池3放电，并将该电充入于其他3个钠硫电池中最接近放电末期的1个钠硫电池3中，从而控制成全部多个钠硫电池均既不达到充电末期也不达到放电末期，同时补偿发电装置的输出变化。此时，通过剩下的两个钠硫电池3补偿风力发电装置7的输出。最好补偿所述风力发电装置7的输出的两个钠硫电池3的充放电均匀，但也可以不均匀。
在本实施方案的钠硫电池的控制方法中，关于所述说明内容以外的部分，优选地，与上述本发明的钠硫电池的控制方法的一实施方案的情况相同。
产业上利用的可能性
本发明的钠硫电池的控制方法在向电力系统供给电力的互联系统中，可以作为控制构成电力储藏补偿装置的多个钠硫电池的方法来利用，所述互联系统组合了使用风力、太阳光、地热等自然能源且其输出变化的发电装置和电力储藏补偿装置。

Claims (5)

1.一种钠硫电池的控制方法，是多个钠硫电池的控制方法，所述多个钠硫电池在组合了其输出变化的发电装置和电力储藏补偿装置并向电力系统供给电力的互联系统中，构成所述电力储藏补偿装置且补偿所述发电装置的输出变化，其中，
构成所述多个钠硫电池的一个钠硫电池是指，在控制单位上与其他电池相区别的钠硫电池，
当所述多个钠硫电池中的一个钠硫电池达到放电末期时，由其他的钠硫电池对所述达到放电末期的一个钠硫电池进行充电，
当所述多个钠硫电池中的一个钠硫电池达到充电末期时，使所述达到充电末期的一个钠硫电池放电对其他钠硫电池进行充电，
从而控制成所述多个钠硫电池均既不达到充电末期也不达到放电末期，同时补偿所述发电装置的输出变化。
2.权利要求1所述的钠硫电池的控制方法，当所述多个钠硫电池中的一个钠硫电池达到放电末期时，其他全部的钠硫电池均匀地放电并对所述达到放电末期的一个钠硫电池进行充电；当所述多个钠硫电池中的一个钠硫电池达到充电末期时，使所述达到充电末期的一个钠硫电池放电并对其他全部的钠硫电池均匀地进行充电。
3.权利要求1所述的钠硫电池的控制方法，当所述多个钠硫电池中的一个钠硫电池达到放电末期时，其他钠硫电池中最接近充电末期的钠硫电池放电并对所述达到放电末期的一个钠硫电池进行充电；当所述多个钠硫电池中的一个钠硫电池达到充电末期时，使所述达到充电末期的一个钠硫电池放电并对其他钠硫电池中最接近放电末期的钠硫电池进行充电。
4.权利要求1—3任一项所述的钠硫电池的控制方法，控制成全部所述多个钠硫电池的剩余容量百分比分别在20%—80%，同时补偿所述发电装置的输出变化。
5.权利要求1所述的钠硫电池的控制方法，所述输出变化的发电装置为使用风力、太阳光、地热中的一种或两种以上自然能源的自然能源发电装置。
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