CN102356503A - 钠硫电池的正常组列数的计算方法和使用该方法的故障检测方法 - Google Patents

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Abstract

根据式(1)求出钠硫电池的一个电池块的正常组列数uo，并基于对该uo值的判定来检测钠硫电池的故障。若采用该方法，能恰当判断钠硫电池的故障，所述钠硫电池能适用于自然能源发电装置所产生的功率变化补偿用途中。uo＝(Qs/Qo)×us …(1)；Qs：基准电池块的使用容量；Qo：对象电池块的使用容量；us：基准电池块的正常组列数(us≤u)。

Description

钠硫电池的正常组列数的计算方法和使用该方法的故障检测方法
技术领域
本发明涉及一种对钠硫电池的每个模块求出各电池块的正常组列数的方法，和对使用该方法的钠硫电池的每个模块检测故障的方法。
背景技术
作为在电力负荷均衡化、功率瞬时降低对策、或自然能源发电装置所产生的功率变化补偿等用途方面，期待钠硫电池作为电力储存器得到日益广泛的应用。
钠硫电池的运转循环在负荷均衡化用途中例如夹着停歇而反复进行白天放电夜间充电这样的循环，此时，钠硫电池一天一次在白天的放电之后达到放电末期附近。另一方面，为了在功率变化补偿用途中补偿自然能源发电装置的输出(功率)，钠硫电池就要在短时间内反复进行充电和放电。
这种钠硫电池通常以如下方式构成：将多个单电池串联连接而构成组列，将多个该组列并联连接而构成电池块，将多个该电池块串联连接而构成模块，进而将多个该模块串联连接。
如果钠硫电池不能发挥所期待的性能，在所述用途，例如负荷均衡化、瞬时降低对策、功率变化补偿等用途方面就会出现障碍。因此，检测钠硫电池的故障是相当重要的。
现有技术中，这样的钠硫电池的故障是以如下方式检测的，即：在从放电结束后到充电开始之间的停歇期间，电池电压稳定时，对每个电池块测定电压，并判断该电池块的电压是否在设定范围之外或者判断电池块之间的电压差是否在设定范围之外，由此检测钠硫电池的故障。如上所述，所谓的电池块是将单电池串联连接构成的组列进一步并联连接而构成的。此外，作为现有技术文献，可以列举专利文献1、2。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：特开2004-247319号公报
专利文献2：特许第3505116号公报
发明内容
然而，在钠硫电池中，如果放电没有进行至放电末期附近这样的较深的深度，则其故障不会以电压值或电压差的形式显示出来。因此，根据现有技术的故障检测方法，在负荷均衡化用途中一天只有一次检测故障的机会，即使在实际中发生了故障，检测到该故障时也已迟了。
另外，在功率变化补偿用途中，多数情况下不要求每天达到放电末期的输出。与其如此，不如说在功率变化补偿的用途中，如果钠硫电池达到放电末期，之后就无法吸收发电装置所产生的功率变化(即，丧失钠硫电池的功能)，因此优选控制钠硫电池不达到放电末期。因而在功率变化补偿用途中，根据现有技术的故障检测方法，实质上无法检测钠硫电池的故障。
另外，放电结束后到钠硫电池电压稳定需要几个小时(短则2小时左右)。即，现有技术的故障检测方法中，到电压稳定需要几个小时的停歇期间。负荷均衡化用途姑且不说，在自然能源发电装置发生的功率变化补偿用途中设置如此长的停歇期间意味着需要设置预备系列，因而在成本方面不合适。
本发明是鉴于这样的情况而做出的，其课题在于提供一种能恰当检测钠硫电池的故障的方法，该钠硫电池能适用于补偿自然能源发电装置所产生的功率变化的用途中。经反复研究的结果发现，利用不是基于电压而是基于使用容量的以下方法能够解决所述课题。
即，若采用本发明，将提供一种钠硫电池的正常组列数的计算方法，该计算方法是根据下述(1)式求出钠硫电池的一个电池块的正常组列数uo的方法，该钠硫电池以如下方式构成：s个即多个单电池串联连接构成组列，u个即多个该组列并联连接构成电池块，n个即多个该电池块串联连接构成钠硫电池。
uo＝(Qs/Qo)×us    …(1)
Qs：基准电池块的使用容量(Ah)
Qo：对象电池块的使用容量(Ah)
us：基准电池块的正常组列数(us≤u)
如所述，通常钠硫电池是将由多个电池块构成的模块进一步多个串联连接而构成的，但在本发明的钠硫电池的正常组列数的计算方法和使用该方法的故障检测方法中，将多个电池块串联连接构成的电池称为钠硫电池，该钠硫电池是指一个模块(模块电池)。即，本发明的钠硫电池的正常组列数的计算方法是以模块为单位计算各电池块的正常组列数的方法，本发明的故障检测方法是以模块为单位检测故障的方法。另外，当然能通过基于单电池故障的模块(每个)的故障检测，判断通常(由多个模块构成的)钠硫电池(整体)的故障。
本发明的钠硫电池正常组列数的计算方法中，正常组列的数量(正常组列数)为由没有发生故障的单电池构成的组列的数量。所谓对象电池块是指要求出的正常组列数uo的钠硫电池(一个)的电池块。uo可以称为对象电池块的正常组列数
基准电池块是钠硫电池(模块)内的电池块中电压最高的电池块，该电池块的正常组列数为基准电池块的正常组列数。但是，虽说是基准电池块的正常组列数，但也会随着使用过程的进行单电池发生故障从而减少。另外，单电池发生故障的结果，存在基准电池块(钠硫电池(模块)内的电池块中电压最高的电池块)被代替的可能性。所以在此使用的基准电池块的正常组列数为前一次的正常组列数。所谓前一次的是指在前次进行对象电池块的正常组列数的计算方法(或者故障检测方法)时的意思。
基准电池块的正常组列数的初始值例如为12。另外，只要是相同的基准电池块，该数不变。但是，如果作为该(前一次)基准电池块的电池块(如所述)中单电池发生故障，该电池块就不是钠硫电池(模块)内的电池块中电压最高的电池块，发生该情况时，基准电池块将发生更替。该新成为基准电池块的电池块的正常组列数应该是在前一次(例如不到12的数值)计算出来的，采用该前一次的数值作为基准电池块的正常组列数。
优选地，本发明的钠硫电池的正常组列数的计算方法中，所述基准电池块的使用容量Qs和对象电池块的使用容量Qo分别在充放电结束后的单相区时根据以下式(2)、(5)计算。
Qs＝Qsn-Qsc    …(2)
Qsn：基准电池块绝对放电深度(Ah)
Qsc：基准电池块剩余容量(Ah)
Qsn＝us×f1(Vs(t，T，Icd))…(3)
f1(Vs(t，T，Icd))：基于(钠硫电池(模块)内的电池块中)电压最高的电池块的电压Vs，求出该电池块的绝对放电深度的转换函数(电压是基于在单相区中充放电结束经过t小时后计测的不稳定的开路电压，转换为稳定的开路电压，进而由充放电结束时的温度T和充放电结束时的充放电电流Icd修正的电压)
Qsc＝f2(Cs)    …(4)
f2(Cs)：基于当前基准电池块的等价循环Cs，求出当前基准电池块的剩余容量Qsc的转换函数
Qo＝Qon-Qoc    …(5)
Qon：对象电池块绝对放电深度(Ah)
Qoc：对象电池块剩余容量(Ah)
Qon＝us×f3(Vo(t，T，Icd))…(6)
f3(Vo(t，T，Icd))：基于要求出(钠硫电池(模块)内的电池块中)的正常组列数的电池块的电压Vo，求出该电池块的绝对放电深度的转换函数(电压是基于在单相区中充放电结束经过t小时后计测的不稳定的开路电压，转换为稳定的开路电压，进而由充放电结束时的温度T和充放电结束时的充放电电流Icd修正的电压)
Qoc＝f4(Co)…(7)
f4(Co)：基于当前对象电池块的等价循环Co，求出当前对象电池块的剩余容量Qoc的转换函数。
所述基准电池块的使用容量Qs和对象电池块的使用容量Qo均为，例如管理钠硫电池的控制装置的管理值。钠硫电池到充电末期时，能够将这些基准电池块的使用容量Qs和对象电池块的使用容量Qo各自重新设定为0(Ah)。
本发明的钠硫电池的正常组列数的计算方法和使用该方法的故障检测方法中，所谓当前是指试图要求出某值(试图要计算)的时候。绝对放电深度是表示电池放电状态的数值，其单位为(Ah)。该绝对放电深度(Ah)相当于相对于包含剩余容量的产品容量的某种状态(当前)的使用容量(放电量)。绝对放电深度(Ah)也包含剩余容量。该绝对放电深度(Ah)并不是管理值，而是与电压有一定关系(参照图2，后文有说明)、由钠硫电池的电压求出的值。剩余容量(Ah)是在产品容量中无法进行充电从而无法使用(放电)的容量。该剩余容量(Ah)随着时间的经过而增加。
其次，若采用本发明，将提供一种钠硫电池的故障检测方法，该方法使用上述的任一种钠硫电池的正常组列数的计算方法，判定上述的(对象)电池块的正常组列数uo的值，由此检测钠硫电池的故障。
例如，预设故障判定值，将uo与该故障判定值进行比较，若uo在该故障判定值以下，就可以认为检测到钠硫电池发生故障(判定为钠硫电池发生了故障)。
本发明的钠硫电池的故障检测方法适用于作为故障检测对象的钠硫电池为如下的钠硫电池的情况，即：该钠硫电池是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应电力的互联系统中，构成电力储藏补偿装置并补偿发电装置的输出变化的钠硫电池。
本发明的钠硫电池的正常组列数的计算方法中，(钠硫电池)是否为单相区是由在绝对放电深度和电压之间的关系中是否为电压降低的区域而判断的(后文有详细说明)。或者，也可以预设用于判断单相区的判定电压，若在该电压以下则判断为单相区。此时，判定电压值只要设定得比两相区中一定的电压低规定值就可以。
本发明的钠硫电池的正常组列数的计算方法中，温度意为电池的工作温度，具体是指工作时的模块内温度。
本说明书中的电压、电流、深度、容量(电量)等表示电池块等的基准并以式子等表示，但毫无疑问，这些有时能适当与其他基准值、量互相转换。所谓的基准是指单电池、电池块、模块(本发明的钠硫电池的正常组列数的计算方法和使用该方法的故障检测方法中的钠硫电池)等。
本发明的钠硫电池的正常组列数的计算方法中，对象电池块的正常组列数uo可根据所述式(1)求出。如从该式(1)所理解的，在本发明的钠硫电池的正常组列数的计算方法中，基于基准电池块和对象电池块的使用容量之比来求出对象电池块的正常组列数。
假设由基准电池块的充放电结束之后的开路电压和基准电池块的正常组列数求出基准电池块的绝对放电深度，同样地，由对象电池块的充放电结束之后的开路电压和基准电池块的正常组列数求出对象电池块的绝对放电深度。在此，求出对象电池块的绝对放电深度时本应该使用对象电池块的组列数，但这不明确。因此，以钠硫电池内电压最高的电池块为基准电池块，并使用基准电池块的正常组列数的前一次的数据(初始值例如为12)，计算绝对放电深度。另外，如果对象电池块的正常组列数与基准电池块的正常组列数相同，则绝对放电深度应为(大致)相同的值。但是，对象电池块的正常组列数比基准电池块的正常组列数少时，(因为求出对象电池块的绝对放电深度时使用了基准电池块的组列数)计算出的对象电池块的绝对放电深度比基准电池块的绝对放电深度更大。即，根据计算的基准电池块与对象电池块的深度比、基准电池块的正常组列数，能够求出对象电池块的正常组列数。但是、实际电池块的深度差是由于放电(使用)而产生的，因此本发明的钠硫电池的正常组列数的计算方法中，不使用绝对放电深度本身，而是使用不包含剩余容量部分的使用容量。
如上所述，本发明的钠硫电池的正常组列数的计算方法中，使用基准电池块和对象电池块之间的使用容量的比，因此没有必要放电至放电末期附近这样深的深度，放电至进入单相区程度为止的状态(即使在刚刚之前正在充电)，就能够计算正常组列数uo。另外，本发明的钠硫电池的故障检测方法，通过判定所述电池块的正常组列数uo值来检测钠硫电池的故障，因此，例如在功率变化补偿用途中，即使控制其不达到放电末期也可以进行故障检测。
本发明的钠硫电池的正常组列数的计算方法中，如式(3)、式(6)的转换函数所示，基于充放电结束经过t小时后计测的电压而求出绝对放电深度，从中减去剩余容量而求出使用容量，因此计算正常组列数uo时，不需要到电压完全稳定为止的较长的停歇期间。因而，本发明的钠硫电池的正常组列数的计算方法作为计算自然能源发电装置所产生的功率变化补偿用途中适用的钠硫电池的正常组列数的方法而特别适合。另外，本发明的钠硫电池的故障检测方法，通过判定所述电池块的正常组列数uo值来检测钠硫电池的故障，因此，例如作为检测自然能源发电装置所产生的功率变化补偿用途中适用的钠硫电池故障的方法而特别适合。
附图说明
图1是表示钠硫电池(模块)的一例的电路图。
图2是表示钠硫电池的绝对放电深度和电压之间的关系的图表。
图3是表示钠硫电池时效劣化情况的示意图，也是表示剩余容量随时间(下方向)增加情况的图。
图4是在单相区中充放电结束后的30分钟停歇OCV和2小时停歇OCV之间的关系的图表。
图5是表示充放电结束时的温度和单相区中充放电结束后的(2小时停歇OCV-30分钟停歇OCV)的值之间的关系的图表。
图6是表示充放电结束时的充放电电流和单相区中充放电结束后的(2小时停歇OCV-30分钟停歇OCV)的值之间的关系的图表。
图7是表示剩余容量(Ah)和等价循环(循环)之间的关系的图表。
附图标记说明
3钠硫电池
31单电池
32组列
33电池块
34模块
具体实施方式
下面，适当参照附图对本发明的实施方案进行说明，但对本发明的解释不应限定于此。在不脱离本发明宗旨的范围，基于本领域技术人员知识，可以对本发明进行各种改变、修改、改良和替换。例如，附图表示的是本发明的优选实施方案，但本发明不被附图所示的实施方案及附图所示的信息所限制。在实施或验证本发明的基础上，可以适用与本说明书中记述的方法相同或等同的方法，但优选方法为下文所述的方法。
首先，参照图1-3，例示钠硫电池的构成和用途，并对一般性原理和操作进行说明。图1是表示钠硫电池(模块)的一例的电路图。图2是表示钠硫电池的绝对放电深度和电压之间的关系的图表。图3是表示钠硫电池时效劣化情况的示意图。
钠硫电池3由图1所示的模块34构成。另外，该模块34是串联连接多个(n个)电池块33而构成的，该电池块33是并联连接多个(u个)组列32而构成的，该组列32是串联连接多个(s个)单电池31而构成的。
单电池31是使用对于钠离子具有选择透过性的β-氧化铝(BETA-ALUMINA)固体电解质对阴极活性物质熔融金属钠和阳极活性物质熔融硫磺进行隔离而形成的，钠硫电池是在280-350℃左右(300℃左右)的温度下运转的高温二次电池。放电时，熔融钠放出电子成为钠离子，该钠离子透过固体电解质管向阳极侧移动，与通过硫磺以及外部电路而来的电子反应生成多硫化钠，单电池31产生2V左右的电压。在充电时，与放电相反，发生钠和硫磺的生成反应。钠硫电池的运转循环，例如，在负荷均衡化用途中，夹着停歇反复进行由这些放电及充电构成的循环。
如图2所示，除了充电末期附近之外，在充分充电的状态下，钠硫电池工作过程中的电压(例如电池块电压)大致恒定。到达充电末期附近时电压明显上升，并且，放电进一步进行则硫磺的摩尔比减少而电压明显下降。在钠硫电池中，正极生成的多硫化钠的组成与绝对放电深度相关而变化。这个组成的变化可以用Na2Sx的x值来捕捉。在充分充电的状态下，正极成为S和Na2S5共存的两相区。在两相区持续发生着一定的电气化学反应，在充电末期附近电压随着内部电阻的增加而上升，但除此之外，电压恒定(图2中的绝对放电深度和电压之间关系平稳的区域)。如果放电继续进行，单体S消失，变成Na2S5(x＜5)的单相区(图2中的绝对放电深度和电压之间关系下降的区域)。在单相区伴随着放电的进行硫磺的摩尔比(x减小)减小，电压大致以直线下降。放电进一步进行，如果在x＝3以下，将生成融点高的固相(Na2S2)，从而不能进行再进一步的放电。
如图3所示，钠硫电池与其他很多二次电池同样地，其产品容量(绝对容量、额定容量)恒定。但从新产品时就有些许剩余容量而并不能充电至产品容量的100％，随着时间的流逝，无法充电(长年)的剩余容量增加。因此，在钠硫电池的设计中，考虑可使用容量的裕度，用裕度来填补增加的剩余容量部分，从而确保可使用到最终年度(预期寿命)的容量。各年度的裕度用从最终年度的剩余容量(裕度0(无))减去各年度的剩余容量的容量表示。如图3所示，产品容量＝可使用容量+剩余容量+裕度。另外，本发明中所述的使用容量为在可使用容量的范围中由充电、放电状况所确定的容量。
接着，以图1所示的钠硫电池3为例对本发明的钠硫电池的正常组列数的计算方法进行说明。此外，构成钠硫电池3中模块34的电池块33的数量(串联数)为4，构成该电池块33的组列32的数量(并联数)为12，构成该组列32的单电池31的数量(串联数)为8。
本发明的钠硫电池的正常组列数的计算方法中，根据以下式(1’)来求出钠硫电池的对象电池块(一个电池块)的正常组列数uo。
uo＝(Qs/Qo)×us    …(1’)
Qs：基准电池块的使用容量(Ah)
Qo：对象电池块的使用容量(Ah)
us：基准电池块的正常组列数(初始值：12)
us是模块内的电池块中电压最高的电池块(基准电池块)的正常组列数，是前一次计算的正常组列数。初始值为12(不存在单电池发生故障的组列)，只要基准电池块不更替，就是12。但是，如果单电池发生故障而基准电池块更替，则新基准电池块的正常组列数的数值低于12，该值是其作为对象电池块(不是基准电池块)在前一次计算出的正常组列数。
另外，例如如果对象电池块正常的组列数uo值在故障判定值10以下，则判定为钠硫电池3发生了故障。换言之，例如如果全部数量12中正常(健全)组列32的数量为(并联数)为10(列)以下，则认为检测到钠硫电池的故障。
此外，本发明的钠硫电池的正常组列数的计算方法中，基于基准电池块的使用容量Qs和对象电池块的使用容量Qo的比而求出对象电池块的正常组列数uo，因此对象电池块的正常组列数uo未必是自然数。对于故障判定值，也能够以10.5、9.8等包括小数点以下的实数来设定。
另外，充放电结束后的单相区时，根据以下式(2)计算出式(1’)的基准电池块的使用容量Qs。
Qs＝Qsn-Qsc    …(2)
Qsn：基准电池块绝对放电深度(Ah)
Qsc：基准电池块剩余容量(Ah)
式(2)的基准电池块绝对放电深度Qsn(Ah)通过以下式(3’)而求出。式(3’)中us为构成基准电池块的正常组列32的数量(初始值：12)
Qsn＝us×f1(Vs(0.5，T，Icd))…(3’)
f1(Vs(0.5，T，Icd))：以电压最高的(基准)电池块33的电压Vs(V)为基准，求出该电池块33的绝对放电深度(Ah)的转换函数(电压(V)是以在单相区中放电结束经过30分钟(0.5小时)后计测的不稳定的开路电压(V)为基准，转换为稳定的开路电压(V)，进而由充放电结束时的温度T(℃)和充放电结束时的充放电电流Icd(A)修正的电压)
钠硫电池3放电结束后再经过2-4小时，电压将会稳定，因此测定电池块此时(实际)的放电末期开路电压并计算绝对放电深度较容易。但特别是在补偿自然能源发电装置产生的功率变化等用途中，这种长时间停止是困难的，因此，本发明的钠硫电池的正常组列数的计算方法使用了如下方法：充放电结束后基于钠硫电池所示的过度电压求出(实际的、稳定的)放电末期开路电压。这在在后述的求出对象电池块绝对放电深度Qon时也同样。
具体地，对于模块34内的电池块33的电压，在单相区(参照图2)中充放电结束后，(例如)计测经过30分钟(＝t小时)后的电池块33的开路电压(V)(不稳定的开路电压)。此时的开路电压称为30分钟停歇OCV(Open Circuit Voltage、开路电压)。另外，将该30分钟停歇OCV转换为例如经过2小时后的电池块33的开路电压(V)(稳定的开路电压)。将该开路电压称为2小时停歇OCV，并将其(基于温度和充放电电流的修正前的)认为实际的开路电压值。
转换可以根据如图4所示的函数进行。图4所示的式(y＝1.1553x-0.2667)中，x为30分钟停歇OCV，y为2小时停歇OCV(修正前的实际开路电压)。此外，该图4中，如从纵轴和横轴的数值所明知的那样，2小时停歇OCV和30分钟停歇OCV均作为单电池的OCV而表示。显然图4中所示的式(转换式)也可适用于电池块的OCV。
另外，为了求出电池块33的实际开路电压值，进一步由充放电结束时的温度T(℃)和充放电电流Icd(A)进行修正。如图5和图6所示，修正能够基于(2小时停歇OCV-30分钟停歇OCV)(V)的值和温度(℃)以及充放电电流(A)之间存在一定的关系而进行。(2小时停歇OCV-30分钟停歇OCV)(V)为修正值(应当修正的值)，修正对象为基于30分钟停歇OCV而求出的2小时停歇OCV(修正前，单电池的OCV)(V)。
图5中所示的式(y＝-0.000334x+0.126763)中，x为温度，y为(2小时停歇OCV-30分钟停歇OCV)。根据图5，例如，如果温度上升10℃则大概需要-0.004V(-4mV)的修正。
图6中所示的式(y＝0.000174x+0.004195)中，x为充放电电流，y为(2小时停歇OCV-30分钟停歇OCV)。根据图6，例如，如果充放电电流增加10A则大概需要+0.003V(3mV)的修正。
此外，本发明钠硫电池的正常组列数计算方法中的基于充放电电流Icd的修正中，放电电流的方向为正、充电电流的方向为负。在横轴示出正的电流值的图6实质上示出了放电电流。充电电流的情况下电流值为负值，该情况未示出在图6中。但是，充放电电流和(2小时停歇OCV-30分钟停歇OCV)之间的关系与充电电流的情况相同(y＝0.000174x+0.004195)，如果是已进行进入单相区程度为止的放电的状态，则即使在刚刚之前正在充电，也能够进行基于充放电电流Icd(A)的修正。
如上所述，求出存在于模块34的各电池块33的电压，并求出其中电压最高的电池块33。另外，将该电压最高的电池块33的电压(V)转换为绝对放电深度(Ah)。由于是在单相区计测的电压，因此该电压(V)能够转换为绝对放电深度(Ah)(参照图2)。另外，得到的绝对放电深度(容量)是基于电池块33的电压，因此等于一个组列32的容量。因此，该绝对放电深度乘以组列32的数量us，求出电压最高的电池块33的绝对放电深度。这就是基准电池块绝对放电深度Qsn(Ah)。
式(2)的基准电池块剩余容量Qsc通过以下式(4)求出。
Qsc＝f2(Cs)…(4)
f2(Cs)：基于当前基准电池块的等价循环Cs，求出当前基准电池块的剩余容量Qsc的转换函数
图7是表示剩余容量(Ah)和等价循环(循环数)(循环)之间的关系的图表，表示剩余容量由于反复放电(随时间)而增加。该图7中的剩余容量为单电池的剩余容量，但电池块剩余容量能由该单电池的剩余容量换算而求出。因此，根据图7，基于当前基准电池块的等价循环(Cs)求出当前基准电池块剩余容量(Qsc)。
同样地如下文所述，求出对象电池块绝对放电深度Qon和对象电池块剩余容量Qoc，所述式(1)中的对象电池块的使用容量Qo处于充放电结束后的单相区时通过以下式(5)计算。
Qo＝Qon-Qoc    …(5)
Qon：对象电池块绝对放电深度(Ah)
Qoc：对象电池块剩余容量(Ah)
式(5)中对象电池块绝对放电深度Qon(Ah)通过以下式(6’)求出。式(6’)中，us为构成基准电池块的正常组列32的数量(初始值：12)。
Qon＝us×f3(Vo(0.5，T，Icd))…(6’)
f3(Vo(0.5，T，Icd))：基于要求出正常组列数的(对象)电池块33的电压Vo(V)，求出该电池块33的绝对放电深度的转换函数(电压(V)是基于在单相区中充放电结束经过30分钟(0.5小时)后计测的不稳定的开路电压(V)，转换为稳定的开路电压(V)，进而由充放电结束时的温度T(℃)和充放电结束时的充放电电流Icd(A)修正的电压)
利用图4的从30分钟停歇OCV到2小时停歇OCV的转换、利用图5的基于温度T的修正、和利用图6的基于充放电电流Icd的修正，与所述的求出基准电池块绝对放电深度的情况相同(省略说明)。
如上，求出对象电池块的电压，将该电压(V)转换为绝对放电深度(Ah)。由于是在单相区计测的电压，因此该电压(V)能够转换为绝对放电深度(Ah)(参照图2)。另外，得到的绝对放电深度(容量)是基于电池块33的电压的，因此等于一个组列32的容量。因此，该绝对放电深度乘以组列32的数量12，就能求出想要求出正常组列数的电池块33的绝对放电深度(Ah)。这就是对象电池块绝对放电深度Qon(Ah)。
式(5)的对象电池块剩余容量Qoc通过以下式(7)求出。
Qoc＝f4(Co)    …(7)
f4(Co)：基于当前对象电池块的等价循环Co，求出当前对象电池块的剩余容量Qoc的转换函数
与求出所述的基准电池块剩余容量(Qsc)的情况相同，根据图7，基于当前对象电池块的等价循环(Co)能求出当前对象电池块的剩余容量(Qoc)。
实施例
以下利用实施例进一步对本发明进行详细的说明，但本发明不限于这些实施例。
(实施例1)
使用了由四个电池块A1、B1、C1、D1构成的钠硫电池(模块)。各电池块由12个组列构成，该组列由8个单电池构成。(基准电池块的)正常组列数的初始值为12。
开始使用后，经过241循环，测定了放电结束后经过30分钟时各电池块的开路电压(30分钟停歇OCV)。这样，电池块A1的电压最高，因此将其作为基准电池块。另外，从各电池块(还不稳定的)电压向稳定电压(2小时停歇OCV)转换，进而进行温度修正和基于充放电电流的修正，从修正后的电压值求出各电池块的绝对放电深度(参照式(3)、(6))。另外，根据图7，求出基于241循环的单电池的剩余容量，并进行换算求出电池块剩余容量，为556Ah。(参照式(4)、(7))。另外，从各电池块的绝对放电深度减去该电池块的剩余容量，求出各电池块的使用容量(参照式(2)、(5))。
基于得到的各电池块的使用容量，根据式(1)计算了基准电池块A1之外的电池块B1、C1、D1的正常组列数。将结果与、电池块以及经过换算的单电池的30分钟停歇OCV、电池块的绝对放电深度和电池块的使用容量一起表示在表1中。
(表1)
Figure BPA00001437409100141
此处，如果将故障判定值设为10，根据表1示出的结果，没有正常组列数在10以下的电池块，因此可以判定钠硫电池没有发生故障(未检测到故障)。
(实施例2)
使用了由四个电池块A2、B2、C2、D2构成的钠硫电池(模块)。各电池块由12个组列构成，该组列由8个单电池构成。(基准电池块的)正常组列数的初始值为12。
开始使用后，经过241循环，测定了放电结束后经过30分钟时各电池块的开路电压(30分钟停歇OCV)。这样，电池块A2的电压最高，因此将其作为基准电池块。另外，从各电池块(还不稳定的)电压向稳定电压(2小时停歇OCV)转换，进而进行温度修正和基于充放电电流的修正，从修正后的电压值求出了各电池块的绝对放电深度(参照式(3)、(6))。另外，根据图7，求出基于241循环的单电池的剩余容量，并进行换算求出电池块剩余容量，为556Ah。(参照式(4)、(7))。另外，从各电池块的绝对放电深度减去该电池块的剩余容量，求出了各电池块的使用容量(参照式(2)、(5))。
基于得到的各电池块的使用容量，根据式(1)计算了基准电池块A2之外的电池块B2、C2、D2的正常组列数。将结果与、电池块以及经过换算的单电池的30分钟停歇OCV、电池块的绝对放电深度和电池块的使用容量一起表示在表2中。
(表2)
Figure BPA00001437409100151
此处，如果将故障判定值设为10，根据表2示出的结果，电池块C2的正常组列数在10以下，因此可以判定钠硫电池发生了故障(检测出了故障)。
工业上的利用可能性
本发明的钠硫电池的正常组列数的计算方法和使用该方法的故障检测方法，能适用于把握使用于负荷均衡化、瞬时降低对策、或补偿自然能源发电装置所产生的功率变化等用途上的钠硫电池的状态并判断其故障的方法。

Claims (4)

1.一种钠硫电池的正常组列数的计算方法，
所述钠硫电池以如下方式构成：s个即多个单电池串联连接构成组列，u个即多个该组列并联连接构成电池块，n个即多个该电池块串联连接构成钠硫电池，并根据以下式(1)求出所述钠硫电池的一个所述电池块的正常的所述组列数uo，
uo＝(Qs/Qo)×us    …(1)
Qs：基准电池块的使用容量
Qo：对象电池块的使用容量
us：基准电池块的正常组列数(us≤u)。
2.权利要求1所述的钠硫电池的正常组列数的计算方法，其中，在充放电结束后的单相区时，所述基准电池块的使用容量Qs和对象电池块的使用容量Qo分别根据以下式(2)、(5)计算，
Qs＝Qsn-Qsc    …(2)
Qsn：基准电池块绝对放电深度
Qsc：基准电池块剩余容量
Qsn＝us×f1(Vs(t，T，Icd))…(3)
f1(Vs(t，T，Icd))：基于电压最高的电池块的电压Vs，求出该电池块的绝对放电深度的转换函数(电压是基于在单相区中充放电结束经过t小时后计测的不稳定的开路电压，转换为稳定的开路电压，进而由充放电结束时的温度T和充放电结束时的充放电电流Icd修正的电压)
Qsc＝f2(Cs)…(4)
f2(Cs)：基于当前基准电池块的等价循环Cs，求出当前基准电池块的剩余容量Qsc的转换函数
Qo＝Qon-Qoc    …(5)
Qon：对象电池块绝对放电深度
Qoc：对象电池块剩余容量
Qon＝us×f3(Vo(t，T，Icd))…(6)
f3(Vo(t，T，Icd))：基于要求出正常组列数的电池块的电压Vo，求出该电池块的绝对放电深度的转换函数(电压是基于在单相区中充放电结束经过t小时后计测的不稳定的开路电压，转换为稳定的开路电压，进而由充放电结束时的温度T和充放电结束时的充放电电流Icd修正的电压)
Qoc＝f4(Co)…(7)
f4(Co)：基于当前对象电池块的等价循环Co，求出当前对象电池块的剩余容量Qoc的转换函数。
3.一种钠硫电池的故障检测方法，使用权利要求1或2的钠硫电池的正常组列数的计算方法，通过判定所述电池块的正常组列数uo的值来检测钠硫电池故障。
4.权利要求3所述的钠硫电池的故障检测方法，其中，作为故障检测对象的钠硫电池是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应电力的互联系统中，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的钠硫电池。
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