CN106374580B - 变电站直流电源三元锂电池在线活化方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明一方面变电站直流电源三元锂电池在线活化方法，包括：将三元锂电池按串联的形式组合成组；配置蓄电池管理系统及均衡装置；实时监测系统运行情况；其特征在于：所述方法进一步包括：对三元锂电池进行间歇式在线放电；对三元锂电池实施内部均衡操作。根据本发明的另一方提供变电站直流电源三元锂电池在线活化装置，包括：三元锂电池组，蓄电池管理系统，蓄电池均衡装置。所述三元锂电池在线活化装置包括间歇式在线放电装置，所述蓄电池管理系统连接所述三元锂电池组，所述间歇式在线放电装置连接所述三元锂电池组，所述蓄电池均衡装置连接所述三元锂电池组。
Description
技术领域
本发明涉及变电站直流电源系统蓄电池组，尤其涉及变电站直流电源三元锂蓄电池在线活化方法及装置。
背景技术
用于变电站直流电源系统的蓄电池组对于变电站的安全运行具有至关重要的作用，蓄电池组的性能和可靠性对变电站的整个供电系统的正常工作有着直接的影响。选择变电站直流电源系统的蓄电池组的容量时，应当满足以下条件：(1)为合闸等的冲击性负荷提供其所需要的最大放电的电流；(2)为经常性的负荷持续地提供所需电源。
传统的蓄电池组采用阀控铅酸蓄电池，其存在多种缺陷，如：a）温度特性差，低温下蓄电池放电容量小，高温下蓄电池寿命衰减严重；b）功率密度较小，导致其大电流的输出能力较差，为了保证变电站直流电源操作的可靠性，会选择超配大容量的蓄电池组，造成浪费；c）铅酸蓄电池的回收使用不当，容易造成污染；d）会出现隐蔽缺陷，在浮充状态下，蓄电池端显示电压、温度正常，无漏液，但在变电站用交流失电或意外低电压的情况下，会短时间容量“跳水”崩溃。采用阀控铅酸蓄电池的蓄电池组不能有效保证变电站的安全运行和变电站的整个供电系统的正常工作。
锂电池是阀控铅酸蓄电池的理想代替品，具有能量密度高、大电流放电能力强、温度适应性好、循环寿命长、安全性较好、绿色环保、维护简便等优点。
现有技术中用于变电站直流系统的锂电池，有两种，一种是磷酸铁锂蓄电池（LiFePO4），工作电压平台为3.2V；另一种是三元锂蓄电池（NCM），工作电压平台为3.7V。上述两种锂电池均属于动力电池领域，具有优良的循环充电寿命和温度适应性。
对于传统的蓄电池组，由于长时间处在浮充电的备用状态以及对其维护缺乏及时性，将会导致诸多问题的出现。比如：由于对其进行多节串联成组将会引起故障率增加；个体的差别将会导致电池电压缺乏均衡性，任何一节电池有问题，都将影响整个蓄电池组的正常工作；蓄电池组的充电电流过大将会引发“析氧反应”等。
根据DLT 724-2000 《电力系统用蓄电池直流电源装置运行与维护技术规程》中的有关内容，蓄电池组3个月进行一次均充转浮充操作，每次均充仅持续10小时，其余时间段内蓄电池组长期处于浮充状态。
常规是使用磷酸铁锂进行替代，为减少长期浮充对于锂电池的影响，部分采用非在线的方式，通过程序控制，使磷酸铁锂电池与直流母线通过辅助管理装置隔离，并调高直流母线输出电压，使锂电池长期处于静置状态，对蓄电池寿命存在影响。还有部分采用改良过的磷酸铁锂电池，使其具有更好的特性，但作为定制类产品，非标产品虽合乎规定，但成本较高，经济性不佳。
相比磷酸铁锂蓄电池（LiFePO4）而言，三元锂电池具有更高功率密度、更长的循环寿命次数，更适宜替代阀控铅酸蓄电池。
三元锂电池的特点可以很好的弥补传统的阀控铅酸电池存在的多种不足。比如：三元锂电池电压平台较高可以减少多节串联数量，减少引起的故障率；三元锂电池配有蓄电池管理功能（BMS），可在一定范围内进行均衡确保一致性，减少个体因素导致的隐患；三元锂电池无“析氧反应”等。
但长期处于浮充状态会降低三元锂电池的活性，造成容量衰减，这是三元锂电池应用中亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是解决上述技术问题，通过提供变电站直流电源三元锂电池在线活化方法及装置，针对三元锂电池的技术特点，无需定制电芯，使用内部负载对三元锂电池进行在线活化及内部均衡，非离线方式工作，提高了三元锂电池使用寿命和可靠性，并具有良好的实用性和经济性。为了实现上述目的，本发明采用以下的技术方案。
本发明一方面提供一种变电站直流电源三元锂电池在线活化方法，包括：将三元锂电池按串联的形式组合成组；配置蓄电池管理系统及均衡装置；实时监测系统运行情况；对三元锂电池进行间歇式在线放电；对三元锂电池实施内部均衡操作。
进一步地，所述实时监测系统运行情况包括实时监测三元锂电池的运行状态，所述实时监测三元锂电池的运行状态包括实时监测单节蓄电池电压电流。
进一步地，所述对三元锂电池进行间歇式在线放电包括控制活化放电负载。
进一步地，所述对三元锂电池实施内部均衡操作为主动式均衡。
进一步地，所述对三元锂电池实施内部均衡操作为被动式均衡。
进一步地，所述方法包括：当正在充电或交流停电时禁止启动在线活化功能；仅在浮充时才可以启动在线活化功能；配置二极管；以活化容量为主要终止依据。
进一步地，在线活化的间隔为直流系统定时均充间隔。
本发明的另一方面提供一种变电站直流电源三元锂电池在线活化装置，包括：三元锂电池组，蓄电池管理系统，蓄电池均衡装置，所述三元锂电池在线活化装置包括间歇式在线放电装置，所述蓄电池管理系统连接所述三元锂电池组，所述间歇式在线放电装置连接所述三元锂电池组，所述蓄电池均衡装置连接所述三元锂电池组。
所述间歇式在线放电装置包括活化放电负载。所述活化放电负载为内置集成放电负载。所述三元锂电池在线活化装置包括二极管，所述二极管连接所述三元锂电池组。
进一步地，所述三元锂电池在线活化装置包括显示屏，所述显示屏连接所述蓄电池管理系统。所述三元锂电池在线活化装置包括USB接口。所述三元锂电池在线活化装置包括通信端口。
本发明的有益效果是：
1、可实现在线式管理，自动化程度高，减少人工维护成本；
2、内置集成放电负载作为活化负载，放电负载可根据工况程序控制，在线活化模式多样，可根据系统运行情况灵活使用，适应性好；
3、将在线放电与内部均衡相结合，通过模拟动力电池环境的方式，减少三元锂电池内部的惰性物质积累，提高锂电池的活性，大大提高使用寿命，从而解决后备式三元锂电池的在线维护问题。
本发明通过提供变电站直流电源三元锂电池在线活化方法及装置，确保各节电池的一致性，实现三元锂电池在线活化功能，减少长期浮充对三元锂电池带来的影响，大大提高使用寿命，从而解决后备式三元锂电池的在线维护问题，减少维护成本，提高系统运行可靠性，具有良好的实用性和经济性。
附图说明
下面将参照附图，详细地描述根据本发明的示例性实施例。
图1所示为根据本发明的装置原理示意图。
具体实施方式
本发明主要根据三元锂电池参数特点，对站用电源的后备式三元锂电池使用在线放电和内部均衡的方式进行在线活化管理。
根据图1所示的本发明的系统原理示意图：
本发明的变电站直流电源三元锂电池在线活化方法，首先，将三元锂电池按串联的形式组合成组，形成三元锂电池组，接着配置蓄电池管理系统及均衡装置，实时监测系统运行情况。其次，根据系统运行情况，对三元锂电池进行间歇式在线放电，与此同时对三元锂电池实施内部均衡操作。
根据本发明的优选实施例，所述三元锂电池组以110V，200AH系统配置计算，电压范围要求为15%，单节锂电池的电压为3.7V，32节为一组，则成组后常态电压为32*3.7=118.4V，根据三元锂电池的电压范围3.0V- 4.1V，需控制系统充电电压在105V与126V之间。
根据本发明的优选实施例，通过实时监测蓄电池组电压电流、单节蓄电池电压电流以及环境温度，实时监测三元锂电池的运行状态。
根据本发明的优选实施例，所述对三元锂电池实施内部均衡操作为主动式均衡。所述对三元锂电池实施内部均衡操作还可以为被动式均衡。
所述对三元锂电池进行间歇式在线放电包括控制活化放电负载。当正在充电或交流停电时禁止启动在线活化功能。优选地，仅在浮充时才可以启动在线活化功能。
根据本发明的优选实施例，所述三元锂电池组采用110V，200AH系统，当正在充电或交流停电时禁止启动在线活化功能，仅在浮充时才可以启动此功能。打开开关，使用二极管，防止直流母线倒灌到蓄电池组。活化初期，使用满功率负载，放电电流约为0.5C，测试三元锂电池的冲击性能，持续到设置容量后，恢复至常规0.2C，进行常规活化，因三元锂电池的放电曲线平衡，不宜以蓄电池组电压为主要终止依据，应以活化容量为主，蓄电池组电压以112V为锂电池欠压保护依据，防止出现整组电池欠压的情况出现。在进行0.2C常规活化的同时，启动蓄电池均衡功能，均衡电流为0.1A，此均衡方式可为主动均衡方式，亦可为被动均衡方式。活化周期结束后，闭合开关，蓄电池组与直流母线直接相连。在线活化的间隔宜为直流系统定时均充间隔，完成在线活化后，启动均充补充活化放出的能量。
根据本发明的优选实施例，在不允许使用二极管的工况下，亦可通过与直流电源系统监控联动的方式，控制直流母线电压为112V，使三元锂电池为主输出承担出力，重复上述在线活化过程至活化结束。
根据本发明的优选实施例，采用大尺寸触摸液晶屏幕，全中文界面，操作简单，人机交互友好。可实时监测系统运行情况，并通过模拟图方式直观显示。通过对采集的数据与设置的阀值对比分析，并产生声光报警。具有数据分析记录功能，可记录系统各参数运行状态，并以列表、曲线等形式显示。具有存储数据查阅和导出功能，可在本机查询历史记录，并多种形式展现，也可使用USB接口导出最近一次的数据。具有权限控制，对于系统设置及配置参数，需有授权方可使用。具有后台通信功能，可与后台通信系统配合，实现远程控制和数据采集。并具备GPS对时功能，支持IRIG-B码对时。
对应上述变电站直流电源三元锂电池在线活化方法，本发明另一方面提供变电站直流电源三元锂电池在线活化装置，包括：
三元锂电池组，
蓄电池管理系统，
蓄电池均衡装置，
所述三元锂电池在线活化装置包括间歇式在线放电装置，所述蓄电池管理系统连接所述三元锂电池组，所述间歇式在线放电装置连接所述三元锂电池组，所述蓄电池均衡装置连接所述三元锂电池组。
根据本发明的优选实施例，所述间歇式在线放电装置包括放电负载。
根据本发明的优选实施例，所述放电负载为内置集成放电负载。
根据本发明的优选实施例，所述三元锂电池在线活化装置包括二极管，所述二极管连接所述三元锂电池组。
根据本发明的优选实施例，所述三元锂电池在线活化装置包括显示屏，所述显示屏连接所述蓄电池管理系统。
根据本发明的优选实施例，所述三元锂电池在线活化装置包括USB接口和其它通信端口。
通过本发明提供的变电站直流电源三元锂电池在线活化方法及装置，确保各节电池的一致性，实现三元锂电池在线活化功能，减少长期浮充对三元锂电池带来的影响，大大提高使用寿命，从而解决后备式三元锂电池的在线维护问题，减少维护成本，提高系统运行可靠性。
通过本发明提供的变电站直流电源三元锂电池在线活化方法及装置，通过模拟放电工况的形式，对变电站直流电源系统三元锂电池进行周期性浅充浅放的操作，避免了电池内部活性物质的钝化，提高蓄电池使用寿命，并减少了人工维护的成本。
尽管本发明的描述已经相当详尽且特别对若干个所述实施例进行了描述，但其并非旨在局限于任何这些细节或实施例或任何特殊实施例，而是应当将其视作是通过参考所附权利要求考虑到现有技术为这些权利要求提供广义的可能性解释，从而有效地涵盖本发明的预定范围。此外，上文以发明人可预见的实施例对本发明进行描述，其目的是为了提供有用的描述，而那些目前尚未预见的对本发明的非实质性改动仍可代表本发明的等效改动。
Claims (10)
1.变电站直流电源三元锂电池在线活化方法，其特征在于，包括以下步骤：
将三元锂电池按串联的形式组合成组；
配置蓄电池管理系统及均衡装置；
实时监测系统运行情况；
对三元锂电池进行间歇式在线放电；
对三元锂电池实施内部均衡操作。
2.根据权利要求1所述的三元锂电池在线活化方法，其特征在于：所述实时监测系统运行情况包括实时监测三元锂电池的运行状态，所述实时监测三元锂电池的运行状态包括实时监测单节蓄电池电压或电流。
3.根据权利要求1或2所述的三元锂电池在线活化方法，其特征在于：所述对三元锂电池进行间歇式在线放电包括控制活化放电负载。
4.根据权利要求1或2所述的三元锂电池在线活化方法，其特征在于，所述三元锂电池在线活化方法包括当正在充电或交流停电时禁止启动在线活化功能。
5.根据权利要求1或2所述的三元锂电池在线活化方法，其特征在于，所述三元锂电池在线活化方法包括仅在浮充时才可以启动在线活化功能。
6.根据权利要求1或2所述的三元锂电池在线活化方法，其特征在于，所述三元锂电池在线活化方法包括以活化容量为终止依据。
7.根据权利要求1或2所述的三元锂电池在线活化方法，其特征在于：在线活化的间隔为直流系统定时均充间隔。
8.变电站直流电源三元锂电池在线活化装置，其特征在于，包括：三元锂电池组、蓄电池管理系统、蓄电池均衡装置和间歇式在线放电装置，
其中，所述蓄电池管理系统连接所述三元锂电池组，所述蓄电池均衡装置连接所述三元锂电池组，所述间歇式在线放电装置连接所述三元锂电池组。
9.根据权利要求8所述的三元锂电池在线活化装置，其特征在于：
所述间歇式在线放电装置包括活化放电负载；
所述活化放电负载为内置集成放电负载。
10.根据权利要求8或9所述的三元锂电池在线活化装置，其特征在于，还包括：与所述三元锂电池组连接的二极管；与所述蓄电池管理系统连接的显示屏；USB接口和通信端口。
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