CN106887647A - 一种故障钠硫电池单体检测并隔离方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种故障钠硫电池单体检测并隔离方法，该方法针对的是运行中钠硫电池组内的钠硫电池单体，该钠硫电池组包括n个并联支路，每个并联支路由m个钠硫电池单体串联而成，且设有一根保险丝；其包括下列步骤：端电压比较步骤：将被检测钠硫电池组的端电压与正常钠硫电池组的端电压进行比较，其中正常钠硫电池组的端电压为U，被检测钠硫电池组的端电压为U′,且U＞U′；短路钠硫电池单体数量确定步骤：被检测钠硫电池组中发生短路的钠硫电池单体的数量x的计算公式为：其中U_OCV为被检测钠硫电池组初始满电状态时的开路电压；钠硫电池组判断步骤：将x进行四舍五入取整后，若x＞n/2，判断被检测钠硫电池组必须退出运行。

Description

一种故障钠硫电池单体检测并隔离方法

技术领域

本发明涉及储能领域的一种故障钠硫电池单体检测并隔离方法。

背景技术

钠硫电池是一种大容量、长寿命的高温二次电池，通常根据应用场合对输出电压和容量的要求，将一定数量的钠硫电池单体以串并混联的形式连接成钠硫电池组及钠硫电池模块进行应用。使用过程中由于某些内部或者外部的因素可能发生钠硫电池组内部某些钠硫电池单体短路，导致串并混联钠硫电池组内形成环流，使得钠硫电池组的荷电状态偏离电池模块内部其他钠硫电池组，最终造成该电池模块不能正常运行。此外，钠硫电池组内部钠硫电池单体发生短路的情况还会导致钠硫电池组的可使用容量和可输出功率降低，如果还按照原来的可使用容量和可输出功率进行充放电循环操作，可能造成钠硫电池组过放电或者过充电。

为了避免上述情况的发生，需要在钠硫电池组内部发生某些钠硫电池单体短路的情况时将该钠硫电池单体所在的并联支路切出，以防止串并混联钠硫电池组内形成环流；此外，需要对已经切出并联支路的钠硫电池组进行故障检测，准确判断钠硫电池组内部切出的并联支路的数量，根据切出的并联支路的数量计算可使用容量和可输出功率，并对钠硫电池组的运行策略进行相应调整。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种故障钠硫电池单体检测并隔离方法，其解决了使用过程中钠硫电池组内部钠硫电池单体发生短路导致环流，进而造成钠硫电池组不能运行的技术问题，并可以准确判断钠硫电池组内部切出的并联支路的数量，并根据切出的并联支路的数量计算钠硫电池组的可使用容量和可输出功率，并对钠硫电池组的运行策略进行相应调整。

实现上述目的的一种技术方案是：一种故障钠硫电池单体检测并隔离方法，该方法针对的是运行中钠硫电池组内的钠硫电池单体，该钠硫电池组包括n个并联支路，每个并联支路由m个钠硫电池单体串联而成，且设有一根保险丝；其包括下列步骤：

端电压比较步骤：将被检测钠硫电池组的端电压与正常钠硫电池组的端电压进行比较，其中正常钠硫电池组的端电压为U，被检测钠硫电池组的端电压为U′,且U＞U′；

短路钠硫电池单体数量确定步骤：被检测钠硫电池组中发生短路的钠硫电池单体的数量x的计算公式为：

其中U_OCV为被检测钠硫电池组初始满电状态时的开路电压；

钠硫电池组判断步骤：将x进行四舍五入取整后，若x＞n/2，判断被检测钠硫电池组必须退出运行，若x≤n/2，判断被检测钠硫电池组仍能继续运行。

进一步的，所述故障钠硫电池单体检测并隔离方法还包括运行策略调整步骤：调整被检测钠硫电池组的可使用容量和可输出功率；

被检测钠硫电池组的可使用容量Q’降低为：

被检测钠硫电池组的可输出功率P’降低为:

其中A和B为系数，且0.5≤A≤1，0.5≤B≤1，Q为被检测钠硫电池组的额定容量，P为被检测钠硫电池组的额定输出功率。

再进一步的，A和B的取值均为0.95。

进一步的，正常钠硫电池组的端电压可为被检测钠硫电池组所在的钠硫电池模块中端电压最高的钠硫电池组的端电压。

进一步的，所述保险丝可位于所述并联支路的两端或内部。

进一步的，所述保险丝的熔断电流为所述被检测钠硫电池组中的钠硫电池单体的额定电流的1.2～5倍。

采用了本发明的一种故障钠硫电池单体检测并隔离方法的技术方案，该方法针对的是运行中钠硫电池组内的钠硫电池单体，该钠硫电池组包括n个并联支路，每个并联支路由m个钠硫电池单体串联而成，且设有一根保险丝；其包括下列步骤：端电压比较步骤：将被检测钠硫电池组的端电压与正常钠硫电池组的端电压进行比较，其中正常钠硫电池组的端电压为U，被检测钠硫电池组的端电压为U′,且U＞U′；短路钠硫电池单体数量确定步骤：被检测钠硫电池组中发生短路的钠硫电池单体的数量x的计算公式为：其中U_OCV为被检测钠硫电池组初始满电状态时的开路电压；钠硫电池组判断步骤：将x进行四舍五入取整后，若x＞n/2，判断被检测钠硫电池组必须退出运行。其技术效果是：其解决了使用过程中钠硫电池组内部钠硫电池单体发生短路导致环流，进而造成钠硫电池组不能运行的技术问题，并可以准确判断钠硫电池组内部切出的并联支路的数量，并根据切出的并联支路的数量计算钠硫电池组的可使用容量和可输出功率，并对钠硫电池组的运行策略进行相应调整。

附图说明

图1为本发明的一种故障钠硫电池单体检测并隔离方法的实施例1的钠硫电池组的结构示意图。

图2为本发明的一种故障钠硫电池单体检测并隔离方法的实施例2的钠硫电池组的结构示意图。

具体实施方式

本发明的发明人为了能更好地对本发明的技术方案进行理解，下面通过具体地实施例，并结合附图进行详细地说明：

本发明的一种故障钠硫电池单体检测并隔离方法，针对的是运行中钠硫电池组内的钠硫电池单体1，钠硫电池组中有n个并联支路，每个并联支路由m个钠硫电池单体1串联而成，且设有一根保险丝2；保险丝2可以串联在并联支路的两端或者串联在并联支路的内部。m、n均为正整数。

保险丝2的熔断电流为钠硫电池单体1的额定电流的1.2～5倍。保险丝2的熔断速度根据钠硫电池组的设计要求进行选择，一般来说，熔断速度和熔断电流成正比。

钠硫电池模块内部可能发生钠硫电池单体1短路的被检测钠硫电池组内，发生短路的钠硫电池单体1的节数可通过下式进行计算：

其中，U_voc为被检测钠硫电池组中一条并联支路初始满电状态时的开路电压,即该并联支路上所有钠硫电池单体1的初始满电状态时开路电压之和，即被检测钠硫电池组初始满电状态时开路电压。U为正常钠硫电池组放电时的端电压，正常钠硫电池组的线路结构与被检测钠硫电池组的线路结构完全相同，可定义为钠硫电池模块中端电压最高的钠硫电池组的端电压，也可根据正常钠硫电池组的剩余电量进行确定。U′为被检测钠硫电池组的端电压，x采用四舍五入法取整后。当x＞n/2时，认为被检测钠硫电池组内故障的钠硫电池单体1的数量已经超过了限值，需要退出运行。

当被检测钠硫电池组内有x且x≤n/2节钠硫电池单体1发生短路,假设被检测钠硫电池组中有x节钠硫电池单体1发生短路的分别分布在x个并联支路上，此时x个并联支路的保险丝2均发生熔断，被检测钠硫电池组内部有效并联支路数量为n-x，则被检测钠硫电池组的可使用容量降低为：

可输出功率降低为：

其中A和B为系数，且0.5≤A≤1，0.5≤B≤1，Q为被检测钠硫电池组的额定容量，即钠硫电池单体1额定容量与被检测电池组并联支路数量n的乘积。P为钠硫电池组额定输出功率，即被检测钠硫电池组中中所有钠硫电池单体1额定输出功率之和。

通过上述方法即可实现当钠硫电池组内部某些钠硫电池单体1发生短路的情况时，通过保险丝2熔断发生短路的钠硫电池单体1所在的并联支路切出；并且可以准确判断电池组内部切出的并联支路的数量，即实现故障检测；最后根据切出的并联支路的数量计算可使用容量和可输出功率，并对钠硫电池的运行策略进行相应调整。

实施例1

请参阅图1，实施例1针对的是一个有八十节钠硫电池单体1的钠硫电池模块。该钠硫电池模块包括第一钠硫电池组和第二钠硫电池组，第一钠硫电池组和第二钠硫电池组均是由五路并联支路并联而成的，每个并联支路是由八个钠硫电池单体1串联而成的。第一钠硫电池组和第二钠硫电池组的每个并联支路的负极端,均设有一根保险丝2。第一钠硫电池组的端电压为U1，第二钠硫电池组的端电压为U2。

保险丝2的熔断电流是钠硫电池单体1的额定电流的1.5倍，当钠硫电池模块中任意一个并联支路的短路电流超过钠硫电池单体1的额定电流1.5倍且持续时间大于1s时，保险丝2熔断。钠硫电池单体1的开路电压2.076V，额定容量400Ah，额定输出功率90W。

若在钠硫电池模块使用过程中发现第一钠硫电池组的端电压为U1，大于第二钠硫电池组的端电压为U2。比如第一钠硫电池组的端电压为U1为15.2V，第二钠硫电池组的端电压为U2为14.85V，则推测第二钠硫电池组内有钠硫电池单体1发生短路，并造成该钠硫电池单体1所在的并联支路切出。则第一钠硫电池组为正常钠硫电池组，第二钠硫电池组为被检测钠硫电池组。

计算第二钠硫电池组中发生短路的钠硫电池单体1的节数x：

其中，U_voc为第二钠硫电池组初始满电状态时的开路电压。

钠硫电池模块的第二钠硫电池组中有一节钠硫电池单体1发生短路，将该钠硫电池单体1所在的钠硫电池并联支路切出。由于因此认为所述钠硫电池模块内故障的钠硫电池单体1的数量没有超过限值，仍可继续运行。

此时第二钠硫电池组的可使用容量降低为：

其中A＝0.95。

可输出功率降低为：

其中B＝0.95。

实施例2

如图2所示，实施例2针对的是一个有八十节钠硫电池单体1的钠硫电池模块。该钠硫电池模块包括第一钠硫电池组和第二钠硫电池组，第一钠硫电池组和第二钠硫电池组均是由十路并联支路并联而成的，每个并联支路是由四个钠硫电池单体1串联而成的。第一钠硫电池组和第二钠硫电池组的每个并联支路的正极端均设有一根保险丝2。第一钠硫电池组的端电压为U1，第二钠硫电池组的端电压为U2。

保险丝2的熔断电流是钠硫电池单体1的额定电流的2倍，当钠硫电池模块中任意一个并联支路的短路电流超过钠硫电池单体1的额定电流2倍且持续时间大于0.5s时，保险丝2熔断。钠硫电池单体1的开路电压2.076V，额定容量400Ah，额定输出功率90W。

若在钠硫电池模块使用过程中发现第一钠硫电池组的端电压为U1，小于第二钠硫电池组的端电压为U2。比如第一钠硫电池组的端电压为U1为5.96V，第二钠硫电池组的端电压为U2为7.6V，则推测第一钠硫电池组内有钠硫电池单体1发生短路，并造成该钠硫电池单体1所在的并联支路切出。则第一钠硫电池组为被检测钠硫电池组，第二钠硫电池组为正常钠硫电池组。

第一钠硫电池组中发生短路的钠硫电池单体1的节数x为：

其中，U_voc为第一钠硫电池组初始满电状态时的开路电压。

钠硫电池模块的第一钠硫电池组中有七节钠硫电池单体1发生短路，将上述钠硫电池单体1所在的钠硫电池并联支路切出。由于因此认为钠硫电池模块内第一钠硫电池组故障的钠硫电池单体1的数量超过限值，必须退出运行。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (6)

1.一种故障钠硫电池单体检测并隔离方法，该方法针对的是运行中钠硫电池组内的钠硫电池单体，该钠硫电池组包括n个并联支路，每个并联支路由m个钠硫电池单体串联而成，且设有一根保险丝；其包括下列步骤：

端电压比较步骤：将被检测钠硫电池组的端电压与正常钠硫电池组的端电压进行比较，其中正常钠硫电池组的端电压为U，被检测钠硫电池组的端电压为U′,且U＞U′；

短路钠硫电池单体数量确定步骤：被检测钠硫电池组中发生短路的钠硫电池单体的数量x的计算公式为：

$x=n-n\×\frac{\mathrm{\Δ}U}{{\mathrm{\ΔU}}^{\′}}=n-n\×\frac{U_{ovc}-U}{U_{ovc}-U^{\′}};$

其中U_OCV为被检测钠硫电池组初始满电状态时的开路电压；

钠硫电池组判断步骤：将x进行四舍五入取整后，若x＞n/2，判断被检测钠硫电池组必须退出运行，若x≤n/2，判断被检测钠硫电池组仍能继续运行。

2.根据权利要求1所述的一种故障钠硫电池单体检测并隔离方法，其特征在于：其还包括运行策略调整步骤：调整被检测钠硫电池组的可使用容量和可输出功率；

被检测钠硫电池组的可使用容量Q’降低为：

$Q^{,}=A\×Q\×\frac{n-x}{n};$

被检测钠硫电池组的可输出功率P’降低为:

$P^{,}=B\×P\×\frac{n-x}{n};$

其中A和B为系数，且0.5≤A≤1，0.5≤B≤1，Q为被检测钠硫电池组的额定容量，P为被检测钠硫电池组的额定输出功率。

3.根据权利要求2所述的一种故障钠硫电池单体检测并隔离方法，其特征在于：A和B的取值均为0.95。

4.根据权利要求1所述的一种故障钠硫电池单体检测并隔离方法，其特征在于：正常钠硫电池组的端电压可为被检测钠硫电池组所在的钠硫电池模块中端电压最高的钠硫电池组的端电压。

5.根据权利要求1所述的一种故障钠硫电池单体检测并隔离方法，其特征在于：所述保险丝可位于所述并联支路的两端或内部。

6.根据权利要求1所述的一种故障钠硫电池单体检测并隔离方法，其特征在于：所述保险丝的熔断电流为所述被检测钠硫电池组中的钠硫电池单体的额定电流的1.2～5倍。