確保鈉硫電池組穩定充放電的裝置的製作方法
2023-10-10 18:24:19
專利名稱：確保鈉硫電池組穩定充放電的裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於化學電池領域，尤其涉及一種確保鈉硫電池組穩定充放電的裝置。
背景技術：
鈉硫電池(Sodium Sulfur lottery，簡稱NAS)以鈉離子導電性好的beta-氧化鋁陶瓷作電解質，金屬鈉作負極材料，非金屬硫作正極材料。電池充放電時，充電時外加電能轉化為化學能(以Naj)的形式儲存起來，放電時鈉、硫通過電化學反應形成多硫化鈉將化學能轉化為電能釋放出來。單體鈉硫電池理論容量可達到700Ah/Kg以上，具有100%能量轉換效率，大電流密度放電，壽命長，無自放電及原料豐富等優點。鈉硫電池的一個主要用途是作為電力儲藏。由於通過像這樣的鈉硫電池的電池反應得到的起始電力大約為2V，單電池無法滿足實際使用的電壓。因此，需要將若干單體鈉硫電池按照設計容量與功率進行串並聯組合，裝入設計的保溫箱形成模塊，進一步通過電池管理系統將模塊集成為千瓦級或兆瓦級儲能電站，然後併網提供實際應用。NAS電池在充放電過程中，需要對其過充電壓、過放電壓、限制充放電流大小等進行監控。由於NAS電池是超大功率運行的儲能裝置，對這種串聯運行的大功率電池，串聯迴路中單體電池的均壓問題是必須要解決的問題。一般電池模塊運行系統BMS採樣監控到串聯電路中某節電池電壓過充時，可以及時地發出控制信號，但因其單體電池容量大，因此並聯於單體電池兩端起均壓作用旁路電流的器件所需的功率較大。這樣的可控器件其價格較高、結構較大、應用中難度較大。
發明內容
本發明旨在提供一種使鈉硫電池組能夠穩定地進行充放電的裝置。本發明可以應用於鈉硫電池在串並聯狀態下運行，以保護電池串聯支路中的每節電池在不同運行條件下電壓不會出現明顯的變化，以避免因產生過充電或過放電而造成對電池的損傷。此外，本發明還希望能解決防止各串聯電池支路由於電壓不均衡形成模塊內部電池組環流的問題。具體地，本發明提出了一種確保鈉硫電池組穩定充放電的裝置，該裝置至少可以包括鈉硫電池組，所述鈉硫電池組包括多個單體電池；以及至少一個組態模塊，所述至少一個組態模塊中的每一個均由多個二極體單元構成，其中，所述組態模塊並聯於所述多個單體電池的每一個的兩端，以在充放電過程中對所述單體電池進行限壓。較佳地，根據本發明的一個方面，在上述的裝置中，所述二極體單元優選為大功率二極體單元。較佳地，根據本發明的一個方面，在上述的裝置中，所述多個大功率二極體單元彼此串聯。較佳地，根據本發明的一個方面，在上述的裝置中，所述大功率二極體單元在導通時pn結壓降為0. 5 0. 7V。較佳地，根據本發明的一個方面，在上述的裝置中，所述二極體單元的數量為6
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與常用的串聯運行的大功率電池均壓方式相比，本發明的確保鈉硫電池組穩定充放電的裝置所採用的大功率二極體單元結構更加簡單、性能穩定可靠且性價比高。例如，一隻普通的50A/400V 二極體單元的售價僅1元左右，因此可以大幅降低生產成本。此外，根據本發明的由二極體單元構成的組態模塊外型可按允許安裝位置結構設計，方便加工和安裝。此外，本發明的裝置還可以利用16mm2以上的電流導線，配合接線銅排實現散熱處理。應當理解，本發明以上的一般性描述和以下的詳細描述都是示例性和說明性的， 並且旨在為如權利要求所述的本發明提供進一步的解釋。
包括附圖是為提供對本發明進一步的理解，它們被收錄並構成本申請的一部分， 附圖示出了本發明的實施例，並與本說明書一起起到解釋本發明原理的作用。附圖中圖1示意性地示出了根據本發明的一個優選實施例的裝置的結構圖，其中該組態模塊的內部由6隻二極體單元串聯組成。
具體實施例方式如上所述，本發明主要目的在於提供一種使鈉硫電池組在大功率狀態下安全運行的裝置，以防止單體鈉硫電池在串並聯運行下出現損壞。根據本發明的一般性原理，本發明主要是應用50A/400V大功率二極體單元正向工作特性，導通時每個Pn結壓降為0. 5 0. 7v。這樣，在將多隻大功率二極體單元組成一組態模塊後，將該組態模塊並聯於單體電池兩端，從而限定了單體電池的過充電壓。現在將詳細參考附圖描述本發明的實施例。現在將詳細參考本發明的優選實施例，其示例在附圖中示出。在任何可能的情況下，在所有附圖中將使用相同的標記來表示相同或相似的部分。此外，儘管本發明中所使用的術語是從公知公用的術語中選擇的，但是本發明說明書中所提及的一些術語可能是申請人按他或她的判斷來選擇的，其詳細含義在本文的描述的相關部分中說明。此外，要求不僅僅通過所使用的實際術語，而是還要通過每個術語所蘊含的意義來理解本發明。圖1示意性地示出了根據本發明的一個優選實施例的裝置的結構圖。如圖所示， 在該實施例中，該組態模塊的內部由6隻二極體單元串聯組成。例如，圖1所示的裝置主要包括鈉硫電池組101、組態模塊102以及二極體單元 103。特別是，鈉硫電池組101包括多個單體電池103。組態模塊102中的每一個均由多個二極體單元104構成。應用中，組態模塊102的數量可以按實際需要而設定。在該實施例中，為所有鈉硫電池組101中的所有單體電池103都提供了一個組態模塊102。根據本發明，組態模塊102並聯於多個單體電池104中的每一個的兩端，以在充放電過程中對該單體電池進行限壓。較佳地，本發明的二極體單元103採用大功率二極體單元。例如，這些大功率二極體單元優選在導通時Pn結壓降在0. 5 0. 7V的範圍之內。在組態模塊102中，這些大功率二極體單元以彼此串聯的方式連接。
在圖1所示的實施例中，單個組態模塊102中的二極體單元103的數量為6個。當然，也可以按照限壓的實際需要而調整該數量。此外，在圖1所示的實施例中，各單體電池104之間採用串聯的方式連接。但，實際上，本發明也可應用於鈉硫電池組中的單體電池彼此並聯或者串並聯結合的情況。在現有技術中，一般的串聯電路採用並聯均壓電阻的方式來限壓，但均壓電阻時刻在耗能、發熱。相比之下，本發明採用多隻二極體單元組成組態模塊的方式運行。因此， 只有在某單電池超過限定電壓後，引起並聯於電池的組態模塊產生旁路電流，起到在串連支路充電過程中對個別電池的限壓，直到支路均壓地完成充電過程。因此，本發明的確保鈉硫電池組穩定充放電的裝置結構更加簡單、性能穩定可靠且性價比高。此外，根據本發明的由二極體單元構成的組態模塊外型可按允許安裝位置結構設計，方便加工和安裝。本領域技術人員可顯見，可對本發明的上述示例性實施例進行各種修改和變型而不偏離本發明的精神和範圍。因此，旨在使本發明覆蓋落在所附權利要求書及其等效技術方案範圍內的對本發明的修改和變型。
權利要求
1.一種確保鈉硫電池組穩定充放電的裝置，其特徵在於，包括 鈉硫電池組，所述鈉硫電池組包括多個單體電池；以及至少一個組態模塊，所述至少一個組態模塊中的每一個均由多個二極體單元構成， 其中，所述組態模塊並聯於所述多個單體電池的每一個的兩端，以在充放電過程中對所述單體電池進行限壓。
2.如權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述二極體單元為大功率二極體單元。
3.如權利要求2所述的裝置，其特徵在於，所述多個大功率二極體單元彼此串聯。
4.如權利要求3所述的裝置，其特徵在於，所述大功率二極體單元在導通時pn結壓降為 0. 5 0. 7V。
5.如權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述二極體單元的數量為6個。
全文摘要
本發明提出了一種確保鈉硫電池組穩定充放電的裝置，該裝置至少可以包括鈉硫電池組，所述鈉硫電池組包括多個單體電池；以及至少一個組態模塊，所述至少一個組態模塊中的每一個均由多個二極體單元構成，其中，所述組態模塊並聯於所述多個單體電池的每一個的兩端，以在充放電過程中對所述單體電池進行限壓。本發明的確保鈉硫電池組穩定充放電的裝置結構更加簡單、性能穩定可靠且性價比高。
文檔編號H01M10/44GK102315673SQ201110259718
公開日2012年1月11日 申請日期2011年9月5日 優先權日2011年9月5日
發明者何維國, 劉宇, 張宇, 楊建華, 溫兆銀, 鄒曉易 申請人:上海市電力公司, 中國科學院上海矽酸鹽研究所