專利名稱：鈉硫電池容量降低的判定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種判定包括單電池發(fā)生故障的情況在內(nèi)的鈉硫電池容量降低的方法。
背景技術(shù)：
作為在電力負(fù)荷均衡化、功率瞬時(shí)降低對(duì)策、或自然能源發(fā)電裝置所產(chǎn)生的功率變化的補(bǔ)償?shù)扔猛旧?，日益廣泛的應(yīng)用被期待的電力儲(chǔ)存器，可以列舉鈉硫電池。該鈉硫電池的運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)，例如在負(fù)荷均衡化用途中，夾著停歇反復(fù)由放電及充電構(gòu)成的循環(huán)。鈉硫電池通常以如下方式構(gòu)成將多個(gè)單電池串聯(lián)連接而構(gòu)成組列，將多個(gè)該組列并聯(lián)連接而構(gòu)成電池塊，將多個(gè)該電池塊串聯(lián)連接而構(gòu)成模塊，進(jìn)而將多個(gè)該模塊串聯(lián)連接。如果鈉硫電池不能發(fā)揮所期待的性能，在所述的負(fù)荷均衡化、瞬時(shí)降低對(duì)策、功率變化補(bǔ)償?shù)扔猛痉矫婢蜁?huì)出現(xiàn)障礙。因此，有必要監(jiān)視鈉硫電池的故障以及異?！，F(xiàn)有技術(shù)中，對(duì)于這種鈉硫電池，在從放電結(jié)束后到充電開(kāi)始之間的停歇期間，電池電壓穩(wěn)定時(shí)，對(duì)每個(gè)電池塊測(cè)定電壓，如果發(fā)現(xiàn)電壓相對(duì)降低的電池塊，就可以判斷該電池塊上的單電池發(fā)生了故障，由此判斷鈉硫電池(整體)的故障，所述電池塊是將單電池串聯(lián)連接構(gòu)成的組列并聯(lián)連接而構(gòu)成的。此外，作為現(xiàn)有技術(shù)，可以列舉特開(kāi)2004-247319號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
然而，雖然可以說(shuō)如果鈉硫電池能夠基于額定容量能夠進(jìn)行充電、放電，就發(fā)揮了所期待的性能，但是也存在電池塊電壓的降低并不直接意味著鈉硫電池的故障及異常的情況。例如，在交貨初期(新產(chǎn)品時(shí))，電池的剩余容量(產(chǎn)品容量(絕對(duì)容量)中無(wú)法使用的容量)應(yīng)該幾乎不存在，所以在考慮經(jīng)過(guò)幾年后的剩余容量的增加而設(shè)計(jì)的鈉硫電池中，在交貨初期，即使電池塊電壓出現(xiàn)規(guī)定量以內(nèi)的降低，也并非鈉硫電池不能基于額定容量進(jìn)行充電、放電。另外，放電結(jié)束后直到電池電壓穩(wěn)定需要幾個(gè)小時(shí)(短則2小時(shí)左右)時(shí)，負(fù)荷均衡化用途姑且不說(shuō)，在自然能源發(fā)電裝置所產(chǎn)生的的功率變化的補(bǔ)償用途中設(shè)置這樣長(zhǎng)時(shí)間的停歇期間意味著預(yù)備系列設(shè)置，在成本方面是不合適的。本發(fā)明是鑒于所述情況而做出的，其課題在于提供一種，能適用于自然能源發(fā)電裝置產(chǎn)生的功率變化補(bǔ)償用途的、能恰當(dāng)判斷鈉硫電池的故障以及異常的方法。反復(fù)研究的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)利用不是基于電壓而是基于絕對(duì)充放電深度的如下的方法可以解決所述問(wèn)題。即，若采用本發(fā)明，可以提供一種鈉硫電池容量降低(異常及故障)的判定方法， 該方法用于判定在下述的(1)式、( 式都成立時(shí)鈉硫電池的容量降低到了異常水平，所述鈉硫電池以如下方式構(gòu)成s個(gè)(多個(gè))單電池串聯(lián)連接構(gòu)成組列，u個(gè)(多個(gè))該組列并聯(lián)連接構(gòu)成電池塊，η個(gè)(多個(gè))該電池塊串聯(lián)連接構(gòu)成模塊，m個(gè)(多個(gè))該模塊串聯(lián)連接構(gòu)成鈉硫電池。Qe-Qn 彡 Kl... (1)Qe 異常電池塊絕對(duì)充放電深度(Ah)Qn 正常電池塊絕對(duì)充放電深度(Ah)Kl 電池塊異常判定調(diào)整值(設(shè)定值)Qe 彡 K2— (2)K2 絕對(duì)充放電深度異常判定調(diào)整值(設(shè)定值)Qn = uXfl(Vi(t, Τ, Id))...(3)fl(Vi(i，Τ, Id))關(guān)于模塊內(nèi)的電池塊中的電壓(V)最高的那些電池塊，在模塊相互之間比較，基于其電壓第i高的模塊的該電池塊的電壓(V)，求出電池塊的絕對(duì)充放電深度(Ah)的轉(zhuǎn)換函數(shù)(電壓(V)是基于在單相區(qū)中放電結(jié)束t小時(shí)后計(jì)測(cè)的不穩(wěn)定的開(kāi)路電壓(V)，轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的開(kāi)路電壓(V)，進(jìn)而由放電結(jié)束時(shí)的溫度T(°C)以及放電結(jié)束時(shí)的放電電流Id(A)來(lái)修正的電壓)Qe = uXf2 (Vmin(t, Τ, Id))... (4)f2(Vmin(t, Τ, Id))關(guān)于將模塊內(nèi)的電池塊中的電壓(V)最低的那些電池塊，在模塊相互之間比較，基于其電壓(V)最低的模塊的該電池塊的電壓(V)，求出電池塊的絕對(duì)充放電深度(Ah)的轉(zhuǎn)換函數(shù)(電壓(V)是基于在單相區(qū)中放電結(jié)束t小時(shí)后計(jì)測(cè)的不穩(wěn)定的開(kāi)路電壓(V)，轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的開(kāi)路電壓(V)，進(jìn)而由放電結(jié)束時(shí)的溫度T(°C)以及放電結(jié)束時(shí)的放電電流Id(A)來(lái)修正的電壓)本發(fā)明的鈉硫電池容量降低的判定方法，換言之是鈉硫電池的異常及故障的判定方法。在本發(fā)明的鈉硫電池容量降低的判定方法中，優(yōu)選分別在多個(gè)階段設(shè)定電池塊異常判定調(diào)整值Kl以及絕對(duì)充放電深度異常判定調(diào)整值K2。多個(gè)階段具體地也可以是2個(gè)階段左右。本發(fā)明的鈉硫電池容量降低的判定方法，適合用于判定對(duì)象的鈉硫電池為如下鈉硫電池的情況在將輸出變化的發(fā)電裝置和電力儲(chǔ)藏補(bǔ)償裝置組合而向電力系統(tǒng)供應(yīng)電力的互聯(lián)系統(tǒng)中構(gòu)成電力儲(chǔ)藏補(bǔ)償裝置并補(bǔ)償發(fā)電裝置的輸出變化的鈉硫電池。在本發(fā)明的鈉硫電池容量降低的判定方法中，是否是單相區(qū)是由在絕對(duì)充放電深度和電壓之間關(guān)系中其是否為電壓下降的區(qū)域來(lái)判斷的(詳細(xì)情況在下文中敘述)?；蛘?，也可以事先設(shè)定用于判斷是否為單相區(qū)的判定電壓，如果在該電壓以下就判斷其為單相區(qū)。這種情況下，設(shè)定判定電壓值比兩相區(qū)的規(guī)定電壓稍低(只是規(guī)定電壓)就可以。在本發(fā)明的鈉硫電池容量降低的判定方法中，溫度是指電池工作溫度，具體地是指工作時(shí)的模塊內(nèi)溫度。此外，本說(shuō)明書(shū)中的電壓、電流、深度、容量(電量)等，雖然表示基準(zhǔn)而表示在式子等中，但當(dāng)然這些也可以適當(dāng)?shù)嘏c單電池，電池塊，模塊，鈉硫電池整體(多個(gè)模塊)等的值和量相互轉(zhuǎn)換。若采用本發(fā)明的鈉硫電池容量降低的判定方法，在所述(1)式、( 式都成立時(shí)，
4判定鈉硫電池的容量降低到了異常水平。即，從(1)式、( 式、進(jìn)而求出表示在(1)式、 (2)式中的項(xiàng)的( 式、(4)式所理解的那樣，判定容量降低的根據(jù)是被修正的絕對(duì)充放電深度。因此，能夠把握鈉硫電池的實(shí)際的充電、放電能力，并在能進(jìn)行基于規(guī)定(已設(shè)計(jì)的) 容量的充電、放電的期間，不會(huì)判斷為故障及異常，而是能夠恰當(dāng)?shù)嘏袛喙收霞爱惓！Ａ硗?，?3)式、(4)式所示，由于是基于放電結(jié)束t小時(shí)后計(jì)測(cè)的電壓求出絕對(duì)充放電深度，不需要電壓完全穩(wěn)定為止的較長(zhǎng)的停歇期間，適合用于在自然能源發(fā)電裝置產(chǎn)生的功率變化補(bǔ)償用途中適用的鈉硫電池的容量降低的判定。本發(fā)明的鈉硫電池容量降低的判定方法，若根據(jù)該優(yōu)選方案，則將電池塊異常判定調(diào)整值Kl以及絕對(duì)充放電深度異常判定調(diào)整值K2分別在(例如)兩個(gè)階段設(shè)定，因此， 可以根據(jù)容量降低的進(jìn)行程度來(lái)區(qū)別輕度、重度而判斷。另外，例如，根據(jù)輕度、重度的區(qū)別，可以區(qū)分、改變警報(bào)發(fā)布的程度、發(fā)布對(duì)象等，從而能夠根據(jù)異常以及故障的程度采取恰當(dāng)?shù)男袆?dòng)。


圖1是表示構(gòu)成鈉硫電池的模塊的一例的電路圖。圖2是表示鈉硫電池的絕對(duì)充放電深度和電壓之間關(guān)系的圖表。圖3是表示鈉硫電池經(jīng)過(guò)時(shí)效劣化的情況的示意圖。圖4是表示在單相區(qū)中放電結(jié)束后的30分鐘停歇OCV和2小時(shí)停歇OCV之間的關(guān)系的圖表。圖5是表示放電結(jié)束時(shí)的溫度和在單相區(qū)中放電結(jié)束后的O小時(shí)停歇0CV-30分鐘停歇0CV)值之間的關(guān)系的圖表。圖6是表示放電結(jié)束時(shí)的放電電流和在單相區(qū)中放電結(jié)束后的0小時(shí)停歇 0CV-30分鐘停歇0CV)值之間的關(guān)系的圖表。圖7是表示鈉硫電池的等效循環(huán)和絕對(duì)充放電深度(Ah)(左側(cè)縱軸)之間的關(guān)系，以及等效循環(huán)和(正常、異常電池塊)充放電深度差(Ah)(右側(cè)縱軸)之間的關(guān)系的圖表。圖8表示的是等效循環(huán)為1800的鈉硫電池的絕對(duì)充放電深度(Ah)和電池塊電壓 (V)(左側(cè)縱軸)的關(guān)系，以及絕對(duì)充放電深度(Ah)和正常、異常的電池塊的充放電深度差 (Ah)(右側(cè)縱軸)之間的關(guān)系的圖表。附圖標(biāo)記說(shuō)明3:鈉硫電池31 單電池32 組列33 電池塊34 模塊
具體實(shí)施例方式下面，適當(dāng)參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方案進(jìn)行說(shuō)明，但對(duì)本發(fā)明的解釋不應(yīng)限定于這些。在不脫離本發(fā)明宗旨的范圍內(nèi)，基于本領(lǐng)域技術(shù)人員知識(shí)，可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種變更、修改、改良和替換。例如，附圖表示的是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，但本發(fā)明不被附圖所示的實(shí)施方案及附圖所示的信息所限制。在實(shí)施或驗(yàn)證本發(fā)明的基礎(chǔ)上，可以適用與本說(shuō)明書(shū)中記述的方法相同或等同的方法，但優(yōu)選方法為下文所述的方法。首先，參照?qǐng)D1-圖3，例示鈉硫電池的構(gòu)成和用途，并對(duì)一般性原理和操作進(jìn)行說(shuō)明。圖1是表示構(gòu)成鈉硫電池的模塊的一例的電路圖。圖2是表示鈉硫電池的絕對(duì)充放電深度和電壓之間關(guān)系的圖表。圖3是鈉硫電池的時(shí)效劣化的情況的示意圖。鈉硫電池3具有多個(gè)(m個(gè))圖1所示的模塊34。另外，該模塊34是串聯(lián)連接多個(gè)(η個(gè))電池塊33而構(gòu)成的，該電池塊33是并聯(lián)連接多個(gè)(u個(gè))組列32而構(gòu)成的，該組列32是串聯(lián)連接多個(gè)(S個(gè))單電池31而構(gòu)成的。單電池31是使用對(duì)于鈉離子具有選擇透過(guò)性的β -氧化鋁(BETA-ALUMINA)固體電解質(zhì)對(duì)陰極活性物質(zhì)熔融金屬鈉和陽(yáng)極活性物質(zhì)熔融硫磺進(jìn)行隔離而形成的，鈉硫電池是在^0-350°C程度(300°C左右)的溫度下運(yùn)轉(zhuǎn)的高溫二次電池。在放電時(shí)，熔融鈉放出電子成為鈉離子，該鈉離子透過(guò)固體電解質(zhì)管向陽(yáng)極側(cè)移動(dòng)，與通過(guò)硫磺以及外部電路而來(lái)的電子反應(yīng)從而生成多硫化鈉，單電池31產(chǎn)生2V左右的電壓。在充電時(shí)，與放電相反地， 發(fā)生鈉及硫磺的生成反應(yīng)。鈉硫電池的運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)，例如，在負(fù)荷均衡化用途中，夾著停歇反復(fù)由放電及充電構(gòu)成的循環(huán)。如圖2所示，如果不是充電末期附近或者放電末期附近的情況下，鈉硫電池工作中的電壓(如電池塊電壓)大致恒定。到達(dá)充電末期附近時(shí)電壓明顯上升，到達(dá)放電末期附近時(shí)硫磺的摩爾比減少而電壓明顯下降。在鈉硫電池中，正極生成的多硫化鈉的組成與絕對(duì)充放電深度相關(guān)而變化。這個(gè)組成的變化可以用NajxWx值來(lái)捕捉。在充分充電的狀態(tài)下，正極成為S和Naj5共存的兩相區(qū)。在兩相區(qū)持續(xù)發(fā)生著一定的電氣化學(xué)反應(yīng)，在充電末期附近電壓隨著內(nèi)部電阻的增加而上升，但除此之外，電壓恒定(圖2中的絕對(duì)充放電深度和電壓之間關(guān)系平緩的區(qū)域)。如果進(jìn)行放電，單體的S將會(huì)消失，就變?yōu)镹a2SxU <5)的單相區(qū)(圖2中的絕對(duì)充放電深度和電壓之間的關(guān)系下降的區(qū)域)。在單相區(qū)伴隨著放電的進(jìn)行硫磺的摩爾比(χ減小)減小，電壓以大致的直線形式下降。進(jìn)一步進(jìn)行放電，如果變?yōu)棣?= 3以下，將生成融點(diǎn)高的固相(Na2S2),從而不能進(jìn)行再進(jìn)一步的放電。如圖3所示，鈉硫電池與其他很多二次電池同樣，其產(chǎn)品容量(絕對(duì)容量，絕對(duì)充放電深度)恒定，但并非從新品開(kāi)始就能夠進(jìn)行100%的充電，而是存在剩余容量。另外， 隨著時(shí)間的流逝，無(wú)法充電(時(shí)效)的剩余容量將會(huì)增加。因此，在鈉硫電池的設(shè)計(jì)中，關(guān)于可使用容量考慮裕度，用裕度來(lái)填補(bǔ)增加的剩余容量部分，從而確?？墒褂萌萘恐钡阶詈竽甓?期待壽命)。此外，在本說(shuō)明書(shū)中，各年的裕度分別用最終年度的剩余容量(裕度 0(無(wú)))減去各年的(經(jīng)年)剩余容量來(lái)表示。接著，將圖1所示的鈉硫電池3作為例子來(lái)對(duì)本發(fā)明的鈉硫電池容量降低的判定方法的一個(gè)實(shí)施方案進(jìn)行說(shuō)明。此外，鈉硫電池3的模塊34的數(shù)量(串聯(lián)數(shù))為10，構(gòu)成該模塊34的電池塊33的數(shù)量(串聯(lián)數(shù))為4，構(gòu)成該電池塊33的組列32的數(shù)量(并聯(lián)數(shù))為12，構(gòu)成該組列的32的單電池31的數(shù)量(串聯(lián)數(shù))為8。在本發(fā)明的鈉硫電池容量降低的判定方法中，以下⑴式和(2)式都成立時(shí)，判定鈉硫電池3的容量降低到了異常水平。如果以兩階段設(shè)定電池塊異常判定調(diào)整值K1，還能判定鈉硫電池3的容量降低到了異常水平附近。
Qe-Qn 彡 Kl... (1)Qe 異常電池塊絕對(duì)充放電深度(Ah)Qn 正常電池塊絕對(duì)充放電深度(Ah)Kl 電池塊異常判定調(diào)整值(設(shè)定值)Qe 彡 K2... (2)K2 絕對(duì)充放電深度異常判定調(diào)整值(設(shè)定值)(1)式的正常電池塊絕對(duì)充放電深度Qn(Ah)通過(guò)以下(3’ )式求得。Qn = 12Xfl(V5(0. 5, Τ, Id))...(3，)fl (V5 (0. 5，T，Id))將各模塊34內(nèi)的電池塊33中的電壓(V)最高的那些電池塊 33，在模塊34互相之間比較，基于其電壓(V)(例如)第5高的模塊34的電池塊33的電壓 (V)，求出電池塊33的絕對(duì)充放電深度(Ah)的轉(zhuǎn)換函數(shù)(電壓(V)是基于在單相區(qū)中放電結(jié)束30分鐘(0. 5小時(shí))后計(jì)測(cè)的不穩(wěn)定的開(kāi)路電壓(V)，轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的開(kāi)路電壓(V)，進(jìn)而由放電結(jié)束時(shí)的溫度T(°C)以及放電結(jié)束時(shí)的放電電流IcKA)來(lái)修正的電壓)。如果放電結(jié)束后再經(jīng)過(guò)2-4小時(shí)，鈉硫電池3的電壓穩(wěn)定，因此就容易通過(guò)測(cè)定電池塊此時(shí)(實(shí)際的)的放電末期的開(kāi)路電壓來(lái)計(jì)算絕對(duì)充放電深度。但是，尤其是在自然能源發(fā)電裝置所產(chǎn)生的功率變化補(bǔ)償?shù)扔猛局校y以停歇如此長(zhǎng)的時(shí)間。為此，在本發(fā)明的鈉硫電池容量降低的判定方法中，采用如下方法放電結(jié)束后，基于鈉硫電池所顯示的過(guò)度電壓，求出(實(shí)際的，已穩(wěn)定的)放電末期開(kāi)路電壓。具體地，模塊34內(nèi)的電池塊33的電壓是在單相區(qū)(參照?qǐng)D2)中計(jì)測(cè)的放電結(jié)束后經(jīng)過(guò)(例如)30分鐘(0. 5小時(shí))后的電池塊33的開(kāi)路電壓(V)。此時(shí)的開(kāi)路電壓稱為 30分鐘停歇OCV(Open Circuit Voltage,開(kāi)路電壓)。另外，將這個(gè)30分鐘停歇OCV轉(zhuǎn)換為例如經(jīng)過(guò)2小時(shí)后的電池塊33的開(kāi)路電壓(V)。此開(kāi)路電壓稱為2小時(shí)停歇0CV，該2 小時(shí)停歇OCV被認(rèn)為是(根據(jù)溫度以及放電電流進(jìn)行修正前的)實(shí)際的開(kāi)路電壓值。轉(zhuǎn)換可以根據(jù)如圖4所示的關(guān)系進(jìn)行。在圖4所示的式(y= 1. 1553χ-0. 2667) 中，χ為30分鐘停歇OCV，y為2小時(shí)停歇OCV(修正前的實(shí)際的開(kāi)路電壓)。另外，為求出電池塊實(shí)際的開(kāi)路電壓值，進(jìn)一步根據(jù)放電結(jié)束時(shí)的溫度T(°C )以及放電電流Id(A)進(jìn)行修正。如圖5以及圖6所示，可以基于0小時(shí)停歇0CV-30分鐘停歇OCV) (V)的值與溫度(°C )以及放電電流㈧具有一定關(guān)系的這一情況來(lái)進(jìn)行修正。(2 小時(shí)停歇0CV-30分鐘停歇OCV) (V)為修正值(應(yīng)當(dāng)修正的值)，修正對(duì)象為，基于30分鐘停歇OCV而求出的2小時(shí)停歇OCV (修正前)(V)。在圖5中所示的式(y = -0. 000334x+0. 126763)中，χ為溫度，y為(2小時(shí)停歇 0CV-30分鐘停歇0CV)。根據(jù)圖5，例如如果溫度上升10°C，大概需要_0. 004V (_4mV)的修正。圖6所示的式(y = 0. 000174x+0. 004195)中，χ為放電電流，y為O小時(shí)停歇 0CV-30分鐘停歇0CV)。根據(jù)圖6，例如如果放電電流增大10A，大概需要+0. 003V(3mV)的修正。如上，按照各模塊34分別求出構(gòu)成各模塊34的電池塊33的電壓，并求出電壓(V) 最高的電池塊33。接著，基于按照各模塊34而求出的電池塊33的(最高)電壓，在模塊 34相互之間比較，求出電壓(例如)第5高的模塊34中的電池塊33的電壓。
另外，將該電壓(V)轉(zhuǎn)換為絕對(duì)充放電深度(Ah)。由于電壓是基于在單相區(qū)計(jì)測(cè)出的電壓，因此可以將電壓(V)轉(zhuǎn)換為絕對(duì)充放電深度(Ah)(參照?qǐng)D2)。另外，由于該絕對(duì)充放電深度(容量)基于電池塊33的電壓，因此等于一個(gè)組列32的容量。于是，將該絕對(duì)充放電深度乘以組列32的數(shù)量12，即可求出電池塊的絕對(duì)充放電深度(Ah)。這就是正常電池塊絕對(duì)充放電深度Qn(Ah)。同樣地，求出異常電池塊絕對(duì)充放電深度Qe(Ah)，(1)式中的異常電池塊絕對(duì)充放電深度Qe (Ah)，由以下(4’ )式求出。Qn = 12Xf2(Vmin(0. 5, Τ, Id)) ...(4，)f2 (Vmin(0. 5, Τ, Id))關(guān)于各模塊34內(nèi)的電池塊33中的電壓(V)最低的那些電池塊33，在模塊34相互之間比較，基于該電壓(V)最低的模塊34的電池塊33的電壓(V)， 求出電池塊33的絕對(duì)充放電深度的轉(zhuǎn)換函數(shù)(電壓(V)是基于在單相區(qū)中放電結(jié)束經(jīng)過(guò) 30分鐘(0.5小時(shí))后計(jì)測(cè)的不穩(wěn)定的開(kāi)路電壓(V)，轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的開(kāi)路電壓(V)，進(jìn)而根據(jù)放電結(jié)束時(shí)的溫度T(°C )以及放電結(jié)束時(shí)的放電電流Id(A)而修正的電壓)與求出正常電池塊絕對(duì)充放電深度Qn的情況相同，按照各模塊34分別求出構(gòu)成各模塊34的電池塊33的電壓，并求出電壓(V)最低的電池塊33。接著，基于根據(jù)每個(gè)該模塊34求出的電池塊33的(最低)電壓，在模塊34相互之間比較，求出電壓最低的模塊34 中的該電池塊33的電壓。另外，將該電壓(V)轉(zhuǎn)換為絕對(duì)充放電深度(Ah)，并將該絕對(duì)充放電深度乘以組列32的數(shù)量12，即可得到電池塊的絕對(duì)充放電深度(Ah)。這是異常電池塊絕對(duì)充放電深度Qe (Ah)。如果求出正常電池塊絕對(duì)充放電深度Qn以及異常電池塊絕對(duì)充放電深度Qe，就可以求出異常電池塊絕對(duì)充放電深度Qe和正常電池塊絕對(duì)充放電深度Qn的差(參照(1) 式)。如果求出的值在電池塊異常判定調(diào)整值Kl以上，就滿足了判定鈉硫電池3的容量降低到了異常水平的一個(gè)條件。另外，如果求出了正常電池塊絕對(duì)充放電深度Qn以及異常電池塊絕對(duì)充放電深度Qe，將異常電池塊絕對(duì)充放電深度Qe與絕對(duì)充放電深度異常判定調(diào)整值K2進(jìn)行比較 (參照( 式)。如果異常電池塊絕對(duì)充放電深度Qe在絕對(duì)充放電深度異常判定調(diào)整值K2 以上，就滿足了判定鈉硫電池3的容量降低到了異常水平的其他條件。可以說(shuō)在滿足(1)式的情況下，單電池31發(fā)生故障的可能性大。但僅根據(jù)該情況無(wú)法判定鈉硫電池3的容量降低到了異常水平。這是由于鈉硫電池3整體能夠如設(shè)計(jì)的那樣基于額定容量進(jìn)行充電、放電的情況也存在的緣故。異常電池塊絕對(duì)充放電深度Qe在絕對(duì)充放電深度異常判定調(diào)整值K2以上時(shí)，初次判定鈉硫電池3的容量降低到了異常水平。 因?yàn)檫@種情況下即使鈉硫電池3整體也不能如設(shè)計(jì)的那樣基于規(guī)定的容量進(jìn)行充電和放 H1^ ο此外，如上所述，通過(guò)將電池塊異常判定調(diào)整值Kl以及絕對(duì)充放電深度異常判定調(diào)整值K2設(shè)定為兩階段，除了能判定鈉硫電池3的容量降低到了異常水平，還能夠判定鈉硫電池3的容量降低到了異常水平附近。例如，將電池快異常判定調(diào)整值Kl以及絕對(duì)充放電深度異常判定調(diào)整值K2，在第1階段中，以在鈉硫電池3可能無(wú)法輸出額定容量的情況下被檢測(cè)的方式設(shè)定；在第2階段中，以在鈉硫電池3極有可能無(wú)法輸出額定容量的情況下被檢測(cè)的方式設(shè)定。
另外，電池快異常判定調(diào)整值Kl以及絕對(duì)充放電深度異常判定調(diào)整值K2是應(yīng)該根據(jù)鈉硫電池3經(jīng)過(guò)的時(shí)間或者等效循環(huán)次數(shù)變更的設(shè)定值。即，鈉硫電池的無(wú)法充電(時(shí)效)的剩余容量隨著運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間的經(jīng)過(guò)而增加，所以即使是同樣的絕對(duì)充放電深度，其相對(duì)于可使用容量的比率也是變化的(參照?qǐng)D3)。以下對(duì)電池塊異常判定調(diào)整值Kl以及絕地深度異常判定調(diào)整值K2的設(shè)定方法進(jìn)行說(shuō)明。圖7是表示鈉硫電池的等效循環(huán)和絕對(duì)充放電深度Ah (左側(cè)縱軸)之間的關(guān)系的圖表。在該圖7中表示了，分別在(鈉硫電池)正常時(shí)、η個(gè)出故障時(shí)、n+0. 5個(gè)出故障時(shí)、 n+1個(gè)出故障時(shí)、n+1.5個(gè)出故障時(shí)、n+2個(gè)出故障時(shí)的情況下、等效循環(huán)為，0(0循環(huán))、900、 1800、2500、2700、3600、4500時(shí)的放電極限的電池塊絕對(duì)充放電深度。并且，在圖7中表示了，分別在出故障的數(shù)量為η個(gè)，n+0. 5個(gè)，n+1個(gè)的情況下、等效循環(huán)和正常 異常電池塊深度差(絕對(duì)充放電深度之差)(Ah)(右側(cè)縱軸)之間的關(guān)系。圖8是表示等效循環(huán)變?yōu)?800的鈉硫電池的電池塊電壓(V)(左側(cè)縱軸)和絕對(duì)充放電深度(Ah)的關(guān)系的圖表。正常、異常電池塊深度差是正常電池塊和異常電池塊的絕對(duì)充放電深度之差。在圖8中表示了，分別在鈉硫電池正常的情況、η個(gè)出故障的情況、 n+0. 5個(gè)出故障的情況、n+1個(gè)出故障的情況、n+1. 5個(gè)出故障的情況、n+2個(gè)出故障的情況下、隨著絕對(duì)充放電深度加深(隨著放電進(jìn)行)電池塊電壓降低的情況。并且，圖8中表示了，分別在故障數(shù)量為η個(gè)、n+0. 5個(gè)、n+1個(gè)、n+1. 5個(gè)、n+2個(gè)的情況下、正常、異常電池塊深度差(Ah)(右側(cè)縱軸)和絕對(duì)充放電深度(Ah)之間的關(guān)系。在圖7及圖8中，所謂的正常(的情況)是指正常電池塊的情況(0個(gè)出故障(無(wú)故障)的情況)。故障個(gè)數(shù)為單電池的故障數(shù)量，單電池出故障時(shí)，該電池塊就是異常電池塊。等效循環(huán)是相當(dāng)于進(jìn)行額定容量(Ah)的放電的循環(huán)次數(shù)的數(shù)。N+0.5個(gè)故障是設(shè)想的 η個(gè)出故障的情況和n+1個(gè)出故障情況的中間值。N+1. 5個(gè)故障是設(shè)想的n+1個(gè)出故障的情況和n+2個(gè)出故障情況的中間值。絕對(duì)充放電深度是從放電末期的(穩(wěn)定的)電池塊電壓中求出的深度，根據(jù)等效循環(huán)而變化的絕對(duì)充放電深度是基于試驗(yàn)運(yùn)轉(zhuǎn)中得到的數(shù)值算出的計(jì)算值。如圖8所示，如果絕對(duì)充放電深度變深(放電進(jìn)行)，在異常電池塊中電池塊電壓的降低比正常電池塊開(kāi)始得更早。進(jìn)一步地，如圖8所示，絕對(duì)充放電深度越深，由于故障的單電池的影響，正常、異常電池塊的深度差越大，并且故障的數(shù)量越多，正常、異常電池塊的深度差越大。在這樣的鈉硫電池中，如果設(shè)定初期(新品時(shí)，等效循環(huán)為0)的放出額定容量后的絕對(duì)充放電深度為6780 (Ah)，并設(shè)定最終年度(期待壽命，等效循環(huán)為4500)的放出額定容量后的絕對(duì)充放電深度為8470 (Ah)，例如，經(jīng)過(guò)1800循環(huán)后，如通過(guò)圖7所理解的那樣， 如果n+1. 5個(gè)出故障，無(wú)法輸出額定容量的可能性高。這種情況下，優(yōu)選地，電池塊異常判定調(diào)整值Kl以及絕對(duì)充放電深度異常判定調(diào)整值K2的第1階段的設(shè)定值為檢測(cè)出n+1個(gè)出故障時(shí)的值，第2階段的設(shè)定值為檢測(cè)出n+1. 5個(gè)出故障時(shí)的值。具體地，在經(jīng)過(guò)1800循環(huán)后，因放出額定容量后的絕對(duì)充放電深度為7490Ah，所以，如果以與該值相近的7000Ah作為基準(zhǔn)深度，就能將該基準(zhǔn)深度的n+1個(gè)出故障時(shí)的正常、異常電池塊的深度差I(lǐng)lSOAh作為第1階段的電池塊異常判定調(diào)整值Kl (參照?qǐng)D8)。而
9且，認(rèn)為此時(shí)的絕對(duì)充放電深度為n+1個(gè)出故障時(shí)的絕對(duì)充放電深度，從而能將加上基準(zhǔn)深度的8180Ah( = 7000+1180)作為第1階段的絕對(duì)充放電深度異常判定調(diào)整值K2。另外，如果以極其接近額定容量的7400Ah作為基準(zhǔn)深度，就能將該基準(zhǔn)深度的 n+1. 5個(gè)出故障時(shí)的正常、異常電池塊的深度差1650Ah作為第2階段的電池塊異常判定調(diào)整值Kl (參照?qǐng)D8)。而且，認(rèn)為此時(shí)的絕對(duì)充放電深度為n+1. 5個(gè)出故障時(shí)的絕對(duì)充放電深度，從而能將加上基準(zhǔn)深度的9050Ah( = 7400+1650)作為第2階段的絕對(duì)充放電深度異常判定調(diào)整值K2。工業(yè)上的利用可能性本發(fā)明的鈉硫電池容量降低的判定方法能作為判斷鈉硫電池的異常及故障的方法或者掌握鈉硫電池處在異常及故障的前階段狀態(tài)的方法很好地被利用，所述鈉硫電池用于負(fù)荷均衡化、瞬時(shí)降低對(duì)策、或者自然能源發(fā)電裝置產(chǎn)生的功率變化的補(bǔ)償?shù)取?br> 權(quán)利要求
1.一種鈉硫電池容量降低的判定方法，以下(1)式、( 式都成立時(shí)，判定鈉硫電池的容量降低到了異常水平，所述鈉硫電池以如下方式構(gòu)成S個(gè)即多個(gè)單電池串聯(lián)連接構(gòu)成組列，u個(gè)即多個(gè)該組列并聯(lián)連接構(gòu)成電池塊，η個(gè)即多個(gè)該電池塊串聯(lián)連接構(gòu)成模塊，m個(gè)即多個(gè)該模塊串聯(lián)連接構(gòu)成鈉硫電池， Qe-Qn 彡 Kl... (1)Qe 異常電池塊絕對(duì)充放電深度 Qn 正常電池塊絕對(duì)充放電深度 Kl 電池塊異常判定調(diào)整值，即設(shè)定值 Qe 彡 K2... (2)K2 絕對(duì)充放電深度異常判定調(diào)整值，即設(shè)定值 Qn = uXfl(Vi(t, Τ, Id))...(3)Π (Vi (t，Τ, Id))關(guān)于模塊內(nèi)的電池塊中的電壓最高的電池塊，在模塊相互之間比較， 基于其電壓第i高的模塊的該電池塊的電壓，求出電池塊的絕對(duì)充放電深度的轉(zhuǎn)換函數(shù)， 其中，電壓是基于在單相區(qū)中放電結(jié)束t小時(shí)后計(jì)測(cè)的不穩(wěn)定的開(kāi)路電壓，轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的開(kāi)路電壓，進(jìn)而由放電結(jié)束時(shí)的溫度T以及放電結(jié)束時(shí)的放電電流Id來(lái)修正的電壓 Qe = uXf2(Vmin(t, Τ, Id))— (4)f2(Vmin(t, Τ, Id))關(guān)于模塊內(nèi)的電池塊中的電壓最低的電池塊，在模塊相互之間比較，基于其電壓最低的模塊的該電池塊的電壓，求出電池塊的絕對(duì)充放電深度的轉(zhuǎn)換函數(shù)， 其中，電壓是基于在單相區(qū)中放電結(jié)束t小時(shí)后計(jì)測(cè)的不穩(wěn)定的開(kāi)路電壓，轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的開(kāi)路電壓，進(jìn)而由放電結(jié)束時(shí)的溫度T以及放電結(jié)束時(shí)的放電電流Id來(lái)修正的電壓。
2.權(quán)利要求1所述的鈉硫電池容量降低的判定方法，分別以多個(gè)階段設(shè)定所述電池塊異常判定調(diào)整值Kl及所述絕對(duì)充放電深度異常判定調(diào)整值K2。
3.權(quán)利要求1或2所述的鈉硫電池容量降低的判定方法，所述判定對(duì)象鈉硫電池是在將輸出變化的發(fā)電裝置和電力儲(chǔ)藏補(bǔ)償裝置組合而向電力系統(tǒng)供應(yīng)電力的互聯(lián)系統(tǒng)中構(gòu)成所述電力儲(chǔ)藏補(bǔ)償裝置并補(bǔ)償所述發(fā)電裝置的輸出變化的鈉硫電池。
全文摘要
以下(1)式、(2)式都成立時(shí)，判定鈉硫電池的容量降低到了異常水平。Qe-Qn≥K1…(1)，Qe異常電池塊絕對(duì)充放電深度、Qn正常電池塊絕對(duì)充放電深度、K1電池塊異常判定調(diào)整值(設(shè)定值)，Qe≥K2…(2)，K2絕對(duì)充放電深度異常判定調(diào)整值(設(shè)定值)。
文檔編號(hào)H01M10/39GK102273003SQ201080004360
公開(kāi)日2011年12月7日 申請(qǐng)日期2010年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月6日
發(fā)明者平井直樹(shù), 福原基廣 申請(qǐng)人:日本礙子株式會(huì)社