本發(fā)明涉及鈉離子電池，特別是涉及一種基于鈉離子電池的儲(chǔ)能運(yùn)行系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、鋰電池有著能量密度高、充放電速度快等優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)前電化學(xué)儲(chǔ)能多采用鋰電池存儲(chǔ)電能，但鋰電池的安全問(wèn)題始終難以解決。鋰電特性：電流密度越大，枝晶鋰的生長(zhǎng)速度越快，刺狀枝晶鋰最終會(huì)刺穿電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)，造成電池短路自燃。這也是鋰電儲(chǔ)能系統(tǒng)在某些特定條件下會(huì)引發(fā)火災(zāi)、爆炸的根本原因。

2、當(dāng)前鋰電儲(chǔ)能系統(tǒng)為了避免出現(xiàn)火災(zāi)，常用技術(shù)方案有增加pack級(jí)消防設(shè)備、增加dc-dc模塊提升系統(tǒng)穩(wěn)定性等。以上方案雖然可以降低鋰電自燃的風(fēng)險(xiǎn)，但也將產(chǎn)品復(fù)雜化，不利于生產(chǎn)維護(hù)，新增設(shè)備會(huì)帶入更多潛在故障點(diǎn)，同時(shí)也會(huì)拉高產(chǎn)品成本。

3、相比鋰離子電池，鈉離子電池產(chǎn)生枝晶的概率低，自燃的概率相對(duì)也低，采用鈉離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠有效避免鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)存在的上述問(wèn)題；因此，加強(qiáng)基于鈉離子電池的儲(chǔ)能運(yùn)行研究，是提高儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行質(zhì)量的關(guān)鍵措施。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種基于鈉離子電池的儲(chǔ)能運(yùn)行系統(tǒng)及方法，在不增加額外設(shè)備的前提下，采用鈉離子電池模組，可在故障電芯失控前切斷其所在的模組，避免單電芯故障燃燒和電芯故障擴(kuò)散，降低了電池自燃風(fēng)險(xiǎn)，從而保證儲(chǔ)能運(yùn)行系統(tǒng)可靠運(yùn)行。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

3、一種基于鈉離子電池的儲(chǔ)能運(yùn)行系統(tǒng)，包括多個(gè)電池簇；

4、所述電池簇包括多個(gè)電池包、監(jiān)控單元、供配電模塊、簇級(jí)消防單元；

5、所述電池包包括至少兩個(gè)電池模組；

6、所述供配電模塊用于進(jìn)行交直流轉(zhuǎn)換和簇級(jí)回路保護(hù)；

7、所述監(jiān)控單元包括一級(jí)控制單元和二級(jí)控制單元；

8、所述一級(jí)控制單元設(shè)置于電池包內(nèi)，所述一級(jí)控制單元包括信號(hào)采集回路、處理器、功率控制回路，所述功率控制回路用于投入或切除電池模組，控制電池包內(nèi)的電流走向，所述信號(hào)采集回路用于采集所述電池模組內(nèi)電芯數(shù)據(jù)；所述處理器用于根據(jù)信號(hào)采集回路采集的電芯數(shù)據(jù)判定電池模組是否存在異常，以此來(lái)控制功率控制回路；

9、所述二級(jí)控制單元設(shè)置在供配電模塊內(nèi)，所述二級(jí)控制單元與所述一級(jí)控制單元連接，用于接收一級(jí)控制單元的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，并計(jì)算簇電壓，通過(guò)判斷簇電壓是否低于設(shè)定閾值，來(lái)控制單個(gè)電池簇的運(yùn)行與切斷。

10、進(jìn)一步的，所述供配電模塊還包括變流器、交直流配電回路，所述變流器串聯(lián)在交直流配電回路中，所述二級(jí)控制單元還用于采集所述變流器和電池簇內(nèi)的主回路上的各器件的數(shù)據(jù)。

11、進(jìn)一步的，所述功率控制回路包括若干開(kāi)關(guān)器件，每個(gè)電池模組配置兩個(gè)開(kāi)關(guān)器件，一個(gè)開(kāi)關(guān)器件與電池模組串聯(lián)，另一個(gè)開(kāi)關(guān)器件與電池模組并聯(lián)。

12、進(jìn)一步的，所述電池簇還包括備用電池包，用于當(dāng)簇內(nèi)某個(gè)電池模組被切除時(shí)進(jìn)行使用；所述系統(tǒng)還包括備用電池簇。

13、進(jìn)一步的，所述電芯數(shù)據(jù)包括包內(nèi)溫度、氣壓、回路電壓、電流。

14、本發(fā)明還提供了一種基于鈉離子電池的儲(chǔ)能運(yùn)行方法，應(yīng)用于所述基于鈉離子電池的儲(chǔ)能運(yùn)行系統(tǒng)，包括以下步驟：

15、s1、信號(hào)采集回路采集電池模組內(nèi)電芯數(shù)據(jù)，處理器根據(jù)所述電芯數(shù)據(jù)判定電池模組是否存在異常；

16、s2、當(dāng)某一個(gè)電池模組存在異常時(shí)，切除所述電池模組，所述儲(chǔ)能運(yùn)行系統(tǒng)正常運(yùn)行；

17、s3、當(dāng)檢測(cè)到某一個(gè)電池包內(nèi)的所有電池模組都存在異常時(shí)，切除該電池包，此時(shí)，二級(jí)控制單元檢測(cè)到的簇電壓不滿足變流器輸入電壓要求，使得該電池包在的電池簇?zé)o法繼續(xù)運(yùn)行，則切除該電池簇，儲(chǔ)能運(yùn)行系統(tǒng)仍正常運(yùn)行，但儲(chǔ)能運(yùn)行系統(tǒng)容量有所降低；

18、s4、若同一電池包中的任意一個(gè)電池模組恢復(fù)正常，則該電池包所在的電池簇重新啟動(dòng)運(yùn)行；

19、s5、若某一個(gè)電池簇中，處于不同電池包的多個(gè)電池模組被檢測(cè)為異常，則切除這幾個(gè)電池模組，此時(shí)，若二級(jí)控制單元檢測(cè)到的簇電壓不滿足變流器輸入電壓要求，則該電池簇被故障切除；

20、s6、當(dāng)連續(xù)兩個(gè)電池簇被切除時(shí)，將判定有故障蔓延趨勢(shì)，則限制儲(chǔ)能運(yùn)行系統(tǒng)自動(dòng)停機(jī)，此時(shí)，安排檢修，檢修完成后重新啟動(dòng)儲(chǔ)能運(yùn)行系統(tǒng)。

21、進(jìn)一步的，在切除電池包時(shí)，斷開(kāi)所述功率控制回路的所有開(kāi)關(guān)器件；在切除簇時(shí)，將每個(gè)電池包的所有開(kāi)關(guān)器件都斷開(kāi)。

22、進(jìn)一步的，所述電池包有兩個(gè)電池模組：電池模組1和電池模組2，所述功率控制回路有4個(gè)開(kāi)關(guān)器件：開(kāi)關(guān)器件1、開(kāi)關(guān)器件2、開(kāi)關(guān)器件3、開(kāi)關(guān)器件4，電池包的功率控制回路有以下工作模式：

23、工作模式1為：開(kāi)關(guān)器件1、4閉合，開(kāi)關(guān)器件2、3斷開(kāi)；放電時(shí)負(fù)極輸入，經(jīng)過(guò)電池模組1、2，正極輸出，充電時(shí)方向相反；

24、判定電池模組1異常時(shí)，需要暫時(shí)切除電池模組1運(yùn)行，功率控制回路進(jìn)入工作模式2：開(kāi)關(guān)器件2、4閉合，開(kāi)關(guān)器件1、3斷開(kāi)；放電時(shí)負(fù)極輸入，僅經(jīng)過(guò)電池模組2，正極輸出，充電時(shí)方向相反；待電池模組1恢復(fù)時(shí)功率控制回路切換為工作模式1；

25、判定電池模組2異常時(shí)，需要暫時(shí)切除電池模組2運(yùn)行，功率控制回路進(jìn)入工作模式3：開(kāi)關(guān)器件1、3閉合，開(kāi)關(guān)器件2、4斷開(kāi)；放電時(shí)負(fù)極輸入，僅經(jīng)過(guò)電池模組1，正極輸出，充電時(shí)方向相反；待電池模組2恢復(fù)時(shí)功率控制回路切換為工作模式1；

26、判定電池模組1、2異常時(shí)，暫時(shí)切除電池模組1、2，功率控制回路進(jìn)入工作模式4：開(kāi)關(guān)器件2、3閉合，開(kāi)關(guān)器件1、4斷開(kāi)；放電時(shí)負(fù)極輸入，不經(jīng)過(guò)模組，正極輸出，充電時(shí)方向相反；僅電池模組2恢復(fù)時(shí)功率控制回路切換為工作模式2，僅電池模組1恢復(fù)時(shí)功率控制回路切換為工作模式3，待電池模組1、2都恢復(fù)時(shí)，功率控制回路切換為工作模式1。

27、進(jìn)一步的，所述方法還包括對(duì)備用電池包和備用電池簇的控制方案，包括以下步驟：

28、1)備用電池包長(zhǎng)期處于工作模式4，只有當(dāng)電池簇內(nèi)某個(gè)電池模組被切除時(shí)才投入使用；

29、2)當(dāng)電池模組1被切除時(shí)，備用電池包中的電池模組1投入使用，功率控制回路進(jìn)入工作模式3；

30、3)當(dāng)某個(gè)電池包內(nèi)的兩個(gè)電池模組1、2都被切除時(shí)，備用電池包整個(gè)投入使用，功率控制回路進(jìn)入工作模式1，無(wú)需單簇切除；當(dāng)電池模組1、2中任一電池模組恢復(fù)時(shí)，備用電池包的電池模組2被切除，功率控制回路進(jìn)入工作模式3；當(dāng)1、2都恢復(fù)時(shí)，備用電池包被切除，此時(shí)電池包的功率控制回路進(jìn)入工作模式4；

31、4)當(dāng)電池簇a內(nèi)出現(xiàn)重大故障，被切除的電池模組大于4個(gè)時(shí)，限制電池簇a被切除；

32、5)備用電池簇正常情況下處于待機(jī)狀態(tài)，當(dāng)故障電池簇被切除時(shí)，備用電池簇立即投入使用，避免儲(chǔ)能運(yùn)行系統(tǒng)降容運(yùn)行；

33、6)如出現(xiàn)重大事故，連續(xù)2個(gè)電池簇被切除，此時(shí)無(wú)論備用電池簇是否投入，儲(chǔ)能運(yùn)行系統(tǒng)都自動(dòng)停機(jī)。

34、根據(jù)本發(fā)明提供的具體實(shí)施例，本發(fā)明公開(kāi)了以下技術(shù)效果：本發(fā)明提供的基于鈉離子電池的儲(chǔ)能運(yùn)行系統(tǒng)及方法，只需要添加一級(jí)控制單元和二級(jí)控制單元，即可實(shí)現(xiàn)通過(guò)采集電池模組工作信息，提前預(yù)判模組狀態(tài)，可在故障電芯失控前切斷其所在的電池模組，避免單電芯故障燃燒及電芯故障擴(kuò)散，確保系統(tǒng)可靠運(yùn)行，有效抑制火災(zāi)發(fā)生。而且由于鈉電池具有較高的熱穩(wěn)定性，配置簇級(jí)消防設(shè)備即可應(yīng)對(duì)電氣火災(zāi)，刪除電池包內(nèi)消防部件以及消防主機(jī)和管路，簡(jiǎn)化系統(tǒng)方便生產(chǎn)調(diào)試維護(hù)，提高生產(chǎn)、調(diào)試效率，可大幅降低儲(chǔ)能系統(tǒng)成本；電池簇包級(jí)消防刪除后，電池簇體積可適當(dāng)縮小，空間利用率提高，可提升單位體積系統(tǒng)能量密度；相比鋰離子，鈉離子產(chǎn)生枝晶的概率低，自燃的概率相對(duì)也低，可有效降低火災(zāi)出現(xiàn)機(jī)率，從而保證系統(tǒng)可靠運(yùn)行。由于本發(fā)明未增加其他部件，電池模組控制回路集成在電池管理系統(tǒng)中，相比增加dc-dc模塊，成本較低。