基于48個(gè)單體的鈉硫電池模塊為應(yīng)用研究.doc

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1、基于48個(gè)單體的鈉硫電池模塊為應(yīng)用研究　　　　0引言　　當(dāng)前，電力峰谷差的平抑、電網(wǎng)的安全可靠性和電能質(zhì)量、可再生能源的開(kāi)發(fā)以及智能電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展都對(duì)大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)提出了較高的要求，在眾多的儲(chǔ)能技術(shù)中，鈉硫電池以其優(yōu)越的性能，備受各國(guó)研發(fā)人員的關(guān)注。鈉硫電池的研發(fā)主要包括電池制造技術(shù)和電池管理技術(shù)的研發(fā)，這兩大技術(shù)也正是鈉硫電池實(shí)際應(yīng)用中的最大技術(shù)瓶頸?！　≡阝c硫電池的管理技術(shù)中，單體電壓的檢測(cè)是不可或缺的一部分，其對(duì)整個(gè)電池模塊的安全和穩(wěn)定運(yùn)行有著十分重要的影響。根據(jù)所檢測(cè)的單體電壓，進(jìn)行均衡管理和告警分析，其中單體電壓告警

2、通常采用兩級(jí)梯度：報(bào)警和閉鎖（或者稱(chēng)為切斷），一般包括：?jiǎn)误w過(guò)壓報(bào)警、單體過(guò)壓閉鎖、單體欠壓報(bào)警、單體欠壓閉鎖、單體電壓負(fù)變化率報(bào)警、單體電壓負(fù)變化率閉鎖，有些還會(huì)增加單體電壓不均衡報(bào)警和閉鎖。鈉硫電池模塊通常包含很多個(gè)單體電池，比如5kW的電池模塊包含單體電池48只，正因?yàn)閱误w的數(shù)目較多，所以尋求一種切實(shí)可行的檢測(cè)方案具有重要意義?！　误w電壓的檢測(cè)方法有很多，常用的測(cè)量方法有共模測(cè)量法和開(kāi)關(guān)切換法。共模測(cè)量法即相對(duì)同一參考點(diǎn)，用精密電阻等比例衰減各測(cè)量點(diǎn)的電壓，然后依次相減得到各單體的電壓，該方法電路比較簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是存在累

3、積誤差，從而使測(cè)量精度降低。參考文獻(xiàn)中采用了開(kāi)關(guān)切換法，但該方案中每個(gè)單體都配有兩個(gè)開(kāi)關(guān)，從而增加了系統(tǒng)的成本、體積和功耗，本文在此基礎(chǔ)上，運(yùn)用一種改進(jìn)的方案來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)單體電壓的檢測(cè)，該方案可以有效減少開(kāi)關(guān)的數(shù)目以及整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)的體積?！　　　?單體電壓巡檢系統(tǒng)設(shè)計(jì)　　本文的研究對(duì)象是包含48個(gè)單體的鈉硫電池模塊，測(cè)量時(shí)將48個(gè)單體分成4組：第一組為編號(hào)01~12的單體，第二組為編號(hào)13~24的單體，第三組為編號(hào)25~36的單體，第四組為編號(hào)37~48的單體。對(duì)這4組進(jìn)行并行測(cè)量，即第一輪測(cè)量編號(hào)為01、13、25、37的單體，

4、第二輪測(cè)量編號(hào)為02、14、26、38的單體，依此類(lèi)推，第十二輪測(cè)量編號(hào)為12、24、36、48的單體，至此整個(gè)電池模塊的所有單體電壓檢測(cè)完畢。　　以第一組測(cè)量為例，測(cè)量原理圖如圖1所示，其中IN+、IN-經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理電路接到A/D芯片。當(dāng)測(cè)量編號(hào)為1的單體cell1時(shí)，開(kāi)關(guān)S1、S2、O1、O2閉合，cell1的正端接到IN+、負(fù)端接到IN-。當(dāng)測(cè)量編號(hào)為2的單體cell2時(shí)，開(kāi)關(guān)S2、S3、E1、E2閉合，cell2的正端接到IN+、負(fù)端接到IN-，被測(cè)量單體與需要閉合的開(kāi)關(guān)之間的關(guān)系如表1所示，不難發(fā)現(xiàn)，測(cè)量奇數(shù)編號(hào)的單

5、體時(shí)，開(kāi)關(guān)O1、O2閉合，測(cè)量偶數(shù)編號(hào)的單體時(shí)，開(kāi)關(guān)E1、E2閉合，因此，為了減少開(kāi)關(guān)O1、O2、E1、E2的動(dòng)作次數(shù)和因開(kāi)關(guān)頻繁動(dòng)作引起的損耗、提高電壓巡檢的效率，將奇數(shù)編號(hào)的單體與偶數(shù)編號(hào)的單體分開(kāi)測(cè)量，即先測(cè)量奇數(shù)編號(hào)的單體，然后再檢測(cè)偶數(shù)編號(hào)的單體?！　　　　　≡谄骷x型方面，遵循滿(mǎn)足系統(tǒng)需求并且有一定升級(jí)余量的原則，采用TMS320F28335作為電池模塊管理單元（BMU）的主控制器，現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列（FPGA）EP2C8Q208C8N用來(lái)作為BMU的輔助控制器，這樣一來(lái)，既可以利用TMS320F28335的現(xiàn)成接口

6、，比如SPI接口、CAN接口等，又避免了大量分立邏輯器件的運(yùn)用，使電路的體積小、功耗也小?！　D1中的開(kāi)關(guān)采用松下PhotoMOS型光耦繼電器AQW214EH.利用TMS320F28335的五個(gè)GPIO口來(lái)控制EP2C8Q208C8N輸出17路控制信號(hào)，分別控制圖1中的17個(gè)開(kāi)關(guān)?！　∫粋€(gè)AQW214EH可以作為2個(gè)開(kāi)關(guān)，圖2為開(kāi)關(guān)S1、S2的具體實(shí)現(xiàn)，其余開(kāi)關(guān)的實(shí)現(xiàn)原理完全一樣，圖2中，cell1+表示接到圖1中cell1的正極，cell2+表示接到圖1中cell2的正極，S1、S2分別接到FPGA的相應(yīng)IO口，當(dāng)FPGA的

7、IO口輸出低電平時(shí)，相應(yīng)的開(kāi)關(guān)閉合，反之，則開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。