鈉硫電池模塊單體電壓巡檢系統設計

摘 要： 以包含48個單體的鈉硫電池模塊為研究對象，針對現有兩種常用的單體電壓檢測方法的不足，設計了一種改進的方案，運用光耦繼電器依次對奇數編號和偶數編號的單體電壓進行檢測，從而實現對整個電池模塊的巡檢。仿真和測試結果表明該方案切實、可行，具有良好的應用價值。

關鍵詞： 鈉硫電池； 單體電壓； 巡檢； 開關切換

中圖分類號： TN710?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）01?0101?03

0 引 言

當前，電力峰谷差的平抑、電網的安全可靠性和電能質量、可再生能源的開發以及智能電網技術的發展都對大規模儲能技術提出了較高的要求，在眾多的儲能技術中，鈉硫電池以其優越的性能[1]，備受各國研發人員的關注。鈉硫電池的研發主要包括電池制造技術和電池管理技術的研發，這兩大技術也正是鈉硫電池實際應用中的最大技術瓶頸。

在鈉硫電池的管理技術中，單體電壓的檢測是不可或缺的一部分，其對整個電池模塊的安全和穩定運行有著十分重要的影響。根據所檢測的單體電壓，進行均衡管理[2]和告警分析，其中單體電壓告警通常采用兩級梯度：報警和閉鎖（或者稱為切斷），一般包括：單體過壓報警、單體過壓閉鎖、單體欠壓報警、單體欠壓閉鎖、單體電壓負變化率報警、單體電壓負變化率閉鎖，有些還會增加單體電壓不均衡報警和閉鎖。鈉硫電池模塊通常包含很多個單體電池，比如5 kW的電池模塊包含單體電池48只[3]，正因為單體的數目較多，所以尋求一種切實可行的檢測方案具有重要意義。

單體電壓的檢測方法有很多，常用的測量方法有共模測量法和開關切換法[4?6]。共模測量法即相對同一參考點，用精密電阻等比例衰減各測量點的電壓，然后依次相減得到各單體的電壓，該方法電路比較簡單，缺點是存在累積誤差，從而使測量精度降低。參考文獻[4]中采用了開關切換法，但該方案中每個單體都配有兩個開關，從而增加了系統的成本、體積和功耗，本文在此基礎上，運用一種改進的方案來實現對單體電壓的檢測，該方案可以有效減少開關的數目以及整個檢測系統的體積。

1 單體電壓巡檢系統設計

本文的研究對象是包含48個單體的鈉硫電池模塊，測量時將48個單體分成4組：第一組為編號01～12的單體，第二組為編號13～24的單體，第三組為編號25～36的單體，第四組為編號37～48的單體。對這4組進行并行測量，即第一輪測量編號為01、13、25、37的單體，第二輪測量編號為02、14、26、38的單體，依此類推，第十二輪測量編號為12、24、36、48的單體，至此整個電池模塊的所有單體電壓檢測完畢。

以第一組測量為例，測量原理圖如圖1所示，其中IN+、IN-經過信號調理電路接到A/D芯片。當測量編號為1的單體cell1時，開關S1、S2、O1、O2閉合，cell1的正端接到IN+、負端接到IN-。當測量編號為2的單體cell2時，開關S2、S3、E1、E2閉合，cell2的正端接到IN+、負端接到IN-，被測量單體與需要閉合的開關之間的關系如表1所示，不難發現，測量奇數編號的單體時，開關O1、O2閉合，測量偶數編號的單體時，開關E1、E2閉合，因此，為了減少開關O1、O2、E1、E2的動作次數和因開關頻繁動作引起的損耗、提高電壓巡檢的效率，將奇數編號的單體與偶數編號的單體分開測量，即先測量奇數編號的單體，然后再檢測偶數編號的單體[7]。