[发明专利]浮充式保护型磷酸铁锂蓄电池在电力工程直流系统中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及浮充式保护型磷酸铁锂蓄电池，尤其是将该电池用于电力工程直流系统中，可作为发电厂、变电站的备用电源。

背景技术

随着国家智能电网推进，环保、节能减排先进技术应用.发展新型高效节能、先进环保、资源循环利用的设备成为首选。磷酸铁锂蓄电池作为变电站直流电源系统蓄电池具有长远意义。

由于现有磷酸铁锂电池设计原型适宜用于充放电运行，如电动汽车、蓄能变电站等系统。虽然目前在电力工程小型变电站中也有所应用，但是作为发电厂、变电站长期浮充电运行的备用电源，既缺乏应有理论依据和试验数据也存在安全隐患。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，是通过可行性研究进行理论分析和提出对磷酸铁锂电池的试验内容、用试验数据来验证和编制设计实用数据、明确双重化保护要求、提出可靠设计方案、消除安全隐患，提出一种浮充式保护型磷酸铁锂蓄电池在电力工程直流系统中应用的技术方案。确保磷酸铁锂电池能成为发电厂、变电站长期浮充电运行可靠的备用电源。

本发明在解决蓄电池在长期浮充电运行的安全隐患的措施和方法的目的同时，进一步对适用于浮充电运行方式有关充放电曲线和基本技术数据进行分析，确定蓄电池的正常运行各种参数的选择；编制蓄电池容量计算数据表，选择蓄电池容量；以及确定既符合长期浮充电运行的备用电源要求，又满足电池安全的直流系统系统接线和配置相关保护装置、监控装置等设备。

如下做进一步论述：

1.消除长期浮充电运行的安全隐患的措施和方法。

   为防止因长期浮充电方式运行，造成个别电池电压偏高而发生事故，现在采用的方法是：采用国外引进蓄电池管理系统（BMS）对电压偏高电池进行平衡保护，同时断开充电回路，以保证电池的安全。

对电力工程直流系统备用电源来说，断开系统浮充电回路方法，存在影响系统安全隐患。另外，考虑到万一BMS拒动，电池发生事故的隐患仍存在。所以，本发明采用了双重保护方式：即增加了电池本体自主均衡保护和外部均衡保护装置（BPD）结合的方式， BPD是吸收BMS中有关电池均衡保护原理和国内电池监控装置结合的一种电池均衡保护装置。同时，对充电装置、电池检测、信号报警、与上位机通讯作出改进。

2.对电池进行适用于浮充电运行方式的试验。

磷酸铁锂电池目前国内外尚无完整的，适宜用于浮充电方式运行的试验数据和曲线，所以在应用中盲目性很大，连最基本的蓄电池容量计算都不知怎么计算。我们通过下列试验，来得出适用于浮充电运行方式的数据。

1放电特性（包括单体和模块放电方式）；

2浮充电状态端电压偏差；

3均衡充电；

4温度与浮充电压关系；

5温度与容量关系；

6蓄电池直流内阻测试（一次电压法、二次电压法）；

7新旧电池放电电压对比；

8容量换算系数测试；

9浮充电运行寿命测试（包括常温和高温充电方式）；

3.根据上述试验数据确定下述基本参数。

   1 确定工程选用的浮充电电压、电流、110V、220V蓄电池组蓄电池个数；

   2 确定蓄电池放电终止电压；

3 提出蓄电池品质的判据；

4 确定均充、浮充电转换模式和时间；

   5 确定蓄电池对环境温度要求，是设计的一个重要数据；

   6 计算蓄电池出口短路电流；

7 将初始内阻和运行后内阻比较进行蓄电池状态判别；

   8 为半容量核对性放电提供试验依据；

   9 是选择蓄电池容量的基础数据；

  10 是充放电运行方式能否转化为浮充电运行方式重要判据。

4.编制容量换算系数表。

  容量换算系数表是蓄电池容量计算最基本数据。

5.磷酸铁锂电池的直流系统接线。

目前常用的接线方案有以下二种：

5.1常用的接线方案图,如图1所示。

充放电采用同口方式，主回路上串联接触器与熔断器组成系统保护电路，在系统出现短路、过充、过放时对系统进行保护。该图的主要理念是保护蓄电池组本体，当蓄电池组过充电或过放电时由BMS将主回路断开，这个理念对蓄能变电站可能是适用的，对发电厂和电网变电站是不允许的。

5.2另一常用的接线方案图，如图2所示。