一種鈉硫電池一致性檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鈉硫電池一致性檢測方法，包括在鈉硫電池服役前進行的下列步驟：鈉硫電池的電池內阻檢測步驟：篩選出電池內阻與電池設計內阻的偏差在±5％之間的鈉硫電池；鈉硫電池的電池容量檢測步驟：篩選出電池容量與電池設計容量的偏差在±2％之間的鈉硫電池；鈉硫電池充放電特性檢測步驟：將充滿電的鈉硫電池以額定電流放電至終止電壓，并將鈉硫電池的電池容量n等分，選取在每個電量等分點處，電壓測量值與理論電壓的差值都在±50毫伏之間的鈉硫電池；鈉硫電池倍率充放電特性檢測步驟：將充滿電的鈉硫電池以N倍額定電流放電至終止電壓，并將鈉硫電池的電池容量m等分，選取在每個電量等分點處，電壓測量值與理論電壓的差值都在±100毫伏之間的鈉硫電池。
【專利說明】
一種鈉硫電池一致性檢測方法
技術領域
[0001 ]本發(fā)明涉電池檢測領域的一種鈉硫電池一致性檢測方法。
【背景技術】
[0002] 鈉硫電池是一種金屬鈉作為負極、硫磺作為正極、r-氧化鋁電解質管作為隔膜， 在280°C~360°C運行的高溫二次電池。鈉硫電池被廣泛應用于削峰填谷、應急電源、風力發(fā) 電等可再生能源的穩(wěn)定輸出以及提高電力質量等方面。在這些應用中，一般需要將單體鈉 硫電池組成電池組或者電池模塊后進行應用。試驗發(fā)現(xiàn)，電池組或者電池模塊的使用壽命 要低于鈉硫電池的使用壽命，造成這一結果的主要原因是鈉硫電池的不一致性。此外，鈉硫 電池的不一致性還會影響電池組或者模塊運行的效率和安全性。
[0003] 鈉硫電池的一致性主要包括初始性能的一致性和使用服役過程中的一致性。初始 性能的一致性包括電池內阻、電池容量、電池充放電特性和電池倍率充放電特性等。使用過 程中的一致性主要指電池內阻、電池容量、電池充放電特性和電池倍率充放電特性等在使 用過程中的衰退率或者變化是否保持一致。已有的方法一般只考慮電池初始性能的一致 性，很少對使用服役過程中的一致性進行考慮，并且往往只考慮電池內阻、電池容量、電池 充放電特性和電池倍率充放電特性等中的一種或者幾種，并不能全面反映電池的一致性。

【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種鈉硫電池一致性檢測方法， 其通過對鈉硫電池的電池內阻、電池容量、電池充放電特性和電池倍率充放電特性等進行 檢測，能夠對鈉硫電池一致性進行全面評價。
[0005] 實現(xiàn)上述目的的一種技術方案是:一種鈉硫電池一致性檢測方法，包括在鈉硫電 池服役前進行的下列步驟：
[0006] 鈉硫電池的電池內阻檢測步驟:篩選出電池內阻與電池設計內阻的偏差在±5% 之間的鈉硫電池；
[0007] 鈉硫電池的電池容量檢測步驟:篩選出電池容量與電池設計容量的偏差在± 2 % 之間的鈉硫電池；
[0008] 鈉硫電池充放電特性檢測步驟：將充滿電的鈉硫電池以額定電流放電至終止電 壓，并將鈉硫電池的電池容量η等分，記錄鈉硫電池在各個電量等分點處的電壓，選取在每 個電量等分點處，電壓測量值與理論電壓的差值都在±50毫伏之間的鈉硫電池，其中η為自 然數(shù)；
[0009] 鈉硫電池倍率充放電特性檢測步驟:將充滿電的鈉硫電池以Ν倍額定電流放電至 終止電壓，并將鈉硫電池的電池容量m等分，記錄鈉硫電池在各個電量等分點處的電壓，選 取在每個電量等分點處，電壓測量值與理論電壓的差值都在±100毫伏之間的鈉硫電池，其 中N>l，m為自然數(shù)；
[0010] 上述步驟均要在相同的電池溫度下進行。
[0011] 進一步的，對經(jīng)過相同次數(shù)次充放電循環(huán)的鈉硫電池進行電池內阻測試，并與鈉 硫電池的電池內阻檢測步驟中所測得的電池內阻進行比較，若電池內阻的增幅在20%之 間，則符合一致性要求。
[0012] 再進一步的，在鈉硫電池服役前進行的鈉硫電池的電池內阻檢測步驟中，以及在 對經(jīng)過相同次數(shù)次充放電循環(huán)的鈉硫電池進行電池內阻測試時，對鈉硫電池進行電池內阻 檢測的方法為直流內阻檢測法或交流內阻檢測法。
[0013]進一步的，鈉硫電池的電池內阻檢測步驟包括：
[0014] 取點步驟:在電池剩余電量為0~100%的范圍內，設定若干個電量等分點，在280 °C~360°C的溫度范圍，設定若干個電池溫度點；
[0015] 充放電及電池內阻檢測步驟:通過充放電調節(jié)鈉硫電池的剩余電量至其中的任意 一個電量等分點，并根據(jù)直流內阻檢測法或交流內阻檢測法檢測鈉硫電池在每個電池溫度 點的電池內阻；
[0016] 曲線擬合步驟:根據(jù)所測得的鈉硫電池在每個電池溫度點的電池內阻，擬合鈉硫 電池的電池內阻相對于電池溫度變化的曲線方程，
[0018] 其中X為電池溫度，y為電池內阻，Αι為由鈉硫電池特性所決定的常數(shù)，ti和yo均為 與鈉硫電池的剩余電量相關的常數(shù)；
[0019] 然后重復充放電及電池內阻檢測步驟和曲線擬合步驟，逐一完成鈉硫電池的剩余 電量處于其它電量等分點時，鈉硫電池的電池內阻相對于電池溫度變化的曲線方程的擬 合；
[0020] 電池內阻測量值獲取步驟:在取點步驟中所設定的電量等分點中選定一個電量等 分點為鈉硫電池的剩余電量，并在取點步驟中所設定的電池溫度點中，選定一個電池溫度 點為鈉硫電池的電池溫度，得到在該剩余電量和電池溫度下的電池內阻的測量值Ri，即為 對鈉硫電池進行篩選的電池內阻。
[0021 ]再進一步的，鈉硫電池的電池容量檢測步驟、鈉硫電池充放電特性檢測步驟和鈉 硫電池倍率充放電特性檢測步驟均在電池內阻測量值獲取步驟所確定的電池溫度下進行。 [0022]更進一步的，鈉硫電池充放電特性檢測步驟和鈉硫電池倍率充放電特性檢測所選 取的電量等分點均選自取點步驟所設定的電量等分點。
[0023] 進一步的，對鈉硫電池以額定電流進行恒流放電，從額定電壓放電至終止電壓;測 量以額定電流進行恒流放電過程中所放出的全部電量，即為鈉硫電池的電池容量。
[0024]采用了本發(fā)明的一種鈉硫電池一致性檢測方法的技術方案，包括在鈉硫電池服役 前進行的下列步驟:鈉硫電池的電池內阻檢測步驟:篩選出電池內阻與電池設計內阻的偏 差在± 5 %之間的鈉硫電池;鈉硫電池的電池容量檢測步驟:篩選出電池容量與電池設計容 量的偏差在± 2 %之間的鈉硫電池;鈉硫電池充放電特性檢測步驟:將充滿電的鈉硫電池以 額定電流放電至終止電壓，并將鈉硫電池的電池容量η等分，記錄鈉硫電池在各個電量等分 點處的電壓，選取在每個電量等分點處，電壓測量值與理論電壓的差值都在±50毫伏之間 的鈉硫電池，其中η為自然數(shù);鈉硫電池倍率充放電特性檢測步驟:充滿電的鈉硫電池以Ν倍 額定電流放電至終止電壓，并將鈉硫電池的電池容量m等分，記錄鈉硫電池在各個電量等分 點處的電壓，選取在每個電量等分點處，電壓測量值與理論電壓的差值都在±100毫伏之間 的鈉硫電池，其中N>l，m為自然數(shù);上述步驟均要在相同的電池溫度下進行。其技術效果 是:其通過對鈉硫電池的電池內阻、電池容量、電池充放電特性和電池倍率充放電特性等進 行檢測，能夠對鈉硫電池一致性進行全面評價。
【附圖說明】
[0025] 圖1為本發(fā)明的一種鈉硫電池一致性的檢測方法中直流內阻檢測法的示意圖。
[0026] 圖2為鈉硫電池標準電壓曲線示意圖。
[0027] 圖3為本發(fā)明的一種鈉硫電池一致性的檢測方法鈉硫電池的電池內阻與充放電循 環(huán)次數(shù)之間的關系示意圖。
【具體實施方式】
[0028] 請參閱圖1，本發(fā)明的發(fā)明人為了能更好地對本發(fā)明的技術方案進行理解，下面通 過具體地實施例，并結合附圖進行詳細地說明：
[0029] 本發(fā)明的目的在于提出一種鈉硫電池一致性的檢測方法，包括下列步驟：
[0030] 第一，鈉硫電池的電池內阻檢測，包括下列步驟：
[0031] 電池內阻檢測的檢測方法包括直流內阻檢測法和交流內阻檢測法。
[0032] 直流內阻檢測法指讓鈉硫電池在短時間內強制通過一個的恒定直流電流，測量鈉 硫電池的正極極耳和負極極耳之間的電壓變化，并根據(jù)歐姆公式計算出電池內阻。
[0033] 交流內阻檢測法指給鈉硫電池施加一個固定頻率和固定電流的交流信號，同時對 鈉硫電池的正極極耳和負極極耳之間的電壓進行采集，經(jīng)過整流、濾波等一系列處理后通 過運放電路計算電池內阻。
[0034] 篩選出電池內阻與電池設計內阻的偏差在± 5 %之間的鈉硫電池。
[0035] 鈉硫電池的電池內阻檢測包括下列步驟：
[0036] 取點步驟:在電池剩余電量為0~100%的范圍內，設定若干個電量等分點，在280 °C~360 °C的溫度范圍，設定若干個電池溫度點。
[0037] 充放電及電池內阻檢測步驟:通過充放電調節(jié)鈉硫電池的剩余電量至其中的任意 一個電量等分點，并根據(jù)直流內阻檢測法或交流內阻檢測法檢測鈉硫電池在每個電池溫度 點的電池內阻。
[0038] 曲線擬合步驟:根據(jù)所測得的鈉硫電池在每個電池溫度點的電池內阻，擬合鈉硫 電池的電池內阻相對于電池溫度變化的曲線方程，
[0040] 其中X為電池溫度，y為電池內阻，Αι為由鈉硫電池特性所決定的常數(shù)，ti和yo均為 與鈉硫電池的剩余電量相關的常數(shù)。
[0041] 然后重復充放電及電池內阻檢測步驟和曲線擬合步驟，逐一完成鈉硫電池的剩余 電量處于其它電量等分點時，鈉硫電池的電池內阻相對于電池溫度變化的曲線方程的擬 合。
[0042] 電池內阻測量值獲取步驟:在取點步驟中所設定的電量等分點中選定一個電量等 分點為鈉硫電池的剩余電量，并在取點步驟中所設定的電池溫度點中，選定一個電池溫度 點為鈉硫電池的電池溫度，并在該剩余電量和電池溫度下，用直流內阻檢測法或交流內阻 檢測法測得鈉硫電池的電池內阻的測量值Ri。
[0043]電池內阻理論值獲取步驟:根據(jù)鈉硫電池內阻測量值獲取步驟所選定的剩余電量 和電池溫度，調用對應的鈉硫電池的電池內阻相對于電池溫度變化的曲線方程，計算鈉硫 電池的電池內阻的理論值R〇。
[0044] 補償值計算步驟:計算鈉硫電池的電池內阻的測量值Ri和鈉硫電池的電池內阻的 理論值Ro之間的差值Δ R，Δ RzRq-Ru
[0045] 標準曲線方程獲取步驟:對鈉硫電池的電池內阻相對于電池溫度變化的曲線方程 進行修正，得到鈉硫電池的電池內阻相對于電池溫度變化的標準曲線方程，可表示為
A R適用于各個電量等分點下的鈉硫電池的電池內阻相對于電 池溫度變化的標準曲線方程。
[0046] 而鈉硫電池的電池內阻即為鈉硫電池的電池內阻的測量值Ri。
[0047] 第二，對篩選出來的鈉硫電池的電池容量進行檢測：
[0048] 鈉硫電池在電池內阻測量值獲取步驟中所選定的電池溫度下，對鈉硫電池以額定 電流進行恒流放電，從額定電壓放電至終止電壓。測量以額定電流進行恒流放電過程中所 放出的全部電量，即為鈉硫電池的電池容量，篩選出電池容量與電池設計容量的偏差在土 2 %之間的鈉硫電池。
[0049] 第三，對篩選出來的鈉硫電池進行充放電特性進行檢測：
[0050] 電池充放電特性指鈉硫電池在充電和放電過程中其電壓和電流所具有的特點。電 池內阻和電池容量一致的鈉硫電池，在充電和放電過程中其電壓和電流可能具有不同的特 點。
[0051] 在電池內阻測量值獲取步驟中所選定的電池溫度下，充滿電的鈉硫電池以額定電 流的恒定電流放電至終止電壓，同時在取點步驟所設定的電量等分點中，選取若干個電量 等分點，記錄鈉硫電池的電壓測量值。
[0052]鈉硫電池的理論電壓為:鈉硫電池在任一電量等分點處的標準電壓減去鈉硫電池 在該電量等分點處由于電池內阻造成的壓降。圖2為鈉硫電池的標準電壓曲線示意圖。 [0053]求取在每個所選定的電量等分點處鈉硫電池的電壓測量值與理論電壓的差值，篩 選出在每個所選定電量等分點處，電壓測量值與理論電壓的差值都在±50毫伏之間的鈉硫 電池。
[0054] 第四，對篩選出來的鈉硫電池倍率充放電特性進行檢測：
[0055] 鈉硫電池在服役過程中為了滿足工況要求常常要進行倍率充放電，電池在倍率充 放電過程中體現(xiàn)出來的倍率充放電特性可能與額定電流充放電過程中體現(xiàn)出來的充放電 特性存在較大差異。
[0056] 在電池內阻測量值獲取步驟中所選定的電池溫度下，充滿電的鈉硫電池以N倍額 定電流的恒定電流放電至終止電壓，同時在取點步驟所設定的電量等分點中，選取若干個 電量等分點，記錄鈉硫電池在所選取的電量等分點的電壓測量值。
[0057]鈉硫電池的理論電壓為:鈉硫電池在任一電量等分點處的標準電壓減去鈉硫電池 在該電量等分點處由于電池內阻造成的壓降。
[0058] 求取在每個所選定的電量等分點處鈉硫電池的電壓測量值與理論電壓的差值，篩 選出在每個所選定電量等分點處，電壓測量值與理論電壓的差值都在±100毫伏之間的鈉 硫電池。
[0059] 根據(jù)得到的電池內阻、電池容量、電池充放電特性和電池倍率充放電特性的數(shù)據(jù) 對鈉硫電池進行篩選和分類，保證電池組或者模塊組裝過程中使用的鈉硫電池具有符合設 計要求的初始一致性。
[0060] 此外，在鈉硫電池使用服役過程中，對經(jīng)過若干次充放電循環(huán)的電池模塊中每個 鈉硫電池進行電池內阻、電池容量、電池充放電特性和電池倍率充放電特性的檢測，進而得 到這些參數(shù)的衰退率或者變化情況，最終能夠評價和預測鈉硫電池服役過程中的一致性。 其中電池內阻是必測項目。
[0061 ]本發(fā)明的一種鈉硫電池一致性的檢測方法，通過對電池內阻、電池容量、電池充放 電特性和電池倍率充放電特性等的檢測，能夠對鈉硫電池一致性進行全面評價。
[0062] 實施例
[0063] 取某一型號某一批次10節(jié)鈉硫電池進行檢測，該型號鈉硫電池的電池設計內阻為 3毫歐，電池設計容量為400安時，額定電流為60安培。
[0064] 第一，用直流內阻檢測法對鈉硫電池的電池內阻進行檢測。在330Γ使用額定電流 將充滿電的鈉硫電池恒流放電至剩余電量為60%，即剩余電量為60%的剩余電量點，擱置2 小時，再使用額定電流恒流放電5秒，擱置2小時，記錄鈉硫電池以額定電流恒流放電5秒時 正極極耳和負極極耳間的瞬間電壓U1，以及鈉硫電池以額定電流恒流放電5秒結束后正極 極耳和負極極耳間的瞬間電壓U2。正極極耳和負極極耳間的瞬間電壓的測試曲線如圖1所 示，電池內阻的計算公式R=(U2-U1)/I，I為鈉硫電池的額定電流。鈉硫電池的電池內阻測 試結果如表1所示，篩選出電池內阻與電池設計內阻的差值在±0.15毫歐之間的鈉硫電池。 [0065] 表1鈉硫電池的電池內阻
[0067]對鈉硫電池的電池容量進行檢測。將充滿電的鈉硫電池在330°C以額定電流恒流 放電至終止電壓，并記錄該過程中所釋放的全部電量，電池容量檢測結果如表2所示，篩選 出電池容量與電池設計容量的偏差在±8安時之間的鈉硫電池。
[0068] 表2鈉硫電池的電池容量
[0070] 第三，對鈉硫電池充放電特性進行檢測。將充滿電的鈉硫電池在330 °C以額定電流 恒流放電至終止電壓，對電池容量2等分，記錄電池在上述電量等分點處的電壓測量值，如 表3所示。根據(jù)鈉硫電池標準電壓曲線計算電池以額定電流恒流放電時的理論電壓曲線，可 知鈉硫電池在剩余容量為0時的理論電壓為1.899V，鈉硫電池在剩余容量為50%時的理論 電壓為1.899V，鈉硫電池在剩余容量為100%，即充滿電時的理論電壓為1.560V。篩選出在 上述電量等分點都能滿足電壓測量值與理論電壓的差值在±50毫伏之間的鈉硫電池。
[0071] 表3鈉硫電池充放電特性
[0072]
[0073]第四，對鈉硫電池倍率充放電特性進行檢測：將充滿電的鈉硫電池在330°C以1.5 倍額定電流恒流放電至終止電壓，對電池容量1等分，記錄鈉硫電池在剩余電量為〇和剩余 電量為100 %處的電壓測量值，如表4所示。根據(jù)鈉硫電池標準電壓曲線計算鈉硫電池以額 定電流恒流放電時的理論電壓曲線，可知鈉硫電池在剩余電量為0時的理論電壓為1.809V， 鈉硫電池在剩余容量100 %時的理論電壓為1.560V。篩選出電壓測量值與理論電壓的差值 在±100毫伏之間的鈉硫電池。
[0074] 表4鈉硫電池倍率充放電特性
[0075]
[0076] 經(jīng)過電池內阻、電池容量、電池充放電特性和電池倍率充放電特性檢測，篩選出 1#、2#、3#、5#、6#、7#、8#和10#號鈉硫電池符合該型號該批次鈉硫電池一致性要求，4#和9# 電池不符合該型號該批測鈉硫電池一致性要求。
[0077] 第五，在鈉硫電池使用服役過程中，選取電池內阻作為評價電池一致性的指標，進 行檢測，得到330 °C下鈉硫電池的電池內阻與充放電循環(huán)次數(shù)之間的關系。如圖3所示，充放 電循環(huán)系數(shù)達到250次時電池內阻與初始的電池內阻的增幅沒有超過20%，說明篩選出來 的電池不但初始一致性符合設計要求，使用服役過程中的一致性也符合設計要求。
[0078]本技術領域中的普通技術人員應當認識到，以上的實施例僅是用來說明本發(fā)明， 而并非用作為對本發(fā)明的限定，只要在本發(fā)明的實質精神范圍內，對以上所述實施例的變 化、變型都將落在本發(fā)明的權利要求書范圍內。
【主權項】
1. 一種鈉硫電池一致性檢測方法，包括在鈉硫電池服役前進行的下列步驟： 鈉硫電池的電池內阻檢測步驟:篩選出電池內阻與電池設計內阻的偏差在±5%之間 的鈉硫電池； 鈉硫電池的電池容量檢測步驟:篩選出電池容量與電池設計容量的偏差在±2%之間 的鈉硫電池； 鈉硫電池充放電特性檢測步驟:將充滿電的鈉硫電池以額定電流放電至終止電壓，并 將鈉硫電池的電池容量η等分，記錄鈉硫電池在各個電量等分點處的電壓，選取在每個電量 等分點處，電壓測量值與理論電壓的差值都在±50毫伏之間的鈉硫電池，其中η為自然數(shù)； 鈉硫電池倍率充放電特性檢測步驟:將充滿電的鈉硫電池以Ν倍額定電流放電至終止 電壓，并將鈉硫電池的電池容量m等分，記錄鈉硫電池在各個電量等分點處的電壓，選取在 每個電量等分點處，電壓測量值與理論電壓的差值都在±100毫伏之間的鈉硫電池，其中N >l，m為自然數(shù)； 上述步驟均要在相同的電池溫度下進行。2. 根據(jù)權利要求1所述的一種鈉硫電池一致性檢測方法，其特征在于:對經(jīng)過相同次數(shù) 次充放電循環(huán)的鈉硫電池進行電池內阻測試，并與鈉硫電池的電池內阻檢測步驟中所測得 的電池內阻進行比較，若電池內阻的增幅在20%之間，則符合一致性要求。3. 根據(jù)權利要求2所述的一種鈉硫電池一致性檢測方法，其特征在于:在鈉硫電池服役 前進行的鈉硫電池的電池內阻檢測步驟中，以及在對經(jīng)過相同次數(shù)次充放電循環(huán)的鈉硫電 池進行電池內阻測試時，對鈉硫電池進行電池內阻檢測的方法為直流內阻檢測法或交流內 阻檢測法。4. 根據(jù)權利要求1所述的一種鈉硫電池一致性檢測方法，其特征在于:鈉硫電池的電池 內阻檢測步驟包括： 取點步驟:在電池剩余電量為〇~1 〇〇 %的范圍內，設定若干個電量等分點，在280 °C~ 360°C的溫度范圍，設定若干個電池溫度點； 充放電及電池內阻檢測步驟:通過充放電調節(jié)鈉硫電池的剩余電量至其中的任意一個 電量等分點，并根據(jù)直流內阻檢測法或交流內阻檢測法檢測鈉硫電池在每個電池溫度點的 電池內阻； 曲線擬合步驟:根據(jù)所測得的鈉硫電池在每個電池溫度點的電池內阻，擬合鈉硫電池 的電池內阻相對于電池溫度變化的曲線方程，f = 4 x exPhf)+八： η 其中X為電池溫度，y為電池內阻，Αι為由鈉硫電池特性所決定的常數(shù)，ti和yo均為與鈉 硫電池的剩余電量相關的常數(shù)； 然后重復充放電及電池內阻檢測步驟和曲線擬合步驟，逐一完成鈉硫電池的剩余電量 處于其它電量等分點時，鈉硫電池的電池內阻相對于電池溫度變化的曲線方程的擬合； 電池內阻測量值獲取步驟:在取點步驟中所設定的電量等分點中選定一個電量等分點 為鈉硫電池的剩余電量，并在取點步驟中所設定的電池溫度點中，選定一個電池溫度點為 鈉硫電池的電池溫度，得到在該剩余電量和電池溫度下的電池內阻的測量值心，即為對鈉 硫電池進行篩選的電池內阻。5. 根據(jù)權利要求4所述的一種鈉硫電池一致性檢測方法，其特征在于:鈉硫電池的電池 容量檢測步驟、鈉硫電池充放電特性檢測步驟和鈉硫電池倍率充放電特性檢測步驟均在電 池內阻測量值獲取步驟所確定的電池溫度下進行。6. 根據(jù)權利要求4所述的一種鈉硫電池一致性檢測方法，其特征在于:鈉硫電池充放電 特性檢測步驟和鈉硫電池倍率充放電特性檢測所選取的電量等分點均選自取點步驟所設 定的電量等分點。7. 根據(jù)權利要求1所述的一種鈉硫電池一致性檢測方法，其特征在于:對鈉硫電池以額 定電流進行恒流放電，從額定電壓放電至終止電壓;測量以額定電流進行恒流放電過程中 所放出的全部電量，即為鈉硫電池的電池容量。
【文檔編號】G01R31/36GK105866701SQ201610480327
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年6月27日
【發(fā)明人】鮑劍明, 龔明光, 夏驥
【申請人】上海電氣鈉硫儲能技術有限公司