1、钠硫电池运行参数实时检测技术的研究研制报告项目组 2012 年 2 月 13 日一、 概述：1、国内外现状、水平和发展趋势智能电网中大容量存储设备主要采用钠硫电池。由于钠硫电池是智能电网的关键设备，必须在高压大电流的充电及运行中必须在线同步实时（100us）检测每节电池的电流、电压、温度、湿度，确保工作统一，稳定。这类技术简称 BMS 技术。2020 年底电网总储能设备可达到 1.3 亿千瓦，这样可填补用电最高负荷与平均负荷之间的差距，若假设储能电池占到总储能设备比重 10%，那么2020 年末我国储能电池总容量可到 13000MW。国家电网将于 2010 年招标张北 7.50MW 电池储能项
2、目。钠硫电池领域技术领先的生产商是日本 NGK 公司，是目前为止世界上唯一提供商业化产品的钠硫电池供应商，公司正在世界范围内为一些小规模试验项目提供电池。最大的钠硫电池储能站为 9.6MW57.6MWh。其钠硫电池运行参数实时检测技术为该公司自行研发的检测系统。中国科学院上海硅酸盐研究所通过和上海市电力公司合作，成功研制出容量为 650Ah 的钠硫储能单体电池，使我国成为继日本之后世界上第二个掌握大容量钠硫单体电池核心技术的国家。但钠硫电池运行参数实时检测技术的研发还没有开展。2、任务来源：2010 年的 5 月，上海电气自动化设计研究所有限公司在上海市科委组织和领导下，对于在高压大电流的充电
3、及运行中在线同步实时（100us）检测每节电池的电流、电压、温度、湿度等参数进行需求分析和目标整合。经过专家论证和多次修改，制定了严格的科研计划。在这样的技术背景下，2010 年的 7 月，上海电气自动化设计研究所有限公司（以下简称自动化所）提交钠硫电池运行参数实时检测技术的研究的科技研究项目（以下简称项目）的可行性方案。并且由上海市科委正式立项。3、知识产权状况和技术标准状况在没有研制项目之前，世界各公司申请公开的与钠硫电池相关的专利如下表所示，这其中有关钠硫电池运行参数实时检测技术的专利寥寥无几，由于各国的钠硫电池的性能质量不尽相同，暂时没有统一的技术标准。公司名称 公司中文译名 专利数量
4、Electric Power Development Company 日本电力开发公司 2Hitachi 日立 3Industry Academic Cooperation 工业研究院 1Mitsubishi Heavy 三菱重工 2Mitsubishi Rayon 三菱丽阳 2NGK NGK 公司 19Tokyo Electric Power 东京电力 11Nippon Telegraph EALLOW;GpioMuxRegs.GPFMUX.all = 0x0030;EDIS;/* loopback 8 bit data */SciaRegs.SCICCR.all = 0x07;SciaRe
5、gs.SCICTL1.all = 0x03;SciaRegs.SCICTL2.all = 0x03;SciaRegs.SCIHBAUD = 0x00;SciaRegs.SCILBAUD = 0xF3;SciaRegs.SCICTL1.all = 0x23;PieCtrl.PIEIER9.bit.INTx1 = 1;PieCtrl.PIEIER9.bit.INTx2 = 1;/tbd.int SciaTx_Ready(void)unsigned int i;if(SciaRegs.SCICTL2.bit.TXRDY = 1)i = 1;elsei = 0;return(i);int SciaRx
6、_Ready(void)unsigned int i;if(SciaRegs.SCIRXST.bit.RXRDY = 1)i = 1;elsei = 0;return(i);五、 研究样机的性能技术指标： A/D 采样误差： 0.5 Bit。 电压采样误差： 0.5% 电流采样误差： 0.5% 温度采样误差： 1 湿度采样误差： 3%RH 处理器速度： 250MHz 数据处理量： 40Mb/S实验所得数据：次数 温度（） 湿度（RH） 电压(V) 电流(A)1 134 83.3 2.000 39.42 137 82.9 1.996 40.63 136 85.7 2.002 39.74 134
7、83.3 1.997 40.15 134 86.5 1.997 40.46 137 83.1 2.005 40.57 135 87.5 2.003 40.08 134 86.9 2.000 40.59 135 82.8 1.998 40.310 136 83.9 1.996 39.911 135 84.1 1.999 40.612 135 86.4 1.999 39.513 135 87.1 2.004 39.814 135 84.6 1.996 40.315 135 85.9 2.001 40.216 135 84.1 1.999 40.1六、 项目（产品样机）技术特色：1、 数据处理规模大
8、，种类多，容量大。采用 FPGA/DSP 硬件处理技术，以 200KHz 的采样速率采样钠硫电池的电流、电压、温度、湿度。共 256 路数据，总量为 40Mb/S。2、 采集的精度高，一致性好采用多 CPU 实时同步采样 144 节同时工作的钠硫电池的电流、电压、温度、湿度。确保各节钠硫电池工作的稳定性和一致性。共使用 36 片DSP，37 片 FPGA。采样误差均小于 0.5%。3、 算法特殊、存储难度大。采用相控叠加算法配合海量数据缓冲存储，快速处理各节钠硫电池的信号。确保各节钠硫电池响应的灵敏度和一致性。按照逆变系统 PWM的基频 10KHz 的 20 倍即 200KHz 的采样速率进行采样，按照工频电源频率 50Hz 的 200 倍即 10KHz 进行相位的分隔。4、 处理速度快、处理方法独特。采用 250MHz 处理速度，同步并行处理 144 节同时工作的钠硫电池的电流、电压、温度、湿度的信号。确保各节钠硫电池信号处理在时域上的一致性。5、 工矿环境特殊，工艺要求特殊。根据钠硫电池的工作曲线，在高压和大电流运行的在线状态下，自动平衡串联在一起的各节钠硫电池的工作点，延长电池的寿命。
