浮充式保护型磷酸铁锂蓄电池及其在电力工程直流系统中的应用技术方案

本发明专利技术公开了浮充式保护型磷酸铁锂蓄电池，该电池包含磷酸铁锂正极、负极、隔膜、电解液，及外壳，该外壳包含盖板组件及壳身，该盖板组件包含：盖板，正极柱组件，负极柱组件，设置在盖板中央的具有螺纹凸缘的注液口，该注液口向盖板外侧凸起形成管状空腔，该管状空腔直径大于注液机针头，该管状空腔的内壁设有螺纹；及，设置在注液口上的拆卸式安全阀，通过该安全阀的拆卸，可以反复对电池的电解液进行补充。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。磷酸铁锂电池的直流系统接线除蓄电池本体内部采用自主均流外，在每个蓄电池二端并联了蓄电池保护装置；用于110KV及以下变电站，磷酸铁锂蓄电池组容量宜不超过200Ah。本发明专利技术解决了蓄电池在长期浮充电运行的安全隐患。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了浮充式保护型磷酸铁锂蓄电池，该电池包含磷酸铁锂正极、负极、隔膜、电解液，及外壳，该外壳包含盖板组件及壳身，该盖板组件包含：盖板，正极柱组件，负极柱组件，设置在盖板中央的具有螺纹凸缘的注液口，该注液口向盖板外侧凸起形成管状空腔，该管状空腔直径大于注液机针头，该管状空腔的内壁设有螺纹；及，设置在注液口上的拆卸式安全阀，通过该安全阀的拆卸，可以反复对电池的电解液进行补充。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。磷酸铁锂电池的直流系统接线除蓄电池本体内部采用自主均流外，在每个蓄电池二端并联了蓄电池保护装置；用于110KV及以下变电站，磷酸铁锂蓄电池组容量宜不超过200Ah。本专利技术解决了蓄电池在长期浮充电运行的安全隐患。【专利说明】淳充式保护型磷酸铁锂蓄电池及其在电力工程直流系统中 的应用
本专利技术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。
技术介绍
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。 随着现代工业社会的发展，对化石燃料的消耗急剧扩大，交通运输对燃油的消耗 尤为突出。锂离子电池作为一种新型的电能储存载体，以其电压高、比能量大、安全性好和 无污染等优点备受人们关注。大容量方形锂离子电池的循环寿命是评价动力电池性能的一 项重要指标。然而，由于电池内部化学体系中存在副反应等因素，锂离子电池在循环一定周 期后，电解液、电解质、功能添加剂等会有一定的损失，从而造成电池的循环性能下降，循环 寿命缩短；副反应产生的废气，会造成电池一定程度的鼓胀，产生安全隐患。 常规的锂离子电池的注液大多是通过盖板平面上的小孔或者极柱中心的细长管 状结构进行，然后对小孔或者细管植入密封件(如钢珠等）进行过盈配合、焊接等封闭处理， 其优点在于它解决了传统过盈配合密封不严导致的微漏情况和传统激光焊接引入热量大 从而影响电解液的情况，但小孔或细管结构仍给注液造成一定的难度，电解液粘度大，容易 在电池内腔顶部堆积，而为避免这种现象，往往在注液过程中采用先将电池内部抽气制造 负压，再注液的多次循环方式，这种方式对设备要求高，操作周期长。更重要的是，这种方案 仍然属于传统的永久性封闭的电池设计，不能解决电池内部化学体系由于长期循环导致的 电解液消耗等变化，不可以对其内部进行人工维护。 中国专利CN 102097602 A中，采用极柱中心开细管的方式，管径上小下大，极柱外 侧套弹性套管用以密封。这种方式避免了钢珠封口带来的不能反复注液的问题，在一定程 度上使得电池具备了可维护性，但是电池外部引入机械强度不高的零件，也带来一定的使 用风险。而且存在橡胶套管老化造成的密封隐患，影响功能特性，缩短寿命，不适用于要求 比较高的电动车领域。 锂电池在电动汽车、储能、后备电源等领域具有非常广泛的应用前景，但是由于电 池使用环境的不同、电池本身制造工艺的差异等因素导致电池组系统中单体电池直接不一 致性较大，限制了系统容量的发挥。为了解决电池组系统中单体不一致的问题，人们尝试多 种方法改进电池的一致性。首先，在制造工艺上提高控制精度，降低单体电池制造工艺方 面导致的一致性差问题。其次在电池组系统中增加热管理系统，从而使所有单体的使用环 境差异维持在一个较小的水平。第三，通过外部均衡电路来对改进单体电池由于自身原因 导致的不一致问题。 锂电池组系统状态复杂，目前针对通过外部电路来改进电池一致性的方法主要分 为两种：能耗式均衡电路和非能耗式均衡电路。能耗式均衡电路主要是通过将容量高的电 池的能量通过均衡电路转化为热，从而使电池容量降低至同其他单体电池相近或一致的状 态。非能耗式均衡电路目前主要是通过将容量高的单体能量转移至最低容量的单体电池， 从而达到电池容量相对一致的的状态。能耗式均衡电路的方式控制相对简单，但是浪费了 能量，同时产生的热无法散去的话容易造成热失控，降低系统的安全性。目前的非能耗式均 衡电路的方法，具有不消耗能量的特点，但是控制相对复杂，且均衡效率不高。 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。
技术实现思路
本专利技术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。 本专利技术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。 本专利技术的目的之一是提供一种浮充式保护型磷酸铁锂蓄电池（自均衡的锂离子电 池)，该电池的内部维护通过盖板上可拆卸式安全阀进行，维护结束后将安全阀重新装配， 电池经过充分浸润与活化后，能够继续工作，所述维护包括电解液、溶剂和氧化还原飞梭添 加剂等的补充，以及，废气的排除。 本专利技术改变电池结构设计思路，将传统的注液口永久性密封方式(焊接、过盈配合 等）改为螺纹配合的机械连接方式，实现对电池内部化学环境进行维护，达到延长电池使用 寿命和提商安全性的目的。 为达到上述目的，本专利技术提供了一种浮充式保护型磷酸铁锂蓄电池，该电池包含 磷酸铁锂正极、负极、隔膜、电解液，及外壳，该外壳包含盖板组件及壳身，其中，该盖板组件 包含： 盖板；正极柱组件；负极柱组件；设置在盖板中央的具有螺纹凸缘的注液口，该注液口 向盖板外侧凸起形成管状空腔，该管状空腔直径大于注液机针头，该管状空腔的内壁设有 螺纹；该注液口作为物质补充和废气排出的通道；在注液口的凸缘上设置螺纹作为与可拆 式安全阀进行连接的结构；及设置在注液口上的拆卸式安全阀，通过该安全阀的拆卸，可以 反复对电池的电解液进行补充； 其中，该正极柱组件与负极柱组件对称设置在注液口两侧的盖板上。 上述的浮充式保护型磷酸铁锂蓄电池，其中，所述的电解液中还含有质量浓度为 0. 01%-1%的氧化还原飞梭添加剂。所述的氧化还原飞梭添加剂在电池发生过充时，在正极 失去电子，经由电解液扩散至负极，然后在负极被还原，再扩散回正极，以此来消耗电池在 过充时产生的多余的电量，防止单体电池过充从而引起安全问题，组成模块时可以通过充 放电对有SOC (电池荷电状态）差异的单体起到均衡作用。 上述的浮充式保护型磷酸铁锂蓄电池，其中，所述的氧化还原飞梭添加剂为芳香 族类氧化还原电对，可选择噻蒽、萘、2, 5-二特本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种浮充式保护型磷酸铁锂蓄电池，包含磷酸铁锂正极、负极、隔膜、电解液，及外壳，该外壳包含盖板组件及壳身，其特征在于，该盖板组件包含：盖板（1）；正极柱组件（2）；负极柱组件（3）；设置在盖板中央的具有螺纹凸缘的注液口（4），该注液口（4）向盖板外侧凸起形成管状空腔，该管状空腔直径大于注液机针头，内壁设有螺纹；及设置在注液口（4）上的拆卸式安全阀（5），通过安全阀的拆卸，能反复对电池的电解液进行补充；其中，该正极柱组件（2）与负极柱组件（3）对称设置在注液口（4）两侧的盖板上。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：孙茗，於崇干，刘百震，盛和乐，杨忠亮，侯耀华，王东，蒋新华，陈萍，贾江涛，刘思，刘扬，侯敏，赵文鹏，曹辉，
申请(专利权)人：上海凯华电源成套设备有限公司，中国电力工程顾问集团华北电力设计院工程有限公司，上海航天电源技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：上海;31