一种以水系钠离子电池作为储能模块的UPS系统的制作方法

一种以水系钠离子电池作为储能模块的ups系统
技术领域
1.本实用新型涉及工业废气处理技术领域，特别是涉及一种以水系钠离子电池作为储能模块的ups系统。


背景技术：

2.ups (uninterruptible power supply) 即不间断电源。是一种含有储能装置，以逆变器为主要组成部分的恒压、恒频的电源设备。顾名思义，它就是在市电停止供应的时候，能保持一段时间供电的机器，是一种能够提供持续、稳定、不间断电力供应的专用设备。在机器有电工作时，将市电交流电逆变，并储存在自己的电源中；发生停止供电，又将所存储的电能释放。目前ups电源中广泛使用的电池为免维护铅酸电池。作为ups系统中的储能部件，铅酸电池对温度敏感，设备所处温度必须在20-25℃之间，温度每升高8.3℃，电池寿命将减一半；寿命较短等问题；并且在不及时恢复性充电时会对电池造成不可逆损害。另外，铅酸蓄电池制造产业链（包括原生铅冶炼、电池制造、电池回收、再生铅冶炼）存在较高的铅污染风险，管理不善会对环境造成污染和对人体健康产生危害。
3.近几年，基于水性电解液（ph呈中性）的盐水储能电池引起了研究者的广泛关注，其中较为成熟的是水系钠离子电池。正负极活性物质采用可以脱嵌钠离子的化学物质，配以中性盐的水溶液作为电解质，正负极通过离子嵌脱电化学反应或者混合反应储存电量，且在充放电过程中存在较少的不可逆反应，为电池的长寿命循环提供了坚实的理论依据，并且钠资源丰富且价格低廉，是大规模储能电池领域中最具有潜力的体系之一。因而，有必要开发利用水性电解液的盐水储能电池作为储能模块的ups系统。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于针对背景技术中所述的现有的以铅酸蓄电池作为储能模块的ups存在的问题，提供一种以水系钠离子电池作为储能模块的ups系统。
5.为实现以上目的，本实用新型通过以下技术方案予以实现：一种以水系钠离子电池作为储能模块的ups系统，其包括ups主机、水系钠离子电池储能模块和检测电路，ups主机的输入端连接电网，ups主机的输出端连接负载，水系钠离子电池储能模块与ups主机的备用电源输入端电连接，检测电路分别与水系钠离子电池储能模块和ups主机电连接，水系钠离子电池储能模块包括多个相互串联或并联的水系钠离子电池单元，每个水系钠离子电池单元都包括壳体、正极端子、负极端子、电解液和若干组电芯组件，电芯组件设置在壳体内，电解液充于壳体内，正极端子和负极端子设置在壳体的外部，每组电芯组件都包括正极极片、负极极片、隔膜和集流体，正极极片、负极极片、隔膜和集流体按照负极极片、集流体、负极极片、隔膜、正极极片、集流体、正极极片的顺序堆叠成为一组电芯组件。
6.作为上述的以水系钠离子电池作为储能模块的ups系统的进一步改进，水系钠离子电池储能模块包括若干个串联的水系钠离子电池单元。通过多个串联的水系钠离子电池单元组成的水系钠离子电池储能模块能够输出较高的电压，符合电压要求较高的ups系统
的应用要求。
7.作为上述的以水系钠离子电池作为储能模块的ups系统的进一步改进，水系钠离子电池储能模块包括若干个电池模组，每个电池模组都包括若干个串联的水系钠离子电池单元，各个电池模组之间相并联。通过这种设置，将多个水系钠离子电池单元串联组成电池模组，再并联组成水系钠离子电池储能模块，能使水系钠离子电池储能模块输出充足的电压和电能，为负载提供适合的电压，并能持续较长的时间。
8.作为上述的以水系钠离子电池作为储能模块的ups系统的进一步改进，所述的集流体为金属集流体，厚度为0.02-0.1 mm。集流体可以选择不锈钢箔、钛箔、镍箔等材料，能使其具有很好的导电性和抗腐蚀性能。
9.作为上述的以水系钠离子电池作为储能模块的ups系统的进一步改进，所述的隔膜采用玻璃纤维隔膜、聚合物隔膜或纤维无纺布，厚度0.1-2 mm。通过设置玻璃纤维隔膜、聚合物隔膜或纤维无纺布的隔膜，能使隔膜具有较强的耐腐蚀性和绝缘性。
10.本实用新型具有积极的效果：1）本实用新型的ups系统，以水系钠离子电池作为储能模块，水系钠离子电池的工作温度范围为-30-50℃，与现有的作为ups储能模块的铅酸电池相比，温域得到了大幅度的拓宽，且水系钠离子电池与铅酸电池相比无污染性物质，且在充放电过程中存在较少的不可逆反应，原料主要采用低成本的陶瓷级原料，因而，具有环境友好，使用寿命长，成本低等优点，因而能使ups系统使用更环保，降低成本，且具有更持久的使用寿命；2）本实用新型的ups系统，用多个水系钠离子电池单元以串联和并联的方式形成的水系钠离子，能够根据负载的用电要求进行灵活设计，使其更符合负载的用电要求；３）本实用新型的ups系统，与铅酸电池相比，水系钠离子电池维护更为简单，而且水系钠离子电池无腐蚀性液体，不会爆炸，使用更安全；４）本实用新型的ups系统，作为储能模块的水系钠离子电池的正负极活性物质来源广泛，价格低廉，对环境无污染，使得水系钠离子电池绿色低成本，且可大规模商用。
附图说明
11.图1为本实用新型的以水系钠离子电池作为储能模块的ups系统结构示意图。
12.图2为水系钠离子电池单元的结构示意图。
13.图3为水系钠离子电池单元的中设有两组电芯组件的实施例的结构示意图。
14.图4为一种实施例的水系钠离子电池的结构示意图。
15.图5为另一种实施例的水系钠离子电池的结构示意图。
16.图中的附图标记如下：ups主机１，水系钠离子电池储能模块２，水系钠离子电池单元21，壳体211，正极端子212，负极端子213，电解液214，电芯组件215，正极极片2151，负极极片2152，隔膜2153，集流体2154，检测电路３，电网４，负载５。
具体实施方式
17.下面通过实施例对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
18.如图1至图5所示为本实用新型的一种以水系钠离子电池作为储能模块的ups系统，其包括ups主机1、水系钠离子电池储能模块2和检测电路3。
19.ups主机1是ups系统中的控制组件，用于电网供电与储能模块供电之间的自动切换，现有技术中已有很多ups主机1的设计，在此不做赘述。ups主机1的输入端连接电网4，ups主机1的输出端连接负载5。
20.水系钠离子电池储能模块2是本实用新型的核心组件，水系钠离子电池储能模块2由多个水系钠离子电池单元21组成，水系钠离子电池单元21的连接方式根据设计的需要灵活设置，可以为并联或串联或并联与串联的结合。水系钠离子电池储能模块2与ups主机1的备用电源输入端电连接。
21.如图4所示，作为一种实施方案，水系钠离子电池储能模块2由多个水系钠离子电池单元21串联而成。
22.如图5所示，作为另一种实施方案，由多个水系钠离子电池单元21串联组成电池模组，多个电池模组再相互并联组成水系钠离子电池储能模块2。
23.每个水系钠离子电池单元21都包括壳体211、正极端子212、负极端子213、电解液214和若干组电芯组件215。
24.其中的电解液中的电解质采用可溶性无机钠盐，包括但不限于na2so4、na2so3，nano3和nacl中的至少一种，电解液214充斥于壳体211内。
25.如图2和图3所示，电芯组件215的数量可以根据需要来设置，电芯组件215设置在壳体211内，电解液214充于壳体211内，正极端子212和负极端子213设置在壳体211的外部，每组电芯组件215都包括正极极片2151、负极极片2152、隔膜2153和集流体2154，正极极片2151、负极极片2152、隔膜2153和集流体2154按照负极极片2152、集流体2154、负极极片2152、隔膜2153、正极极片2151、集流体2154、正极极片2151的顺序堆叠成为一组电芯组件215。一个电芯组件215以其端部的正极极片2151（或负极极片）与另一个电芯组件215端部的负极极片2152（或正极极片）相对堆叠即可完成两组电芯组件215的堆叠，多组电芯组件215的堆叠也是同理，堆叠的电芯组件215都设置在同一个水系钠离子电池单元21的壳体211内。
26.正极极片2151可以采用锰基氧化物，正极活性物质和碳材料混合后，经过干压成型得到正极极片，负极极片可以采用可脱嵌钠离子的钛磷氧化物，负极活性物质和碳材料混合后，经过干压成型得到负极极片。
27.上述的集流体2154为金属集流体，厚度为0.02-0.1 mm。集流体可以选择不锈钢箔、钛箔、镍箔等材料，能使其具有很好的导电性和抗腐蚀性能。
28.上述的隔膜2153采用玻璃纤维隔膜、聚合物隔膜或纤维无纺布，厚度0.1-2 mm。
29.检测电路3用于检测水系钠离子电池储能模块2的电压、电流、温度和剩余电量等工作参数。检测电路3分别与水系钠离子电池储能模块2和ups主机1电连接。检测电路3能将检测的数据发送至ups主机1，ups主机1根据检测的水系钠离子电池储能模块2的工作参数，判断是否通过电网3对水系钠离子电池储能模块2进行充电，以及充电完成后自动停止充电。
30.本实用新型的以水系钠离子电池作为储能模块的ups系统，在电网正常供电时，电网电能通过ups主机后输送至负载，为负载供电，当电网电路出现故障或者需要检修时，ups
主机控制与电网连接的输入端断开，并同时控制与水系钠离子电池储能模块连接的备用电源输入端导通，使水系钠离子电池储能模块的电能通过ups主机后输送至负载。检测电路用于对水系钠离子电池储能模块的状态参数进行检测，例如检测水系钠离子电池储能模块的温度、电压、电量、电流等参数，当水系钠离子电池储能模块出现异常状况时，ups主机根据检测电路传输的数据提示检修人员对水系钠离子电池储能模块进行检修，当水系钠离子电池储能模块电量不足时，电网电能在通过ups主机为负载供电的同时，通过ups主机对水系钠离子电池储能模块进行充电，并在充电完成后自动停止充电。
31.本实用新型的ups系统以水系钠离子电池作为储能模块，水系钠离子电池的工作温度范围为-30-50℃，温域更宽，使其与铅酸电池相比更能适应高温或低温的工作环境。水系钠离子电池与铅酸电池相比无污染性物质，环境友好，无腐蚀性液体，不会爆炸，使用更安全；且在充放电过程中存在较少的不可逆反应，使用寿命很长，通常能达到铅酸电池使用寿命的3-4倍，原料主要采用低成本的陶瓷级原料，成本较低，因而能使ups系统使用温域更宽，更环保，更安全，降低成本，且具有更持久的使用寿命。水系钠离子电池的正负极活性物质来源广泛，价格低廉，对环境无污染，使得水系钠离子电池绿色低成本，且可大规模商用。用多个水系钠离子电池单元以串联和并联的方式形成的水系钠离子，能够根据负载的用电要求进行灵活设计，使其更符合负载的用电要求。
32.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。