CN103199285A - 一种液流电池停机保护方法及液流电池系统 - Google Patents

一种液流电池停机保护方法及液流电池系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种液流电池停机保护方法及一种具有停机保护功能的液流电池系统，属于液流电池领域。一种液流电池停机保护方法，所述方法是将液流电池系统停机后电堆中的正极电解液和负极电解液于电堆外部至少一个容器内混合后再输送回液流电池系统电堆中。该方法可快速将电池内的电能释放，使得电池寿命更长，容量衰减更慢，保证系统长时间稳定运行。

Description

一种液流电池停机保护方法及液流电池系统
技术领域
本发明涉及一种液流电池停机保护方法及一种具有停机保护功能的液流电池系统，属于液流电池领域。
背景技术
电能难以储存而又不可缺少，任何时刻它的生产都要满足用电需求，因此人们一直在寻找既经济又可行的储能技术，来解决供求之间的矛盾，使得电能的生产与需求脱钩。另外电能存储在电能管理、电网辅助服务、电压控制、可再生能源利用、大型不间断电源等方面有着重要作用，若与大型火力发电联合，可降低电站峰值容量、降低发电成本以及减小污染。若与风力、太阳能、潮汐能等可再生能源发电联合，可实现电能的连续平稳供给，满足用户需求。由于液流电池的具有循环寿命长、安全性好、功率与容量可独立设计的特点，操作方便等优点，逐渐成为最有前途的大中型规模电力存储设备的首选之一。其中，全钒液流电池备受青睐。
全钒液流电池电堆或电池系统在充放电结束后电池两端仍存在很高的电压，危害人身健康，且液流电池经历长时间的系统停止后，电池内部正负极电解液容易发生互串现象，造成电解液体积和活性物质价态失衡，从而降低电池系统的储能容量。后期为了恢复或者增加电池系统的容量，往往又增加了新的维护成本。为了避免由于电池内部自放电使电堆内部温度过高的问题，延长液流电池的使用寿命，降低电池系统停止运行后电堆内部的电压已经成为迫切需要解决的问题。中国专利CN102354731A提到当电池系统停止运行后，以连接负载的方式，将电池的残余电量放干净的措施。但是，采用此方法对负载电压等级要求较高，不同电压等级需要使用不同的负载，除此之外，放电负载需要频繁经历充放电循环，对负载寿命性能和寿命要求较高；另一方面，电池虽然执行了放电操作，但是电堆内的电解液在放电过程不经历动态运行，放电过程中产生的大量热量依旧无法带走，从而影响电堆的使用寿命。
发明内容
本发明的目的是提供一种液流电池停机保护方法。
一种液流电池停机保护方法，所述方法是将液流电池系统停机后电堆中的正极电解液和负极电解液于电堆外部至少一个容器内混合后再输送回液流电池系统电堆中。
全钒液流电池系统停机后，存在于电堆中的正负极电解液难以完全反应完毕，电堆中仍然残余正极和负极电解液，正极电解液为4价和5价混合的钒离子溶液，负极电解液为2价和3价混合的钒离子溶液，正负极不同价态电解液的存在是造成电堆内部电压过高，难以消除的主要原因。将残留在电堆中的电解液于电堆外部的容器内混合，在混合容器内：负极电解液发生反应：V2++V4+→V3+，正极电解液发生反应：V5++V3+→V4+，此时混合容器内仅有V3+、V4+价溶液，混合后的电解液为V3+/V4+溶液，将该电解液输送回电堆中，在电堆中发生如下反应：正极：V5++V3+→V4+，负极：V2++V4+→V3+，此时电堆中变为V3+、V4+价混合溶液，纯V3+、V4+价溶液的理论电势差只有0.2V，但由于电堆内部一定会存在V离子渗透，所以正负极是V3+、V4+价混合溶液，此时电势差基本上在0.1V以下，即可避免电堆内部电压过高的问题。
本发明所述发明正、负电解液的混合量可通过下述方法确定：以电池系统即电堆内电解液的SOC状态确定，本领域技术人员可以根据SOC的状态推算出正极V5+离子含量，负极V2+离子含量。电池经历多次充放电循环后，电池正负极两种离子含量的理论值相同，均假设为X，电堆内电解液存留体积为Y，则混合量所需体积=X*Y，其中正极电解液和负极电解液的混合体积相同，均为Y/2。
本发明所述液流电池停机保护方法一个优选的技术方案为：
所述方法是将液流电池系统停机后电堆中的正极电解液和负极电解液于电堆外部一个容器内混合后再输送回液流电池系统电堆中。
本发明的另一目的是提供一种具有停机保护功能的液流电池系统。
一种液流电池系统，所述电池系统包括电堆、正极电解液储罐、负极电解液储罐、正极电解液输送泵、负极电解液输送泵，和
至少一个用于混合正极电解液和负极电解液的容器，
通过接收来自用于混合正极电解液和负极电解液的容器的流体而与用于混合正极电解液和负极电解液的容器相连的至少一个输送泵；
所述至少一个输送泵与电堆相连；
用于连接的管道及控制流体流量的阀门。
本发明所述液流电池系统中电堆、正极电解液储罐、负极电解液储罐、正极电解液输送泵、负极电解液输送泵间的连接为本领域的现有技术，本领域熟练技术人员可以确定各个设备单元的连接和设置方式。
本发明所述用于混合正极电解液和负极电解液的容器为具有抗电解液腐蚀的容器。
本发明所述液流电池系统优选所述电池系统包括电堆、正极电解液储罐、负极电解液储罐、正极电解液输送泵、负极电解液输送泵，和
一个用于混合正极电解液和负极电解液的容器，
通过接收来自用于混合正极电解液和负极电解液的容器的流体而与用于混合正极电解液和负极电解液的容器相连的一个输送泵；
所述输送泵与电堆相连；
用于连接的管道及控制流体流量的阀门。
本发明的有益效果是：该方法投入低，只需泵、阀门及配套管路即可，无需增加外耗设备；简单、直接，可快速将电池内的电能释放掉；对正负极溶液无污染，体积、价态都不会造成失衡；电池寿命更长，容量衰减更慢，保证系统长时间稳定运行。
附图说明
图1为一种具有停机保护功能的液流电池系统的示意图；
附图标记如下：1、电堆，2、正极电解液储罐，3、负极电解液储罐，4、混合液储罐，5、正极电解液输送泵，6、负极电解液输送泵，7、混合液输送泵，801、阀门I，802、阀门II，803、阀门III，804、阀门IV，805、阀门V，806、阀门VI，807、阀门VII，808、阀门VIII，809、阀门IX，810、阀门X，901、管道I，902、管道II，903、管道III，904、管道IV，905、管道V，906、管道VI，907、管道VII，908、管道VIII，909、管道IX，910、管道X。
具体实施方式
下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
实施例1
一种液流电池系统，所述电池系统包括电堆1、正极电解液储罐2、负极电解液储罐3、正极电解液输送泵5、负极电解液输送泵6、混合液储罐4和混合液输送泵7。
电堆1通过管道III903和管道IV904分别连接正极电解液输送泵5和负极电解液输送泵6，并在管道III903和管道IV904上分别设置阀门III803和阀门IV804；正极电解液输送泵5和负极电解液输送泵6分别通过管道I901和管道II902连接正极电解液储罐2和负极电解液储罐3。正极电解液储罐2和负极电解液储罐3分别通过管道V905和管道VI906与管道VII907和管道VIII908相通。电堆1通过管道VII907和管道VIII908连接混合液输送泵7，混合液输送泵7通过管道X910连接混合液储罐4，并于管道X910设置阀门X810；混合液储罐4通过另一管道IX909与管道VII907和管道VIII908相通，并于管道IX909上设置阀门IV809。
当液流电池系统正常运行时正极电解液输送泵5和负极电解液输送泵6开启，阀门I801，阀门II802，阀门III803，阀门IV804，阀门V805，阀门VI806开启，混合液输送泵7关闭，阀门VII807，阀门VIII808，阀门IX809，阀门X810关闭。当电池系统停止运行后，正极电解液输送泵5和负极电解液输送泵6仍开启，阀门I801，阀门II802，阀门III803，阀门IV804，VII807，阀门VIII808，阀门IX809开启，阀门V805，阀门VI806，阀门X810关闭。当混合液储罐4内液体体积符合计算值时，关闭正极电解液输送泵5和负极电解液输送泵6，开启混合液输送泵7，阀门I801，阀门II802，阀门III803，阀门IV804，VII807，阀门VIII808，阀门X810开启，阀门V805，阀门VI806，阀门IX809关闭。当混合液储罐4内液体输送完成后关闭混合液输送泵7，系统正常停止。
当电池功率为22kw时，电池内溶液为200L，SOC状态为50%，电池两端电压为64V，混合液储罐4内储存100L溶液。放电后电压消失。
实施例2
装置及操作方式同实施例1
当电池功率为10kw时，电池内溶液为100L，SOC状态为30%，电池两端电压为47V，混合液储罐4内储存30L溶液。放电后电压消失。
实施例3
装置及操作方式同实施例1
电堆组装成功率为100kw的电池系统后，此时电池系统内储罐溶液为1000L，当电池系统SOC状态为50%时，电池两端电压为320V，此时需要混合液储罐4内储存500L溶液。电池系统放电后，将500L混合溶液注入系统后，电压消失。

Claims (4)

1.一种液流电池停机保护方法，所述方法是将液流电池系统停机后电堆中的正极电解液和负极电解液于电堆外部至少一个容器内混合后再输送回液流电池系统电堆中。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于：所述方法是将液流电池系统停机后电堆中的正极电解液和负极电解液于电堆外部一个容器内混合后再输送回液流电池系统电堆中。
3.一种液流电池系统，其特征在于：所述电池系统包括电堆、正极电解液储罐、负极电解液储罐、正极电解液输送泵、负极电解液输送泵，和
至少一个用于混合正极电解液和负极电解液的容器，
通过接收来自用于混合正极电解液和负极电解液的容器的流体而与用于混合正极电解液和负极电解液的容器相连的至少一个输送泵；
所述至少一个输送泵与电堆相连；
用于连接的管道及控制流体流量的阀门。
4.根据权利要求1所述的液流电池系统，其特征在于：所述电池系统包括电堆、正极电解液储罐、负极电解液储罐、正极电解液输送泵、负极电解液输送泵，和
一个用于混合正极电解液和负极电解液的容器，
通过接收来自用于混合正极电解液和负极电解液的容器的流体而与用于混合正极电解液和负极电解液的容器相连的一个输送泵；
所述输送泵与电堆相连；
用于连接的管道及控制流体流量的阀门。
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