CN104795584A - 实现液流电池系统低温快速启动的方法、装置及液流电池系统 - Google Patents

实现液流电池系统低温快速启动的方法、装置及液流电池系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种实现液流电池系统低温快速启动的方法、装置及液流电池系统，所述方法包括如下步骤：接收功率调度指令；所述功率调度指令中含有液流电池系统输入或输出功率的指定时间；获取液流电池系统启动时间与所述指定时间之间的时间间隔；当所述时间间隔大于等于预设时间间隔时，使正极储罐内的电解液经由正极电解液出口、管路和正极电解液入口直接回到正极储罐，使负极储罐内的电解液经由负极电解液出口、管路和负极电解液入口直接回到负极储罐；加热正极储罐内的电解液和负极储罐内的电解液；本发明实现快速高效的使正极储罐和负极储罐内的电解液温度达到适宜温度，缩短了液流电池系统启动初期的运行时间，提高了液流电池系统的运行效率。

Description

实现液流电池系统低温快速启动的方法、装置及液流电池系统
技术领域
本发明涉及液流电池技术领域，具体为一种实现液流电池系统低温快速启动的方法、装置及液流电池系统。
背景技术
液流电池具有设计灵活(功率和容量可独立设计)、使用寿命长、充放电性能好、选址自由、能量效率高、安全环保、维护费用低和易实现规模化蓄电等其它常规电池所不具备的诸多优点。实际应用时，液流电池可以广泛应用于风能、太阳能等可再生能源发电系统作为储能系统，使产生的电力能够连续稳定的输出；也可以用来对电网进行削峰填谷，将用电低谷的电力储存起来，在用电高峰时输出，以此来平衡电力供需；另外，还可以作为应急电源系统和备用电站等，被认为是最具商业化前景的储能技术之一。目前，多个国家已相继建成kW～MW级的液流电池示范系统，配套于太阳能、风能等可再生能源发电系统起到平滑输出、跟踪计划发电、平衡负荷和削峰填谷等作用。
在实际应用过程中，液流电池往往建造于偏远恶劣的环境，如偏远的孤岛，远离市区的风电场等。并且，很多液流电池系统直接置于室外环境中或没有保温设施的电池室中。在温度较低或纬度较高的地域，液流电池可能会长期处于较低的环境温度下。而根据上级电力需求，液流电池需要进行频繁的停机、启动、停机、再次启动的反复情况。当停机后的液流电池处于较低的环境温度时，当其接收到再次启动的指令后，在液流电池启动初期，由于温度过低，导致电解液粘度增大，电解液流动阻力随之增大，而循环泵带动电解液循环流动所产生的热量不足以使电解液温度快速升高到适宜的运行温度，从而导致液流电池的浓差极化和电极极化大幅度增加，以上因素的存在严重影响了电池快速启动能力以及稳定、持续、高效的运行，使得启动初期电池容量和输出功率进一步降低，启动时间延长。
现有技术中，解决以上问题的常采用的手段是，液流电池启动初期以小电流开始充放电，利用充放电过程产生的热量来逐渐提高电解液温度，但是这种方法使液流电池达到额定运行状态的时间过长，并且由于一直处于小功率或小电流运行，正负极电解液在多次循环经过电堆，增大了与离子传导膜的接触面积和时间，导致大量的正负极电解液的活性物质透过离子传导膜形成自放电，从而能量被大量消耗。中国专利CN201320607243.2提出了一种可以长期保持电解液温度的装置，但该种装置需要长期的加热从而保持电解液的温度，虽然方法直接、有效，但是需要长期供电、费用较高，并且该方式在大规模电池系统的应用方面受到一定限制。目前，尚未有一种方法和系统能够有效解决液流电池初始运行温度较低而带来的低温启动困难甚至是无法启动的难题。
发明内容
本发明针对以上问题的提出，而研制一种实现液流电池系统低温快速启动的方法、装置及液流电池系统。
本发明的技术手段如下：
一种实现液流电池系统低温快速启动的方法，所述液流电池系统包括正极储罐、负极储罐、电堆、电解液循环管路和循环泵，所述方法包括如下步骤：
步骤1：接收到液流电池系统启动指令和功率调度指令；所述功率调度指令中含有液流电池系统输入或输出功率的指定时间；
步骤2：监测正极储罐内的电解液温度和/或负极储罐内的电解液温度；
步骤3：判断正极储罐内的电解液温度或负极储罐内的电解液温度是否低于设定温度阈值，是则执行步骤4，否则直接启动液流电池系统；
步骤4：获取液流电池系统启动时间与所述指定时间之间的时间间隔；
步骤5：当所述时间间隔大于等于预设时间间隔时，断开正极储罐与电堆之间的连接，断开负极储罐与电堆之间的连接，通过管路接通正极储罐的正极电解液出口和正极电解液入口，以及通过管路接通负极储罐的负极电解液出口和负极电解液入口，使正极储罐内的电解液经由正极电解液出口、管路和正极电解液入口直接回到正极储罐，使负极储罐内的电解液经由负极电解液出口、管路和负极电解液入口直接回到负极储罐；
步骤6：加热正极储罐内的电解液和负极储罐内的电解液，并根据液流电池系统启动时间与所述指定时间之间的时间间隔、以及预设电解液温度与所监测的当前电解液温度之间的差值来调节加热功率；
步骤7：当正极储罐内的电解液温度或负极储罐内的电解液温度达到预设电解液温度时，停止加热并启动液流电池系统；
进一步地，当所述时间间隔小于预设时间间隔时，直接启动液流电池系统，同时以最大加热功率对正极储罐内的电解液和负极储罐内的电解液进行加热；
进一步地，所述加热功率利用公式获得，其中，W为加热功率、C为电解液的比热容、m为待加热电解液的质量、ΔT为预设电解液温度与所监测的当前电解液温度之间的差值、Δt为液流电池系统启动时间与所述指定时间之间的时间间隔。
一种实现液流电池系统低温快速启动的装置，所述液流电池系统包括：正极储罐、负极储罐、电堆、正极储罐与电堆之间的管路、负极储罐与电堆之间的管路，所述装置包括：
温度监测模块，用于监测正极储罐内的电解液温度和/或负极储罐内的电解液温度；
温度判断模块，用于判断正极储罐内的电解液温度或负极储罐内的电解液温度是否低于设定温度阈值；
获取模块，用于接收液流电池系统启动指令和功率调度指令，所述功率调度指令中含有液流电池系统输入或输出功率的指定时间；所述获取模块还用于得出液流电池系统启动时间与所述指定时间之间的时间间隔；
时间间隔比较模块，用于对所述时间间隔与预设时间间隔进行比较；
对正极储罐内的电解液和负极储罐内的电解液进行加热的加热器；
连接正极储罐的正极电解液出口和正极电解液入口的第一管路，以及连接负极储罐的负极电解液出口和负极电解液入口的第二管路；
控制模块；所述控制模块用于当正极储罐内的电解液温度或负极储罐内的电解液温度高于等于预设温度阈值时直接控制液流电池系统启动；所述控制模块还用于根据所述时间间隔大于等于预设时间间隔的比较结果，控制正极储罐与电堆之间连接断开、控制负极储罐与电堆之间连接断开、控制第一管路和第二管路接通，使正极储罐内的电解液经由正极电解液出口、第一管路和正极电解液入口直接回到正极储罐，使负极储罐内的电解液经由负极电解液出口、第二管路和负极电解液入口直接回到负极储罐，并控制加热器对正极储罐内的电解液和负极储罐内的电解液进行加热，同时根据液流电池系统启动时间与所述指定时间之间的时间间隔、以及预设电解液温度与所监测的当前电解液温度之间的差值来调节加热器的加热功率，然后当正极储罐内的电解液温度或负极储罐内的电解液温度达到预设电解液温度时，控制液流电池系统启动；
进一步地，所述控制模块还用于根据所述时间间隔小于预设时间间隔的比较结果，直接控制液流电池系统启动、并控制加热器以最大加热功率对正极储罐内的电解液和负极储罐内的电解液进行加热；
进一步地，所述加热器置于正极储罐和负极储罐的电解液内；
进一步地，所述加热器为置于正极储罐和负极储罐底部的加热管结构、置于正极储罐和负极储罐侧壁的加热条、或者置于正极储罐和负极储罐中部的加热搅拌棒；
进一步地，所述正极电解液储罐和负极电解液储罐的外壁上均设置有夹套；所述夹套内设有加热液体，所述加热器置于加热液体内；
进一步地，所述控制模块利用公式获得所述加热功率，其中，W为加热功率、C为电解液的比热容、m为待加热电解液的质量、ΔT为预设电解液温度与所监测的当前电解液温度之间的差值、Δt为液流电池系统启动时间与所述指定时间之间的时间间隔。
一种液流电池系统，包括上述任一项所述的实现液流电池系统低温快速启动的装置。
由于采用了上述技术方案，本发明提供的实现液流电池系统低温快速启动的方法及装置，能够在正极储罐内的电解液温度或负极储罐内的电解液温度低于设定温度阈值时，根据液流电池系统启动时间与液流电池系统输出功率时间之间的时间间隔确定是否对电解液接入电堆的管路进行短接、以及加热器的工作方式和输出功率，实现结合不同的液流电池系统运行要求和功率调度计划，快速高效的使正极储罐和负极储罐内的电解液温度达到适宜温度，缩短了液流电池系统启动初期的运行时间，提高了液流电池系统的运行效率，避免了现有液流电池系统在低温情况下，启动后长期处于小功率运行，电解液多次流经电堆导致自放电大、能量自损耗大的问题。
附图说明
图1是本发明所述方法的流程图；
图2是本发明实施例1的装置的结构示意图；
图3是本发明实施例2的装置的结构示意图；
图中：1、电堆，2、正极储罐，3、负极储罐，4、循环泵，5、第一管路，6、第二管路，7、温度监测模块，8、加热器，9、夹套，10、加热液体。
具体实施方式
如图1所示的一种实现液流电池系统低温快速启动的方法，所述液流电池系统包括正极储罐、负极储罐、电堆、电解液循环管路和循环泵，所述方法包括如下步骤：
步骤1：接收到液流电池系统启动指令和功率调度指令；所述功率调度指令中含有液流电池系统输入或输出功率的指定时间；
步骤2：监测正极储罐内的电解液温度和/或负极储罐内的电解液温度；
步骤3：判断正极储罐内的电解液温度或负极储罐内的电解液温度是否低于设定温度阈值，是则执行步骤4，否则直接启动液流电池系统；
步骤4：获取液流电池系统启动时间与所述指定时间之间的时间间隔；
步骤5：当所述时间间隔大于等于预设时间间隔时，断开正极储罐与电堆之间的连接，断开负极储罐与电堆之间的连接，通过管路接通正极储罐的正极电解液出口和正极电解液入口，以及通过管路接通负极储罐的负极电解液出口和负极电解液入口，使正极储罐内的电解液经由正极电解液出口、管路和正极电解液入口直接回到正极储罐，使负极储罐内的电解液经由负极电解液出口、管路和负极电解液入口直接回到负极储罐；
步骤6：加热正极储罐内的电解液和负极储罐内的电解液，并根据液流电池系统启动时间与所述指定时间之间的时间间隔、以及预设电解液温度与所监测的当前电解液温度之间的差值来调节加热功率；
步骤7：当正极储罐内的电解液温度或负极储罐内的电解液温度达到预设电解液温度时，停止加热并启动液流电池系统；
进一步地，当所述时间间隔小于预设时间间隔时，直接启动液流电池系统，同时以最大加热功率对正极储罐内的电解液和负极储罐内的电解液进行加热；进一步地，所述加热功率利用公式获得，其中，W为加热功率、C为电解液的比热容、m为待加热电解液的质量、ΔT为预设电解液温度与所监测的当前电解液温度之间的差值、Δt为液流电池系统启动时间与所述指定时间之间的时间间隔；所述液流电池系统启动指令和功率调度指令由能量管理系统发出，所述功率调度指令中含有液流电池系统输入或输出功率的指定时间，如指定未来的某一时刻液流电池系统需要输入功率若干kW(充电)或输出功率若干kW(放电)；液流电池系统接收到启动指令后开始准备启动，当液流电池启动完成时(电源完成连接、电解液循环系统打开、各部分通讯连接完毕)获得对应的启动时间，具体地，假设液流电池系统接收到液流电池系统启动指令和功率调度指令的时间为15:00，功率调度指令中含有的指令时间为17:00，即液流电池系统需要在17:00执行功率输入或输出，液流电池系统完成启动时的时间为15:30，那么液流电池系统启动时间与所述指定时间之间的时间间隔为90min。
图2示出了本发明实施例1的装置的结构示意图，如图2所示，一种实现液流电池系统低温快速启动的装置，所述液流电池系统包括：正极储罐2、负极储罐3、电堆1、正极储罐2与电堆1之间的管路、负极储罐3与电堆1之间的管路，所述装置包括：温度监测模块7，用于监测正极储罐2内的电解液温度和/或负极储罐3内的电解液温度；温度判断模块，用于判断正极储罐2内的电解液温度或负极储罐3内的电解液温度是否低于设定温度阈值；获取模块，用于接收液流电池系统启动指令和功率调度指令，所述功率调度指令中含有液流电池系统输入或输出功率的指定时间；所述获取模块还用于得出液流电池系统启动时间与所述指定时间之间的时间间隔；时间间隔比较模块，用于对所述时间间隔与预设时间间隔进行比较；对正极储罐2内的电解液和负极储罐3内的电解液进行加热的加热器8；连接正极储罐2的正极电解液出口和正极电解液入口的第一管路5，以及连接负极储罐3的负极电解液出口和负极电解液入口的第二管路6；控制模块；所述控制模块用于当正极储罐2内的电解液温度或负极储罐3内的电解液温度高于等于预设温度阈值时直接控制液流电池系统启动；所述控制模块还用于根据所述时间间隔大于等于预设时间间隔的比较结果，控制正极储罐2与电堆1之间连接断开、控制负极储罐3与电堆1之间连接断开、控制第一管路5和第二管路6接通，使正极储罐2内的电解液经由正极电解液出口、第一管路5和正极电解液入口直接回到正极储罐2，使负极储罐3内的电解液经由负极电解液出口、第二管路6和负极电解液入口直接回到负极储罐3，并控制加热器8对正极储罐2内的电解液和负极储罐3内的电解液进行加热，同时根据液流电池系统启动时间与所述指定时间之间的时间间隔、以及预设电解液温度与所监测的当前电解液温度之间的差值来调节加热器8的加热功率，然后当正极储罐2内的电解液温度或负极储罐3内的电解液温度达到预设电解液温度时，控制液流电池系统启动；进一步地，所述控制模块还用于根据所述时间间隔小于预设时间间隔的比较结果，直接控制液流电池系统启动、并控制加热器8以最大加热功率对正极储罐2内的电解液和负极储罐3内的电解液进行加热；进一步地，所述加热器8置于正极储罐2和负极储罐3的电解液内；进一步地，所述加热器8由外接电源或UPS电源供电；进一步地，所述控制模块利用公式获得所述加热功率，其中，W为加热功率、C为电解液的比热容、m为待加热电解液的质量、ΔT为预设电解液温度与所监测的当前电解液温度之间的差值、Δt为液流电池系统启动时间与所述指定时间之间的时间间隔；具体地，第一管路5一端连接正极储罐2的正极电解液入口，另一端经由循环泵4和循环泵4所在管路连接正极储罐2的正极电解液出口；所述第一管路5上设置有电磁阀；控制模块通过控制电磁阀实现第一管路5的断开和接通，同样地，第二管路6一端连接负极储罐3的负极电解液入口，另一端经由循环泵4和循环泵4所在管路连接负极储罐3的负极电解液出口；所述第二管路6上设置有电磁阀；所述温度监测模块7置于正极储罐2内或负极储罐3内；进一步地，所述加热器8为置于正极储罐2和负极储罐3底部的加热管结构、置于正极储罐2和负极储罐3侧壁的加热条、或者置于正极储罐2和负极储罐3中部的加热搅拌棒。
图3示出了本发明实施例2的装置的结构示意图，如图3所示，实施例2与实施例1的区别在于：实施例1中的加热器8置于正极储罐2和负极储罐3的电解液内，而实施例2中，所述正极电解液储罐和负极电解液储罐的外壁上均设置有夹套9；所述夹套9内设有加热液体10，所述加热器8置于加热液体10内。
一种液流电池系统，包括上述任一项所述的实现液流电池系统低温快速启动的装置。
现有的液流电池系统，正极储罐的正极电解液入口经由管路连接电堆的正极电解液出口；正极储罐的正极电解液出口经由管路并通过循环泵连接电堆的正极电解液入口；负极储罐的负极电解液入口经由管路连接电堆的负极电解液出口；负极储罐的负极电解液出口经由管路并通过循环泵连接电堆的负极电解液入口。
本发明提供的实现液流电池系统低温快速启动的方法及装置，能够在正极储罐内的电解液温度或负极储罐内的电解液温度低于设定温度阈值时，根据液流电池系统启动时间与液流电池系统输出功率时间之间的时间间隔确定是否对电解液接入电堆的管路进行短接、以及加热器的工作方式和输出功率，实现结合不同的液流电池系统运行要求和功率调度计划，快速高效的使正极储罐和负极储罐内的电解液温度达到适宜温度，缩短了液流电池系统启动初期的运行时间，提高了液流电池系统的运行效率，避免了现有液流电池系统在低温情况下，启动后长期处于小功率运行，电解液多次流经电堆导致自放电大、能量自损耗大的问题。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种实现液流电池系统低温快速启动的方法，所述液流电池系统包括正极储罐、负极储罐、电堆、电解液循环管路和循环泵，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤1：接收到液流电池系统启动指令和功率调度指令；所述功率调度指令中含有液流电池系统输入或输出功率的指定时间；
步骤2：监测正极储罐内的电解液温度和/或负极储罐内的电解液温度；
步骤3：判断正极储罐内的电解液温度或负极储罐内的电解液温度是否低于设定温度阈值，是则执行步骤4，否则直接启动液流电池系统；
步骤4：获取液流电池系统启动时间与所述指定时间之间的时间间隔；
步骤5：当所述时间间隔大于等于预设时间间隔时，断开正极储罐与电堆之间的连接，断开负极储罐与电堆之间的连接，通过管路接通正极储罐的正极电解液出口和正极电解液入口，以及通过管路接通负极储罐的负极电解液出口和负极电解液入口，使正极储罐内的电解液经由正极电解液出口、管路和正极电解液入口直接回到正极储罐，使负极储罐内的电解液经由负极电解液出口、管路和负极电解液入口直接回到负极储罐；
步骤6：加热正极储罐内的电解液和负极储罐内的电解液，并根据液流电池系统启动时间与所述指定时间之间的时间间隔、以及预设电解液温度与所监测的当前电解液温度之间的差值来调节加热功率；
步骤7：当正极储罐内的电解液温度或负极储罐内的电解液温度达到预设电解液温度时，停止加热并启动液流电池系统。
2.根据权利要求1所述的实现液流电池系统低温快速启动的方法，其特征在于当所述时间间隔小于预设时间间隔时，直接启动液流电池系统，同时以最大加热功率对正极储罐内的电解液和负极储罐内的电解液进行加热。
3.根据权利要求1所述的实现液流电池系统低温快速启动的方法，其特征在于所述加热功率利用公式获得，其中，W为加热功率、C为电解液的比热容、m为待加热电解液的质量、ΔT为预设电解液温度与所监测的当前电解液温度之间的差值、Δt为液流电池系统启动时间与所述指定时间之间的时间间隔。
4.一种实现液流电池系统低温快速启动的装置，所述液流电池系统包括：正极储罐、负极储罐、电堆、正极储罐与电堆之间的管路、负极储罐与电堆之间的管路，其特征在于，所述装置包括：
温度监测模块，用于监测正极储罐内的电解液温度和/或负极储罐内的电解液温度；
温度判断模块，用于判断正极储罐内的电解液温度或负极储罐内的电解液温度是否低于设定温度阈值；
获取模块，用于接收液流电池系统启动指令和功率调度指令，所述功率调度指令中含有液流电池系统输入或输出功率的指定时间；所述获取模块还用于得出液流电池系统启动时间与所述指定时间之间的时间间隔；
时间间隔比较模块，用于对所述时间间隔与预设时间间隔进行比较；
对正极储罐内的电解液和负极储罐内的电解液进行加热的加热器；
连接正极储罐的正极电解液出口和正极电解液入口的第一管路，以及连接负极储罐的负极电解液出口和负极电解液入口的第二管路；
控制模块；所述控制模块用于当正极储罐内的电解液温度或负极储罐内的电解液温度高于等于预设温度阈值时直接控制液流电池系统启动；所述控制模块还用于根据所述时间间隔大于等于预设时间间隔的比较结果，控制正极储罐与电堆之间连接断开、控制负极储罐与电堆之间连接断开、控制第一管路和第二管路接通，使正极储罐内的电解液经由正极电解液出口、第一管路和正极电解液入口直接回到正极储罐，使负极储罐内的电解液经由负极电解液出口、第二管路和负极电解液入口直接回到负极储罐，并控制加热器对正极储罐内的电解液和负极储罐内的电解液进行加热，同时根据液流电池系统启动时间与所述指定时间之间的时间间隔、以及预设电解液温度与所监测的当前电解液温度之间的差值来调节加热器的加热功率，然后当正极储罐内的电解液温度或负极储罐内的电解液温度达到预设电解液温度时，控制液流电池系统启动。
5.根据权利要求4所述的实现液流电池系统低温快速启动的装置，其特征在于所述控制模块还用于根据所述时间间隔小于预设时间间隔的比较结果，直接控制液流电池系统启动、并控制加热器以最大加热功率对正极储罐内的电解液和负极储罐内的电解液进行加热。
6.根据权利要求4所述的实现液流电池系统低温快速启动的装置，其特征在于，所述加热器置于正极储罐和负极储罐的电解液内。
7.根据权利要求6所述的实现液流电池系统低温快速启动的装置，其特征在于所述加热器为置于正极储罐和负极储罐底部的加热管结构、置于正极储罐和负极储罐侧壁的加热条、或者置于正极储罐和负极储罐中部的加热搅拌棒。
8.根据权利要求4所述的实现液流电池系统低温快速启动的装置，其特征在于所述正极电解液储罐和负极电解液储罐的外壁上均设置有夹套；所述夹套内设有加热液体，所述加热器置于加热液体内。
9.根据权利要求4所述的实现液流电池系统低温快速启动的装置，其特征在于所述控制模块利用公式获得所述加热功率，其中，W为加热功率、C为电解液的比热容、m为待加热电解液的质量、ΔT为预设电解液温度与所监测的当前电解液温度之间的差值、Δt为液流电池系统启动时间与所述指定时间之间的时间间隔。
10.一种液流电池系统，其特征在于包括权利要求4至9任一项所述的实现液流电池系统低温快速启动的装置。
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