CN105742668B - 一种全钒液流电池系统电解液流量优化控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种全钒液流电池系统电解液流量优化控制方法，在单片机控制下，在电池运行过程中，根据充放电状态监控仪采集的充放电状态值SOC，计算需要的电解液流量，通过变频器调节离心泵的工作频率，保证全钒液流电池系统在选择的流量下运行。本发明提出一种在电池充放电过程中分段增加电解液流量的控制策略，强化电池内液相传质，降低浓差极化，提高电池性能。

Description

一种全钒液流电池系统电解液流量优化控制方法

技术领域

本发明涉及一种全钒液流电池系统电解液流量优化控制方法，属于储能技术领域。

背景技术

全钒液流电池在充放电过程中，电解液中反应活性物的量逐渐降低，尤其是在充放电末期，反应活性物浓度很低，在充放电截止电压范围较高时，充放电末期极易出现反应活性物供应不足，传质很差，将引起较大的浓差极化，降低电池效率。提高电解液流量可以强化全钒液流电池在充放电过程中的传质，降低电池浓差极化。但是提高电解液流量将会增加泵路损耗，降低电池系统的能量效率。为了保证在合理泵耗的前提下，强化电池内液相传质，降低浓差极化，需要优化控制电池在充放电过程中的电解液流量。在合理的泵耗范围前提下，在电池充放电过程中分段增加电解液流量的控制策略，可以强化电池内液相传质，进而达到降低浓差极化，提高电池性能的目的。

发明内容

为实现上述目的，本发明提出了一种全钒液流电池系统电解液流量优化控制方法，具体技术方案如下：

所述全钒液流电池系统包括：正极电解液储罐、负极电解液储罐、二个离心泵、二个流量计、液流电池单元、二个变频器、监控SOC的充放电状态监控仪、单片机、电源、负载；正极电解液储罐通过离心泵经一个流量计与液流电池单元的正极入口相连，液流电池单元的正极出口通过管路与正极电解液储罐相连；负极电解液储罐通过离心泵经另一个流量计与液流电池单元的负极入口相连，液流电池单元的负极出口通过管路与负极电解液储罐相连；液流电池单元的正负电极分别与电源导线连接，连接线路中串连有负载和充放电状态监控仪；二个离心泵通过导线分别经二个变频器与电源连接；单片机分别与二个流量计、二个变频器、充放电状态监控仪输出信号连接；

在单片机控制下，在电池运行过程中，根据充放电状态监控仪采集的充放电状态值SOC，计算需要的电解液流量，通过变频器调节离心泵的工作频率，保证全钒液流电池系统在选择的流量下运行。

确立电解液流量与电池充放电状态的对应关系如下：按照当前的全钒液流电池系统的连接方式，将液流电池充放电状态划分成三个区间，第一个为SOC小于等于50％，第二个为SOC值50-80％，第三个为SOC值大于80％；在小于等于50％充放电状态时流量保持恒定，其流量为50％时SOC对应的理论所需流量A；当充放电状态增加，50-80％时，电解液流量逐渐增加，由A线性梯度增加到80％时SOC对应的理论所需流量B；在充放电状态大于80％时，电解液流量增幅变大，由B线性梯度增加到100％时SOC对应的理论所需流量C；整个充放电过程中的电解液流量值应综合考虑电池系统的能量效率的基础上获得优化控制的电解液流量。

所述理论所需流量计算方法为：

C_in＝C₀×(1-SOC)

式中：Q为电解液流量，λ为修正因子，I为电流密度，A为电极进口截面积，n为反应电子转移数，F为法拉第常数，Cin为正极或负极反应物进口浓度，C0为反应物初始浓度，SOC为充放电状态。

所述理论所需流量计算式中，当SOC小于等于80％时，修正因子为λ₁，SOC大于80％时，修正因子为λ₂，其中λ₁小于λ₂。

本发明有益效果

本发明提出的一种在电池充放电过程中分段增加电解液流量的控制策略，强化电池内液相传质，降低浓差极化，提高电池性能。

具体实施方式

不同SOC区间优化的电解液流量为：

(1)SOC小于等于50％，其流量为50％时SOC对应的理论流量A：

(2)SOC为50-80％时，电解液流量由A线性梯度增加到80％时SOC对应的理论所需流量B：

(3)SOC值大于80％，电解液流量由B线性梯度增加到100％时SOC对应的理论所需流量C：

全钒液流电池采用不同SOC区间优化的电解液流量运行，电池内传质得到强化，电池效率在80mA cm^-2提高了1.85％。

Claims (1)

1.一种全钒液流电池系统电解液流量优化控制方法，所述全钒液流电池系统包括：正极电解液储罐、负极电解液储罐、二个离心泵、二个流量计、液流电池单元、二个变频器、监控SOC的充放电状态监控仪、单片机、电源、负载；正极电解液储罐通过离心泵经一个流量计与液流电池单元的正极入口相连，液流电池单元的正极出口通过管路与正极电解液储罐相连；负极电解液储罐通过离心泵经另一个流量计与液流电池单元的负极入口相连，液流电池单元的负极出口通过管路与负极电解液储罐相连；液流电池单元的正负电极分别与电源导线连接，连接线路中串连有负载和充放电状态监控仪；二个离心泵通过导线分别经二个变频器与电源连接；单片机分别与二个流量计、二个变频器、充放电状态监控仪输出信号连接；其特征在于：在单片机控制下，在电池运行过程中，根据充放电状态监控仪采集的充放电状态值SOC，计算需要的电解液流量，通过变频器调节离心泵的工作频率，保证全钒液流电池系统在选择的流量下运行；

确立电解液流量与电池充放电状态的对应关系如下：按照当前的全钒液流电池系统的连接方式，将液流电池充放电状态划分成三个区间，第一个为SOC小于等于50％，第二个为SOC值50-80％，第三个为SOC值大于80％；在小于等于50％充放电状态时流量保持恒定，其流量为50％时SOC对应的理论所需流量A；当充放电状态增加，50-80％时，电解液流量逐渐增加，由A线性梯度增加到80％时SOC对应的理论所需流量B；在充放电状态大于80％时，电解液流量增幅变大，由B线性梯度增加到100％时SOC对应的理论所需流量C；整个充放电过程中的电解液流量值应综合考虑电池系统的能量效率的基础上获得优化控制的电解液流量；

所述理论所需流量计算方法为：

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C_in＝C₀×(1-SOC)

式中：Q为电解液流量，λ为修正因子，I为电流密度，A为电极进口截面积，n为反应电子转移数，F为法拉第常数，C_in为正极或负极反应物进口浓度，C₀为反应物初始浓度，SOC为充放电状态；

所述理论所需流量计算式中，当SOC小于等于80％时，修正因子为λ₁，SOC大于80％时，修正因子为λ₂，其中λ₁小于λ₂。