CN106910918A - 液流电池储能混液系统及其控制方法 - Google Patents

液流电池储能混液系统及其控制方法 Download PDF

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刘平平
刘杰
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HUNAN DOVOP ELECTRIC CO., LTD.
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Abstract

本发明涉及一种液流电池储能领域，具体涉及一种液流电池储能混液系统及其控制方法。液流电池储能混液系统包括：正极电解液储液罐、负极电解液储液罐、正极电解液磁力驱动循环泵、负极电解液磁力驱动循环泵、电堆、电池管理系统BMS、正极入堆管路、正极出堆管路、正极入罐管路、负极入堆管路、负极出堆管路、负极入罐管路、正极液位传感器、负极液位传感器、混液管路；本发明通过引入混液管路，简便、巧妙地使混液系统在正常工作和混液两种工作模式下切换，有效地解决了系统容量下降，甚至是系统安全的隐患。

Description

液流电池储能混液系统及其控制方法
技术领域：
本发明涉及一种液流电池储能领域，具体涉及一种液流电池储能混液系统及其控制方法。
背景技术：
液流电池是目前发展势头强劲的优秀绿色环保蓄电池之一，具有大功率、长寿命、可深度大电流密度充放电等明显优势，已成为电池体系中主要的商用化发展方向之一，在风电、光伏发电、电网调峰等领域有着极其广阔的应用前景。但目前全钒液流电池技术还不够成熟，存在不少问题。液流电池系统与其他非液流电池系统显著的特征在于：液流电池需要采用正负极电解液磁力驱动循环泵将正负极电解液储液罐中的电解液沿管路输送至电堆产生电能，流经电堆后再沿管路输送至正负极电解液储液罐。液流电池正常运行时电解液一直处于流动状态，因此运行一段时间后，可能会出现正、负极电解液储液罐中液面高度不一致，即出现液位差，这将导致液流电池储能系统容量下降，甚至威胁系统安全运行。
发明内容：
为了克服上述现有技术的缺陷，本发明提供了一种液流电池储能混液系统及其控制方法。为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：
液流电池储能混液系统，包括：正极电解液储液罐1、负极电解液储液罐2、正极电解液磁力驱动循环泵3、负极电解液磁力驱动循环泵4、电堆5、电池管理系统BMS19、正极入堆管路11、正极出堆管路12、正极入罐管路13、负极入堆管路14、负极出堆管路15、负极入罐管路16、正极液位传感器17、负极液位传感器18、混液管路；
所述混液管路具有两种通路状态，分别是：
通路状态一：正极电解液磁力驱动循环泵，将正极电解液储液罐中的正极电解液沿输送至电堆，流经电堆后返回至正极电解液储液罐；负极电解液磁力驱动循环泵，将负极电解液储液罐中的负极电解液输送至电堆，流经电堆后返回至负极电解液储液罐；
通路状态二：正极电解液磁力驱动循环泵，将正极电解液储液罐中的正极电解液沿输送至电堆，流经电堆后输送至负极电解液储液罐；负极电解液磁力驱动循环泵，将负极电解液储液罐中的负极电解液输送至电堆，流经电堆后输送至正极电解液储液罐。
在上述混液系统上实现的液流电池储能混液控制方法，包括如下过程：
步骤a1：电池管理系统BMS通过正、负极液位传感器监测正、负极电解液储液罐液位差；
步骤a2：判断液位差是否超过预设的高限值，是则转步骤a3，否则转步骤a12；
步骤a3：电池管理系统BMS判断液流电池储能系统是否处于闲置状态，是则转步骤a4，否则转步骤a12；
步骤a4：关闭液流电池储能系统变流器；
步骤a5：电池管理系统BMS控制正极电解液磁力驱动循环泵，将正极电解液储液罐中的正极电解液输送至电堆，流经电堆后输送至负极电解液储液罐；
步骤a6：电池管理系统BMS控制负极电解液磁力驱动循环泵，将负极电解液储液罐中的负极电解液输送至电堆，流经电堆后输送至正极电解液储液罐；
步骤a7：电池管理系统BMS判断电堆电压是否小于预设的高限值，若是，则进入步骤a8，否则返回步骤5；
步骤a8：电池管理系统BMS判断正、负极储液罐液位差是否小于预设的高限值，若是，则进入步骤a9，否则返回步骤a5；
步骤a9：开启液流电池储能系统变流器；
步骤a10：液流电池储能系统充电；
步骤a11：电池管理系统BMS监测液流电池储能系统SZC，并判断是否达到预设值，若是，则进入步骤a12，否则返回步骤a10；
步骤a12：液流电池储能系统正常工作。
作为优选方案，上述混液管路包括：环路10、位于环路上沿逆时针依次排列的正极常态电磁阀6、正极混液电磁阀7、负极常态电磁阀8、负极混液电磁阀9；所述正极出堆管路12从正极常态电磁阀6与正极混液电磁阀7之间引入；所述负极入罐管路16从正极混液电磁阀7与负极常态电磁阀8之间引出；所述负极出堆管路15从负极常态电磁阀8与负极混液电磁阀9之间引入；所述正极入罐管路13从负极混液电磁阀9与正极常态电磁阀6之间引出。
在上述混液系统优选方案上实现的液流电池储能混液控制方法，包括如下过程：
步骤b1：电池管理系统BMS通过正、负极液位传感器监测正、负极电解液储液罐液位差；
步骤b2：判断液位差是否超过预设的高限值，是则转步骤b3，否则转步骤b12；
步骤b3：电池管理系统BMS判断液流电池储能系统是否处于闲置状态，是则转步骤b4，否则转步骤b12；
步骤b4：关闭液流电池储能系统变流器；关闭正极常态电磁阀，关闭负极常态电磁阀，打开正极混液电磁阀，打开负极混液电磁阀；
步骤b5：电池管理系统BMS控制正极电解液磁力驱动循环泵，将正极电解液储液罐中的正极电解液沿正极入堆管路输送至电堆，流经电堆后再沿正极出堆管路输送至环路，在流经正极混液电磁阀后再沿负极入罐管路输送至负极电解液储液罐；
步骤b6：电池管理系统BMS控制负极电解液磁力驱动循环泵，将负极电解液储液罐中的负极电解液沿负极入堆管路输送至电堆，流经电堆后再沿负极出堆管路输送至环路，在流经负极混液电磁阀后再沿正极入罐管路输送至正极电解液储液罐；
步骤b7：电池管理系统BMS判断电堆电压是否小于预设的高限值，若是，则进入步骤a8，否则返回步骤5；
步骤b8：电池管理系统BMS判断正、负极储液罐液位差是否小于预设的高限值，若是，则进入步骤b9，否则返回步骤b5；
步骤b9：关闭正极混液电磁阀，关闭负极混液电磁阀，打开正极常态电磁阀，打开负极常态电磁阀；开启液流电池储能系统变流器；
步骤b10：液流电池储能系统充电；
步骤b11：电池管理系统BMS监测液流电池储能系统SOC，并判断是否达到预设值，若是，则进入步骤b12，否则返回步骤b10；
步骤b12：液流电池储能系统正常工作。
本发明通过引入混液管路，混液管路的两种通路状态，简便、巧妙地使混液系统在正常工作和混液两种工作模式下切换，有效地解决了系统容量下降，甚至是系统安全的隐患。
附图说明：
图1为本实施例中液流电池储能混液系统结构示意图；图中，1代表正极电解液储液罐，2代表负极电解液储液罐，3代表正极电解液磁力驱动循环泵，4代表负极电解液磁力驱动循环泵，5代表电堆，6代表正极常态电磁阀，7代表正极混液电磁阀，8代表负极常态电磁阀，9代表负极混液电磁阀，10代表环路，11代表正极入堆管路，12代表正极出堆管路，13代表正极入罐管路，14代表负极入堆管路，15代表负极出堆管路，16代表负极入罐管路，17代表正极液位传感器，18代表负极液位传感器，19代表电池管理系统BMS。
图2为本实施例中液流电池储能混液系统控制流程图。
具体实施方式：
实施例：
如图1所示，液流电池储能混液系统包括：正极电解液储液罐1、负极电解液储液罐2、正极电解液磁力驱动循环泵3、负极电解液磁力驱动循环泵4、电堆5、电池管理系统BMS19、正极入堆管路11、正极出堆管路12、正极入罐管路13、负极入堆管路14、负极出堆管路15、负极入罐管路16、正极液位传感器17、负极液位传感器18、混液管路；
上述混液管路包括：环路10、位于环路上沿逆时针依次排列的正极常态电磁阀6、正极混液电磁阀7、负极常态电磁阀8、负极混液电磁阀9；所述正极出堆管路12从正极常态电磁阀6与正极混液电磁阀7之间引入；所述负极入罐管路16从正极混液电磁阀7与负极常态电磁阀8之间引出；所述负极出堆管路15从负极常态电磁阀8与负极混液电磁阀9之间引入；所述正极入罐管路13从负极混液电磁阀9与正极常态电磁阀6之间引出。
正极电解液储液罐1，用于存储正极电解液；
负极电解液储液罐2，用于存储负极电解液；
正极电解液磁力驱动循环泵3，用于将正极电解液储液罐1中的正极电解液沿正极入堆管路11输送至电堆5，流经电堆5后再沿正极出堆管路12输送至混液管路10，之后：常态时，流经正极常态电磁阀6后再沿正极入罐管路13输送至正极电解液储液罐1；混液时，流经正极混液电磁阀7后再沿负极入罐管路16输送至负极电解液储液罐2；
负极电解液磁力驱动循环泵4，用于将负极电解液储液罐2中的负极电解液沿负极入堆管路14输送至电堆5，流经电堆5后再沿负极出堆管路15输送至混液管路10，之后：常态时，流经负极常态电磁阀8后再沿负极入罐管路16输送至负极电解液储液罐2；混液时，流经负极混液电磁阀9后再沿正极入罐管路13输送至正极电解液储液罐1；
电堆5，用于通过电解液电化学反应产生直流电能；
正极常态电磁阀6，用于在常态时开启使正极电解液由混液管路10流入正极入罐管路13，以及在混液时关闭阻止正极电解液由混液管路10流入正极入罐管路13；
正极混液电磁阀7，用于在常态时关闭阻止正极电解液由混液管路10流入负极入罐管路16，以及在混液时开启使正极电解液由混液管路10流入负极入罐管路16；
负极常态电磁阀8，用于在常态时开启使负极电解液由混液管路10流入负极入罐管路16，以及在混液时关闭阻止负极电解液由混液管路10流入负极入罐管路16；
负极混液电磁阀9，用于在常态时关闭阻止负极电解液由混液管路10流入正极入罐管路13，以及在混液时开启使负极电解液由混液管路10流入正极入罐管路13；
环路10，安装正极常态电磁阀6、正极混液电磁阀7、负极常态电磁阀8、负极混液电磁阀9，通过电磁阀开启关闭改变管路连接结构；
正极入堆管路11，用于将正极电解液储液罐1中的正极电解液输送至电堆5；
正极出堆管路12，用于将流经电堆5后的正极电解液输送至混液管路10；
正极入罐管路13，用于将流经混液管路10后的电解液输送至正极电解液储液罐1；
负极入堆管路14，用于将负极电解液储液罐2中的负极电解液输送至电堆5；
负极出堆管路15，用于将流经电堆5后的负极电解液输送至混液管路10；
负极入罐管路16，用于将流经混液管路10后的电解液输送至负极电解液储液罐2；
正极液位传感器17，用于测量正极电解液储液罐1中的正极电解液液位高度；
负极液位传感器18，用于测量负极电解液储液罐2中的负极电解液液位高度；
电池管理系统BMS，用于判断正、负极储液罐液位差，以及判断液流电池储能系统是否处于闲置状态，以及控制电磁阀开启关闭，以及控制电解液磁力驱动循环泵，以及估算液流电池荷电状态。
如图2所示，在上述混液系统上实现的液流电池储能混液控制方法包括如下过程：
步骤b1：电池管理系统BMS通过正、负极液位传感器监测正、负极电解液储液罐液位差；
步骤b2：判断液位差是否超过预设的高限值，是则转步骤b3，否则转步骤b12；
步骤b3：电池管理系统BMS判断液流电池储能系统是否处于闲置状态，是则转步骤b4，否则转步骤b12；
步骤b4.1：关闭液流电池储能系统变流器；
步骤b4.2：关闭正极常态电磁阀，关闭负极常态电磁阀，打开正极混液电磁阀，打开负极混液电磁阀；
步骤b5：电池管理系统BMS控制正极电解液磁力驱动循环泵，将正极电解液储液罐中的正极电解液沿正极入堆管路输送至电堆，流经电堆后再沿正极出堆管路输送至混液管路，在流经正极混液电磁阀后再沿负极入罐管路输送至负极电解液储液罐；
步骤b6：电池管理系统BMS控制负极电解液磁力驱动循环泵，将负极电解液储液罐中的负极电解液沿负极入堆管路输送至电堆，流经电堆后再沿负极出堆管路输送至混液管路，在流经负极混液电磁阀后再沿正极入罐管路输送至正极电解液储液罐；
步骤b7：电池管理系统BMS判断电堆电压是否小于预设的高限值，若是，则进入步骤a8，否则返回步骤5；
步骤b8：电池管理系统BMS判断正、负极储液罐液位差是否小于预设的高限值，若是，则进入步骤b9，否则返回步骤b5；
步骤b9.1：关闭正极混液电磁阀，关闭负极混液电磁阀，打开正极常态电磁阀，打开负极常态电磁阀；
步骤b9.2：开启液流电池储能系统变流器；
步骤b10：液流电池储能系统充电；
步骤b11：电池管理系统BMS监测液流电池储能系统SOC，并判断是否达到预设值，若是，则进入步骤b12，否则返回步骤b10；
步骤b12：结束混液，液流电池储能系统正常工作。

Claims (4)

1.液流电池储能混液系统，包括：正极电解液储液罐(1)、负极电解液储液罐(2)、正极电解液磁力驱动循环泵(3)、负极电解液磁力驱动循环泵(4)、电堆(5)、电池管理系统BMS(19)、正极入堆管路(11)、正极出堆管路(12)、正极入罐管路(13)、负极入堆管路(14)、负极出堆管路(15)、负极入罐管路(16)；其特征在于，还包括：正极液位传感器(17)、负极液位传感器(18)、混液管路；
所述混液管路具有两种通路状态，分别是：
通路状态一：正极电解液磁力驱动循环泵，将正极电解液储液罐中的正极电解液沿输送至电堆，流经电堆后返回至正极电解液储液罐；负极电解液磁力驱动循环泵，将负极电解液储液罐中的负极电解液输送至电堆，流经电堆后返回至负极电解液储液罐；
通路状态二：正极电解液磁力驱动循环泵，将正极电解液储液罐中的正极电解液沿输送至电堆，流经电堆后输送至负极电解液储液罐；负极电解液磁力驱动循环泵，将负极电解液储液罐中的负极电解液输送至电堆，流经电堆后输送至正极电解液储液罐。
2.根据权利要求1所述液流电池储能混液系统，其特征在于，所述混液管路包括：环路(10)、位于环路上沿逆时针依次排列的正极常态电磁阀(6)、正极混液电磁阀(7)、负极常态电磁阀(8)、负极混液电磁阀(9)；
所述正极出堆管路(12)从正极常态电磁阀(6)与正极混液电磁阀(7)之间引入；所述负极入罐管路(16)从正极混液电磁阀(7)与负极常态电磁阀(8)之间引出；所述负极出堆管路(15)从负极常态电磁阀(8)与负极混液电磁阀(9)之间引入；所述正极入罐管路(13)从负极混液电磁阀(9)与正极常态电磁阀(6)之间引出。
3.在权利要求1所述混液系统上实现的液流电池储能混液控制方法，其特征在于，包括如下过程：
步骤a1：电池管理系统BMS通过正、负极液位传感器监测正、负极电解液储液罐液位差；
步骤a2：判断液位差是否超过预设的高限值，是则转步骤a3，否则转步骤a12；
步骤a3：电池管理系统BMS判断液流电池储能系统是否处于闲置状态，是则转步骤a4，否则转步骤a12；
步骤a4：关闭液流电池储能系统变流器；
步骤a5：电池管理系统BMS控制正极电解液磁力驱动循环泵，将正极电解液储液罐中的正极电解液输送至电堆，流经电堆后输送至负极电解液储液罐；
步骤a6：电池管理系统BMS控制负极电解液磁力驱动循环泵，将负极电解液储液罐中的负极电解液输送至电堆，流经电堆后输送至正极电解液储液罐；
步骤a7：电池管理系统BMS判断电堆电压是否小于预设的高限值，若是，则进入步骤a8，否则返回步骤a5；
步骤a8：电池管理系统BMS判断正、负极储液罐液位差是否小于预设的高限值，若是，则进入步骤a9，否则返回步骤a5；
步骤a9：开启液流电池储能系统变流器；
步骤a10：液流电池储能系统充电；
步骤a11：电池管理系统BMS监测液流电池储能系统SOC，并判断是否达到预设值，若是，则进入步骤a12，否则返回步骤a10；
步骤a12：结束混液，液流电池储能系统正常工作。
4.在权利要求2所述混液系统上实现的液流电池储能混液控制方法，其特征在于，包括如下过程：
步骤b1：电池管理系统BMS通过正、负极液位传感器监测正、负极电解液储液罐液位差；
步骤b2：判断液位差是否超过预设的高限值，是则转步骤b3，否则转步骤b12；
步骤b3：电池管理系统BMS判断液流电池储能系统是否处于闲置状态，是则转步骤b4，否则转步骤b12；
步骤b4：关闭液流电池储能系统变流器；关闭正极常态电磁阀，关闭负极常态电磁阀，打开正极混液电磁阀，打开负极混液电磁阀；
步骤b5：电池管理系统BMS控制正极电解液磁力驱动循环泵，将正极电解液储液罐中的正极电解液沿正极入堆管路输送至电堆，流经电堆后再沿正极出堆管路输送至环路，在流经正极混液电磁阀后再沿负极入罐管路输送至负极电解液储液罐；
步骤b6：电池管理系统BMS控制负极电解液磁力驱动循环泵，将负极电解液储液罐中的负极电解液沿负极入堆管路输送至电堆，流经电堆后再沿负极出堆管路输送至环路，在流经负极混液电磁阀后再沿正极入罐管路输送至正极电解液储液罐；
步骤b7：电池管理系统BMS判断电堆电压是否小于预设的高限值，若是，则进入步骤a8，否则返回步骤b5；
步骤b8：电池管理系统BMS判断正、负极储液罐液位差是否小于预设的高限值，若是，则进入步骤b9，否则返回步骤b5；
步骤b9：关闭正极混液电磁阀，关闭负极混液电磁阀，打开正极常态电磁阀，打开负极常态电磁阀；开启液流电池储能系统变流器；
步骤b10：液流电池储能系统充电；
步骤b11：电池管理系统BMS监测液流电池储能系统SOC，并判断是否达到预设值，若是，则进入步骤b12，否则返回步骤b10；
步骤b12：结束混液，液流电池储能系统正常工作。
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