CN107195942B - 电解液储罐、液流电池、箱式液流电池系统及液流电池充放电控制方法 - Google Patents

电解液储罐、液流电池、箱式液流电池系统及液流电池充放电控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电解液储罐、液流电池、箱式液流电池系统及液流电池充放电控制方法，所述电解液储罐内部设有环管Ⅰ、环管Ⅱ；所述环管Ⅱ与所述电解液回流口连通；所述环管Ⅰ与所述电解液输出口连通；所述环管Ⅰ的环周长与环管Ⅱ的环周长不等；所述环管Ⅰ的管壁和环管Ⅱ的管壁均设置若干个液孔。储罐的内部的多层环管结构使得电解液大大减少储罐内部的电解液流动死区，使得电解液的流动更加均匀，有效提高电解液的利用率。此外，由于降低了电解液输出口与电解液回液口之间的纵向距离，有效解决了SOC滞后问题，提高了液流电池SOC的监测精准度。

Description

电解液储罐、液流电池、箱式液流电池系统及液流电池充放电 控制方法
技术领域
本发明的涉及液流电池技术领域，特别涉及电解液储罐、液流电池、箱式液流电池及液流电池充放电控制方法。
背景技术
大规模、长寿命、低成本、环境友好的储能技术是储能技术发展的主要方向。液流电池储能技术因其使用寿命长、储能规模大、安全可靠无污染、电池均匀性好、应答速度快、可实时直接监测其充放电状态等特点，已成为规模储能技术的首选技术之一。配置相应的储能，可以在很大程度上解决可再生能源发电的不稳定特性，实现平滑输出及有效调节发电与用电的时差矛盾，保证连续稳定供电。
液流电池主要由以下几部分构成：1)电堆、2)正负极电解液及储罐、3)电解液循环系统、4)电池管理系统。液流电池在工作过程中，正负极电解液储罐中的电解液在循环泵的推动下流经电解液循环系统和电堆，在电堆中发生电化学反应，使进入电堆中的电解液的活性物质浓度发生变化，然后电解液返回到正负极电解液储罐中，与储罐中的电解液混合。
电解液储罐为容纳电解液的重要部件，其内部结构的优化程度将影响储罐电解液的混合均匀程度，进而影响液流电池的整体性能。现有技术中，液流电池储罐多以圆柱形为主，储罐内部仅设有简单的电解液输出管路和电解液回流管路，这使得电解液在储罐内部难以实现充分的混合和均匀，储罐内部的中心位置或者对角位置始终存在一定的电解液无法循环到达的死角，从而导致电解液利用率大大降低，进一步增加了电池系统的成本，降低了电池系统的性能。
其次，液流电池在进行充电时，充电截止条件通常通过设置充电电压上限来实现，现有技术中的充电电压上限设置为定值，由于在高SOC条件下，液流电池容易发生副反应，长时间的高SOC充电会导致液流电池容量衰减。此外，在低SOC条件下，由于受限于截止电压，液流电池无法实现更多电量的输入，导致液流电池的可充电容量和能量效率受到影响。
再次，由于电解液为含有一定腐蚀性的溶液，其循环经过电解液储罐、电解液管路和电堆等多个部件，存在着一定的电解液泄漏风险。现有技术并未给出电池系统的整体的电解液泄漏报警、放置扩散及漏液处理等系列措施。因此，对于大规模应用的液流电池系统，仍然存在着无法避免的电解液泄漏事故，安全隐患较大。
此外，荷电状态(SOC)是体现电池电量状态的参数，是电池系统实现精确控制和管理的最直接依据，也是液流电池最为重要的参数之一，实时准确的荷电状态对于保证电池系统高可靠性运行、提高电池使用效果、以及延长电池寿命均有着至关重要的作用。由于正负极电解液储罐的电解液出口与电解液入口之间有一定距离，因此在液流电池进行充放电时，正负极电解液储罐内的电解液SOC是呈梯度分布的。现有技术中的液流电池SOC检测方式仅仅考虑在电堆出口处设置检测点，并未对一定时间内的SOC检测结果进行有效综合考虑，检测结果并不能反映储罐内部电解液的实际SOC。
发明内容
为了解决上述技术缺陷，本发明提供一种电解液储罐，所述电解液储罐设有电解液回流口、电解液输出口，所述电解液储罐内部设有环管Ⅰ、环管Ⅱ；所述环管Ⅱ与所述电解液回流口连通；所述环管Ⅰ与所述电解液输出口连通；所述环管Ⅰ的环周长与环管Ⅱ的环周长不等；所述环管Ⅰ的管壁和环管Ⅱ的管壁均设置若干个液孔。本发明所述设置于环管Ⅰ的管壁和环管Ⅱ的管壁的液孔是指用于电解液排进或排出的通孔。这些环管和孔使电解液在电解液储罐内部充分流动混合，并缩短回流的电解液排出的距离，起到提高电解液利用率、降低SOC(荷电状态)滞后的作用。
进一步的，所述环管Ⅱ的环周长大于环管Ⅰ；所述环管Ⅱ位于环管Ⅰ的外周。
进一步的，所述环管Ⅱ的液孔位于环管Ⅱ的内环周。
进一步的，所述环管Ⅰ的液孔位于环管Ⅰ的外环周和/或内环周。
进一步的，所述环管Ⅰ、环管Ⅱ的形状的为圆环或方环。
进一步的，所述解液储罐内部设有若干层的环管Ⅰ、若干层的环管Ⅱ。
进一步的，所述电解液储罐还设有电解液回流管路、电解液输出管路；所述电解液回流口、电解液回流管路、环管Ⅱ依次连通；所述环管Ⅰ、电解液输出管路、电解液输出口依次连通。
进一步的，所述环管Ⅱ固定于所述电解液储罐的内壁。
进一步的，所述电解液储罐内部还设有用于固定环管Ⅰ和/或环管Ⅱ的支撑体或孔板。本发明所述用于固定环管Ⅰ和/或环管Ⅱ的支撑体是指可为环管Ⅰ和/或环管Ⅱ提供支撑的加强筋条或支架等。本发明所述用于固定环管Ⅰ的孔板是指可为具有若干孔的板，孔的孔径略大于环管Ⅰ、环管Ⅱ的外径，通过同时穿连环管Ⅰ、环管Ⅱ，以起到固定环管Ⅰ的作用。孔板上额外的孔洞(未穿过环管Ⅰ或环管Ⅱ的孔)，还可利于电解液的混合及流动。
本发明还提供包括上述电解液储罐的液流电池。
进一步的，所述的液流电池，包括负极电解液储罐和正极电解液储罐，负极电解液储罐体积大于正极电解液储罐。
进一步的，所述正极电解液储罐的体积：负极电解液储罐的体积＝1:1.1～1.5。
进一步的，所述正极电解液储罐的体积：负极电解液储罐的体积＝1:1.2。
进一步的，所述液流电池设有用于连通正极电解液储罐、负极电解液储罐的气相部的管路。
进一步的，正极电解液储罐和负极电解液储罐的底部设有用于连通正极电解液储罐、负极电解液储罐的液相部的管路和阀门。
基于上述液流电池，本发明还要提供一种液流电池调控方法，其包括如下步骤：
步骤B1：在电堆的正极电解液出口和负极电解液出口配置SOC检测装置；
步骤B2：通过SOC检测装置获得液流电池初始状态下的电堆的电解液出口的SOC；
步骤B3：每隔预设时间，获知正极电解液储罐内的电解液体积、负极电解液储罐内的电解液体积、流入正极电解液储罐内的电解液体积、流入负极电解液储罐内的电解液体积，同时SOC检测装置获得电堆的电解液出口的SOC；
步骤B4：根据获知的各时间的正极电解液储罐内的电解液体积、负极电解液储罐内的电解液体积、流入正极电解液储罐内的电解液体积、流入负极电解液储罐内的电解液体积、以及电堆的电解液出口的SOC，结合液流电池初始状态下的电堆的电解液出口的SOC，得出液流电池SOC；
进一步地，液流电池SOC利用下述公式
计算得出，式中，Vpi表示由液流电池运行开始经过i*Δt时间后正极电解液储罐内的电解液体积、Vni表示经过i*Δt时间后负极电解液储罐内的电解液体积、ΔVpi表示在第i个Δt时间内流入正极电解液储罐内的电解液体积、ΔVni表示在第i个Δt时间内流入负极电解液储罐内的电解液体积、SOCi表示由液流电池运行开始经过i*Δt时间后SOC检测装置获得电堆的电解液出口的SOC、i＝1、2、…、n、n表示经过的Δt时间的数量。
基于上述液流电池，本发明还要提供一种包括上述液流电池的箱式液流电池系统，所述液流电池还包括布设于箱体支架上的电堆单元、换热系统以及各管路系统，其特征在于，
所述箱式液流电池系统还包括多级漏液收集报警系统，所述多级漏液收集报警系统至少包括一级漏液收集槽、二级漏液收集槽以及漏液管理系统；
所述一级漏液收集槽分别位于所述液流电池的电堆单元、电解液储罐、管路系统及换热系统的下方，用于收集所述电堆单元、电解液储罐、各管路系统及换热系统的漏液；
所述二级漏液收集槽位于所述箱式储能系统的箱体支架下方，与各所述一级漏液收集槽相连通，用于汇集各所述一级漏液收集槽所收集的漏液；所述二级漏液收集槽还设有漏液传感器，用于实时监测二级漏液收集槽内是否存在漏液；
所述漏液管理系统依据所述漏液传感器的检测结果判断所述液流电池是否需要执行报警或停机的操作。
基于上述液流电池，本发明还要提供一种包括液流电池充放电控制系统的液流电池，所述液流电池充放电控制系统包括
第一监测单元，用于检测液流电池SOC；
与第一监测单元相连接的第一判断单元，用于判断液流电池SOC是否置于SOC下限和SOC上限之间；当液流电池SOC置于SOC下限和SOC上限之间时，液流电池当前电压保持不变；
与第一判断单元相连接的第一控制单元；所述第一控制单元用于当液流电池SOC大于等于SOC上限，调整液流电池电压低于第一预设电压，当液流电池SOC小于等于SOC下限，调整液流电池电压处于第一预设电压和第二预设电压之间，所述第二预设电压高于第一预设电压。
进一步的，所述的液流电池充放电控制系统还包括：
第二监测单元，用于检测液流电池所包括的各电堆的电压；
与所述第二监测单元相连接的第二比较单元；所述第二比较单元用于将任意两个电堆电压之间的差值与第一电压阈值进行比较；
与所述第二比较单元相连接的第二控制单元；所述第二控制单元用于在所述第二比较单元得出任意两个电堆电压之间的差值大于等于第一电压阈值的比较结果后，当液流电池处于充电状态，降低液流电池的充电电压上限并调整液流电池充电电流，当液流电池处于放电状态，提高液流电池的放电电压下限并调整液流电池放电电流。
进一步的，所述液流电池充放电控制系统还包括：
与所述第二比较单元和第二控制单元相连接的第三比较单元；所述第三比较单元用于在第二比较单元得到任意两个电堆电压之间的差值小于第一电压阈值的比较结果之后，或者在所述第二控制单元进行降低液流电池的充电电压上限并调整液流电池充电电流之后，或者降低液流电池的充电电压上限并调整液流电池充电电流之后，将任意两个电堆电压之间的差值与第二电压阈值进行比较；所述第二控制单元根据第三比较单元得出的任意两个电堆电压之间的差值大于等于第二电压阈值的比较结果，来控制液流电池停机；所述第二比较单元在第三比较单元得出任意两个电堆电压之间的差值小于第二电压阈值的比较结果后，继续将任意两个电堆电压之间的差值与第一电压阈值进行比较。
基于上述液流电池，本发明还要提供一种用于控制所述液流电池充放电过程的液流电池充放电控制方法，所述方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤1：检测液流电池SOC；
步骤2：判断液流电池SOC是否置于SOC下限和SOC上限之间，是则执行步骤3，否则执行步骤4；
步骤3：保持液流电池电压不变；
步骤4：当液流电池SOC大于等于SOC上限，调整液流电池电压低于第一预设电压，当液流电池SOC小于等于SOC下限，调整液流电池电压处于第一预设电压和第二预设电压之间，所述第二预设电压高于第一预设电压。
进一步的，所述的液流电池充放电控制方法，在步骤4之后还包括如下步骤：
步骤5：检测液流电池所包括的各电堆的电压，执行步骤6；
步骤6：将任意两个电堆电压之间的差值与第一电压阈值进行比较，若任意两个电堆电压之间的差值大于等于第一电压阈值则执行步骤7；
步骤7：当液流电池处于充电状态，降低液流电池的充电电压上限并调整液流电池充电电流，当液流电池处于放电状态，提高液流电池的放电电压下限并调整液流电池放电电流。
进一步的，所述的液流电池充放电控制方法，其特征在于，
若任意两个电堆电压之间的差值小于第一电压阈值或者在执行步骤7之后，则执行步骤8；
步骤8：将任意两个电堆电压之间的差值与第二电压阈值进行比较，若任意两个电堆电压之间的差值大于等于第二电压阈值则液流电池停机，若任意两个电堆电压之间的差值小于第二电压阈值则返回步骤6。
由于采用了上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下优点：
1、储罐的内部的多层环管结构大大减少了储罐内部的电解液流动死区，使得电解液的流动更加均匀，电解液利用率大大提高。此外，由于降低了电解液输出口与电解液回液口之间的纵向距离，有效解决了SOC滞后问题，提高了液流电池SOC的监测精准度。
2、根据液流电池的荷电状态执行智能控制策略，优化液流电池的SOC使用区间，使得液流电池在充放电末期的反应极化大大减少，提高了液流电池的性能和寿命。
3、通过有效调整液流电池的SOC工作区间，减少了液流电池的副反应，解决了液流电池在高SOC下运行而引起的容量衰减问题。
4、通过降低充电电压上限和提高放电电压下限的方式，解决了液流电池在充放电末期充放电性能不佳的情况，提高液流电池的充放电能力和能量效率。
5、将多级漏液收集报警系统集成于液流电池系统上，扩大了漏液保护范围，避免漏液滴溅造成的二次污染，收集到的漏液经过处理后还可以再次利用，彻底解决了液流电池的液体泄漏问题，提高液流电池的安全性。
6、选用正负极储罐体积不同的方式，保证负极电解液的浓度/体积/活性物质总量始终不同于正极电解液，进而抑制负极电解液活性物质的析氢能力，提高液流电池的容量保持能力，降低液流电池长期运行后的容量衰减程度。
7、正负极储罐气相部和液相部设置的连通结构，可以在线实现液流电池运行中的正负极电解液容量/体积/浓度的再平衡，降低容量衰减程度，提高液流电池长期运行的能力。
附图说明
本发明附图10幅，
图1现有技术储罐内部管路结构；
图2实施例1、实施例3的储罐内部管路结构；
图3实施例2的储罐内部结构；
图4正负极储罐上的连通管结构；
图5多级漏液收集报警系统结构示意图；
图6箱式液流电池系统结构示意图；
图7是本发明所述液流电池充放电控制方法步骤1至步骤4的方法流程图；
图8是本发明所述液流电池充放电控制方法步骤5至步骤8的方法流程图；
图9是本发明所述包括液流电池充放电控制系统的液流电池的结构示意图；
图10是本发明所述实施例2的多级漏液收集报警系统结构示意图。
图中：1-电堆；2-BMS柜；3-电解液储罐；4-换热器；5-压缩制冷机；6-过滤器；7-循环泵；8-二级漏液收集槽；9-漏液传感报警器；10-电堆及管路设备支架；11-位于上层电堆单元处的一级漏液收集槽；12-电解液管路系统；13-位于换热器处的一级漏液收集槽；14-PCS及UPS；15-一级漏液收集槽导流管；16-位于循环泵及过滤器处的一级漏液收集槽；
54环管Ⅰ；55环管Ⅱ；56环管支撑孔板；57环管支撑孔板上的孔；59-电解液储罐的二次防护槽；60-二次防护槽上的焊接隔板；61-二次防护槽上的活动挡板；68电解液回流口；69电解液输出口；70电解液回流管路；71电解液输出管路；72用于连通正极电解液储罐、负极电解液储罐的液相部的管路；73用于连通正极电解液储罐、负极电解液储罐的气相部的管路；74阀门；75电解液储罐内的电解液液面；76电解液储罐的气相部；77电解液储罐的液相部。
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
175kW/200kWh kWh箱式液流电池系统，其包括多级漏液收集报警系统，其结构如图5-图6所示，该箱式液流电池系统内部可分为3个区域，第一部分电堆单元、各管路系统、换热系统和电池管理系统放置于箱体的一端，第二部分电解液储罐放置于集装箱体中段，其两端安装隔板与其他两部分隔离，第三部分储能逆变系统和UPS并排放置于箱体的另一端。
第一部分中，电堆单元置于最下方，BMS柜体置于电堆单元上方，换热系统内机置于电堆上方，外机固定在箱外顶部；各管路系统分布在电堆单元和换热器系统区域内；多级漏液收集报警系统如图5所示，其中一级漏液收集槽为多层结构，包括位于上层电堆单元处的一级漏液收集槽11，一级漏液收集槽导流管15，位于换热器处的一级漏液收集槽13以及位于循环泵及过滤器处的一级漏液收集槽16，所述一级漏液收集槽导流管15用于将位于上层电堆单元处的一级漏液收集槽11，位于换热器处的一级漏液收集槽13以及位于循环泵及过滤器处的一级漏液收集槽16内的漏液汇集至二级漏液收集槽；二级漏液收集槽包括电解液储罐的二次防护槽59，电解液储罐的二次防护槽上的活动挡板61，与电堆支架相连位于箱体底部的漏液收集槽8，以及位于二级漏液收集槽上的漏液传感报警器9。
同时所述漏液传感报警器9也可安装于位于循环泵及过滤器处的一级漏液收集槽16或位于换热器处的一级漏液收集槽13。所述漏液管理系统能够依据上述漏液传感器的检测结果判断所述液流电池是否需要执行报警或停机的操作。
优选的，所述二级漏液收集槽还可包括将漏液排到箱体外或者进行回收的连通管(图中未示出)。
且所述一级漏液收集槽及二级漏液收集槽均可采用耐电解液腐蚀的塑料材料制备。
第二部分的负极电解液储罐的体积是正极电解液储罐的体积1.5倍，如图4所示，正极电解液储罐与负极电解液储罐的气相部设有互相连通的管路73，正极电解液储罐与负极电解液储罐的液相部设有互相连通的管路72和位于正负极电解液储罐液相部连通管路上的阀门74。电解液储罐结构如图2所示，材质为玻璃钢，电解液储罐内部设有多层环管。其中，电解液回流口68、电解液回流管路70、环管Ⅱ55依次连通；环管Ⅰ54、电解液输出管路71、电解液输出口69依次连通，环管Ⅰ54置于电解液储罐的中心位置，环管Ⅱ55的置于电解液储罐的靠近罐壁的位置。环管Ⅰ54与环管Ⅱ55的截面内径为30mm，环管Ⅰ54与环管Ⅱ55上分布若干个液孔，相邻液孔的间隔距离为200mm，液孔直径尺寸为5mm～12mm不等。环管Ⅰ54上的液孔位于环管的外环周和内环周上；环管Ⅱ55上的液孔仅位于环管的内环周上。
对比例1：175kW/200kWh的箱式液流电池系统，其电解液储罐内部结构如图1所示，电解液储罐内部仅设有简单的电解液回流管路和电解液输出管路，并且未安装漏液收集报警系统，其他部件结构与实施例1相同。
液流电池运行200循环后，对电解液利用率及SOC滞后时间进行测试，两种结构液流电池系统的的测试性能如下：
实施例2
60kW/150kWh的箱式液流电池系统结构如实施例1，其电解液储罐材质为玻璃钢，负极电解液储罐的体积是正极电解液储罐的体积1.3倍。
电解液储罐内部设有多层环管，其中，电解液回流口68、电解液回流管路70、环管Ⅱ55依次连通；环管Ⅰ54、电解液输出管路71、电解液输出口69依次连通，环管Ⅱ55置于电解液储罐的中心位置，环管Ⅰ54置于电解液储罐的靠近罐壁的位置。环管Ⅱ55与环管Ⅰ54的截面内径为35mm，环管Ⅱ55与环管Ⅰ54上分布若干个液孔，相邻液孔的间隔距离为100mm～150mm不等，液孔直径尺寸为3mm～10mm不等。环管Ⅱ55上的液孔位于环管的外环周和内环周上；环管Ⅰ54上的液孔仅位于环管的内环周上。电解液储罐内部还设有用于固定环管Ⅰ54和/或环管Ⅱ55的支撑体或孔板，例如，如图3所示的环管支撑孔板56，所述环管支撑孔板56设置若干通孔即环管支撑孔板上的孔57。
60kW/150kWh的箱式液流电池系统还设有多级漏液收集报警系统，如图10所示，所述多级漏液收集报警系统包括分别位于所述液流电池的电堆单元、电解液储罐、管路系统及换热系统的下方，用于收集所述电堆单元、电解液储罐、各管路系统及换热系统的漏液的一级漏液收集槽；位于所述箱式储能系统的箱体支架下方，与各所述一级漏液收集槽相连通，用于汇集各所述一级漏液收集槽所收集的漏液的二级漏液收集槽，所述二级漏液收集槽还设有漏液传感器，用于实时监测二级漏液收集槽内是否存在漏液；以及能够依据所述漏液传感器的检测结果判断所述液流电池是否需要执行报警或停机操作的漏液管理系统。
同时在位于电解液储罐下方的一级漏液收集槽内同样设置一漏液传感器，以重点监测电解液储罐对应的二级漏液收集槽内是否存在漏液。
对比例2：60kW/150kWh的箱式液流电池系统，其储罐内部结构如图1所示，电解液储罐内部仅设有简单的电解液回流管路和电解液输出管路，并且未安装漏液收集报警系统，其他部件结构与实施例1相同。
液流电池运行500循环后，对电解液利用率及SOC滞后时间进行测试，两种结构液流电池系统的测试性能如下：
实施例3
100kW/400kWh液流电池系统，其电解液储罐材质为树脂材料，负极电解液储罐的体积是正极电解液储罐的体积1.25倍，正极电解液储罐与负极电解液储罐的液相部设有互相连通的管路72和位于正负极电解液储罐液相部连通管路上的手动阀门74。其储罐内部结构如实施例1，多级漏液收集报警系统如图10所示。
对比例3：100kW/400kWh液流电池系统，其储罐内部结构如图1所示，电解液储罐内部仅设有简单的电解液回流管路和电解液输出管路，并且未安装漏液收集报警系统，其他部件结构与实施例3相同。
液流电池运行300循环后，对电解液利用率及SOC滞后时间进行测试，两种结构液流电池系统的测试性能如下：
实施例4
如图9所示的具有液流电池充放电控制系统的液流电池，所述液流电池充放电控制系统，包括：第一监测单元，用于检测液流电池SOC；与第一监测单元相连接的第一判断单元，用于判断液流电池SOC是否置于SOC下限和SOC上限之间；当液流电池SOC置于SOC下限和SOC上限之间时，液流电池当前电压保持不变；与第一判断单元相连接的第一控制单元；所述第一控制单元用于当液流电池SOC大于等于SOC上限，调整液流电池电压低于第一预设电压，当液流电池SOC小于等于SOC下限，调整液流电池电压处于第一预设电压和第二预设电压之间，所述第二预设电压高于第一预设电压；另外，所述系统还包括：第二监测单元，用于检测液流电池所包括的各电堆的电压；与所述第二监测单元相连接的第二比较单元；所述第二比较单元用于将任意两个电堆电压之间的差值与第一电压阈值进行比较；与所述第二比较单元相连接的第二控制单元；所述第二控制单元用于在所述第二比较单元得出任意两个电堆电压之间的差值大于等于第一电压阈值的比较结果后，当液流电池处于充电状态，降低液流电池的充电电压上限并调整液流电池充电电流，当液流电池处于放电状态，提高液流电池的放电电压下限并调整液流电池放电电流；另外，所述系统还包括与所述第二比较单元和第二控制单元相连接的第三比较单元；所述第三比较单元用于在第二比较单元得到任意两个电堆电压之间的差值小于第一电压阈值的比较结果之后，或者在所述第二控制单元进行降低液流电池的充电电压上限并调整液流电池充电电流之后，或者降低液流电池的充电电压上限并调整液流电池充电电流之后，将任意两个电堆电压之间的差值与第二电压阈值进行比较；所述第二控制单元根据第三比较单元得出的任意两个电堆电压之间的差值大于等于第二电压阈值的比较结果，来控制液流电池停机；所述第二比较单元在第三比较单元得出任意两个电堆电压之间的差值小于第二电压阈值的比较结果后，继续将任意两个电堆电压之间的差值与第一电压阈值进行比较。
基于上述液流电池，对应的液流电池充放电控制方法，如图7所示，包括如下步骤：
步骤1：检测液流电池SOC；
步骤2：判断液流电池SOC是否置于SOC下限和SOC上限之间，是则执行步骤3，否则执行步骤4；
步骤3：保持液流电池电压不变；
步骤4：当液流电池SOC大于等于SOC上限，调整液流电池电压低于第一预设电压，当液流电池SOC小于等于SOC下限，调整液流电池电压处于第一预设电压和第二预设电压之间，所述第二预设电压高于第一预设电压；
如图8所示，进一步地，所述方法在步骤4之后还包括如下步骤：
步骤5：检测液流电池所包括的各电堆的电压，执行步骤6；
步骤6：将任意两个电堆电压之间的差值与第一电压阈值进行比较，若任意两个电堆电压之间的差值大于等于第一电压阈值则执行步骤7；
步骤7：当液流电池处于充电状态，降低液流电池的充电电压上限并调整液流电池充电电流，当液流电池处于放电状态，提高液流电池的放电电压下限并调整液流电池放电电流；
进一步地，若任意两个电堆电压之间的差值小于第一电压阈值或者在执行步骤7之后，则执行步骤8；
步骤8：将任意两个电堆电压之间的差值与第二电压阈值进行比较，若任意两个电堆电压之间的差值大于等于第二电压阈值则液流电池停机，若任意两个电堆电压之间的差值小于第二电压阈值则返回步骤6。
优选地，所述液流电池SOC下限为30％；所述SOC上限为80％；所述第一预设电压为1.55V*m，所述第二预设电压为1.6V*m，其中m为液流电池所包括的电池单体的数量；本发明所述液流电池包括至少一个电堆；所述电堆由电池单体或多个电池单体串联组成。本发明能够实现根据液流电池SOC的具体情况配置液流电池电压上限，能够避免液流电池处于高SOC条件下，容易发生副反应，长时间的高SOC条件下充电导致液流电池容量发生不可逆衰减的问题。此外，针对液流电池在低SOC条件下充电量或放电量有限的问题，在液流电池工作电压能够承受的前提下，本发明通过改变电压上下限来增加充电量和放电量，增加液流电池的电量存储能力和能量效率。具体地，进行降低液流电池的充电电压上限或提高液流电池的放电电压下限的操作时，每次可以将充电电压上限降低0.3V～0.85V或将放电电压下限提高0.3V～0.85V，实际应用时，以500kW液流电池为例，这里的第一电压阈值的取值范围可以为3～10V，第二电压阈值的取值范围可以为5～15V；本发明的充电电压上限和放电电压下限均可以根据实际的电堆电压之间的差异情况进行调整，这里的液流电池充电电流或液流电池放电电流的调整具体为减小液流电池充电电流或减小液流电池放电电流。

Claims (19)

1.一种液流电池，包括电解液储罐和液流电池充放电控制系统，所述电解液储罐设有电解液回流口(68)、电解液输出口(69)，其特征在于：
所述电解液储罐内部设有环管Ⅰ(54)、环管Ⅱ(55)；
所述环管Ⅱ(55)与所述电解液回流口(68)连通；所述环管Ⅱ(55)的环周长大于环管Ⅰ(54)；所述环管Ⅱ(55)位于环管Ⅰ(54)的外周；
所述环管Ⅰ(54)与所述电解液输出口(69)连通；
所述环管Ⅰ(54)的环周长与环管Ⅱ(55)的环周长不等；
所述环管Ⅰ(54)的管壁和环管Ⅱ(55)的管壁均设置若干个液孔；
所述液流电池充放电控制系统包括
第一监测单元，用于检测液流电池SOC；
与第一监测单元相连接的第一判断单元，用于判断液流电池SOC是否置于SOC下限和SOC上限之间；当液流电池SOC置于SOC下限和SOC上限之间时，液流电池当前电压保持不变；
与第一判断单元相连接的第一控制单元；所述第一控制单元用于当液流电池SOC大于等于SOC上限，调整液流电池电压低于第一预设电压，当液流电池SOC小于等于SOC下限，调整液流电池电压处于第一预设电压和第二预设电压之间，所述第二预设电压高于第一预设电压。
2.根据权利要求1所述的液流电池，其特征在于：
所述环管Ⅱ(55)的液孔位于环管Ⅱ(55)的内环周。
3.根据权利要求1所述的液流电池，其特征在于：
所述环管Ⅰ(54)的液孔位于环管Ⅰ(54)的外环周和/或内环周。
4.根据权利要求1所述的液流电池，其特征在于：
所述环管Ⅰ(54)、环管Ⅱ(55)的形状的为圆环或方环。
5.根据权利要求1所述的液流电池，其特征在于：
所述电解液储罐内部设有若干层的环管Ⅰ(54)、若干层的环管Ⅱ(55)。
6.根据权利要求5所述的液流电池，其特征在于：
所述电解液储罐还设有电解液回流管路(70)、电解液输出管路(71)；
所述电解液回流口(68)、电解液回流管路(70)、环管Ⅱ(55)依次连通；
所述环管Ⅰ(54)、电解液输出管路(71)、电解液输出口(69)依次连通。
7.根据权利要求1所述的液流电池，其特征在于：
所述环管Ⅱ(55)固定于所述电解液储罐的内壁。
8.根据权利要求1所述的液流电池，其特征在于：
所述电解液储罐内部还设有用于固定环管Ⅰ(54)和/或环管Ⅱ(55)的支撑体或孔板。
9.根据权利要求1所述的液流电池，包括负极电解液储罐和正极电解液储罐，其特征在于，负极电解液储罐体积大于正极电解液储罐。
10.根据权利要求9所述的液流电池，其特征在于，所述正极电解液储罐的体积：负极电解液储罐的体积＝1:1.1～1.5。
11.根据权利要求10所述的液流电池，其特征在于，所述正极电解液储罐的体积：负极电解液储罐的体积＝1:1.2。
12.根据权利要求1所述的液流电池，其特征在于，所述液流电池设有用于连通正极电解液储罐、负极电解液储罐的气相部的管路(73)。
13.根据权利要求1所述的液流电池，其特征在于，正极电解液储罐和负极电解液储罐的底部设有用于连通正极电解液储罐、负极电解液储罐的液相部的管路(72)和阀门(74)。
14.一种包括如权利要求1所述液流电池的箱式液流电池系统，所述液流电池还包括布设于箱体支架上的电堆单元、换热系统以及各管路系统，其特征在于，
所述液流电池系统还包括多级漏液收集报警系统，所述多级漏液收集报警系统至少包括一级漏液收集槽、二级漏液收集槽以及漏液管理系统；
所述一级漏液收集槽分别位于所述液流电池的电堆单元、电解液储罐、管路系统及换热系统的下方，用于收集所述电堆单元、电解液储罐、各管路系统及换热系统的漏液；
所述二级漏液收集槽位于所述箱式储能系统的箱体支架下方，与各所述一级漏液收集槽相连通，用于汇集各所述一级漏液收集槽所收集的漏液；所述二级漏液收集槽还设有漏液传感器，用于实时监测二级漏液收集槽内是否存在漏液；
所述漏液管理系统依据所述漏液传感器的检测结果判断所述液流电池是否需要执行报警或停机的操作。
15.根据权利要求1所述的液流电池，其特征在于所述的液流电池充放电控制系统还包括：
第二监测单元，用于检测液流电池所包括的各电堆的电压；
与所述第二监测单元相连接的第二比较单元；所述第二比较单元用于将任意两个电堆电压之间的差值与第一电压阈值进行比较；
与所述第二比较单元相连接的第二控制单元；所述第二控制单元用于在所述第二比较单元得出任意两个电堆电压之间的差值大于等于第一电压阈值的比较结果后，当液流电池处于充电状态，降低液流电池的充电电压上限并调整液流电池充电电流，当液流电池处于放电状态，提高液流电池的放电电压下限并调整液流电池放电电流。
16.根据权利要求15所述的液流电池，其特征在于所述的液流电池充放电控制系统还包括：
与所述第二比较单元和第二控制单元相连接的第三比较单元；所述第三比较单元用于在第二比较单元得到任意两个电堆电压之间的差值小于第一电压阈值的比较结果之后，或者在所述第二控制单元进行降低液流电池的充电电压上限并调整液流电池充电电流之后，或者降低液流电池的充电电压上限并调整液流电池充电电流之后，将任意两个电堆电压之间的差值与第二电压阈值进行比较；所述第二控制单元根据第三比较单元得出的任意两个电堆电压之间的差值大于等于第二电压阈值的比较结果，来控制液流电池停机；所述第二比较单元在第三比较单元得出任意两个电堆电压之间的差值小于第二电压阈值的比较结果后，继续将任意两个电堆电压之间的差值与第一电压阈值进行比较。
17.一种液流电池充放电控制方法，所述方法用于控制如权利要求1所述液流电池的充放电过程，其特征在于所述方法还包括如下步骤：
步骤1：检测液流电池SOC；
步骤2：判断液流电池SOC是否置于SOC下限和SOC上限之间，是则执行步骤3，否则执行步骤4；
步骤3：保持液流电池电压不变；
步骤4：当液流电池SOC大于等于SOC上限，调整液流电池电压低于第一预设电压，当液流电池SOC小于等于SOC下限，调整液流电池电压处于第一预设电压和第二预设电压之间，所述第二预设电压高于第一预设电压。
18.根据权利要求17所述的液流电池充放电控制方法，其特征在于
所述方法在步骤4之后还包括如下步骤：
步骤5：检测液流电池所包括的各电堆的电压，执行步骤6；
步骤6：将任意两个电堆电压之间的差值与第一电压阈值进行比较，若任意两个电堆电压之间的差值大于等于第一电压阈值则执行步骤7；
步骤7：当液流电池处于充电状态，降低液流电池的充电电压上限并调整液流电池充电电流，当液流电池处于放电状态，提高液流电池的放电电压下限并调整液流电池放电电流。
19.根据权利要求18所述的液流电池充放电控制方法，其特征在于，
若任意两个电堆电压之间的差值小于第一电压阈值或者在执行步骤7之后，则执行步骤8；
步骤8：将任意两个电堆电压之间的差值与第二电压阈值进行比较，若任意两个电堆电压之间的差值大于等于第二电压阈值则液流电池停机，若任意两个电堆电压之间的差值小于第二电压阈值则返回步骤6。
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