CN107507994A - 一种全钒液流电池储能模块装置及其电压均衡控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及全钒液流电池储能技术领域，具体指一种全钒液流电池储能模块装置,同时公开了一种全钒液流电池储能模块装置的电压均衡控制方法；包括构成回路的电源/负载和全钒液储能模块，控制回路，所述全钒液储能模块包括N个依次串联的全钒液储能电堆，任一全钒液储能电堆的两极之间均设有对应的桥连支路；所述控制回路上设有控制器、N组的电压检测装置和短路开关，每组电压检测装置和短路开关并联在对应的桥连支路上，N组的电压检测装置和短路开关通过控制线分别与控制器连接；本发明结构合理，通过实时检测电池储能模块中每个全钒液电堆的充放电电压，桥连支路构成通路进行短路保护，防止因个别电堆性能劣化造成整体停运。

Description

一种全钒液流电池储能模块装置及其电压均衡控制方法
技术领域
本发明涉及全钒液流电池储能技术领域，具体指一种全钒液流电池储能模块装置,同时公开了一种全钒液流电池储能模块装置的电压均衡控制方法。
背景技术
全钒液流电池储能模块包含多个通过串联方式组成的电堆、电解液及其存储输送系统。由于共用电解液，由于电堆生产制造工艺偏差，导致储能模块长期运行后形成电堆电压不一致，影响整个模块容量，甚至停运，增加运维成本。因此，为保证全钒液流储能模块长期有效运行，需要加入电堆电压均衡控制，实现全钒液流电池储能模块中各电堆之间的电压均衡控制。在现有技术中，电压均衡的应用对象主要是由锂离子电池、铅酸电池等通过单电池串并联组成的储能模块，均衡的原理均是通过能量的主动或被动搬移实现。被动均衡是通过在电堆上并联分流元件，消耗高容量电堆能量实现均衡。主动均衡是通过电感、电容或直流变换器将能量从端电压较高的储能单元转移到端电压较低的储能单元。
如中国专利201620808221.6提出了一种串联全钒液流电池储能模块的均衡控制装置，该装置包括电堆、正极电解液和负极电解液，电堆的正极通过泵与正极电解液连接，电堆负极通过泵与负极电解液连接，电堆分别于AC/DC转换器与和电池管理系统连接，电池管理系统中设有均衡控制电路，AC/DC转换器的输入端与电源连接，AC/DC转换器输出端与负载连接，利用超级电容作为均衡能量载体，实现能量均衡控制。中国专利201410526118.8公开了一种电压均衡控制电路，该电路包括：N个开关、N个电容和控制器；N个开关与串联的N个蓄电设备一一对应连接；N个开关与N个电容的N个第一端子一一对应连接；N个电容的N个第二端子连接到公共中性线；控制器通过控制线与N个开关连接，用于控制N个开关进行开关切换，实现电荷转移。
上诉专利均是针对每个电堆配置一套电解液存储输送系统，相当于一个电堆是一个独立电池，成本很高且不利于全钒液流电池储能系统的工程化应用。全钒液流电池储能模块内各电堆是共用一个正极储液罐和负极储液罐，充放电过程中电堆内能量一致，由于电堆生产工艺和内部结构偏差，充放电过程会因为内部阻抗不同引起电堆端电压不一致，不存在能量搬移问题，因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种采用电压检测装置实时检测电堆两端的电压，短路开关通过桥连支路对电堆进行短路保护，可防止个别电堆电压过高或过低，保证全钒液流储能模块可长期有效运行的全钒液流电池储能模块装置及其电压均衡控制方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明所述的一种全钒液流电池储能模块装置,包括构成回路的电源/负载和全钒液储能模块，控制回路，所述全钒液储能模块包括N个依次串联的全钒液储能电堆，任一全钒液储能电堆的两极之间均设有对应的桥连支路；所述控制回路上设有控制器、N组的电压检测装置和短路开关，每组电压检测装置和短路开关并联在对应的桥连支路上，N组的电压检测装置和短路开关通过控制线分别与控制器连接。
根据以上方案，所述全钒液储能模块还包括正极储液罐和负极储液罐，正极储液罐通过正极管道分别与N个全钒液储能电堆连接，负极储液罐通过负极管道分别与N个全钒液储能电堆连接，正极管道和负极管道上均设有输液泵。
一种全钒液流电池储能模块装置的电压均衡控制方法，所述控制器采集电压检测装置输出的电压信号，将电压信号与设定阀值比较，当对应的全钒液储能电堆的电压高于或低于设定阀值范围时，控制器输出逻辑命令闭合对应桥连支路上的短路开关。
本发明有益效果为：本发明结构合理，通过实时检测电池储能模块中每个全钒液电堆的充放电电压，当某个或某几个全钒液电堆充电电压高于设定的阈值或放电电压低于设定的阈值时，控制器控制与该全钒液电堆并联的短路开关闭合，桥连支路构成通路对该全钒液电堆进行短路保护，防止因个别全钒液电堆性能劣化造成全钒液储能模块的整体停运。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
图中：
1、电源/负载；2、控制回路；3、全钒液储能电堆；4、桥连支路；21、控制器；22、电压检测装置；23、短路开关；31、正极储液罐；32、负极储液罐；33、正极管道；34、负极管道；35、输液泵。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明的技术方案进行说明。
如图1所示，本发明所述的一种全钒液流电池储能模块装置,包括构成回路的电源/负载1和全钒液储能模块，控制回路2，所述全钒液储能模块包括N个依次串联的全钒液储能电堆3，任一全钒液储能电堆3的两极之间均设有对应的桥连支路4；所述控制回路2上设有控制器21、N组的电压检测装置22和短路开关23，每组电压检测装置22和短路开关23并联在对应的桥连支路4上，N组的电压检测装置22和短路开关23通过控制线分别与控制器21连接；所述N个全钒液储能电堆3依次串联，N为大于1的整数，即第i个全钒液储能电堆3的负极与第i+1个全钒液储能电堆3正极连接，N个串联的全钒液储能电堆3与电源/负载1连接构成主回路进行充放电；所述全钒液储能电堆3与其两端桥连支路4上的电压检测装置22、短路开关23在主回路上构成并联，从而在全钒液储能电堆3出现电压失衡情况下，短路开关23闭合桥连支路4对全钒液储能电堆3构成短路保护，防止因个别全钒液储能电堆3性能劣化造成全钒液储能模块的整体停运。
所述全钒液储能模块还包括正极储液罐31和负极储液罐32，正极储液罐31通过正极管道33分别与N个全钒液储能电堆3连接，负极储液罐32通过负极管道34分别与N个全钒液储能电堆3连接，正极管道33和负极管道34上均设有输液泵35。
一种全钒液流电池储能模块装置的电压均衡控制方法，所述控制器21采集电压检测装置22输出的电压信号，将电压信号与设定阀值比较，当对应的全钒液储能电堆3的电压高于或低于设定阀值范围时，控制器21输出逻辑命令闭合对应桥连支路4上的短路开关23。
本发明的工作原理如下：当电源/负载1处于充电模式时，电压检测装置22将采集到的N个电压信号传输给控制器21，控制器21将信号与设定阀值对比，当某个或多个全钒液储能电堆3的充电电压高于设定阀值时，控制器21输出控制信号给闭合对应的短路开关23，从而通过桥连支路4对全钒液储能电堆3形成短路保护，防止因个别全钒液储能电堆3性能劣化影响全钒液储能模块整体的工作稳定，反之亦然。
以上所述仅是本发明的较佳实施方式，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。

Claims (3)

1.一种全钒液流电池储能模块装置,包括构成回路的电源/负载(1)和全钒液储能模块，控制回路(2)，其特征在于：所述全钒液储能模块包括N个依次串联的全钒液储能电堆(3)，任一全钒液储能电堆(3)的两极之间均设有对应的桥连支路(4)；所述控制回路(2)上设有控制器(21)、N组的电压检测装置(22)和短路开关(23)，每组电压检测装置(22)和短路开关(23)并联在对应的桥连支路(4)上，N组的电压检测装置(22)和短路开关(23)通过控制线分别与控制器(21)连接。
2.根据权利要求1所述的全钒液流电池储能模块装置，其特征在于：所述全钒液储能模块还包括正极储液罐(31)和负极储液罐(32)，正极储液罐(31)通过正极管道(33)分别与N个全钒液储能电堆(3)连接，负极储液罐(32)通过负极管道(34)分别与N个全钒液储能电堆(3)连接，正极管道(33)和负极管道(34)上均设有输液泵(35)。
3.根据权利要求1所述的一种全钒液流电池储能模块装置的电压均衡控制方法，其特征在于：所述控制器(21)采集电压检测装置(22)输出的电压信号，将电压信号与设定阀值比较，当对应的全钒液储能电堆(3)的电压高于或低于设定阀值范围时，控制器(21)输出逻辑命令闭合对应桥连支路(4)上的短路开关(23)。
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