CN108023107B - 一种自动恢复性能的液流电池系统及其运行方式 - Google Patents

一种自动恢复性能的液流电池系统及其运行方式 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种自动恢复性能的液流电池系统，其包括：储存正极钒电解液的正极储罐，与正极储罐入料口相连接的换热模块，储存负极钒电解液的负极储罐，连接所述正、负极储罐的电堆，监测系统工作状态的传感器模块，显示所述传感器模块监测的信息的显示模块以及连接在所述电堆上的可对调其正负极的双电源开关模块。本发明通过在电池系统内增加管道和阀门，通过阀门的逻辑控制达到正负极对调的同时，不需要在正负极对调之前进行混液，使原来的正极管道流动负极电解液，负极管道流动正极电解液，并且使原来的正极电解液储罐还保存正极电解液，负极电解液储罐还保存负极电解液。

Description

一种自动恢复性能的液流电池系统及其运行方式
技术领域
本发明涉及一种自动恢复性能的液流电池系统及其运行方式，属于大规模钒液流储能电池运行的方法领域。
背景技术
大规模的钒液流电池在工作时，且长时间运行后会导致反应的电堆中会有较多的反应杂质的堆积，影响反应的效率。
同时，大规模钒液流储能电池运行时，正负极对调前的混液会损失大量电能，同时还会产生大量热量使钒电解液的温度超出额定温度导致高温停机，且大规模钒液流储能电池运行时，正负极电路的反接工作量大，需要停机施工，而且存在施工风险。大规模钒液流储能电池运行时，电池系统的自动化控制程序中包含单堆电压，总电压，OCV电压，支路电流，总电流，正负极流量，正负极压力，正负极温度，正负极液位等模拟量输入，正负极对调对以上模拟量输入会造成正负极模拟量颠倒的问题。而电解液对环境温度是有一定要求的，故需要在电池系统中加入换热设备，目前比较成熟的是钛管换热器，而钛管换热器只允许正极电解液经过。
发明内容
本发明针对以上问题的提出，提出一种自动恢复性能的液流电池系统，其特征在于包括：储存正极钒电解液的正极储罐1，与正极储罐1入料口相连接的换热模块2，储存负极钒电解液的负极储罐3，连接所述正、负极储罐的电堆4，监测系统工作状态的传感器模块5，显示所述传感器模块监测的信息的显示模块以及连接在所述电堆4上的可对调其正负极的双电源开关模块；
进一步的，所述电堆4正极钒电解液入口与所述正极储罐1间由第一管道连接，所述第一管道至少包括：两路连接有逻辑控制阀门且管道状态相反的管道；所述第一管道一端连接在所述电堆4的电解液入口，另一端连接有将电解液传送至所述正极储罐1的正极循环泵101；所述电堆4负极钒电解液入口与所述负极储罐1间由第二管道连接，所述第二管道至少包括：两路连接有逻辑控制阀门且管道状态相反的管道；所述第二管道一端连接在所述电堆4的电解液入口，另一端连接有将电解液循环至所述正极储罐1的负极循环泵101；
进一步的，所述正极储罐1与所述电堆4间由第三管道连接，所述第三管道至少包括：两路连接有逻辑控制阀门且管道状态相反的管道；所述负极储罐3与所述电堆4间由第四管道连接，所述第四管道至少包括：两路连接有逻辑控制阀门且管道状态相反的管道；所述管道状态相反为两路管道的通断状态相反；
更进一步的，所述第三管道及第四管道电解液经过所述换热模块2处理后回到所述正/负极储罐中。
进一步的，所述双电源开关模块包括：使输入电压转变为稳定供应工作的变流器19，控制电路开关方式的双电源开关20；所述双电源开关20包含状态相反的两组开关，每组开关包含至少两个状态相同的开关。
进一步的，所述传感器模块5包括：检测所述电堆正、负极钒电解液出口压力的压力传感器、检测所述电堆正、负极钒电解液出口温度的温度传感器以及检测所述电堆正、负极钒电解液出口电解液流量的流量传感器。
本发明针对以上问题的提出还提出一种自动恢复性能的液流电池的运行方式，应用于上述的一种自动恢复性能的液流电池系统，具体步骤包括：
状态一：所述正极储罐1内的钒电解液通过正极循环泵101，先流经第一管道再流至第二管道，最终流进所述电堆并与通过负极循环泵101先流经第二管道再流至第一管道的所述负极储罐3内的钒电解液反应；
反应后，正极电解液先沿所述第三管道再沿所述第四管道及所述换热模块2流回所述正极储罐1；负极电解液先沿所述第四管道再沿所述第三管道流回所述负极储罐3；
状态二：所述正极储罐1内的钒电解液通过正极循环泵101，先流经第二管道再流至第一管道，最终流进所述电堆并与通过负极循环泵101先流经第一管道再流至第二管道的所述负极储罐3内的钒电解液反应；
反应后，正极电解液先沿所述第四管道再沿所述第三管道及所述换热模块2流回所述正极储罐1；负极电解液先沿所述第三管道再沿所述第四管道流回所述负极储罐3。
进一步的，状态1或状态2时，闭合的所述双电源开关20中的两组开关的状态相反；所述变流器19与双电源开关20正负极接线保持不变。
进一步的，将所述传感器采集的信号转换成模拟量信号并通过中间继电器的一对互锁触点，接入变送器，显示在所述显示模块；
当点击按钮后，实现所述输入信号反转，所述显示模块显示的正负极内容互换，显示系统正负极对调后的系统参数。
本发明的优点在于：通过在电池系统内增加管道和阀门，通过阀门的逻辑控制达到正负极对调的同时，不需要在正负极对调之前进行混液，使原来的正极管道流动负极电解液，负极管道流动正极电解液，并且使原来的正极电解液储罐还保存正极电解液，负极电解液储罐还保存负极电解液。且本发明使用双电源开关进行电路上的正负极反接，无需对电堆上的连接进行对调。在于在BMS柜内增加信号接入板和及信号开关，解决正负极对调对单堆电压，总电压，OCV电压，支路电流的影响，通过扩展控制程序来解决正负极对调后正负极流量，正负极压力，正负极温度，正负极液位等模拟量输入的所受的影响。
附图说明
为了更清楚的说明本发明的实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明的实施例结构示意图。
图3为本发明的双电源开关模块结构示意图。
图4为本发明的控制画面示意图。
具体实施方式
为使本发明的实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述：
如图1-4所示的一种自动恢复性能的液流电池系统，包括：储存正极钒电解液的正极储罐，与正极储罐入料口相连接的换热模块，储存负极钒电解液的负极储罐，连接所述正、负极储罐的电堆，监测系统工作状态的传感器模块，显示所述传感器模块监测的信息的显示模块以及连接在所述电堆上的可对调其正负极的双电源开关模块。
在本实施方式中，电堆的正极钒电解液入口与正极储罐间由第一管道连接，所述第一管道至少包括：两路连接有逻辑控制阀门且管道状态相反的管道。可以理解为，在其他实施方式中，所述的第一管道的通道数由实际需要的管道数决定，只要能够满足，能够通过逻辑控制阀门的控制决定电解液的流动即可。
作为优选的实施方式，第一管道一端连接在电堆的电解液入口，另一端连接有将电解液传送至所述正极储罐的正极循环泵。
进一步的，电堆的负极钒电解液入口与负极储罐间由第二管道连接，第二管道至少包括：两路连接有逻辑控制阀门且管道状态相反的管道；所述第二管道一端连接在所述电堆的电解液入口，另一端连接有将电解液循环至所述正极储罐的负极循环泵。可以理解为，在其他实施方式中，所述的第一管道的通道数由实际需要的管道数决定，只要能够满足，能够通过逻辑控制阀门的控制决定电解液的流动即可。
在本实施方式中，正极储罐与所述电堆间由第三管道连接，第三管道至少包括：两路连接有逻辑控制阀门且管道状态相反的管道，负极储罐与所述电堆间由第四管道连接，第四管道至少包括：两路连接有逻辑控制阀门且管道状态相反的管道。第三管道及第四管道电解液经过换热模块处理后回到所述正极储罐中。在本实施方式中，换热模块采用钛管换热器，可以理解为在其它实施方式中，所述的换热模块可以用其它的方式，如物理方式降温等，只要能够满足能够将管道中所带的热量去除即可。
作为优选的实施方式，双电源开关模块包括：使输入电压转变为稳定供应工作的变流器，控制电路开关方式的双电源开关，双电源开关包含状态相反的两组开关，每组开关包含至少两个状态相同的开关。可以理解为，在其他实施方式中，所述的状态开关状态可以按照实际需要进行选择，同时开关的数量可以按照实际情况进行选择，只要能够满足，能够在不切换电源或电堆正负极的情况下，能够将电堆的正负极进行调换即可。
在本实施方式中，传感器模块包括：检测所述电堆正、负极钒电解液出口压力的压力传感器、检测所述电堆正、负极钒电解液出口温度的温度传感器以及检测所述电堆正、负极钒电解液出口电解液流量的流量传感器。如图4所示，为传感器模块采集后的信号显示在显示模块的示意图，可以理解为，在其它实施方式中，采集的信号可以按照实际需要进行选择，只要能够满足，能够清晰的反映实际、监测并显示实际的工作状态参数即可。
进一步的，本发明还包括一种自动恢复性能的液流电池的运行方式，其应用一种自动恢复性能的液流电池系统，具体步骤包括：
状态一：当正极储罐内的钒电解液通过正极循环泵，先流经第一管道再流至第二管道，最终流进所述电堆并与通过负极循环泵先流经第二管道再流至第一管道的所述负极储罐内的钒电解液反应。反应后，正极电解液先沿所述第三管道再沿所述第四管道及所述换热模块流回所述正极储罐；负极电解液先沿所述第四管道再沿所述第三管道流回所述负极储罐。
状态二：所述正极储罐内的钒电解液通过正极循环泵，先流经第二管道再流至第一管道，最终流进所述电堆并与通过负极循环泵先流经第一管道再流至第二管道的所述负极储罐内的钒电解液反应。反应后，正极电解液先沿所述第四管道再沿所述第三管道及所述换热模块流回所述正极储罐；负极电解液先沿所述第三管道再沿所述第四管道流回所述负极储罐；所述状态1和状态2能够通过电动阀门和双电源开关实现相互切换。
在本实施方式中，状态1或状态2时，闭合的所述双电源开关中的两组开关的状态相反，变流器与双电源开关正负极接线保持不变。将所述传感器采集的信号转换成模拟量信号并通过中间继电器的一对互锁触点，接入变送器，显示在显示模块。
在本实施方式中，当点击按钮后，实现所述输入信号反转，所述显示模块显示的正负极内容互换，显示系统正负极对调后的系统参数。
实施例：如图2所示，
当状态1时，正极电解液的循环过程为：正极储罐1内的钒电解液通过正极循环泵101，打开阀门11，关闭阀门12，从电堆正极入口进入电堆，从电堆正极出口离开电堆经阀门15打开，阀门16关闭，再经过钛管换热器，最终回到正极储罐1。
负极电解液的循环过程为：负极储罐3内的钒电解液通过负极循环泵301经打开阀门13，关闭阀门14，从电堆负极入口进入电堆，从电堆负极出口离开电堆经阀门18打开，阀门17关闭，最终回到负极储罐3。
当状态2时，正极电解液的循环过程为：正极储罐1内的钒电解液通过正极循环泵101经打开阀门12，关闭阀门11，从电堆正极入口进入电堆，从电堆正极出口离开电堆经阀门16打开，阀门15关闭，再经过钛管换热器，最终回到正极储罐1。
负极电解液的循环过程为：负极储罐3内的钒电解液通过负极循环泵301经打开阀门14，关闭阀门13，从电堆负极入口进入电堆，从电堆负极出口离开电堆经阀门17打开，阀门18关闭，最终回到负极储罐3。
以上所述，仅为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 (6)

1.一种自动恢复性能的液流电池系统，其特征在于包括：
储存正极钒电解液的正极储罐(1)，与正极储罐(1)入料口相连接的换热模块(2)，储存负极钒电解液的负极储罐(3)，连接所述正、负极储罐的电堆(4)，监测系统工作状态的传感器模块(5)，显示所述传感器模块监测的信息的显示模块以及连接在所述电堆(4)上的可对调其正负极的双电源开关模块；
所述电堆(4)的正极钒电解液入口与所述正极储罐(1)间由第一管道连接，所述第一管道至少包括：两路连接有逻辑控制阀门且管道状态相反的管道；所述第一管道一端连接在所述电堆(4)的电解液入口，另一端连接有将电解液传送至所述正极储罐(1)的正极循环泵(101)；所述电堆(4)负极钒电解液入口与所述负极储罐(1)间由第二管道连接，所述第二管道至少包括：两路连接有逻辑控制阀门且管道状态相反的管道；所述第二管道一端连接在所述电堆(4)的电解液入口，另一端连接有将电解液循环至所述正极储罐(1)的负极循环泵(101)；所述管道状态相反为两路管道的通断状态相反；
所述正极储罐(1)与所述电堆(4)间由第三管道连接，所述第三管道至少包括：两路连接有逻辑控制阀门且管道状态相反的管道；所述负极储罐(3)与所述电堆(4)间由第四管道连接，所述第四管道至少包括：两路连接有逻辑控制阀门且管道状态相反的管道；
所述第三管道及第四管道电解液经过所述换热模块(2)处理后回到所述正极储罐中。
2.根据权利要求1所述的一种自动恢复性能的液流电池系统，其特征还在于包括：
所述双电源开关模块包括：使输入电压转变为稳定供应工作的变流器(19)，控制电路开关方式的双电源开关(20)；所述双电源开关(20)包含状态相反的两组开关，每组开关包含至少两个状态相同的开关。
3.根据权利要求1所述的一种自动恢复性能的液流电池系统，其特征还在于包括：
所述传感器模块(5)包括：检测所述电堆正、负极钒电解液出口压力的压力传感器、检测所述电堆正、负极钒电解液出口温度的温度传感器以及检测所述电堆正、负极钒电解液出口电解液流量的流量传感器。
4.一种自动恢复性能的液流电池的运行方式，其特征在于应用权利要求1-3任意一项所述的一种自动恢复性能的液流电池系统，具体步骤包括：
状态一：所述正极储罐(1)内的钒电解液通过正极循环泵(101)，先流经第一管道再流至第二管道，最终流进所述电堆并与通过负极循环泵(101)先流经第二管道再流至第一管道的所述负极储罐(3)内的钒电解液反应；
反应后，正极电解液先沿所述第三管道再沿所述第四管道及所述换热模块(2)流回所述正极储罐(1)；负极电解液先沿所述第四管道再沿所述第三管道流回所述负极储罐(3)；
状态二：所述正极储罐(1)内的钒电解液通过正极循环泵(101)，先流经第二管道再流至第一管道，最终流进所述电堆并与通过负极循环泵(101)先流经第一管道再流至第二管道的所述负极储罐(3)内的钒电解液反应；
反应后，正极电解液先沿所述第四管道再沿所述第三管道及所述换热模块(2)流回所述正极储罐(1)；负极电解液先沿所述第三管道再沿所述第四管道流回所述负极储罐(3)；所述状态1和状态2能够通过电动阀门和双电源开关实现相互切换。
5.根据权利要求4所述的一种自动恢复性能的液流电池的运行方式，其特征在于：
状态1或状态2时，闭合的所述双电源开关(20)中的两组开关的状态相反；变流器(19)与双电源开关(20)正负极接线保持不变。
6.根据权利要求4所述的一种自动恢复性能的液流电池的运行方式，其特征在于：
将所述传感器采集的信号转换成模拟量信号并通过中间继电器的一对互锁触点，接入变送器，显示在所述显示模块；
当点击按钮后，实现输入信号反转，所述显示模块显示的正负极内容互换，显示系统正负极对调后的系统参数。
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