CN109841874A - 一种防止液流电池系统在备电状态下漏电的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种防止液流电池电堆在备电状态下漏电的方法。通过分别在液流电池系统中相邻电堆的正极或者负极电解液腔进/出口之间的主管路上设有阀门，或者2个以上电堆的正极或者负极电解液腔进/出口经阀门与一主管路相连后再经泵与正极电解液储罐相连通。该方法可在电池系统充满电并处在随时听候指令准备放电的过程中切断液流电池系统内部电堆之间的电网络，防止系统内漏电电流的产生，避免电池系统备电状态下的漏电。

Description

一种防止液流电池系统在备电状态下漏电的方法

技术领域

本发明涉及液流电池系统的运行方法，特别涉及液流电池系统在备电状态下防止漏电的方法。

背景技术

近年来，伴随着环境问题日益突出，传统的化石能源正在逐渐退出历史舞台。越来越多的大规模可再生能源电站的数量呈现明显的增长趋势。各国家大力开发可再生能源，提高其在电网中的比例，满足可持续发展、环境友好型发展的国家战略需要。但可再生能源，例如风能、太阳能等因为不稳定、不连续的特点，不能像火电一样功率任意可调，决定了电网不能完全吸纳可再生能源，甚至会对电网安全造成严重危害。为此，必须开发出可再生能源与电网间的缓冲技术，以提高可再生能源的并网率。储能技术应运而生，其可以实现跟踪发电、削峰填谷的重要作用。在众多储能技术中，化学储能近年来蓬勃发展，尤其是全钒液流电池储能技术已经初步实现了产业化。全钒液流电池通过正负极同种元素不同价态之间的转化储存及转化电能，从原理上杜绝了两极电解液的相互污染，具有能量转换效率高，可达70％～80％；蓄电容量大，系统设计灵活；可靠性高，可深度放电90％以上，以及运行维护费用低和环境友好等优点，逐渐成为最有前途地大中型规模电力存储的首选之一。

液流电池为满足跟踪计划发电或者备用电源的需要，常常需要将电池充满电之后将电能储存较长时间，以备电网的调度。在备电状态下，需要满足以下两个条件：一是正、负极电解液应完全封闭隔绝储存在各自的电解液储罐中，避免自放电造成电能的损失；二是电池系统，包括电堆、管路、泵以及其他流经电解液设备的可靠稳定。正、负极电解液可通过密封电解液储罐的方式完全隔绝，但电池系统中的电堆、管路等部件却可因为系统漏电造成电能损失，更重要的是漏电产生的热能使得电解液温度骤然升高导致材料的可靠性下降。一个百千瓦级的电池系统通常由六到八个电堆构成，设置有一个正极电解液储罐和一个负极电解液储罐。正、负极电解液通过系统公用主管路经循环泵分别通过每个电堆的分支管路流入各个电堆的正、负极电极中，再经由分支管路汇入到公用主管路中流回至电解液储罐。与电堆中的漏电电流的生成类似，电堆之间电路串联连接，液路并联连接，形成了漏电回路。与电堆中的漏电不同的是，电堆的电压一般可达100伏特，远高于单电池电压。一旦形成漏电将会产生很高的热量，导致电解液温度剧烈上升，不但会造成电解液管路的变形，更会缩短电堆内材料的使用寿命。

发明内容

由上述分析可知，储能电池系统常常需要将系统充满电之后等待负载的调用，该状态称为系统的备电状态。构成电池系统内部漏电的必要条件是正、负极电解液各自的主管路以及电堆电压。只有切断漏电回路才会完全避免电堆之间漏电电流的产生，防止电解液因漏电电流导致的温度骤升。

为解决上述问题，本发明提供了一种液流电池系统的电解液管路结构。包括2个以上从左至右依次电路串联的液流电池电堆，液流电池电堆上设有正极电解液进口和出口、负极电解液进口和出口，其具有以下特点：

2个以上电堆的正极电解液进口从左至右依次并联于同一主管路上再经泵与正极电解液储罐相连通，且在相邻电堆的正极电解液进口之间的主管路上设有阀门；或2个以上电堆的正极电解液进口经阀门与一主管路相连后再经泵与正极电解液储罐相连通；

2个以上电堆的正极电解液出口从左至右依次并联于同一主管路上再经泵与正极电解液储罐相连通，且在相邻电堆的正极电解液出口之间的主管路上设有阀门；或2个以上电堆的正极电解液出口经阀门与一主管路相连后再经泵与正极电解液储罐相连通；

2个以上电堆的负极电解液进口从左至右依次并联于同一主管路上再经泵与负极电解液储罐相连通，且在相邻电堆的负极电解液进口之间的主管路上设有阀门；或2个以上电堆的负极电解液进口经阀门与一主管路相连后再经泵与负极电解液储罐相连通；

2个以上电堆的负极电解液出口从左至右依次并联于同一主管路上再经泵与负极电解液储罐相连通，且在相邻电堆的负极电解液出口之间的主管路上设有阀门；或2个以上电堆的负极电解液出口经阀门与一主管路相连后再经泵与负极电解液储罐相连通；

在备电状态下将上述系统内所有阀门均关闭。

本发明具有如下优点：

1.本发明彻底避免了电池系统备电状态下的系统管路内的漏电电流，防止了因漏电会导致的温度骤升等问题，提高了系统备电状态下的可靠性。

2.本发明结构简单，成本低，控制系统易于操作，无需昂贵的设备投资。

附图说明

图1为液流电池系统液路图；

其中1.正极电解液储罐；2.负极电解液储罐；3.电堆；4.正极循环泵；5.负极循环泵；6.正极电解液入口公用管路；7.正极电解液出口公用管路；8.负极电解液入口公用管路；9.负极电解液出口公用管路；10.负极电解液电堆入口分支管路；11.负极电解液电堆出口分支管路；12.正极电解液电堆入口分支管路；13.负极电解液电堆出口分支管路。

图2为本发明对比例中液流电池系统液路图；

其中14.正极电解液电堆入口公用管路阀门；15.负极电解液电堆入口公用管路阀门；16.正极电解液电堆出口公用管路阀门；17.负极电解液出口公用管路阀门。

图3为本发明对比例中的液流电池系统液路图；

其中18.正极电解液电堆入口分支管路阀门；19.负极电解液电堆入口分支管路阀门；20.正极电解液电堆出口分支管路阀门；21.负极电解液电堆出口分支管路阀门。

图4为本发明对比例中的液流电池系统液路图。

具体实施方式

对比例：

液流电池系统通常采用图1的系统液路布局，正、负极电解液分别由正、负极循环泵从电解液储罐中抽出，流入系统中。正、负极电解液分别通过系统电解液入口公用管路流入电堆入口分支管路流入电极，再经由电堆出口分支管路汇总至系统电解液出口公用管路中，流回电解液储罐。由于备电状态下电堆电压较高，公用管路和分支管路组成的并联液路形成了漏电电路。采用图2中的液流电池系统液路布局，在正、负极电解液的电堆入口和出口分支管路之间的公用管路上设置阀门。当系统备电停机后，同时关闭上述阀门，打断各个电堆之间电解液公用管路的液路连接，从根本上断路了漏电电路，避免漏电发生。采用图3中的液流电池系统液路布局，在正、负极电解液的电堆入口与出口的分支管路上设置阀门。系统备电状态下关闭阀门同样起到断开电堆间的液路，消除漏电电流的作用。图4为液流电池系统的液路图，其在电堆电解液入口和出口的分支管路上设置阀门，同时在分支管路之间的公用管路上设置阀门，综合图2与图3中阀门的设置特点。对比采用图1-图4的系统液路布局的电池系统参数变化。在系统备电状态下电堆总电压、系统管路内电解液温度，如表1所示。采用图2-4的系统液路布局的电堆总电压基本不变，管路内电解液的温度未见明显升高。

表1采用图1-4液路布局的电池系统参数对比

Claims (1)

1.一种防止液流电池系统在备电状态下漏电的方法,包括2个以上从左至右依次电路串联的液流电池电堆，液流电池电堆上设有正极电解液进口和出口、负极电解液进口和出口，其特征在于：

2个以上电堆的正极电解液进口从左至右依次并联于同一主管路上再经泵与正极电解液储罐相连通，且在相邻电堆的正极电解液进口之间的主管路上设有阀门；或2个以上电堆的正极电解液进口经阀门与一主管路相连后再经泵与正极电解液储罐相连通；

2个以上电堆的正极电解液出口从左至右依次并联于同一主管路上再经泵与正极电解液储罐相连通，且在相邻电堆的正极电解液出口之间的主管路上设有阀门；或2个以上电堆的正极电解液出口经阀门与一主管路相连后再经泵与正极电解液储罐相连通；

2个以上电堆的负极电解液进口从左至右依次并联于同一主管路上再经泵与负极电解液储罐相连通，且在相邻电堆的负极电解液进口之间的主管路上设有阀门；或2个以上电堆的负极电解液进口经阀门与一主管路相连后再经泵与负极电解液储罐相连通；

2个以上电堆的负极电解液出口从左至右依次并联于同一主管路上再经泵与负极电解液储罐相连通，且在相邻电堆的负极电解液出口之间的主管路上设有阀门；或2个以上电堆的负极电解液出口经阀门与一主管路相连后再经泵与负极电解液储罐相连通；

在备电状态下将上述所有阀门均关闭。