CN112151834B - 电解液节能输送控制装置、方法及液流电池系统 - Google Patents

电解液节能输送控制装置、方法及液流电池系统 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种电解液节能输送控制装置、方法及液流电池系统，该控制装置包括：正极泵；负极泵；第一流量计，设置在正极泵的出口管路，用于检测正极泵输出的正极电解液的流量；第二流量计，设置在负极泵的出口管路，用于检测负极泵输出的负极电解液的流量；控制器，分别与正极泵、负极泵、第一流量计和第二流量计相连，用于根据正极电解液的流量对正极泵的转速进行控制，以调节正极泵输出的正极电解液的流量，以及根据负极泵输出的负极电解液的流量对负极泵的转速进行控制，以调节负极泵输出的负极电解液的流量。本发明能够在确保电解液流量和压力可靠控制的前提下，节约液流电池系统的电耗。

Description

电解液节能输送控制装置、方法及液流电池系统
技术领域
本发明涉及液流电池技术领域，特别涉及一种电解液节能输送控制装置、方法及液流电池系统。
背景技术
目前，关于液流电池系统，大多采用泵出口设置控制阀的方式进行电解液的流量调节，此种控制方法虽然可以精确的进行精确流量控制，但带来的问题是机泵的效率下降，电耗增高；此外因液流电池本身结构设置的特性，对电池正负极进出口差压有严格的要求。因此需在确保电解液流量和压力可靠控制的前提下，节约液流电池系统的电耗。
目前，相关技术中提出了一种液流电池装置的能效化控制方法及系统，该方法不采用流量传感器，通过控制液流电池装置中的变频水泵增大功率，然后判断变频水泵的释出功率是否满足负载要求，当未满足负载要求时，在设定时间阈值内，控制所述变频水泵的输出功率，同时判断当前的变频水泵输出功率是否满足要求，当不满足负载要求时，控制所述变频水泵增大功率，当满足负载要求时，继续控制所述变频水泵减少输出功率，获取保证负载稳定工作的变频水泵的输出功率。然而，该方法只通过变频输出功率的方式判断负载是否满足要求，作为流量控制时不够直接，且在该方法中并未明确阐述如何控制电池堆正负极入口差压的方式，即无法保证电池堆正负极入口差压。
发明内容
本发明旨在至少解决上述技术问题之一。
为此，本发明的一个目的在于提出一种电解液节能输送控制装置，该控制装置能够在确保电解液流量和压力可靠控制的前提下，节约液流电池系统的电耗。
为此，本发明的第二个目的在于提出一种液流电池系统。
为此，本发明的第三个目的在于提出一种电解液节能输送控制方法。
为了实现上述目的，本发明第一方面的实施例提出了一种电解液节能输送控制装置，包括：正极泵，用于将正极电解液输送至液流电池堆的正极；负极泵，用于将负极电解液输送至液流电池堆的负极；第一流量计，设置在所述正极泵的出口管路，用于检测所述正极泵输出的正极电解液的流量；第二流量计，设置在所述负极泵的出口管路，用于检测所述负极泵输出的负极电解液的流量；控制器，分别与所述正极泵、负极泵、第一流量计和第二流量计相连，用于根据所述正极电解液的流量对所述正极泵的转速进行控制，以调节所述正极泵输出的正极电解液的流量，以及根据所述负极泵输出的负极电解液的流量对所述负极泵的转速进行控制，以调节所述负极泵输出的负极电解液的流量。
另外，根据本发明上述实施例的电解液节能输送控制装置还可以具有如下附加的技术特征：
在一些示例中，还包括：流量输入模块，用于接收用户输入的正极电解液流量参数和负极电解液流量参数，并发送至所述控制器；所述控制器，用于根据用户输入的正极电解液流量参数和负极电解液流量参数，对应对所述正极泵和负极泵的转速进行控制，以调节所述正极泵输出的正极电解液的流量，以及调节所述负极泵输出的负极电解液的流量。
在一些示例中，还包括：电流输入模块，用于接收用户输入的液流电池堆充放电过程中的预设电流值，并发送至所述控制器；所述控制器，用于根据用户输入的液流电池堆充放电过程中的预设电流值，对所述正极泵和负极泵的转速进行控制，以调节所述正极泵输出的正极电解液的流量，以及调节所述负极泵输出的负极电解液的流量。
在一些示例中，还包括：压差检测装置，用于检测所述液流电池堆正负极进口的压差；压差变送器，与所述压差检测装置相连，用于当所述压差大于或等于第一压差阈值时，进行报警。
在一些示例中，还包括：储能管理设备，与所述压差变送器相连；所述压差变送器与所述正极泵和负极泵相连，用于当所述压差大于或等于第二压差阈值时，控制所述正极泵和负极泵停止运行，并向所述储能管理设备发送停机信号，其中，所述第二压差阈值大于所述第一压差阈值；所述储能管理设备，用于接收所述停机信号，并停止对所述液流电池堆进行充放电。
根据本发明实施例的电解液节能输送控制装置，既可手动设置调节电解液流量，也可以通过电池充放电过程中所设定的电流而自动调节电解液流量，实现灵活调整流量、节约电耗，且通过在电池堆正负极入口设置差压计，对电池堆的保护，有效维持电池堆正负极压差在安全范围内，从而能够有效解决液流电池系统的流量控制及电池保护问题，同时减少机泵的电力消耗，进而增加液流电池系统的容量。
为了实现上述目的，本发明第二方面的实施例提出了一种液流电池系统，包括本发明上述实施例所述的电解液节能输送控制装置。
根据本发明实施例的液流电池系统，既可手动设置调节电解液流量，也可以通过电池充放电过程中所设定的电流而自动调节电解液流量，实现灵活调整流量、节约电耗，且通过在电池堆正负极入口设置差压计，对电池堆的保护，有效维持电池堆正负极压差在安全范围内，从而能够有效解决液流电池系统的流量控制及电池保护问题，同时减少机泵的电力消耗，进而增加液流电池系统的容量。
为了实现上述目的，本发明第三方面的实施例提出了一种电解液节能输送控制方法，包括以下步骤：在正极泵将正极电解液输送至液流电池堆的正极的过程中，检测所述正极泵输出的正极电解液的流量；在负极泵将负极电解液输送至液流电池堆的负极的过程中，检测所述负极泵输出的负极电解液的流量；根据所述正极电解液的流量对所述正极泵的转速进行控制，以调节所述正极泵输出的正极电解液的流量，以及根据所述负极泵输出的负极电解液的流量对所述负极泵的转速进行控制，以调节所述负极泵输出的负极电解液的流量。
另外，根据本发明上述实施例的电解液节能输送控制方法还可以具有如下附加的技术特征：
在一些示例中，还包括：接收用户输入的正极电解液流量参数和负极电解液流量参数；根据用户输入的正极电解液流量参数和负极电解液流量参数，对应对所述正极泵和负极泵的转速进行控制，以调节所述正极泵输出的正极电解液的流量，以及调节所述负极泵输出的负极电解液的流量。
在一些示例中，还包括：接收用户输入的液流电池堆充放电过程中的预设电流值；根据用户输入的液流电池堆充放电过程中的预设电流值，对所述正极泵和负极泵的转速进行控制，以调节所述正极泵输出的正极电解液的流量，以及调节所述负极泵输出的负极电解液的流量。
在一些示例中，还包括：检测所述液流电池堆正负极进口的压差；当所述压差大于或等于第一压差阈值时，进行报警；当所述压差大于或等于第二压差阈值时，控制所述正极泵和负极泵停止运行，并停止对所述液流电池堆进行充放电，其中，所述第二压差阈值大于所述第一压差阈值。
根据本发明实施例的电解液节能输送控制方法，既可手动设置调节电解液流量，也可以通过电池充放电过程中所设定的电流而自动调节电解液流量，实现灵活调整流量、节约电耗，且通过在电池堆正负极入口设置差压计，对电池堆的保护，有效维持电池堆正负极压差在安全范围内，从而能够有效解决液流电池系统的流量控制及电池保护问题，同时减少机泵的电力消耗，进而增加液流电池系统的容量。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明一个实施例的电解液节能输送控制装置的结构框图；
图2是根据本发明另一个实施例的电解液节能输送控制装置的结构示意图；
图3是根据本发明一个实施例的电解液节能输送控制方法的流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以下结合附图描述根据本发明实施例的电解液节能输送控制装置、方法即液流电池系统。
图1是根据本发明一个实施例的电解液节能输送控制装置的结构框图。如图1所示，该电解液节能输送控制装置100，包括：正极泵110、负极泵120、第一流量计130、第二流量计140和控制器150。
其中，正极泵110用于将正极电解液输送至液流电池堆的正极；负极泵120用于将负极电解液输送至液流电池堆的负极；第一流量计130设置在正极泵110的出口管路，用于检测正极泵110输出的正极电解液的流量；第二流量计140设置在负极泵120的出口管路，用于检测负极泵120输出的负极电解液的流量；控制器150分别与正极泵110、负极泵120、第一流量计130和第二流量计140相连，用于根据正极电解液的流量对正极泵110的转速进行控制，以调节正极泵110输出的正极电解液的流量，以及根据负极泵120输出的负极电解液的流量对负极泵120的转速进行控制，以调节负极泵120输出的负极电解液的流量。
也即是说，采用正负极泵分别将正负极电解液送入液流电池堆的正负极进行充放电操作，正负极泵出口管路设置流量计，无需另外设置控制阀组，通过正负极泵出口的流量计，将正负极电解液的流量信号传递给控制正负极泵的控制器150，控制器150进而对正负极泵的转速进行控制，达到电解液流量自动调节的目的。其中，控制器150例如为变频器，变频器通过频率调节实现对正负极泵的转速的控制。
在本发明的一个实施例中，如图2所示，该控制装置100还包括流量输入模块160。流量输入模块160用于接收用户输入的正极电解液流量参数和负极电解液流量参数，并发送至控制器150；控制器150用于根据用户输入的正极电解液流量参数和负极电解液流量参数，对应对正极泵110和负极泵120的转速进行控制，以调节正极泵110输出的正极电解液的流量，以及调节负极泵120输出的负极电解液的流量。
换言之，即电解液的流量参数可通过流量输入模块160实现手动输入设置，进而，根据用户手动输入的电解液的流量参数来实现流量调节，从而丰富了流量调节方式，实现灵活调节流量。
在本发明的一个实施例中，如图2所示，该控制装置100还包括电流输入模块170。电流输入模块170用于接收用户输入的液流电池堆充放电过程中的预设电流值，并发送至控制器150；控制器150用于根据用户输入的液流电池堆充放电过程中的预设电流值，对正极泵110和负极泵120的转速进行控制，以调节正极泵110输出的正极电解液的流量，以及调节负极泵120输出的负极电解液的流量。
换言之，即可通过电池充放电过程中用户所设定的电流来实现电解液流量的自动调节，从而丰富了流量调节方式，实现灵活调节流量。
在本发明的一个实施例中，如图2所示，该控制装置100还包括压差检测装置180和压差变送器190。
压差检测装置180包括压差表，用于检测液流电池堆正负极进口的压差；压差变送器190可设置在液流电池堆的正负极入口处，且与压差检测装置180相连，用于当压差大于或等于第一压差阈值时，进行报警，以提醒相关人员注意液流电池堆正负极进口的压差较高。
在本发明的一个实施例中，如图2所示，该控制装置100还包括储能管理设备200。
储能管理设备200与压差变送器190相连；压差变送器190与正极泵110和负极泵120相连，用于当压差大于或等于第二压差阈值时，控制正极泵110和负极泵120停止运行，并向储能管理设备200发送停机信号，其中，第二压差阈值大于第一压差阈值；储能管理设备200，用于接收停机信号，并停止对液流电池堆进行充放电。
具体的说，即在液流电池堆的正负极入口设置差压变送器，当正负极进口的压差达到所设定的高值(即第一压差阈值)时，进行报警，当正负极进口的压差进一步达到高高设定值(即第二压差阈值)时，则触发保护联锁条件，直接控制正负极泵的电机停止运转，同时将停止信号传递给储能管理设备200，以便储能管理设备200停止对液流电池堆的充放电操作，从而达到保护液流电池堆的目的，避免因进入口差压过大导致液流电池堆损坏。其中，储能管理设备200例如为PCS(Power Conversion System，储能变流器)。
综上，该电解液节能输送控制装置，在电解液输送至液流电池堆入口的过程中，可通过手动设置流量值或电流变化自动调节流量，同时通过设置电池堆进口正负极差压值的方式对液流电池堆进行保护，从而能够解决液流电池系统的流量控制及电池保护问题，同时减少机泵的电力消耗，进而增加液流电池系统的容量。从经济性角度，本发明实施例除减少了控制阀组，采用变频调节，电堆差压直接与机泵电机和PCS进行联锁，从而避免了设置控制阀组引起的管道空间置限制、减少占地、降低运行维护成本、节约机泵电耗的同时有效保护液流电池堆。
根据本发明实施例的电解液节能输送控制装置，既可手动设置调节电解液流量，也可以通过电池充放电过程中所设定的电流而自动调节电解液流量，实现灵活调整流量、节约电耗，且通过在电池堆正负极入口设置差压计，对电池堆的保护，有效维持电池堆正负极压差在安全范围内，从而能够有效解决液流电池系统的流量控制及电池保护问题，同时减少机泵的电力消耗，进而增加液流电池系统的容量。
本发明的进一步实施例还提出了一种液流电池系统。该液流电池系统包括本发明上述任意一个实施例所描述的电解液节能输送控制装置。因此，本发明实施例的液流电池系统的具体实现方式与本发明实施例的液流电池系统的具体实现方式类似，具体请参见装置部分的描述，为了减少冗余，此处不再赘述。
根据本发明实施例的液流电池系统，根据本发明实施例的液流电池系统，既可手动设置调节电解液流量，也可以通过电池充放电过程中所设定的电流而自动调节电解液流量，实现灵活调整流量、节约电耗，且通过在电池堆正负极入口设置差压计，对电池堆的保护，有效维持电池堆正负极压差在安全范围内，从而能够有效解决液流电池系统的流量控制及电池保护问题，同时减少机泵的电力消耗，进而增加液流电池系统的容量。
另外，根据本发明实施例的液流电池系统的其它构成以及作用对于本领域的普通技术人员而言都是已知的，为了减少冗余，不做赘述。
本发明的进一步实施例还提出了一种电解液节能输送控制方法。
图3是根据本发明一个实施例的电解液节能输送控制方法的流程图。如图3所示，该电解液节能输送控制方法，包括以下步骤：
步骤S1：在正极泵将正极电解液输送至液流电池堆的正极的过程中，检测正极泵输出的正极电解液的流量。
步骤S2：在负极泵将负极电解液输送至液流电池堆的负极的过程中，检测负极泵输出的负极电解液的流量。
步骤S3：根据正极电解液的流量对正极泵的转速进行控制，以调节正极泵输出的正极电解液的流量，以及根据负极泵输出的负极电解液的流量对负极泵的转速进行控制，以调节负极泵输出的负极电解液的流量。
也即是说，采用正负极泵分别将正负极电解液送入液流电池堆的正负极进行充放电操作，可在正负极泵出口管路设置流量计，无需另外设置控制阀组，通过正负极泵出口的流量计，可将正负极电解液的流量信号传递给控制正负极泵的控制器，控制器进而对正负极泵的转速进行控制，达到电解液流量自动调节的目的。其中，控制器例如为变频器，变频器通过频率调节实现对正负极泵的转速的控制。
在本发明的一个实施例中，该方法还包括：接收用户输入的正极电解液流量参数和负极电解液流量参数；根据用户输入的正极电解液流量参数和负极电解液流量参数，对应对正极泵和负极泵的转速进行控制，以调节正极泵输出的正极电解液的流量，以及调节负极泵输出的负极电解液的流量。
换言之，即电解液的流量参数可实现手动输入设置，进而，根据用户手动输入的电解液的流量参数来实现流量调节，从而丰富了流量调节方式，实现灵活调节流量。
在本发明的一个实施例中，该方法还包括：接收用户输入的液流电池堆充放电过程中的预设电流值；根据用户输入的液流电池堆充放电过程中的预设电流值，对正极泵和负极泵的转速进行控制，以调节正极泵输出的正极电解液的流量，以及调节负极泵输出的负极电解液的流量。
换言之，即可通过电池充放电过程中用户所设定的电流来实现电解液流量的自动调节，从而丰富了流量调节方式，实现灵活调节流量。
在本发明的一个实施例中，该方法还包括：检测液流电池堆正负极进口的压差；当压差大于或等于第一压差阈值时，进行报警，以提醒相关人员注意液流电池堆正负极进口的压差较高；当压差大于或等于第二压差阈值时，控制正极泵和负极泵停止运行，并停止对液流电池堆进行充放电，其中，第二压差阈值大于第一压差阈值。
具体的说，可在液流电池堆的正负极入口设置差压变送器，当正负极进口的压差达到所设定的高值(即第一压差阈值)时，进行报警，当正负极进口的压差进一步达到高高设定值(即第二压差阈值)时，则触发保护联锁条件，直接控制正负极泵的电机停止运转，同时将停止信号传递给储能管理设备，以便储能管理设备(如PCS)停止对液流电池堆的充放电操作，从而达到保护液流电池堆的目的，避免因进入口差压过大导致液流电池堆损坏。
综上，该电解液节能输送控制方法，在电解液输送至液流电池堆入口的过程中，可通过手动设置流量值或电流变化自动调节流量，同时通过设置电池堆进口正负极差压值的方式对液流电池堆进行保护，从而能够解决液流电池系统的流量控制及电池保护问题，同时减少机泵的电力消耗，进而增加液流电池系统的容量。从经济性角度，本发明实施例除减少了控制阀组，采用变频调节，电堆差压直接与机泵电机和PCS进行联锁，从而避免了设置控制阀组引起的管道空间置限制、减少占地、降低运行维护成本、节约机泵电耗的同时有效保护液流电池堆。
需要说明的是，本发明实施例的电解液节能输送控制方法的具体实现方式与本发明实施例的电解液节能输送控制装置的具体实现方式类似，具体请参见装置部分的描述，为了减少冗余，此处不再赘述。
根据本发明实施例的电解液节能输送控制方法，既可手动设置调节电解液流量，也可以通过电池充放电过程中所设定的电流而自动调节电解液流量，实现灵活调整流量、节约电耗，且通过在电池堆正负极入口设置差压计，对电池堆的保护，有效维持电池堆正负极压差在安全范围内，从而能够有效解决液流电池系统的流量控制及电池保护问题，同时减少机泵的电力消耗，进而增加液流电池系统的容量。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同限定。

Claims (8)

1.一种电解液节能输送控制装置，其特征在于，包括：
正极泵，用于将正极电解液输送至液流电池堆的正极；
负极泵，用于将负极电解液输送至液流电池堆的负极；
第一流量计，设置在所述正极泵的出口管路，用于检测所述正极泵输出的正极电解液的流量；
第二流量计，设置在所述负极泵的出口管路，用于检测所述负极泵输出的负极电解液的流量；
控制器，分别与所述正极泵、负极泵、第一流量计和第二流量计相连，用于根据所述正极电解液的流量对所述正极泵的转速进行控制，以调节所述正极泵输出的正极电解液的流量，以及根据所述负极泵输出的负极电解液的流量对所述负极泵的转速进行控制，以调节所述负极泵输出的负极电解液的流量；
压差检测装置，用于检测所述液流电池堆正负极进口的压差，并将所述压差维持在预设的安全范围内；
压差变送器，与所述压差检测装置相连，用于当所述压差大于或等于第一压差阈值时，进行报警。
2.根据权利要求1所述的电解液节能输送控制装置，其特征在于，还包括：
流量输入模块，用于接收用户输入的正极电解液流量参数和负极电解液流量参数，并发送至所述控制器；
所述控制器，用于根据用户输入的正极电解液流量参数和负极电解液流量参数，对应对所述正极泵和负极泵的转速进行控制，以调节所述正极泵输出的正极电解液的流量，以及调节所述负极泵输出的负极电解液的流量。
3.根据权利要求1所述的电解液节能输送控制装置，其特征在于，还包括：
电流输入模块，用于接收用户输入的液流电池堆充放电过程中的预设电流值，并发送至所述控制器；
所述控制器，用于根据用户输入的液流电池堆充放电过程中的预设电流值，对所述正极泵和负极泵的转速进行控制，以调节所述正极泵输出的正极电解液的流量，以及调节所述负极泵输出的负极电解液的流量。
4.根据权利要求1所述的电解液节能输送控制装置，其特征在于，还包括：
储能管理设备，与所述压差变送器相连；
所述压差变送器与所述正极泵和负极泵相连，用于当所述压差大于或等于第二压差阈值时，控制所述正极泵和负极泵停止运行，并向所述储能管理设备发送停机信号，其中，所述第二压差阈值大于所述第一压差阈值；
所述储能管理设备，用于接收所述停机信号，并停止对所述液流电池堆进行充放电。
5.一种液流电池系统，其特征在于，包括如权利要求1-4任一项所述的电解液节能输送控制装置。
6.一种电解液节能输送控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
在正极泵将正极电解液输送至液流电池堆的正极的过程中，检测所述正极泵输出的正极电解液的流量；
在负极泵将负极电解液输送至液流电池堆的负极的过程中，检测所述负极泵输出的负极电解液的流量；
根据所述正极电解液的流量对所述正极泵的转速进行控制，以调节所述正极泵输出的正极电解液的流量，以及根据所述负极泵输出的负极电解液的流量对所述负极泵的转速进行控制，以调节所述负极泵输出的负极电解液的流量；
检测所述液流电池堆正负极进口的压差，并将所述压差维持在预设的安全范围内；
当所述压差大于或等于第一压差阈值时，进行报警；
当所述压差大于或等于第二压差阈值时，控制所述正极泵和负极泵停止运行，并停止对所述液流电池堆进行充放电，其中，所述第二压差阈值大于所述第一压差阈值。
7.根据权利要求6所述的电解液节能输送控制方法，其特征在于，还包括：
接收用户输入的正极电解液流量参数和负极电解液流量参数；
根据用户输入的正极电解液流量参数和负极电解液流量参数，对应对所述正极泵和负极泵的转速进行控制，以调节所述正极泵输出的正极电解液的流量，以及调节所述负极泵输出的负极电解液的流量。
8.根据权利要求6所述的电解液节能输送控制方法，其特征在于，还包括：
接收用户输入的液流电池堆充放电过程中的预设电流值；
根据用户输入的液流电池堆充放电过程中的预设电流值，对所述正极泵和负极泵的转速进行控制，以调节所述正极泵输出的正极电解液的流量，以及调节所述负极泵输出的负极电解液的流量。
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