CN112670532B - 一种全钒液流电池储能功率优化分配控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全钒液流电池储能功率优化分配控制方法，其包括以下步骤：将不同于所述全钒液流电池的电解液的换热液用来间接获取和/或散发全钒液流电池的电解液热量，以便将源自电解液的热量提供给热量利用机构，在所述热量利用机构中将该热量作为一次能源直接用于加热相应生产对象；将所述全钒液流电池产生的电力提供给热量利用机构，使得所述电力能够以非换能的方式直接用于所述热量利用机构的其他至少一项功能。

Description

一种全钒液流电池储能功率优化分配控制方法

技术领域

本发明涉及电池控制管理技术领域，特别涉及一种全钒液流电池储能功率优化分配控制方法。

背景技术

目前工业上或者风电、水电等大型发电设施所使用的储能电池有许多选择，液流电池如全钒液流电池就是属于液流电池中较为热门的一种电池。其放电的基本原理是利用钒离子的几个价态(二价、三价、四价和五价)之间的氧化还原反应形成电子的流动从而放电，因其主要电能来源物质为电解液，所以全钒液流电池所能提供或储存的能量多少取决于电解液储存容积的大小。在钒液流电池放电过程中，正负极电解液分别从各自的电解液储存罐流入反应电极室，反应电极室由正极集流体和负极集流体外加设置在两者中间作为隔离作用的隔膜组成，在反应电极式发生氧化还原反应放电后，正负极电解液各自返回储罐，如此不断循环，实现持续放电。

钒液流电池在发生氧化还原反应放电时，会产生一定的热量，这些热量一般会被流动的电解液带回到储罐中，在钒液流电池长时间循环放电的过程中储罐内的电解液温度会逐渐上升。钒电解液的最佳使用温度范围为0℃～45℃，当温度高于45℃时，正极电解液内含有的五价钒离子将会形成大量沉淀影响钒液流电池的放电效率；当温度低于0℃时(例如钒液流电池被使用于严寒地区时)，正负极电解液中的钒离子也会因为溶解度随温度下降之原因析出晶体。因此保证钒电解液温度稳定在最佳使用温度范围内对钒液流电池的良性使用大有裨益。

CN 205828544 U实用新型专利提供了一种利用导热板、散热风扇的风冷式电解液温度控制器，但使用风冷方式的缺点在于：风冷的传热系数较低，且冷却的时间较长，另外受环境温度的影响，经常性的需要引入例如像冷干机或制冷剂一类的辅助降温设备，增加能耗的同时占据了更多的空间。CN202651271U实用新型专利介绍了一种利用导热管道、冷却水的水冷式电解液温度控制器，此种采用水冷方式的缺陷在于：为达到水冷的要求，需要设置冷却塔等较为大型的设备，且存在环境温度过高时水冷效果大大下降的问题。现有技术还也能够解决在严寒地区使用钒液流电池时电解液温度过低而导致溶质析出的问题，另外现有技术没有提出将换热液换出的热量适应性地利用于同时需要热量与电量的孵化或育种装置的思路。

发明内容

为解决现有技术中未能解决的全钒液流电池热电联用的操作与控制问题，本发明公开了一种全钒液流电池储能功率优化分配控制方法，其包括以下步骤。

将不同于全钒液流电池的电解液的换热液用来间接获取和/或散发全钒液流电池的电解液热量，以便将源自电解液的热量提供给热量利用机构，在热量利用机构中将该热量作为一次能源直接用于加热相应生产对象；将全钒液流电池产生的电力提供给热量利用机构，使得电力能够以非换能的方式直接用于热量利用机构的其他至少一项功能。

此技术方案优点在于：采用全钒液流电池热电联用的方式，使得热量机构可以同时利用全钒液流电池的放电产生的热量和电量，节省了额外的电热设备，减少成本，降低能耗。同时由于采用电池供电，热量利用机构可以灵活摆放、不受电线束缚，还可以用于电网欠发展地区。液流电池采用电解液作为电力的主要来源，其工作时需要对大量电解液在管道内进行不断地循环流动以发生反应产生电量，并且由于钒离子在高温情况下会产生沉淀降低电池使用效率，电解液的最佳使用范围为0～45℃。因此全钒液流电池电解液本身需要降温的特性要求配备制冷设备，而本发明至少可以很大程度上缩减制冷需求，甚至不需要制冷。另外，由于全钒液流电池电解液适宜使用温度可以在37℃左右，而一些动物或植物的发育适宜温度恰好是37℃这一特殊温度左右，上述的两种温度恰好完美地契合，因此采用全钒液流电池热电联用的孵化或育种装置可以在使用电池发出的电力维持其内部例如照明通风设备正常运行的同时，利用温度契合的电解液内的热量传输到孵化或育种装置内部以维持适宜的发育温度并且几乎无需额外调温，这决定了本发明的控制系统至少在一定情况下是非常简单的。该系统自持能力强适用性广泛的原因例如还在于，其工作产生的余热温度范围适宜室内加热和生产生活加热。联合利用电池热量与电量的方案也曾出现于其他动力或储能电池，但是利用大量电解液循环流动至电堆反应作为能量来源的全钒液流电池与采用传统结构电解液一般不进行循环流动的传统蓄电池相比，其流出的具有流体性质的电解液更加适宜在换热机构中将热量传递给换热液，而这点是较为封闭的传统蓄电池所不具备的。液流电池电解液热量不足以使得水沸腾，将此热量直接用于调节室温或用于生产目的反而是比较适当的做法，因此本发明“将热量作为一次能源”意味着减少了调温复杂性，而产热同时伴生的电量还可以支持该热量利用机构的其他用电设备工作，这种方式明显不同于燃料电池。燃料电池温度很高，甚至可能高达1000摄氏度，其余热回收需要非常复杂的系统，还需要避免氢气泄露带来的爆炸风险。并且燃料电池比能量很高，这就意味着不需要很多的燃料即可完成较大的发电，如果利用燃料液体流动作为热量来源，在需要持续对热量理由机构进行加热的情况下，会造成大量产生的电力无处使用。而本发明余热作为一次能源直接使用的方式明显不同于燃料电池的余热回收系统。

优选地，其他至少一项功能是借助于热量利用机构的用电设备来达成的，用电设备中至少一个是具有可调节用电负荷性质的。

此技术特征优点在于：用电设备电量来自于电池，并且通过调节用电设备的用电负荷可以间接调节热量利用机构所能从换热液中利用到的源自于电解液的热量大小，使得至少在一部分情况下节省了额外调温的控制器及相关实施设备的同时用电设备受电工作功率也可以按需调整。由于燃料电池比能量很高，调节用电设备用电负荷的方式在燃料电池上产生热量变化的反馈并不明显，因此采用调节用电负荷的方式来调节利用热量的大小在燃料电池上是不能或很难实现的。而本发明采用调节用电设备来间接调节热量的方式明显不同于燃料电池的余热回收系统。

优选地，热量利用机构至少在部分工作时间段内是以无需额外升温或至少无需额外大幅度升温的方式来直接使用换热液从全钒液流电池的电解液所获取的热量的。

此技术特征优点在于：利用较为恒温的换热液加热热量利用机构，至少在一部分情况下节省了额外电加热设备的使用成本及能耗，另外使用换热液可以避免直接使用电解液加热可能带来的泄露使得生产对象被毒化的问题。燃料电池的燃料温度很高，并且由于比能量高，同等满足用电需求的情况下燃料使用也比较少，不利于在换热机构中与换热液换热，就算直接利用燃料对热量利用机构进行加热，除开高温的燃料可能会对需求常温加热的生产对象造成的影响之外，含有化学毒性的燃料可能泄露并造成生产对象被毒化。而本发明采用换热液换热的操作将余热作为一次能源直接使用的方式明显不同于燃料电池的余热回收系统。

优选地，热量利用机构还设有辅助调温设备，其能够利用全钒液流电池的电解液温度的峰值和谷值按照追踪热量利用机构的用热需求的方式保持换热液的温度。

此技术特征优点在于：在一些电解液温度无法保证热量利用机构对温度范围的要求的特殊情况时，可以利用电能对换热液进行辅助温度调整，防止热量利用机构内的生产对象因为温度达不到要求而失效。如果利用燃料电池的热量对热量利用机构进行加热，其高温的至少在很大一部分情况下燃料不利于生产对象的适宜温度，需要长时间且大功率地对高温燃料进行降温以满足适宜温度，耗能巨大且产生了巨大的非必要能量损失。而本发明采用温度较为适宜的换热液换热的操作将余热作为一次能源直接使用的方式明显不同于燃料电池的余热回收系统。

优选地，热量利用机构还设有独立蓄电池，其能够储存全钒液流电池的超出用电设备功率之外的电力，用以调节或保持换热液的温度。

此技术特征优点在于：独立蓄电池可以至少在一些情况下可以储存全钒液流电池超出用电设备功率之外的电力，可以防止超出用电设备功率之外的电力继续进入用电设备造成不期望或不必要的浪费，另外在另一些情况下，独立蓄电池的电量可以利用于对热量利用机构的辅助调温或者返还给全钒液流电池。如果利用燃料电池的热量对热量利用机构进行加热，由于其并能量较大，仅需要少量的燃料即可产生大量的电量，如果需要长时间使用高温燃料作为热量来源，则需要燃料电池长时间进行大量发电，这样会产生大量其它用电设备无法利用的剩余电量，若将上述剩余电量冲入蓄电池储存，则需要很大的蓄电池才能够储存如此巨大的电量，且这些电量无法返还给属于一次电池的燃料电池，加大了设备成本的同时产生了很多无用的电能。而本发明采用单独蓄电池回收液流电池多余电能并且可以返还液流电池方式明显不同于燃料电池的余热回收系统。

优选地，辅助调温设备能够在短时间内以紧急运行方式来维持热量利用机构的生产对象所需的温度。

此技术特征优点在于：辅助调温设备可以在极端温度环境下快速启动以保证维持热量利用机构的生产对象所需的温度，有利于保证生产对象不会因为极端温度环境影响而失效。而采用燃料电池，其本身需要大的额外能耗去降温高温的燃料，开启辅助调温设备无疑进一步加大了能源消耗。而本发明采用较适宜生产对象温度范围的电解液中的热量去加热热量利用机构的方式明显不同于燃料电池的余热回收系统。

优选地，预先确定“全钒液流电池产生的电力与全钒液流电池产生的热量”的发电热力曲线以及“全钒液流电池充电的电力与全钒液流电池产生的热量”的充电热力曲线，并将发电热力曲线和充电热力曲线提供给热量利用机构，使得在将全钒液流电池产生的电力提供给热量利用机构之时，热量利用机构能够预先确定源自电解液的热量总量变化趋势。

此技术特征优点在于：通过科学计算或者有限次数实验得到的充放电电量与热量关系曲线将电量变化与热量变化关联起来，使得可以通过参照曲线的方式仅调整电量来间接调整热量，节省了单独控制热量的相关设备，降低成本，节省能耗。另外至少在一些情况下，电量与热量通常需要同时升高或降低，而由于电量与热量曲线近似于正相关的数学关系，得以在仅调节电量的同时达成同向调节热量的目的。燃料电池由于具有很高的比能量，因此仅需很少的燃料即可发出较大的电量，且燃料的升温很高，这种大范围的变化影响了电量与热量的准确测定，因此很难通过科学计算或有限次实验的方式得出燃料电池放电电量与热量的关系。即使勉强得出了很粗糙的关系，也会因为用电量负反馈调节发电量不明显以及燃料温度很高的原因，无法实际实现仅调整电量来间接调整热量的目的。而本发明采用仅调整电量来间接调整热量的方式明显不同于燃料电池的余热回收系统。

优选地，热量利用机构通过分析变化趋势来确定全钒液流电池的储能放能定时，进而允许热量利用机构至少在部分工作时间段内尽量以无需额外升温的方式来作为一次能源直接使用源自电解液且经由换热液传递的热量。

此技术特征优点在于：将热量与电联通过曲线关联，使得可以通过参照曲线的方式仅调整电量来间接调整热量，节省了单独控制热量的相关设备。另外，至少在一些热量利用机构对电量与热量均没有较大需求的时候，全钒液流电池可以进行储能操作，以保证全钒液流电池的持续工作状态。燃料电池由于具有很高的比能量，因此仅需很少的燃料即可发出较大的电量，且燃料的升温很高，这种大范围的变化影响了电量与热量的准确测定，因此很难通过科学计算或有限次实验的方式得出燃料电池放电电量与热量的关系。即使勉强得出了很粗糙的关系，也会因为用电量负反馈调节发电量不明显以及燃料温度很高的原因，无法实际实现仅调整电量来间接调整热量的目的。而本发明采用仅调整电量来间接调整热量的方式明显不同于燃料电池的余热回收系统。

附图说明

图1为本发明具体实施方式1的电解液温度的控制装置结构示意图。

图2为本发明具体实施方式2的电解液温度的控制装置结构示意图。

图3为本发明具体实施方式3的采用液流电池的孵化或育种装置结构示意图。

图4为本发明具体实施方式3的采用液流电池的孵化或育种装置供电回路示意图。

图中：1-换热液提供装置；2-换热机构；3-控制模块；4-(第一)温度检测模块；5-(正极)电解液储存槽；6-第三电子阀门；7-第四电子阀门；8-第一电子阀门；9-第二电子阀门；10-第五电子阀门；11-第六电子阀门；12-第二温度检测模块；13-负极电解液储存槽；14-热液槽；15-冷液槽；16-第七阀门；17-第八阀门；18-第九阀门；19-多层加热管；20-辅助调温设备；21-独立蓄电池；22-用电设备；23-电子开关；24-外部控制模块；100-全钒液流电池；P1-第一管道；P2-第二管道；P3-第三管道；P4-第四管道；P5-第五管道；P6-第六管道；P7-第七管道；P8-第八管道；P9-第九管道T1-(正极)电解液换热通道；T2-换热液换热通道；T3-负极电解液换热通道；

具体实施方式

本发明涉及一种针对钒液流电池电解液温度的控制装置，其大致包括换热液提供装置1、换热机构2、控制模块3以及温度检测模块4。

在具体实施例1(见附图1)中，与换热液提供装置1以及钒液电池电解液储存槽5连接的且在位置上大致位于上述两者之间的换热机构2大致呈一个圆柱形或棱柱形的中空的在换热机构2被整体置于液流电池总体组件中的情况下，用于包裹、保护设置在其内部的电解液换热通道T1和换热液换热通道T2以及隔绝内外温度的壳体结构。在无法保证换热机构2整体之外的环境温度恒定不变的情况下，所述壳体结构的壳体组成部分可以采用石棉填充或者隔热陶瓷制成以避免外界环境温度影响换热机构内部的温度。

在壳体空腔内沿着壳体中心轴线的方向上以两端可拆卸的方式固定设有一个在需要换热机构2进行换热的情况下为换热液提供流经通道的大致呈中空圆柱管形状的换热液换热通道T2。所述换热液换热通道可以采用玻璃等材质制成；优选地，可以采用隔热陶瓷或带有真空夹层的双层玻璃制成，以防止例如在需要较热的换热液加热电解液的情况下，换热液的热量由换热液通道T2的外壁向外部散失的问题。

电解液换热通道T1设置于换热液换热通道T2内部，其与换热液换热通道T2相比内径稍小，且为增大换热面积之目的而大致呈现上下蜿蜒螺旋形状，用以在换热机构中提供一个换热面积尽可能大的电解液换热空间。为了与换热液换热通道T2之间形成物质上的隔绝，电解液换热通道T1的入口与出口分别在接近换热液换热通道T2的入口与出口的热液换热通道T2内表面处沿由内表面向外表面的方向穿出，使得电解液在经过电解液换热通道T1时可以与流经电解液换热通道T1外壁的换热液仅有热量上的交换而没有物质上的混合。同时，该两处熔接点达成了在换热液换热通道T2内部固定电解液换热通道T1之目的。为达到快速换热之目的，电解液换热通道T1可以采用铜管或其它导热性良好的金属制成。优选地，为防止酸性电解液对换热通道潜在的腐蚀隐患以及为了电解液换热通道T1与换热液换热通道T2进、出口之间更好的熔接，电解液换热通道T1可以采用玻璃陶瓷等导热性良好的硬质无机质材料。

电解液换热通道T1从入口到出口的流通走向与所述换热液换热通道T2从入口到出口的流通走向同向以实现电解液与换热液之间同向流动。

在本发明所述的电解液温度控制装置正常运行的情况下，从电解液储存槽出料口开始，沿电解液流动方向观察，位于上游的钒液流电池电解液储存槽5外部接近下端位置的出料口利用第二管道P2按照诸如法兰结构的配合方式紧密连接至位于下游的电解液换热通道T1的入口，从而使得电解液储存槽5内的电解液可以通过第二管道P2进入电解液换热通道T1。同时，从电解液换热通道T1出口端开始，沿电解液流动方向观察，位于上游的电解液换热通道T1出口利用第一管道P1按照诸如法兰结构的配合方式紧密连接至位于下游的电解液储存槽5外部接近上端位置的进料口，从而使得电解液换热通道T1的电解液可以通过第一管道P1回流至电解液储存槽5内。

因此，电解液储存槽5、第二管道P2、电解液换热通道T1和第一管道P1形成了电解液的回环流通通道。具体地，当进行换热过程时，电解液由电解液储存槽5出料口进入第二管道P2，经由第二管道P2输送至换热机构2内的电解液换热通道T1进行换热，随后经由上述换热通道出口进入第一管道P1，最后通过第一管道P1经由入料口回流至电解液存储槽5。

类似地，在本发明所述的电解液温度控制装置正常运行的情况下，从换热液提供装置1外部出口开始，沿换热液流动方向观察，位于上游的热液提供装置1外部出口利用第四管道P4按照诸如法兰结构的配合方式紧密连接至位于下游的换热液换热通道T2的入口，从而使得换热液提供装置1内的换热液可以通过第四管道P4进入换热液换热通道T2。同时，从换热液换热通道T2出口端开始，沿换热液流动方向观察，位于上游的换热液换热通道T2出口利用第三管道P3按照诸如法兰结构的配合方式紧密连接至位于下游的换热液提供装置1外部入口，从而使得换热液换热通道T2的换热液可以通过第一管道P1回流至热液提供装置1内。

因此，冷热水提供装置1、第四管道P4、电解液换热通道T1和第三管道P3形成了换热液的回环流通通道。具体地，当进行换热过程时，换热液由换热液提供装置1出口进入第四管道P4，经由第四管道P4输送至换热机构2内的换热液换热通道T2进行换热，随后经由上述换热通道出口进入第三管道P3，最后通过第三通道P3经由入口回流至冷热水提供装置1。

在用于储存液体性质的且在瞬时时间内从液面到液底方向上以梯度形式可能形成多个温度区间的电解液的电解液储存槽的靠近顶部的内侧面上，以不接触电解液的方式可拆卸地(如采用插头插座或螺纹固定)设置有与预先通过例如焊接一类的不可拆卸或者通过经防水构件保护性处理过的插头插座一类的可拆卸的方式安装于电解液储存槽内壁的温度检测器之间通过可传导电信号的组件例如可以是导线或无线方式连接的温度检测模块4。其中，在一些特殊情况下，当温度检测模块4被额外焊接在电解液储存槽内壁的可以是塑料壳体一类的材料密封保护在内时，可以与保护壳体作为一个整体浸没于电解液。上述的温度检测器，当数量至少为一个时优选安装于沿电解液液面到液底路径上的中间部位；当存在多个数目时优选按照一定的间隔距离在沿电解液液面到液底路径上间隔分布。

所述温度检测器采集温度的过程通常可以按照如下方式进行：经高强度高分子膜热缩包覆处理的普通金属热敏电阻或是具有一定化学惰性的半导陶瓷一类的热敏电阻所组成的温度检测器在感受所处环境的温度变化后自身电阻的随之改变并在常驻的测量回路中形成变化的电信号。所述电信号通过导线沿温度检测器向温度检测模块4的方向传输到具有电信号处理、计算功能的温度检测模块4处理并得到温度数值，该温度检测模块4可以是类似于在电路板上集成输入端口、输出端口和单片机的PLC组件，例如西门子的6ES7215-1AG40-0XB0。

在包裹由本发明所述电解液温度控制装置、钒液流电池本体及其可能的其它部件组成的钒液流电池整体组件的外壳内壁或者在钒液流电池本体的支撑性构件的某个未被占用的空间上，按照可以是螺纹固定或是胶粘的方式设置有用于在需要本文所述电解液温度控制装置工作时通过自身芯片内搭载的预置处理程序向上述第一、第二、第三、第四管道处的多个电子阀门发出电子信号以控制阀门开闭的方式来完成整个电解液控制过程的控制模块3。其中所述的多个电子阀门是沿管道内液体流动的方向安装于所述第一、第二、第三、第四四个管道之间的用以按自身受电子信号引导进行开闭的方式控制所述管道中的液体流通或者截止的阀门构件。

具体地，第一阀门8以法兰件配合或内置形式安装于第一管道P1沿液体流动路线的中间部位以控制从电解液换热通道T1流出的电解液回到电解液储存槽5的通道的流通和截止；第二阀门9以法兰件配合或内置形式安装于第二管道P2沿液体流动路线的中间部位以控制从电解液储存槽5流出的电解液去往电解液换热通道T1的通道的流通和截止；第三阀门6以法兰件配合或内置形式安装于第三管道P3沿液体流动路线的中间部位以控制从换热液换热通道T2流出的换热液回到换热液提供装置1的通道的流通和截止；第四阀门7以法兰件配合或内置形式安装于第四管道P4沿液体流动路线的中间部位以控制从换热液提供装置1流出的换热液去往换热液换热通道T2的通道的流通和截止。

控制模块以可以传导电信号的组件例如可以是导线连接的方式连接到上述第一、第二、第三、第四四个电子阀门的信号接收端、上述温度检测模块4的信号输出端以及换热液提供装置1的温度设定模块的接收端，用于根据温度检测模块4处理得出的电解液温度情况按照预定程序设定目标换热液温度后控制上述四个电子阀门使得换热液和电解液得以在换热机构2的内部进行热量上的交换以达到温度控制之目的，该控制模块3可以是类似于在电路板上集成输入端口、输出端口和单片机的PLC组件，例如西门子的6ES7215-1AG40-0XB0。

本发明所述对钒液流电池电解液温度控制装置在使用过程中，首先，被安置于电解液槽体内壁的一个或多个温度检测器受温度变化而改变其自身电阻，与温度检测器串联于同一测量回路的温度检测模块4采集到温度检测器电阻变化的电信号并将其转换、计算为当前电解液槽体内所储存的电解液温度数值(例如平均温度)并将此数值经由电信号输入控制模块3的处理芯片单元。控制模块3接收到温度数值之后根据预设在其芯片内的判断程序判断是否需要对电解液进行换热以及需要向热换热还是向冷换热。

其判断程序具体为，根据钒液流电池的物理化学或者一般使用的经验设定需要开启换热装置的开启温度判断数值。例如根据钒电解质的物理化学性质和使用经验，当温度接近或者高于45℃时，正极电解液内含有的五价钒离子将会形成大量沉淀影响钒液流电池的放电效率；当温度接近或者低于0℃时，正负极电解液中的钒离子也会因为溶解度随温度下降之原因析出晶体，因此，钒液流电池电解液的使用温度在0℃到45℃范围内为最佳。由此，开启温度判断数值可以设置为例如40℃和5℃这类稍小于45℃和稍大于0℃的数值。

当控制模块3内置的程序判断由温度监测器控制模块输入的电解液实时温度低于5℃时，控制模块3向换热液提供装置1发出一个温度较热的(例如25℃)的换热液目标温度指令，换热液提供装置1接受指令并开始制备目标温度的换热液。同理地，当控制模块3内置的程序判断由温度监测器控制模块输入的电解液实时温度高于40℃时，控制模块3向换热液提供装置1发出一个温度较冷的(例如15℃)的换热液目标温度指令，换热液提供装置1接受指令并开始制备目标温度的换热液。

优选地，还可以将例如8℃和37℃设置为预热温度判断数值，控制模块3由上述过程判断电解液实时温度低于或高于所述预热温度判断数值后向换热液提供装置1发出指令使之提前预热或预冷换热液以便在需要开启换热装置时换热液可以更快的进入可使用的状态。

在换热液提供装置1制备的换热液达到指令的目标温度后，控制模块控制上述第一、第二、第三、第四四个电子阀门开启，电解液由电解液储存槽5经过第二管道P2进入电解液换热通道T1，随后在电解液换热通道T1蜿蜒螺旋的结构中缓慢通过，随后经由第一管道T1回流至电解液储存槽5。同时换热液由换热液提供装置1流出经由第四管道T4流入换热液换热通道T2，在换热液换热通道T2中的换热液沿着电解液换热通道T1的外壁流动，随后经由第三管道回流至换热液提供装置1。在换热结构2中由于流经热液换热通道T2的换热液和流经电解液换热通道T1的电解液之间的热交换作用，电解液的温度得以被控制在一定的目标范围内。

当控制模块检测到电解液储存槽内电解液实时温度不满足上述开启温度判断范围后，控制上述第一、第二、第三和第四四个阀门的关闭以截止换热液或电解液的流通，并且向换热液提供装置1发送关机指令以关闭换热液提供装置1。

在另外一个实施例2中(见附图2)介绍了一种可以选择性调控正极或负极电解液其中一种或全部温度的对钒液流电池电解液温度的控制装置。其与上述实施例1不同的地方是：

换热机构2内额外设置了一个负极电解液换热通道T3，负极电解液换热通道T3的入口与出口分别在接近换热液换热通道T2的入口与出口的热液换热通道T2内表面处沿由内表面向外表面的方向穿出。

另外增设了第五管道P5、第六管道P6、第五阀门10和第六阀门11。具体地，第五管道P5按照上述方式连接负极电解液换热通道T3出口和负极电解液储存槽12的入口，第六管道P6按照上述方式连接负极电解液储存槽12的出口和负极电解液换热通道T3的入口。

第五阀门10以法兰件配合或内置形式安装于第五管道P5沿液体流动路线的中间部位以控制从负极电解液换热通道T3流出的电解液回到负极电解液储存槽13的通道的流通和截止；第六阀门11以法兰件配合或内置形式安装于第六管道P6沿液体流动路线的中间部位以控制从负极电解液储存槽12流出的电解液去往负极电解液换热通道T3的通道的流通和截止；

在正极和负极电解液储存槽内部的上端部份分别以上述非接触电解液的方式安装有第一温度检测模块4和第二温度检测模块12以分别检测正极和负极电解液的温度，上述两个温度检测模块均与控制模块以有线或无线的方式连接。

在本实施例2中，当控制模块3接受到来自于第一温度检测模块4和第二温度检测模块12获得的实时正极和负极电解液的温度，判断上述两个温度是否满足设定的温度范围条件，若只有其中一个温度不满足设定的温度范围条件，则控制模块并且可以选择性的开启相应的电解液换热回路的阀门以实现对单独一种电解液的换热功能。同时，在两种电解液均不满足设定的温度范围条件时，可以同时开启两种电解液换热回路的阀门以实现对两种电解液同时换热的功能。

实施例1和2所述的具有电解液温度控制功能的全钒液流电池可被应用到多种热量利用机构中以实现对换热液换出的电解液中的热量的再利用。

例如，在本实施例3中(如图3图4所示)，本具有电解液温度控制功能的液流电池被应用在养殖场或培植场的孵化或育种装置中，该孵化或育种装置至少包括：全钒液流电池100、多层加热管道19、用电设备22和其它行业内常用的孵化器或育种装置的构成部件。

在用于放置埋有种子的培育土或者卵生动物的胚胎蛋的培育托盘的底部，以近距离但非接触的方式设有沿液体流动方向蜿蜒回环造型的多层加热管道19，其在培育装置内配合多层培育托盘的空间位置纵向分布而形成有多层结构，使得换热液在流经多层加热管道19时，换热液可以近距离接触每一层培育托盘，以使得每一层培育托盘上的种子或胚胎蛋均能够的得到加热，并且由于多层加热管道19的每层管道均是以蜿蜒回环的蛇形通路，换热液得以充分地发散其内部的热量至孵化装置内部，以实现对培育托盘或者孵化/育种装置内部环境进行一定温度的加热，使得培育托盘或孵化/育种装置内部环境维持一定的适宜卵生动物或植物种子繁殖或生长的温度(例如37℃左右)。

在沿液体流动的方向上，位于上游的液流电池内的换热液提供装置1内部热液槽14的第二出口通过法兰紧密连接的第七管道P7连接至位于下游的多层加热管道19的入口处。同样地，在液体流动方向上，位于上游的多层加热管道19的出口处通过法兰紧密连接的第八管道P8连接至位于下游的换热液提供装置连接冷液储槽15的第二入口处。在需要使用多层加热管道19对培育托盘或者孵化/育种装置内部环境加热的情况下，存储于换热液提供装置内部热液槽14的带有一定温度的换热液通过热液槽14第二出口流经第七管道P7进入多层加热管道19的入口，在蜿蜒回环的多层加热管道19中流过时加热培育托盘孵化/育种装置内部环境，随后换热液通过多层加热管道19的出口流经第八管道P8回流至换热液提供装置1内部的冷液槽15的入口。热液槽14的第三出口通过第九管道P9与冷液槽15的第三入口连接。

按照行业内常用的方式被安装在孵化/育种装置内部的可以是用于给种子或胚胎提供稳定照明的灯光设备、用于给装置内部通风换气的通风设备和检测装置内部温度或其它参数情况的检测设备和用于显示装置内部情况的显示器之类的用电设备22以电导线连接的方式与本发明提供的具有电解液控制温度控制功能的全钒液流电池100组成电流回路。优选的，用电设备还包括以电力作为能源的可以是冷热风提供装置的辅助控温装置20用以在置于装置内部的温度探测器检测到多层加热管道加热过后的装置内部温度不满足孵化或育种标准温度范围的情况下通过其自身生产的冷热风辅助加热或制冷以实现装置内部温度恒定值一定的标准温度范围。

另外在本实施例中，具有电解液温度控制功能的全钒液流电池100内的温度传感器4以胶粘或螺纹固定的方式安置于换热液换热通道T2靠近出口处的内壁用以检测换热液温度。在此种情况下，温度传感器4接触的是较为化学惰性的换热液(例如普通纯净水)而不是较为化学活性的酸性电解液因此无需对温度传感器4做进一步的防腐蚀保护或者使用特殊的防腐蚀温度传感器，降低了温度传感器4的购置与维护成本。并且，由于在开启换热装置对液流电池电解液进行换热的情况下，在换热后期电解液与换热液的温度将趋同，因此检测换热液的温度可以很好的表征电解液的温度。再由于在本实施例中换热装置处于常开的状态，液流电池电解液的温度始终被保持在一个较为恒定的温度范围，因此无需在电解液储存槽内部设立温度传感器以检测电解液的温度，进一步降低了温度控制器购置成本。

由于人工养殖或植物培育行业对孵化或育种的特殊需求，孵化/育种装置需要24小时不间断地对其内部放置的胚胎蛋或者种子进行光照、通风及恒温等操作，因此与本具有温度控制功能的全钒液流电池100连用是非常合适的。全钒液流电池100通过自身发电给孵化/育种装置内部的用电设备持续不断的供电，解决了养殖或育种场地突然停电时用电设备不能使用的问题。并且给予了孵化/育种装置灵活移动、任意摆放的优点，有利于养殖或育种场地空间的优化利用。在另一方面，由于需要全钒液流电池100持续不断地放电，因此全钒液流电池100内部的换热装置也被设计为常开的形式，并且由于全钒液流电池100的电解液的最佳适宜温度为0℃至45℃，换热装置换热后的目标温度恰好可以设定为适宜孵化或育种的37℃左右，也即经换热通道流出的换热之后的37℃左右的换热液回流至换热液提供装置1内热液槽14，随后该换热液经第七管道P7流入多层加热管道19将孵化/育种装置内部恒温至37℃，在此过程中换热液由于在多层加热管道19中的热量发散逐渐降低温度，随后降低温度的换热液经第八管道P8回流至换热液提供装置1内部的冷液槽15，然后该较冷的换热液继续流通至换热通道与电解液进行换热，如此形成循环回路。

在用电设备22与全钒液流电池100构成的利用全钒液流电池100放电产生的电能施用于用电设备进行相应工作的电流回路中，调整用电设备22的用电负荷，与用电设备22连入通电回路的作为电源的全钒液流电池100为匹配变化的用电负荷而改变自身的发电功率大小，继而，其内部电解液电化学反应相应变得激烈或平缓，最终使得电解液和换热后的换热液温度在固定的换热功效的情况下有一个小范围的变化。将上述换热液用于对孵化/育种装置持续温度控制过程则可以得到一个在小范围温度区间变化的孵化/育种装置内部温度。因此可以通过科学计算或者有限次数的实验得来的经验公式或真值表可以拟合得出全钒液流电池100产生的电力与全钒液流电池100产生的热量的发电热力曲线。该曲线关系从变化趋势上应该大致呈现如下关联：产生电力增加，发热量升高；产生电力增加，发热量降低。由于用电设备22的用电负荷可以调节全钒液流电池100的发电功率，发热量可以调节孵化或育种装置内部的温度，因此上述关联也可以描述为：用电负荷增加，孵化或育种装置内部的温度升高；用电负荷增加，孵化或育种装置内部的温度降低。

因此本发明提出一种全钒液流电池储能功率优化分配控制方法，本方法可以利用到多种采用全钒液流电池100的热电联用的热量利用机构上，为方便举例之故，本方法在孵化或育种领域上大体可以采用如实施例3所述的具有温度控制功能的全钒液流电池100与孵化/育种装置连用的装置，其中还增加了外部控制模块24、独立蓄电池21和辅助调温装置20，并且上述用电22设备中的至少一项设备被设计为用电负荷可调的特征，例如照明灯光可以调节亮度或者被设置为几组可以单独控制开闭的组合灯管，通风风机可以调节转速等。

独立蓄电池21通过导线电连接至全钒液流电池100两端并与全钒液流电池100形成并联的通电回路，且在该回路上设置有可以接受电信号指令而选择性通断的电子开关23，该电子开关23电连接至外部控制模块。

在繁殖或者植物培养的领域中，常常需要24小时不间断地对胚胎蛋或者种子进行光照、通风及恒温等操作。并且在培育过程中可能会根据环境温度、日照强度、地理位置、时间周期、培育品种、用户期望等因素对孵化或育种装置温度进行微调以满足当前环境或设定下的最佳温度范围。

外部控制模块24可以内置与孵化或育种装置内部，并且通过可以是有线或无线传输的方式电连接到上述用电设备22、电子开关23、辅助调温装置20的信号接收端上，使得外部控制模块可以按照当地时间、地理位置、孵化或培育品种、人工设定、日光光照或者环境温度为参照值，调整上述用电设备22的用电负荷(例如在晚上的时候调亮灯光或多开启几组灯光、加快通风风扇转速等)或者开闭电子开关23和/或辅助调温装置20。利用上述的用电负荷间接调整孵化/育种装置内部温度的方式对孵化/育种装置内部温度进行微调以满足不同情况下的孵化/育种装置对内部温度的需求，具体情况包括但不限于以下所列的几种状况。

当外部控制模块24结合从设置在孵化或育种装置外部的可以是环境温度感应器处收集到环境温度参数、从设置于孵化或育种装置外部的可以是光照感应器收集到日光光照的强度参数和从外部控制模块24芯片上内置的可以是电子振荡器或者联网模块等元器件所记录的当地时间参数判断出当前孵化或育种装置被使用时处于阳光充足并且环境温度较高的白天期间时。由于此时仅需要一个较小的加热过程就可以将较高的环境温度维持在适宜孵化或育种的温度范围而且胚胎蛋或种子可以利用日光进行充分的照射，因此孵化或育种装置对加热或用电的需求不高。所以，外部控制模块24可以通过调低用电设备22的用电负荷(例如调小灯光亮度或者关闭灯光，调低通风风扇转速等方式)使得全钒液流电池100仅保持一个较低功率的发电，继而使得孵化或育种装置内部加热量较小。进一步地，用户可以选择利用这段时间将全钒液流电池100通过导线连入外部电网进行充电操作并且充电过程中利用全钒液流电池100边充边放的功能或者直接利用外部电网供电的方式使得孵化或育种装置内部的用电设备22不会断电。优选地，由于此种模式下孵化或育种装置处于阳光较好的白天，因此还可以因地制宜地采用太阳能充电的方式对全钒液流电池100进行充电，此种方式具有节省购电费用、整体装置不受电网插座位置制约因而空间位置较为灵活和可以应用到没有电网或很难使用电网的特殊或偏远地区等优点。另外，充电过程中充电电量与全钒液流电池100电解液发热量也有一定的关系，因此可以通过科学计算或者有限次数的实验得来的经验公式或真值表可以拟合得出全钒液流电池100充入的电力与全钒液流电池100产生的热量的充电热力曲线。因此，外部控制模块24可以根据充电热力曲线选择适当的时间启停充电。

当外部控制模块24结合从设置在孵化或育种装置外部的可以是环境温度感应器处收集到环境温度参数、从设置于孵化或育种装置外部的可以是光照感应器收集到日光光照的强度参数和从外部控制模块24芯片上内置的可以是电子振荡器或者联网模块等元器件所记录的当地时间参数判断出当前孵化或育种装置被使用时处于阳光充足但环境温度较低的白天期间时(例如寒冷季节或则寒冷地区)。此时孵化或育种装置需要较高温度的加热但是并没有过多的用电需求，因此外部控制模块24选择性地将并联在全钒液流电池100正负极的独立蓄电池21导线连接电子开关23闭合，使得全钒液流电池100增大发电功率并利用发出的电能对独立蓄电池21进行充电。同时，电解液与换热液温度达到趋同后温度相应上升，继而经过换热液流经多层加热管19的加热过程，孵化或育种装置的内部温度的以在较低的环境温度下维持在一个适宜胚胎蛋或种子发育的温度。进一步地，储存在独立蓄电池21内部的电能可以在由外部控制模块判断出来的温度较高、用电设备用电需求不高的状况下，由外部控制模块24通过闭合并联在全钒液流电池100正负极的独立蓄电池导线连接的电子开关23的方法反充回液流电池。可选择地，还可以将独立蓄电池内的电能用于对用电设备用电需求的支持或者用于辅助调温装置20或者整体装置之外的其它用电单位的用电需求。

当外部控制模块24结合从设置在孵化或育种装置外部的可以是环境温度感应器处收集到环境温度参数、从设置于孵化或育种装置外部的可以是光照感应器收集到日光光照的强度参数和从外部控制模块24芯片上内置的可以是电子振荡器或者联网模块等元器件所记录的当地时间参数判断出当前孵化或育种装置被使用时处于阳光不足但环境温度较高的情况下时(例如阴天或处于不透光的封闭区域)。此时孵化或育种装置有较高的用电需求但是并没有过多的加热需要。此时外部控制模块24选择性地开启联通换热液提供装置内部的热液槽14和冷液槽15的第九管道P9中内置的第九阀门18同时关闭用作换热液进入多层加热管道19的第七管道P7和用作换热液回流至冷液槽15的第八管道P8中内置的第七、第八阀门16、17，并且通过与用电设备22之间的电连接调高用电设备22的用电负荷(例如调亮灯光或多开几组照明灯光)以维持胚胎蛋或种子适宜的照明。温度较高的换热液直接在换热液提供装置1内部的热液槽14与冷液槽15之间进行通过换热液提供装置1进行冷却而不会进入多层加管道19加热孵化或育种装置内部。

当外部控制模块24结合从设置在孵化或育种装置外部的可以是环境温度感应器处收集到环境温度参数、从设置于孵化或育种装置外部的可以是光照感应器收集到日光光照的强度参数和从外部控制模块24芯片上内置的可以是电子振荡器或者联网模块等元器件所记录的当地时间参数判断出当前孵化或育种装置被使用时处于阳光不足并且环境温度较低的夜间情况下时。此时孵化或育种装置有较高的用电需求同时也对加热有需要。所以，外部控制模块24可以通过调高用电设备22的用电负荷(例如调大灯光亮度或者多开几组灯光，调高通风风扇转速等方式)使得液流电池发电功率上升，继而使得孵化或育种装置内部加热量上升，最终在较冷的环境温度下保持较为适宜的孵化或育种温度。

当外部控制模块24结合从内置于外部控制模块芯片24上的可以是地理位置信息模块所提供的位置信息参数和从设置在孵化或育种装置外部的可以是环境温度感应器处收集到环境温度参数判断出当前孵化或育种装置被使用时处于极寒地区或极寒天气的情况下时。此时孵化或育种装置需要大量的加热才能维持适宜的孵化或育种温度。此时外部控制模块24通过与用电设备22之间的电连接发送指令控制用电负荷增大，同时发送指令开启辅助调温设备20的制热功能。辅助调温设备20收到来自于外部控制模块24的制热指令后，可选择地利用全钒液流电池100或独立蓄电池21传输的电能在自身内部通过可以是电阻丝加热的方式直接加热孵化或育种装置内部空气或者也可以配合自身内部设置的风扇制造热风以维持孵化或育种装置内适宜的孵化或育种温度。优选地，外部控制模块24还可以通过诸如检测通电回路中电压，电流的方式检测液流电池的供电情况，当外部控制模块检24测到端电压不稳定或者电流衰减时，可以判断为全钒液流电池100电量不足或出现无法供电的故障，此时外部控制模块24可选择地通过有线或者无线联网的方式向用户身边所持有的智能终端设备发出报警信号和/或在整套装置接入了电网的情况下自动或人工选择地开启外部供电回路以满足在全钒液流电池100电量不足的紧急情况下，孵化或育种装置内部的用电设备及温度情况不会发生重大改变导致孵化或育种失败的重大问题。

当外部控制模块24结合从内置于外部控制模块24芯片上的可以是地理位置信息模块所提供的位置信息参数和从设置在孵化或育种装置外部的可以是环境温度感应器处收集到环境温度参数判断出当前孵化或育种装置被使用时处于极热地区或极热天气的情况下时。此时孵化或育种装置需要大量的降温才能维持适宜的孵化或育种温度。此时外部控制模块24通过与用电设备22之间的电连接发送指令控制不必要的用电设备22用电负荷尽可能维持在一个最低水平，同时控制第七阀门16、第八阀门17关闭以及开启第九阀门18以防止热的换热液继续进入多层加热管道19继续加热孵化或育种装置内部，并且发送制冷指令开启辅助调温设备20的制冷功能。辅助调温设备20收到来自于外部控制模块的制冷指令后，可选择地利用全钒液流电池100或独立蓄电池21传输的电能在自身内部通过可以是压缩机制冷的方式配合自身内部设置的风扇制造冷风以维持孵化或育种装置内适宜的孵化或育种温度。优选地，外部控制模块24还可以通过诸如检测通电回路中电压，电流的方式检测液流电池的供电情况，当外部控制模块24检测到端电压不稳定或者电流衰减时，可以判断为全钒液流电池100电量不足或出现无法供电的故障，此时外部控制模块24可选择地通过有线或者无线联网的方式向用户身边所持有的智能终端设备发出报警信号和/或在整套装置接入了电网的情况下自动或人工选择地开启外部供电回路以满足在全钒液流电池100电量不足的紧急情况下，孵化或育种装置内部的用电设备及温度情况不会发生重大改变导致孵化或育种失败的重大问题。

优选地，本发明所述的利用液流电池供电的孵化或育种装置还可以利用可以是智能识别或者人工设定的方式根据用户目前放置在孵化或育种装置内想要孵化或育种的胚胎蛋或种子的种类，通过控制模块调整液流电池初始的电解液与换热液换热目标温度以及通过外部控制模块对孵化或育种装置温度微调的方式，实现适应性的恒温温度变更。例如鸡蛋的孵化温度大约为37～38℃；火鸡蛋的孵化温度大约为38～39℃；龟蛋的孵化温度为22～33℃；辣椒类种子的发芽温度为25～30℃；绿萝的发芽温度为21～27℃；矮牵牛的发芽温度为22℃～24℃等等。以上物种的最佳发育温度均在钒液流电池电解液使用的最佳温度范围之内，即0～45℃之内，故对于只要是原则上最佳发育温度落在钒液流电池电解液使用的最佳温度范围之内的植物或动物物种，本发明所述的利用液流电池供电的孵化或育种装置均可以实现较好的孵化或育种效果。

所有上述实施例中的特点和设计理念可以做出可以预见的增添或组合，以得出新的设计方案。另外，上述方法可以利用到多种采用全钒液流电池的热电联用的热量利用机构上，本文为方便举例之故，仅利用如实施例3所述的具有温度控制功能的全钒液流电池与孵化/育种装置连用的装置做举例说明，但需要指出的是，本方法并不仅限于对上述实施例3的相应描述。应该理解，那些不偏离本发明全部范围和设计思路的对装置，方法和/或系统的所有修改(例如添加和/或删除)应该包含在本发明的所有等同设计和保护范围之中。

Claims (8)

1.一种全钒液流电池储能功率优化分配控制方法，

其特征在于，

将不同于所述全钒液流电池(100)的电解液的换热液用来间接获取和/或散发全钒液流电池的电解液热量，以便将源自电解液的热量提供给热量利用机构，在所述热量利用机构中将该热量作为一次能源直接用于加热相应生产对象，

将所述全钒液流电池(100)产生的电力提供给热量利用机构，使得所述电力能够以非换能的方式直接用于所述热量利用机构的其他至少一项功能；

预先确定“所述全钒液流电池(100)产生的电力与所述全钒液流电池(100)产生的热量”的发电热力曲线以及“所述全钒液流电池(100)充电的电力与所述全钒液流电池(100)产生的热量”的充电热力曲线，并将所述发电热力曲线和所述充电热力曲线提供给所述热量利用机构，使得在将所述全钒液流电池(100)产生的电力提供给所述热量利用机构之时，所述热量利用机构能够预先确定源自电解液的热量总量变化趋势。

2.根据权利要求1所述的分配控制方法，其特征在于，所述其他至少一项功能是借助于所述热量利用机构的用电设备(22)来达成的，所述用电设备(22)中至少一个是具有可调节用电负荷性质的。

3.根据权利要求1所述的分配控制方法，其特征在于，所述热量利用机构至少在部分工作时间段内是以无需额外升温或至少无需额外大幅度升温的方式来直接使用所述换热液从全钒液流电池(100)的电解液所获取的热量的。

4.根据权利要求1所述的分配控制方法，其特征在于，所述热量利用机构还设有辅助调温设备(20)，其能够利用全钒液流电池(100)的电解液温度的峰值和谷值按照追踪所述热量利用机构的用热需求的方式保持所述换热液的温度。

5.根据权利要求2所述的分配控制方法，其特征在于，所述热量利用机构还设有独立蓄电池(21)，其能够储存所述全钒液流电池(100)的超出所述用电设备功率之外的电力，用以调节或保持所述换热液的温度。

6.根据权利要求4所述的分配控制方法，其特征在于，所述辅助调温设备(20)能够在短时间内以紧急运行方式来维持所述热量利用机构的生产对象所需的温度。

7.根据权利要求1所述的分配控制方法，其特征在于，所述热量利用机构通过分析所述变化趋势来确定所述全钒液流电池(100)的储能放能定时，进而允许所述热量利用机构至少在部分工作时间段内尽量以无需额外升温的方式来作为一次能源直接使用源自电解液且经由换热液传递的热量。

8.根据权利要求1所述的分配控制方法，其特征在于，所述热量利用机构通过参照发电热力曲线动态调节发电量，进而允许所述热量利用机构至少在部分工作状况下尽量以无需额外升温的方式来作为一次能源直接使用源自电解液且经由换热液传递的热量，使得所述热量利用机构至少在一部分的温度范围内具有温度可变化的性质。

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