CN112737130A - 一种液流电池和锂电池混合的储能系统及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的一种液流电池和锂电池混合的储能系统及其工作方法，属于储能技术领域。包括DC‑AC模块、混合电池管理系统、DC‑DC模块、锂电池模块和液流电池模块。每个锂电池模块和液流电池模块均分别对应连接一个DC‑DC模块，所有DC‑DC模块并联后与混合电池管理系统连接，混合电池管理系统与DC‑AC模块连接，DC‑AC模块与外部电网连接。本发明能够充分发挥锂离子电池快速大倍率放电和液流电池长循环性能、安全性高以及放电深度较大的优势，两者之间优势互补，提高储能系统的安全性和充放电性能。
Description
技术领域
本发明属于储能技术领域，具体涉及一种液流电池和锂电池混合的储能系统及其工作方法。
背景技术
锂离子电池是目前国内装机规模最大、应用最广泛的化学储能电池。锂离子电池主要是通过锂离子经过电解液在正负极之间脱嵌来实现能量转换的储能设备。锂离子电池目前多应用于电动汽车、电网频率控制、系统备用、系统稳定及新能源接入等领域。目前电池储能技术普遍采用电池组串联成组再并联的方式，对电池一致性要求很高，当一个电池模组中出现电芯故障时，会对整个电池簇的运行造成影响。特别是对于大容量储能系统来说，一致性问题尤为突出，一个电芯故障将会导致整个电站容量的大幅衰退。此外，一个串联的电池簇中如果有几个电池出现故障，易导致整组电压不够，可能会对其他电池一直充电，导致正常的电池过充，出现安全事故，引起电路起火。
液流电池主要是将活性材料装在正负极电解液罐中，通过在正负极界面上发生氧化还原反应来实现电能和化学能之间的转换。液流电池目前主要应用于备用电源、电动汽车和规模储能等领域。液流电池的主要优点有功率和容量配置灵活、电池循环寿命长(～10000次)、电池自放电率低、安全稳定、具有深度放电能力(可达100％)、容量大，可作为大容量型电化学储能系统，缺点主要在于放电倍率较低、电池运行的能量效率较低。
发明内容
为了解决上述现有问题，本发明的目的在于提供一种液流电池和锂电池混合的储能系统及其工作方法，能够充分发挥锂离子电池快速大倍率放电和液流电池长循环性能、安全性高以及放电深度较大的优势，两者之间优势互补，提高储能系统的安全性和充放电性能。
本发明通过以下技术方案来实现：
本发明公开了一种液流电池和锂电池混合的储能系统，包括DC-AC模块、混合电池管理系统、DC-DC模块、锂电池模块和液流电池模块；
每个锂电池模块和液流电池模块均分别对应连接一个DC-DC模块，所有DC-DC模块并联后与混合电池管理系统连接，混合电池管理系统与DC-AC模块连接，DC-AC模块与外部电网连接。
优选地，每个DC-DC模块连接有BMS模块，所有BMS模块分别连接至混合电池管理系统。
优选地，锂电池模块由若干锂离子电池单体串联或并联组成。
进一步优选地，锂离子电池单体为钴酸锂电池、锰酸锂电池、磷酸铁锂电池或三元锂电池。
优选地，液流电池模块由若干液流电池单体串联或并联组成。
优选地，液流电池单体为全矾液流电池、锌溴液流电池、铁铬液流电池、多硫化钠/溴电池或有机液流电池。
优选地，锂电池模块为倍率型输出储能单元，液流电池模块为能量型输出储能单元。
优选地，每个DC-DC模块连接有快速切断开关。
本发明公开的上述液流电池和锂电池混合的储能系统的工作方法，包括：
混合电池管理系统实时获取锂电池模块和液流电池模块的运行参数，混合电池管理系统通过锂电池模块和液流电池模块的电压和电流，分析锂电池模块中锂离子电池的剩余容量和液流电池模块中液流电池的剩余容量，然后通过锂电池模块和液流电池模块各自对应的DC-DC模块进行调配，通过DC-AC模块对外部电网进行充放电；大电流充放电指令优先锂电池模块完成，小电流充放电指令优先液流电池模块完成，当单一电池模块无法完成充放电指令时，由锂电池模块和液流电池模块同时完成。
优选地，大电流为1-20C，小电流为0-1C。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明公开的一种液流电池和锂电池混合的储能系统，由于锂电池过充过放或者出现一致性较差的情况时，易出现燃烧甚至爆炸，而液流电池充放电深度可达100％，且可制备大容量电池，运行温度较宽为-30～50℃，安全性较高，将两者结合起来能够有效提高储能系统在运行过程中的安全性。锂电池可进行高倍率放电，液流电池具有大容量存储的优势，两者结合既可以响应电网瞬时调峰调频的需求，也可以实现长时间削峰填谷的要求，全方面稳定电网。液流电池具有长循环寿命，锂离子电池可以充分发挥倍率电池优势，延长储能系统的循环使用寿命。储能系统通过各自独立的DC-DC模块控制液流电池和锂离子电池的充放电，能够提高系统的运行效率并且方便扩展，同时具有易维护的特点。
进一步地，每个DC-DC模块连接有BMS模块，可以实时采集液流电池和锂电池的各项数据，混合电池管理系统可以根据这些数据及时调配和管理整个系统，提高系统的综合效率和稳定性。
进一步地，锂电池模块可快速响应指令，且大容量储能易出现故障，因此在系统中作为倍率型输出储能单元；液流电池容量配置灵活、电池循环寿命长、安全稳定、具有深度放电能力，但是其放电倍率较低，因此在系统中作为能量型输出储能单元。
进一步地，每个DC-DC模块连接有快速切断开关，出现故障时可以单独退出，不影响其他电池模块的运行。
本发明公开的液流电池和锂电池混合的储能系统的工作方法，能够充分发挥锂离子电池快速大倍率放电和液流电池长循环性能、安全性高以及放电深度较大的优势，两者之间优势互补，提高储能系统的安全性和充放电性能。由于锂电池模块可快速响应指令，可大倍率放电，液流电池模块容量配置灵活，其放电倍率较低，因此，大电流充放电指令优先锂电池模块完成，小电流充放电指令优先液流电池模块完成。
附图说明
图1为本发明的液流电池和锂电池混合的储能系统的整体结构示意图。
图中：1为DC-AC模块，2为混合电池管理系统，3为DC-DC模块，4为锂电池模块，5为液流电池模块。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细描述，其内容是对本发明的解释而不是限定：
如图1，本发明的液流电池和锂电池混合的储能系统，包括DC-AC模块1、混合电池管理系统2、DC-DC模块3、锂电池模块4和液流电池模块5。
每个锂电池模块4和液流电池模块5均分别对应连接一个DC-DC模块3，所有DC-DC模块3并联后与混合电池管理系统2连接，混合电池管理系统2与DC-AC模块1连接，DC-AC模块1与外部电网连接。
在本发明的一个较优的实施例中，每个DC-DC模块3连接有BMS模块，所有BMS模块分别连接至混合电池管理系统2。
在本发明的一个较优的实施例中，每个DC-DC模块3连接有快速切断开关。
锂电池模块4由若干锂离子电池单体串联或并联组成。锂离子电池单体可以是钴酸锂电池、锰酸锂电池、磷酸铁锂电池或三元锂电池。
液流电池模块5由若干液流电池单体串联或并联组成。液流电池单体可以是全矾液流电池、锌溴液流电池、铁铬液流电池、多硫化钠/溴电池或有机液流电池。
锂电池模块4为倍率型输出储能单元，液流电池模块5为能量型输出储能单元。如配置2MW/1MWh的锂电池储能系统，1MW/4MWh的液流电池储能系统。锂离子电池采用磷酸铁锂电池，液流电池采用全矾液流电池。磷酸铁锂电池系统中，每125kWh为一个模块分别与DC-DC模块3串联，全矾液流电池系统中，每500kWh为一个模块分别与DC-DC模块3串联，经过DC-DC模块3升压后，磷酸铁锂电池系统和全矾液流电池系统统一输出，与混合电池储能系统相连接，最后经过DC-AC模块进行交流转换连接外电网。
上述液流电池和锂电池混合的储能系统的工作方法，包括：
混合电池管理系统2实时获取锂电池模块4和液流电池模块5的运行参数，混合电池管理系统2通过锂电池模块4和液流电池模块5的电压和电流，分析锂电池模块4中锂离子电池的剩余容量和液流电池模块5中液流电池的剩余容量，然后通过锂电池模块4和液流电池模块5各自对应的DC-DC模块3调配，通过DC-AC模块1对外部电网进行充放电；大电流充放电指令优先锂电池模块4完成，小电流充放电指令优先液流电池模块5完成，当单一电池模块无法完成充放电指令时，由锂电池模块4和液流电池模块5同时完成。一般地，大电流为1-20C时的指令为大电流指令，小电流为0-1C时的指令为小电流指令。
例如电网指令需要以2C电流进行短时间调频调峰放电，则混合电池管理系统2指令具有较高容量的磷酸铁锂电池进行放电，电网指令需要以0.25C电流进行长时间削峰填谷放电，则混合电池管理系统2指令具有较高容量的全矾液流电池进行放电。当单一储能形式无法满足充放电指令时，磷酸铁锂电池和全矾液流电池再同时进行充放电。
锂电池模块4和液流电池模块5的数据实时传输到混合电池管理系统2中，混合电池管理系统2实时对锂电池模块4和液流电池模块5进行独立控制，互不影响，有助于管理系统进行管理和调度。管理系统可以针对锂电池模块4和液流电池模块5的进行运行基本信息监测、电量检测、系统故障检测和维护、系统内外部的电策略控制以及数据通信等。将锂电池模块4和液流电池模块5进行模块化管理，出现故障时可以单独退出，不影响其他电池模块的运行，也可以直接进行扩展，接入锂电池模块4或者液流电池模块5。
在本申请所提供的实施例中，所揭露的技术内容，主要是针对液流电池和锂电池混合的储能系统，以上所述仅为本发明实施例，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可轻易想到的变化或者替换，或利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或者等效流程变换，或直接、间接运用在其他相关技术领域的情况，均应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种液流电池和锂电池混合的储能系统，其特征在于，包括DC-AC模块(1)、混合电池管理系统(2)、DC-DC模块(3)、锂电池模块(4)和液流电池模块(5)；
每个锂电池模块(4)和液流电池模块(5)均分别对应连接一个DC-DC模块(3)，所有DC-DC模块(3)并联后与混合电池管理系统(2)连接，混合电池管理系统(2)与DC-AC模块(1)连接，DC-AC模块(1)与外部电网连接。
2.根据权利要求1所述的液流电池和锂电池混合的储能系统，其特征在于，每个DC-DC模块(3)连接有BMS模块，所有BMS模块分别连接至混合电池管理系统(2)。
3.根据权利要求1所述的液流电池和锂电池混合的储能系统，其特征在于，锂电池模块(4)由若干锂离子电池单体串联或并联组成。
4.根据权利要求3所述的液流电池和锂电池混合的储能系统，其特征在于，锂离子电池单体为钴酸锂电池、锰酸锂电池、磷酸铁锂电池或三元锂电池。
5.根据权利要求1所述的液流电池和锂电池混合的储能系统，其特征在于，液流电池模块(5)由若干液流电池单体串联或并联组成。
6.根据权利要求1所述的液流电池和锂电池混合的储能系统，其特征在于，液流电池单体为全矾液流电池、锌溴液流电池、铁铬液流电池、多硫化钠/溴电池或有机液流电池。
7.根据权利要求1所述的液流电池和锂电池混合的储能系统，其特征在于，锂电池模块(4)为倍率型输出储能单元，液流电池模块(5)为能量型输出储能单元。
8.根据权利要求1所述的液流电池和锂电池混合的储能系统，其特征在于，每个DC-DC模块(3)连接有快速切断开关。
9.根据权利要求1～8任意一项所述液流电池和锂电池混合的储能系统的工作方法，其特征在于，包括：
混合电池管理系统(2)实时获取锂电池模块(4)和液流电池模块(5)的运行参数，混合电池管理系统(2)通过锂电池模块(4)和液流电池模块(5)的电压和电流，分析锂电池模块(4)中锂离子电池的剩余容量和液流电池模块(5)中液流电池的剩余容量，然后通过锂电池模块(4)和液流电池模块(5)各自对应的DC-DC模块(3)进行调配，通过DC-AC模块(1)对外部电网进行充放电；大电流充放电指令优先锂电池模块(4)完成，小电流充放电指令优先液流电池模块(5)完成，当单一电池模块无法完成充放电指令时，由锂电池模块(4)和液流电池模块(5)同时完成。
10.根据权利要求9所述的液流电池和锂电池混合的储能系统的工作方法，其特征在于，大电流为1-20C，小电流为0-1C。
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| CN202110024711.2A CN112737130A (zh) | 2021-01-08 | 2021-01-08 | 一种液流电池和锂电池混合的储能系统及其工作方法 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113300429A (zh) * | 2021-05-17 | 2021-08-24 | 同济大学 | 一种应用于储能的锂电池新旧及不同型号混用系统 |
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- 2021-01-08 CN CN202110024711.2A patent/CN112737130A/zh active Pending
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| CN113300429A (zh) * | 2021-05-17 | 2021-08-24 | 同济大学 | 一种应用于储能的锂电池新旧及不同型号混用系统 |
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