CN114122536A - 一种电池组性能测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电池组性能测试装置，包括多级储罐，用于储存正负极电解液，所述多级储罐通过联通管路分别与电池组的正负极进出口形成正极循环支路和负极循环支路；所述电解液分别通过设置于正极循环支路和负极循环支路上的循环泵单元完成正极循环和负极循环；本发明的装置可提供测试参数种类多、参数覆盖范围广；通过多级支路对正负极循环支路的流量的控制，能够为测试过程提供更加准确和稳定的流量参数。通过不同功率的电池堆/组相互组合提供不同的测试主体，更贴近工程应用需求，适宜在电化学储能技术研究、储能电池结构设计、储能技术的工程化应用等领域大规模推广应用。
Description
技术领域
本发明属于电化学储能技术领域，特别涉及一种电池组性能测试装置。
背景技术
随着新能源和智能电网的发展以及相应政策的鼓励，大容量储能技术已进入快速发展期。在多种大容量储能技术中，液流电池的特点显著，其更加适合长时间、大规模、大容量的储能应用场合，日益受到重视。
这一领域技术水平不断提升，虽然带来了电池模块功率及各项运行参数的大幅度变化，但是相应的电池性能测试装置多数还是停留在实验室测试阶段，能够提供的测试条件单一且参数范围有限，距离液流电池的工程化应用和产业化发展需求，其适用性和测试能力仍有待提高。
发明内容
针对上述问题，本发明公开了一种电池组性能测试装置，所述装置包括：
多级储罐，用于储存正负极电解液，所述多级储罐通过联通管路分别与电池组的正负极进出口形成正极循环支路和负极循环支路；所述电解液分别通过设置于正极循环支路和负极循环支路上的循环泵单元完成正极循环和负极循环；
温控单元，所述温控单元的输出端分别连接所述正极循环支路和负极循环支路；
电池管理测试单元，电性连接所述电池组。
进一步的，所述多级储罐包括多组正极储罐和多组负极储罐，所述多组正极储罐之间相互并联连接，所述多组负极储罐之间相互并联连接。
再进一步的，所述多组正极储罐和多组负极储罐之间通过管路相互连通。
再进一步的，所述正极循环支路和负极循环支路上均设有多级支路，多级支路包括多级正极支路和多级负极支路；
多级正极支路设置于所述正极循环支路上，且能够对所述正极循环支路进行流量控制；
多级负极支路设置于所述负极循环支路上，且能够对所述负极循环支路进行流量控制。
再进一步的，所述电池组包括多个电池堆的串联和/或并联组合。
再进一步的，所述循环泵单元包括正极泵和负极泵；
所述正极泵设置于正极循环支路上，用于带动正极电解液在多组正极储罐和电池组之间循环；
所述负极泵设置于负极循环支路上，用于带动负极电解液在多组负极储罐和电池组之间循环。
再进一步的，所述温控单元包括正极换热器、负极换热器和温控设备；
所述正极换热器和负极换热器分别设置于正极循环支路和负极循环支路上；
所述正极换热器和负极换热器分别与温控设备连通，所述温控设备通过换热介质的外部循环分别对流经正极换热器和负极换热器的正负极电解液进行热量交换。
再进一步的，所述换热介质包括氟利昂或水。
再进一步的，所述温控设备包括加热器和制冷机。
再进一步的，所述温控单元还包括温度检测探头，分别设置于所述正极循环支路和负极循环支路上，且所述温度检测探头电性连接所述电池管理测试单元，用于检测并输出流经所述正极循环支路和负极循环支路的正负极电解液的温度参数。
本发明涉及一种适用于不同参数要求下单个或者多个电池堆的电池性能测试装置。通过较为便捷的管路和设备切换，实现参数范围较广的工艺系统参数和电化学参数获取，以满足多元化的测试需求，具体包括不同功率对应的工艺测试条件，不同结构验证所需的流量、温度等工艺系统参数，不同性能、不同容量、不同串并联方式等测试要求，且使用过程中可以便捷实现互混、反应前后电解液分罐储存等，提高了系统的测试能力覆盖度。适宜在电化学储能技术研究、储能电池结构设计、储能技术的工程化应用等领域大规模推广应用。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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示出了根据本发明实施例的高参数液流电池设计验证及性能评估装置的示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将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、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提出一种电池组性能测试装置，其中，针对不同的电池组，本装置可以设置测试参数范围较大的测试条件。所述电池组包括多个电池堆的串联和/或并联组合。不同功率的电池堆/组相互组合能够提供不同的测试主体，直接决定了流量、温度、储罐容量和电池管理测试单元提供的电化学参数。电池组的功率差异决定了需要采用不同的工艺系统参数进行性能测试。
参考图1所示，所述装置包括多级储罐、温控单元和电池管理测试单元。其中，电池组设有正负极进出口，分别通过联通管路与多级储罐形成正极循环支路和负极循环支路；多级储罐用于储存正负极电解液，所述电解液分别通过设置于正极循环支路和负极循环支路上的循环泵单元完成正极循环和负极循环；温控单元分别连接所述正极循环支路和负极循环支路，用于控制正极循环支路和负极循环支路中的电解液温度；电池管理测试单元电性连接所述电池组，用于采集测试过程中的电化学参数。
在实际使用中，电池组、正极循环支路、负极循环支路、循环泵单元以及多级储罐之间组成液流电池系统，正极电解液经过循环泵单元的驱动，依次经过多级正极支路、电池组的正极进口、电池组的正极出口，然后回流进入多级正极储罐中，即正极电解液在液流电池系统的正极循环支路中进行循环流动；同时，负极电解液经过循环泵单元的驱动，依次经过多级负极支路、电池组的负极进口、电池组的负极出口，然后回流进入多级负极储罐中，即负极电解液在液流电池系统的负极循环支路中进行循环流动。进一步的，在循环反应过程中，反应过程会带来电解液离子价态的变化，从而改变了电解液离子浓度，因此经过电池组反应后的电解液与罐体内反应前的电解液存在离子浓度差异。在本发明中，电池管理测试单元作为电池组的电能输入输出载体，同时控制并测量电池组充放电过程中的工艺系统参数和电化学参数，本发明通过夹持在电池组正负极的电池管理测试单元对反应前后的电解液进行检测，从而达到对电池组的电化学性能测试的目的。当然，针对不同的电池组，本发明通过可控制的评估装置对内部结构进行调整，从而满足不同电池组的测试条件。
传统的电池组性能测试装置由于测试条件不可变更，只能针对单一的某个功率的电池组进行测试。相比于传统的测试装置，本发明可以对应不同参数的电池组对装置进行结构变更，提高了装置的测试能力覆盖范围。解决了现有技术的性能评估装置提供的测试条件单一且参数范围有限，距离液流电池的工程化应用和产业化发展需求，其适用性和测试能力仍有待提高的问题。
其中，所述多级储罐包括多组正极储罐和多组负极储罐，如图1所示，多级正极储罐分别为1#正极罐、2#正极罐...n#正极罐，多级负极储罐分别为1#负极罐、2#负极罐...n#负极罐，1#正极罐、2#正极罐...n#正极罐之间相互并联连接，1#负极罐、2#负极罐...n#负极罐之间相互并联连接，通过储罐储量的增加，可以实现容量增加，且彼此之间可以互为备用。
具体来说，在本发明的多级储罐中，由于多级储罐的多级正极储罐和多级负极储罐均并联布设有多组，相互之间互为备用。使用过程中，电池组反应后回流的电解液可以存储到另一个罐体内，且电解液流出和回流的两个多级正极储罐或多级负极储罐互不相同，从而实现反应前后的电解液的物理隔离。多级储罐的底部通过电动阀门的自动切换，可以实现连续的多次循环。例如，1#正极罐电解液用完，可以直接切换2#正极罐，后续的罐体进行依次切换，直至n#正极罐。
在本发明的一个实施例中，参考图1所示，所述电池组设有正负极，且正负极分别设有正极出口、正极进口、负极出口和负极进口，多级正极储罐和多级负极储罐分别对应设有正极输出端、正极输入端、负极输出端和负极输入端。正极出口与正极输入端、正极进口与正极输出端、负极出口与负极输入端和负极进口与负极输出端均通过联通管路进行连接，从而在电池组的正极和负极分别与多级正极储罐和多级负极储罐之间形成两组循环通路，分别为正极循环支路和负极循环支路。所述正极循环支路和负极循环支路上设有相互并联的多级支路，且所述多级支路的每个支路能够进行流量控制。
其中，多级支路包括多级正极支路和多级负极支路，正极进口与正极输出端之间的联通管路上分布有多级正极支路，所述多级正极支路包括一级正极支路、二级正极支路...n级正极支路，且一级正极支路、二级正极支路...n级正极支路相互之间并联连接；负极进口与负极输出端之间的联通管路上分布有多级负极支路，所述多级负极支路包括一级负极支路、二级负极支路...n级负极支路，且一级负极支路、二级负极支路...n级负极支路相互之间并联连接。在本实施例中，所述多级支路的每个分支路之间的管径大小可以保持一致，使用时通过分支路的开启数量控制正极循环支路或负极循环支路的流量，以此实现电解液的流速控制。多级支路能够实现对正负极循环支路的流量的控制，满足不同流量、不同电堆数量的需求工况。而且这种精准的流量控制支路能够为测试过程提供更加准确和稳定的流量参数。
另外，多组正极储罐之间能够相互备份，多组负极储罐之间也能够相互备份。在进行反应前后电解液分隔测试时，多级储罐可以为反应前后的正负极电解液提供物理隔离。所述多组正极储罐和多组负极储罐之间还通过管路相互连通。可以实现多组正极储罐和多组负极储罐之间的正负极电解液的互混操作。一般来说，液流电池内部的正负极分隔由膜来实现，但膜不是绝对物理隔离，随着运行时长增加，会出现一侧电解液增加，另一侧电解液减少的情况，这就导致多级储罐的多级正极储罐和多级负极储罐之间存储的电解液容量出现差异。而电池组的正负极反应物质是需要相互对应的，因此这种现象会导致系统容量的衰减，也会带来单侧储罐溢出或无法运行的情况。多组正极储罐和多组负极储罐之间通过管路相互连通，可以实现多组正极储罐和多组负极储罐之间的连通，通过最简单快速的方法，将正负极电解液装量恢复至平衡值，以达到容量恢复目的，起到互混的作用。此外，在实际使用中，还可以通过管路互混实现对流量计示数准确度的校核。
在本发明的一个实施例中，所述循环泵单元包括正极泵和负极泵；所述正极泵设置于正极循环支路上，用于带动正极电解液在多组正极储罐和电池组之间循环；所述负极泵设置于负极循环支路上，用于带动负极电解液在多组负极储罐和电池组之间循环。正负极泵能够为电池组提供指定的流量、进口压力、正负极进口压差，也能够为互混操作提供动力。为测试过程提供更多的测试条件。
在本发明的一个实施例中，所述温控单元包括正极换热器、负极换热器和温控设备；所述正极换热器和负极换热器分别设置于正极循环支路和负极循环支路上；所述正极换热器和负极换热器分别与温控设备连通，所述温控设备通过换热介质的外部循环分别对流经正极换热器和负极换热器的正负极电解液进行热量交换。
其中，所述温控设备包括加热器和制冷机；换热介质可以为氟利昂或者水等其他物质。所述温控单元还包括温度检测探头，分别设置于所述正极循环支路和负极循环支路上，且所述温度检测探头电性连接所述电池管理测试单元，用于检测并输出流经所述正极循环支路和负极循环支路的正负极电解液的温度参数。
在对正负极电解液的温度进行控制时，温度检测探头获取正负极循环支路中正负极电解液的实时温度值，与预设温度范围进行比对，当实时温度值高于预设温度范围时，所述温控单元中的制冷机启动循环，对换热介质进行迅速降温，同时利用换热介质进行外部循环，在正极换热器和负极换热器中，换热介质与正负极电解液进行热交换，降低正负极电解液的温度，同时通过温度检测探头对正负极电解液进行实时监控，直至实时温度达到预设温度范围。此时外部循环间歇式启动，从而维持正负极电解液的实时温度保持在预设温度范围内；当实时温度低于预设温度范围时，所述温控单元中的加热器启动循环，对换热介质进行迅速升温，同时利用换热介质进行外部循环，在正极换热器和负极换热器中，换热介质与正负极电解液进行热交换，升高正负极电解液的温度，同时通过温度检测探头对正负极电解液进行实时监控，直至实时温度达到预设温度范围。此时外部循环间歇式启动，从而维持正负极电解液的实时温度保持在预设温度范围内。
本发明涉及一种适用于不同参数要求下单个或者多个电池堆的性能测试装置。通过较为便捷的管路和设备切换，实现参数范围较广的工艺系统参数和电化学参数获取，以满足多元化的测试需求，具体包括不同功率对应的工艺测试条件，不同结构验证所需的流量、温度等工艺系统参数，不同性能、不同容量、不同串并联方式等测试要求，且使用过程中可以便捷实现互混、反应前后电解液分罐储存等，提高了系统的测试能力覆盖度。适宜在电化学储能技术研究、储能电池结构设计、储能技术的工程化应用等领域大规模推广应用。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种电池组性能测试装置，其特征在于，所述装置包括：
多级储罐，用于储存正负极电解液，所述多级储罐通过联通管路分别与电池组的正负极进出口形成正极循环支路和负极循环支路；所述电解液分别通过设置于正极循环支路和负极循环支路上的循环泵单元完成正极循环和负极循环；
温控单元，所述温控单元的输出端分别连接所述正极循环支路和负极循环支路；
电池管理测试单元，电性连接所述电池组。
2.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述多级储罐包括多组正极储罐和多组负极储罐，所述多组正极储罐之间相互并联连接，所述多组负极储罐之间相互并联连接。
3.根据权利要求2所述装置，其特征在于，所述多组正极储罐和多组负极储罐之间通过管路相互连通。
4.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述正极循环支路和负极循环支路上均设有多级支路，多级支路包括多级正极支路和多级负极支路；
多级正极支路设置于所述正极循环支路上，且能够对所述正极循环支路进行流量控制；
多级负极支路设置于所述负极循环支路上，且能够对所述负极循环支路进行流量控制。
5.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述电池组包括多个电池堆的串联和/或并联组合。
6.根据权利要求5所述装置，其特征在于，所述循环泵单元包括正极泵和负极泵；
所述正极泵设置于正极循环支路上，用于带动正极电解液在多组正极储罐和电池组之间循环；
所述负极泵设置于负极循环支路上，用于带动负极电解液在多组负极储罐和电池组之间循环。
7.根据权利要求1-6任一项所述装置，其特征在于，所述温控单元包括正极换热器、负极换热器和温控设备；
所述正极换热器和负极换热器分别设置于正极循环支路和负极循环支路上；
所述正极换热器和负极换热器分别与温控设备连通，所述温控设备通过换热介质的外部循环分别对流经正极换热器和负极换热器的正负极电解液进行热量交换。
8.根据权利要求7所述装置，其特征在于，所述换热介质包括氟利昂或水。
9.根据权利要求7所述装置，其特征在于，所述温控设备包括加热器和制冷机。
10.根据权利要求7所述装置，其特征在于，所述温控单元还包括温度检测探头，分别设置于所述正极循环支路和负极循环支路上，且所述温度检测探头电性连接所述电池管理测试单元，用于检测并输出流经所述正极循环支路和负极循环支路的正负极电解液的温度参数。
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