CN114883596A - 一种用于管理全钒液流电池的正极沉淀物回收装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于全钒液流电池的正极沉淀物回收装置，正极沉淀物回收装置将悬浮于正极电解液中的由于正极电解液在处于充电/放电的工作状态下的电池组内部进行氧化/还原反应而析出部分引起正极电解液循环管道堵塞并影响电池性能的沉淀物进行分离并回收，从而确定电解液副反应程度进而推断电池电解液老化率并将各类相关信息发送给相应的人员。本发明能够对影响电池性能的沉淀物进行分离回收，延长全钒液流电池的使用寿命，且本发明能将对电池的各类相关信息例如评估报告发送给相应人员，能够提高本全钒液流电池在使用时的安全性，有效降低电池损坏率。
Description
分案说明
本分案申请的原始基础是申请号为202110116660.6，申请日为2021年1月27日，发明名称为“一种全钒液流电池管理方法及系统”的专利申请，其要求了申请号为202011554647.0的专利申请的优先权，优先权日为2020年12月21日。
技术领域
本发明涉及化学储能电池管理领域，尤其涉及一种用于管理全钒液流电池的正极沉淀物回收装置。
背景技术
在能源紧缺以及环境污染严重的今天，在全球对于能源安全与环境保护高度关注下，大力发展经济、清洁、可再生的能源已成为大势所趋。
目前的新能源载具主要通过锂离子、铅酸、镍氢等蓄电池作为动力设备，但即使经过全世界科研人员改进后的蓄电池在电池容量、续航时间、充电时间等方面都不尽如人意。
液流电池，尤其是全钒液流电池作为一种新型的高性能储能电池，通过将正负极电解液分开储存及循环并在电池组内部利用氧化还原反应将储存的化学能与电能进行转化，具有电池容量大、使用范围广、循环使用寿命长等特点，很好的弥补了蓄电池作为动力设备的不足。现有专利CN201610508919和CN201420779747均公开了将(全钒)液流电池作为电动汽车的动力设备为其提供动力，但现有技术中均未涉及作为动力设备的(全钒)液流电池在载具中如何进行电池管理，不能根据不同的应用场景对电池作出正确的管理将会使(全钒)液流电池的性能在载具的长期频繁使用中消耗殆尽，同时也会危及载具的使用安全乃至用户的生命安全。
现有专利CN111516556A公开了一种纯电动车型热管理系统，该系统能够在不同的冷热需求下完成电动车内的余热利用和热量管理，但针对(全钒)液流电池需要对可储藏、可运输的电极液温度控制及余热回收还是有很大的差别。
公开号为CN106463753A的中国专利公开了一种易于控制电解液温度的电解液循环型电池。电解液循环型电池包含电池单元和将电解液循环至所述电池单元的循环通道。所述电解液循环型电池包含：热交换器，所述热交换器安装在所述循环通道内并配置为对所述电解液进行冷却；旁路流动通道，所述旁路流动通道将所述热交换器的电解液流入侧和电解液流出侧相互连接从而绕过所述热交换器；和流量可变机构，所述流量可变机构能够改变流经所述热交换器的所述电解液的流量和流经所述旁路流动通道的所述电解液的流量。但是，该循环电池不能将堵塞循环通道的电解沉淀物进行分离回收，循环效率低且电池损坏率高。
公开号为CN107275701A的中国专利文献公开了一种从锂离子电池中回收碳酸锂的方法，包括如下步骤：步骤一、对回收的废旧锂离子电池进行分档，分为档次(1)和档次(2)；步骤二、对档次(1)中的电池进行预充电；步骤三、对步骤二中预充电后的电池进行解体，并提取负极材料；步骤四、溶解步骤三中负极材料中的金属锂，并过滤去除沉淀物质；步骤五、沉积步骤四中的溶液最终得到精制碳酸锂。该发明中提高了回收效率高，且相比于现有的回收方法降低了成本。该发明对废旧电池的负极材料进行回收，而不能对正在工作中的电池进行电解沉淀物回收，无法满足提高电池使用寿命的要求。该发明也无法推断电池电解液老化率，也不能将电池相关信息发送给使用电池的相关人员，该发明只能做简单的废旧电池回收，适用面狭窄。
此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于发明人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。
发明内容
为解决现有技术中未能解决的载具中全钒液流电池的管理问题，本发明公开了一种全钒液流电池管理系统，其包括电解液温度控制装置和中央控制装置。
中央控制装置能够被编程用于：依据用户需求和/或其他内部或外部指令来驱动电解液温度控制装置对正/负极电解液进行单边交替换热。
中央控制装置可以固定于载具或者其他设施，用以控制电解液温度控制装置，以便维持电解液温度，进而维持全套系统正常运转。在本发明中，单边交替换热对于携带液流电池的载具而言，不仅顾及了用户需求来实现载具内的取暖，而且考虑到了正/负极电解液在工作中存在较为明显的温度差异，采取分时方式轮作降温，能够确保电池堆芯的反应温度，不影响动力输出。此外，中央控制装置的配置方式明显不同于电池堆芯自身的控制系统，其能够在系统层级，从内外系统需求出发兼顾两级控制需要，达成更有效的控制闭环回路。
单边交替换热是指通过对单一正极或负极电解液进行实时测温，优选的对更易随温度变化发生副反应的正极电解液的温度进行监测以随时确定正极电解液温度是否处于预设的范围内，当所监测电解液温度已超过预设的温度范围时，中央控制装置会结合用户需求和/或其他内部或外部指令驱动电解液温度控制装置对正极电解液进行换热直至正极电解液温度返回至预设温度范围，则中央控制装置驱动电解液温度控制装置停止对正极电解液进行换热转而对负极电解液进行换热直至正极电解液温度再次超出预设温度范围。
单边交替换热是由中央控制装置在联合考虑电池性能、正极沉淀物状况和/或用户的暖风/冷风需求的情况下而确定的。
单边交替换热能够解决中央控制装置面临的需要同时处理多个实时测温设备反馈的电解液温度并结合用户需求和/或其他内部或外部指令以驱动电解液温度控制装置进行换热过程的数据干扰问题，以达到在减少设备数量和数据干扰的情况下使中央控制装置也能够快速对温度控制方案作出正确选择的同时，针对可储存、可流动的正/负极电解液内的余热在单边交替换热过程中能够以更大的换热温差获得更大利用效率的技术效果。
相比于现有技术中全钒液流电池的温度控制技术方案，本发明针对作为载具动力设备的全钒液流电池的中央控制装置需要根据用户需求和/或其他内部或外部指令等远多于常规全钒液流电池所涉及的控制因素来驱动电解液温度控制装置选进行单边交替换热以避免过多设备造成的数据干扰。
相比于现有技术中以电能驱动的载具的电池堆表面的余热利用技术方案，本发明针对作为载具动力设备的全钒液流电池所特有的可储存、可流动的正/负极电解液的与现有技术中热量来源不同的余热进行回收利用，例如储存电解液中的余热可用于下一次对电解液升温时使用，流动电解液中的余热可根据用户需求用于搭载该全钒液流电池的该载具的暖风供给和/或冷风回收。
管理系统包括用于给载具提供动力的全钒液流电池运行装置，其包括电池组、电解液储槽和电解液循环单元。
在换热过程中，中央控制装置依据温度控制单元所确定的正极电解液温度来驱动电解液温度控制装置以安排相匹配的换热设备为正/负极电解液进行加热或降温，电解液温度控制装置能够由中央控制装置驱动利用换热液体和/或风扇所提供的流动气体对正/负极电解液进行单边交替换热，其中，风扇为充分利用来自电解液的一次热量而直接设置于电池组出口的下游，且其能够根据用户需求以电解液管道为中轴做单次180度环绕旋转并根据用户需求控制进/出风口同步开启/关闭/增大开合角度/减小开合角度，由此在中央控制装置驱动下的电解液温度控制装置能够达到控制电解液在标准的温度工况下工作从而避免因温度异常而产生过多副反应的情况发生的目的。
电解液温度控制装置预设有由换热需求与用户需求共同决定的至少一个温度控制方案，由中央控制装置在联合考虑电池性能、正极沉淀物状况和/或用户的暖风/冷风需求的情况下来选择并应用其中一个温度控制方案。
进一步的，当电池性能和/或正极沉淀物状况和/或用户的暖风/冷风需求发生改变时，中央控制装置在将从电解液温度控制装置备选的其他温度控制方案中重新选择匹配度更高的温度控制方案，当换热需求和/或用户需求发生改变时，电解液温度控制装置将为中央控制装置重新提供至少一个温度控制方案以便其结合其他因素从中选择，以达到中央控制装置在综合各方需求后分析得出最佳温度控制方案的同时，能随着影响因素的改变同步对温度控制方案进行改进优化的目的。
在中央控制装置确定电解液温度控制装置预设的至少一个温度控制方案不足以满足发电/充电所需的工况之时，由中央控制装置指示与电解液温度控制装置连接或其集成的独立调温机构来启动紧急温度控制方案，以达到在特殊情况下，例如需要快速升温以满足短时间启动需求的情况下可以通过独立调温机构对电池快速升温从而完成快速启动载具的效果。
由中央控制装置在联合考虑电池性能、正极沉淀物状况和/或用户的暖风/冷风需求的情况下来选择并应用其中一个温度控制方案之时，仅测量正/负极电解液之一的温度并根据温度经验公式来推算相应另一电解液的温度，其中，温度经验公式可通过有限次数的实验并结合至少包括粘度、比热、密度、导热系数的物理参数根据经验来确定，以避免对两种电解液同时测温形成的数据干扰的情况发生，同时也降低了对中央控制设备综合分析运算处理数据能力的要求以降低中央控制设备的购置生产成本。
全钒液流电池运行装置包括正极沉淀物回收装置，其依据用户需求，在用户请求启动的指令下完成对沉积于与正极电解液储槽间并排紧贴设置的以上方存在缺口的隔断隔开的正极沉淀物分离储槽间底部的正极沉淀物的回收流程并得到至少包括沉淀物重量的相关信息，以达到确定电解液副反应程度进而推断电池电解液老化率，并将电池电极液评估报告通过手机应用/仪表盘/显示屏上的推送/指示灯/提示语的形式发送给用户以便用户及时了解载具所用电池电解液的情况的目的。
电解液温度控制装置能够根据正极沉淀物回收装置一定时间内收集到的沉淀物量超出/未达到预设的最大/最小阈值时调整对应的温度控制方案。
进一步的，中央控制装置会先对至少包括正极沉淀物回收装置的设备进行故障检查；在排除设备故障的情况下中央控制装置再对提前根据电池性能和/或载具运行状态和/或间隔时间和/或用户需求等影响因素设置的阈值进行合理性判断；在确定阈值设置合理的情况下中央控制装置会判断超出/未达到预设的最大/最小阈值是由于电池电解液温度过高/过低造成的从而驱使电解液温度控制装置调整更加匹配的温度控制方案，以避免正极沉淀物异常析出而引起电池性能降低的情况出现。
本发明还公开了一种全钒液流电池管理方法，该控制方法采用前述全钒液流电池管理系统实现，管理系统具有的中央控制装置能够执行如下步骤：
S1中央控制装置依据用户需求和/或其他内部或外部指令来驱动电解液温度控制装置对正/负极电解液进行单边交替换热，并在用户需求和/或其他内部或外部指令改变时驱动电解液温度控制装置随之改变对应的温度控制方案，以达到电解液温度控制及余热回收的目的；
S2当一定时间内正极沉淀物回收装置收集到的沉淀物量超出/未达到预设的最大/最小阈值时，中央控制装置在结合用户需求和/或其他内部或外部指令后指示电解液温度控制装置调整对应的温度控制方案，其中，中央控制装置6将优先进行设备故障排查和阈值设置合理性判断，以达成排除其他干扰因素的适应性温度控制方案调整；
S3当电解液温度控制装置预设的至少一个温度控制方案不足以满足发电/充电所需的工况之时，经确认后的中央控制装置指示与电解液温度控制装置4连接或其集成的独立调温机构来启动紧急温度控制方案，以达到在特殊情况下对电解液温度完成快速调控的效果；
S4在电解液循环过程中，由回收控制单元依据正极电解液分离储槽间内的正极沉淀物传感器的信号来判断沉淀物的沉淀量，由中央控制装置依据回收控制单元所确定的沉淀量来启动正极沉淀物回收系统以获得沉淀物重量等相关信息，以达到确定电解液副反应程度进而推断电池电解液老化率得目的；
S5在回收过程中，回收控制单元56安排挡板55落下并严密闭合，达到隔离正极电解液分离储槽间51内沉淀物与电解液以避免电解液在回收流程中随沉淀物一起落下的同时避免沉淀物因回收流程的启动而上浮至电解液表面的目的。
附图说明
图1是全钒液流电池管理系统结构示意图。
附图标记列表
1：电池组 10：电池单元
2：电解液储槽 21、22：负/正极电解液储槽间
23：隔板 24：隔断
3：电解液循环单元 31：负极电解液循环入口管道
32：负极电解液循环出口管道 33：负极电解液循环泵
34：正极电解液循环入口管道 35：正极电解液循环出口管道
36：正极电解液循环泵 4：电解液温度控制装置
41：换热液体储存箱 42：换热液体导管
43：换热液体循环泵 44：温度传感器
45：风扇 46：温度控制单元
5：正极沉淀物回收系统 51：正极电解液分离储槽间
52：正极沉淀物传感器 53：正极沉淀物收集单元
54：正极沉淀物测评单元 55：挡板
56：回收控制单元 6：中央控制系统
具体实施方式
针对使用全钒液流电池作为动力设备的载具，本发明公开了一种全钒液流电池管理系统，尤其涉及一种针对使用全钒液流电池作为动力设备的载具的电池管理系统，其结构示意图如图1所示，其包括用于通过电池正常运行为载具提供电能及动能的全钒液流电池运行装置100、用于调节电解液温度的电解液温度控制装置4、用于收集悬浮于正极电解液中沉淀物的正极沉淀物回收装置5及用于与全钒液流电池中各装置间接收和/或发送指令信号的中央控制装置6，其中，全钒液流电池运行装置100包括由多个电池单元10组成的电池组1、用于储存正/负极电解液的电解液储槽2、用于在电池组1和电解液储槽2之间传递电解液的电解液循环单元3。
为了增加使用全钒液流电池作为动力设备的载具的使用范围，或者说为了避免全钒液流电池的电池组1因内其部发生的氧化还原反应产生的过多热量或载具处于高温/严寒的极端天气而造成的全钒液流电池性能降低的情况发生，由于自然环境适应力较高的全钒液流电池的电池容量可以随着环境温度完全恢复时也完全恢复，所以本发明所述的电解液温度控制装置4可以对至少一个电解液温度进行实时监测并通过由中央控制装置6在联合考虑电池性能、正极沉淀物状况和/或用户的暖风/冷风需求的情况下而确定的单边交替换热以及时恢复电池容量，优选的选择对更易发生副反应的正极电解液进行实时测温并根据温度经验公式来推算相应负极电解液的温度以减少设备投入和设备信息干扰。电解液温度控制装置4包括用于储存和回收换热液体的换热液体储存箱41、用于换热液体外部循环的换热液体导管42、设置于换热液体导管42上的用于给换热液体提供循环动力的换热液体循环泵43、至少一个用于监测正和/或负极电解液温度的温度传感器44、用于提供流动气体以带走电解液热量的可围绕电解液管道转向的风扇45及用于接收和发送指令信号的温度控制单元46，其中温度控制单元46响应于中央控制装置6的启动或关闭指令开始或停止温控流程。
沿换热液体循环泵43驱动的液流方向观察，位于上游的换热液体储存箱41的出口流出的换热液体依次流经换热液体导管42的与换热液体储存箱41出口相连的入口段47、与储存在正/负极电解液储槽间22/21的正/负极电解液在电解液储槽2中进行热量交换的换热段48及未被电解液储槽2覆盖的出口段49，并最终流向位于下游的换热液体储存箱41的入口以完成换热液体液流循环链的完全闭合，其中为增大换热过程的接触面积以提高换热效率而设计成异形的(优选为螺旋形、Z字形或蛇形的)一般以高传热系数材料制成的换热导管换热段48由若干支架固定在储存有正/负极电解液的电解液储槽2的内壁及隔板23上。
受中央控制装置6控制的温度控制单元46依据电池性能、正极沉淀物状况和/或用户的暖风/冷风需求的情况下来选择并应用其中一个温度控制方案对正/负极电解液进行单边交替换热以控制电解液温度在标准工况的范围内，优选的在利用单边交替换热保证充分换热效果的同时对电解液中余热进行回收以达到能量多次利用的目的。
在某一实施例中，在外界温度很低的情况下，停车时温度控制单元46可利用换热液体把在换热液体储存箱41内临时储存的热量转交至以避免电极液泄露为由而设置了坚固且隔热外壳的具备很好的保温能力的电解液储槽2内的电解液，以便于下次启动时电池组1内存在合适的反应温度。
在另一实施例中，在外界温度很高的情况下，载具运行过程中温度控制单元46同时启用“水冷”与“风冷”并行的换热方式对电解液进行降温并在停车时通过主动降低换热液体储存箱41所储存的换热液体的温度，为下一阶段高负荷运转提前储备冷源。
在另一实施例中，在临时停车的情况下，温度控制单元46依据用户指令并结合“换热液体储存箱41所储存的换热液体的温度”、“电池组1内的温度”和/或“电解液储槽2内的电解液的温度”来决定降低或升高换热液体储存箱41所储存的换热液体的温度。
在另一实施例中，在需要快速升温以满足短时间启动需求的情况下，温度控制单元46利用外置独立调温机构直接加热电解液储槽2内的电解液以恢复其电池容量达到快速启动载具的目的直至电解液在电池组1内经过氧化还原反应产生的热量足以维持其自身所需要的热量。
在另一实施例中，在常温或较低温且持续稳定工况下，温度控制单元46会响应于用户的暖风需求将风扇45的出风面转向至一同打开的与载具内部载人区域连通的通道以达到利用风扇45对电解液进行降温的同时完成回收电解液余热、供给载具内部载人区域热量及降低载具暖风空调消耗的目的。
在另一实施例中，在用户因冷风需求而打开载具自带冷风空调的情况下，温度控制单元46会在将风扇45的进风面转向至一同打开的与载具内部载人区域连通的通道的同时打开风扇45的出风面所面朝的与载具外部自然环境连通的通道以达到利用风扇45卷吸载具内部过多的冷空气对电解液进行降温的同时增加载具冷风空调能量利用率的目的。
在另一实施例中，当用户使用地图对载具的运动轨迹进行导航时，可通过联网获取沿途路线上气温情况的温度控制单元46会根据地图所规划的行进路线沿途由于纬度变化/海拔变化等因素引起的气温变化提前拟定对电解液适当的换热模式。针对没有特定行进路线可以根据用户需求和/或整体调度而改变行进路线的载具，温度控制单元46还会辅助地图进行路线规划以尽可能避免规划的路径上存在极端环境对载具所使用的全钒液流电池性能造成影响。
在另一实施例中，在载具所使用的全钒液流电池剩余电量过低时，温度控制单元46在保证电解液温度不超过标准工况的最高温度范围的情况下，使电池在安全的工况下以更高的活性恢复更多的电池容量的同时尽可能减少对储存在换热液体储存箱41内的换热液体温度的调控以减少温度控制装置5对电量的消耗以维持载具能够运行至充电场所。
正极沉淀物回收装置5设置的目的是将悬浮于正极电解液中的由于正极电解液在处于充电/放电的工作状态下的电池组1内部进行氧化/还原反应而析出部分可能会引起正极电解液循环管道34、35堵塞并影响电池性能的沉淀物(例如带有剧毒性的五氧化二钒)进行分离并回收，其包括用于储存经正极电解液循环出口管道35流出的正极电解液的正极电解液分离储槽间51、用于监测沉积于正极电解液分离储槽间51底部的正极沉淀物沉积量的正极沉淀物传感器52、用于收集沉积于正极电解液分离储槽间51底部的正极沉淀物的正极沉淀物收集单元53、用于测量正极沉淀物重量和评估电解液性能的测评单元54、用于阻隔电解液避免其因重力落下的可远程控制开合的挡板55及用于与正极沉淀物回收装置5内部其他单元间接收和发送指令信号的回收控制单元56，其中回收控制单元56响应于中央控制装置6的启动或关闭指令开始或停止回收流程。
回收控制单元56依据沉淀物的沉积量、充电方式、用户及工作人员的需求、回收流程启动的时间间隔、载具的运行情形和/或载具保养情况，促使正极沉淀物回收装置5内的各运行单元在不同的运行场景中相互配合以在接收到回收的指令时完成对正极沉淀物的回收流程以此确定电解液副反应程度进而推断电池电解液老化率并将评估报告等各类相关信息发送给相应的人员。
在某一实施例中，当载具处于正常工况下的平稳运行过程时，设置在正极电解液分离储槽间51内壁上的可由用户或其他工作人员设置距离底部高度的正极沉淀物传感器52监测到沉积于正极电解液分离储槽间51底部的沉淀物的沉积量超过设定阈值时，回收控制单元56以接连开启设置于正极电解液分离储槽间51内且高度高于正极沉淀物传感器52的用于阻隔电解液落下的挡板55、用于收集底部沉淀物的正极沉淀物收集单元53及用于回收和评估电解液刑性能参数的正极沉淀物测评单元54的方式响应于接收到的正极沉淀物传感器52所发出的超出阈值的信号，并将电解液的评估报告通过手机应用/仪表盘/显示屏上的推送/指示灯/提示语的形式告知用户以便用户及时了解载具所用电池电解液的情况并提前选择适当的充电方式。
在另一实施例中，当用户长期连续使用充电桩对载具的液流电池进行充电时，由于长期未更换电解液出现的正极沉淀物不可逆地析出的情况进一步导致电解液性能降低，回收控制单元56会综合分析从上一次使用更换电解液的方式对电池进行充电直至当前时间段内所有的电解液历史评估报告，并在电池电解液性能降低至第一阈值时，以提醒的方式告知用户可以对电解液进行更换；在电池电解液性能降低至第二阈值时，以通知的方式告知用户应当对电解液进行更换；在电池电解液性能降低至第三阈值时，以警告的方式告知载具驾驶者为了驾驶安全必须尽快对电解液进行更换，否则回收控制单元56将会对载具发出以保护用户安全为前提的强制措施的指令。
在另一实施例中，当用户使用更换电解液的方式对载具电池进行快速充电时，回收控制单元56会暂停响应所有请求开启回收流程的指令并将从上一次使用更换电解液的方式对电池进行充电直至当前时间段内所有的电解液历史评估报告通过USB/NFC/二维码/芯片/卡片等各类可进行数据传输的方式发送给进行电解液更换的工作人员，以便工作人员及时了解更换下来的电解液及收集沉淀物的性能参数并有利于对其回收方法做出正确的判断。
在另一实施例中，当用户需要立刻了解此时载具所用电池电解液的性能情况时，可通过开启设置于载具操作面板上的按钮/旋钮/拉杆/拨杆等方式使回收控制单元56在没有接收到正极沉淀物传感器52所发出的超出阈值信号的情况下，响应于外部输入的人为指令而启动回收流程对正极沉淀物进行收集评测，并将评估结果与历史评估结果一并发送给用户。
在另一实施例中，若在预设的时间段内回收的沉淀量超过或未达到预设的最大/最小阈值时，响应于回收控制单元56反馈信息的中央控制装置6首先对正极沉淀物回收系统5的至少包括正极沉淀物传感器52、正极沉淀物收集单元53、正极沉淀物测评单元54、挡板55和回收控制单元56的设备进行故障检查，在排除故障影响的情况下再由中央控制装置6对阈值设置的合理性进行判断，在确定阈值设置合理的情况下再有中央控制装置6促使电解液温度控制装置4调整风扇55进风口开合角度和/或风扇55的转速和/或换热液体循环泵43的循环速度和/或换热液体的温度以此保证电池在标准的工况下运行，其中，电解液温度控制装置4的温度控制方案由换热需求与用户需求共同决定。
在另一实施例中，当用户使用载具处于高速运动/剧烈颠簸/紧急制动等特殊运动情形时，回收控制单元56响应于载具自带的关联并控制载具内所有设备元器件的控制系统因特殊运动情形发出的暂停接收所有开启回收流程请求的暂时关闭指令以避免在特殊运动情形中进行的回收流程造成电解液飞溅洒漏的情况发生直至载具不再处于上述特殊运动情况。
在另一实施例中，当载具发生故障或用户在使用载具过程中发生事故时，回收控制单元56响应于载具自带的关联并控制载具内所有设备元器件的控制系统因发生故障/事故发出的终止接收所有开启回收流程请求的紧急终止指令以避免因故障和/或事故情形中进行的回收流程造成电解液泄露的情况发生直至具备检修知识的用户或专业维修工作人员或其他人员在经过专业的检查和/或维修后确认载具能够正常运行时以管理员的权限重新启动正极沉淀物回收装置5。
在另一实施例中，当用户在专业检修场所对载具进行保养时，经过专业训练的保养工作人员可以通过USB/NFC/二维码/芯片/卡片等各类可进行数据传输的方式从回收控制单元56接收到从上一次对载具保养结束后到此次对载具保养开始前的时间段内载具内全钒液流电池电解液的历史评估报告、对电解液的充电方式和次数、正极沉淀物回收装置5内各运行单元的更换/调整情况及接收到的暂时关闭指令和紧急终止指令次数及情形等各类相关信息，以便于保养工作人员能够及时准确地了解载具内全钒液流电池在两次保养间隔期间的运行情况并能够快速有效地提出恰当的电池保养方案，同时在回收控制单元56记录下本次保养的时间。若用户以距离上次保养结束的时间间隔超出了用户或保养工作人员预设的最大保养间隔期限的情况下长期未对载具进行保养时，回收控制单元56也会通过手机应用/仪表盘/显示屏上的推送/指示灯/提示语的形式提醒用户尽快对载具进行保养。
当采用全钒液流电池作为动力设备的载具处于未工作状态时，全钒液流电池的正/负极电解液分别存放于被不易与正/负极电解液发生氧化还原反应材质构成的隔板23分隔成两个储槽间的电解液储槽2中，其中负极电解液储存在位于电解液储槽2内部左侧的负极电解液储槽间21中，正极电解液储存在位于电解液储槽2内部右侧的正极电解液储槽间22中。
当采用全钒液流电池作为动力设备的载具处于工作状态时，以电解质电离为离子游离于溶液的形态储存在处于储存工况的负极电解液储槽间21中的负极电解液为进行负极电解液液流循环链在负极电解液循环泵33的压力作用下，从位于负极电解液储槽间21底部中心的出口竖直流出。
沿负极电解液循环泵33驱动的液流方向观察，位于上游的负极电解液储槽间21底部中心的出口通过光滑无分叉的负极电解液循环入口管道31连通至位于下游的电池组1上的电池电极框的负极电解液入口，从而使从负极电解液储槽间21底部流出的负极电解液单向地并以恒定且适当的流速流入正在发生氧化还原反应的电池组1。
在电池组1内部经过充分的氧化/还原反应后从电池组1上的电池电极框的负极电解液出口同样以恒定且适当的流速流出的负极电解液流单向流经光滑无分叉的负极电解液循环出口管道32并从负极电解液储槽间21顶部中心的入口竖直流入，从而完成了负极电解液液流循环链的完美闭合。
在储存于负极电解液储槽间21的负极电解液从离开该储槽间出口到返回该储槽间入口进行的负极电解液液流循环链的同时，同样以电解质电离为离子游离于溶液的形态储存在处于储存工况的电解液储槽2中的正极电解液液流循环链所对应的工作流体正极电解液在正极电解液循环泵36的压力作用下，从位于正极电解液储槽间22底部中心的出口竖直流出。
沿正极电解液循环泵36驱动的液流方向观察，位于上游的正极电解液储槽间22底部中心的出口通过光滑无分叉的正极电解液循环入口管道34连通至位于下游的电池组1上的电池电极框的正极电解液入口，从而使从正极电解液储槽间22底部流出的正极电解液单向地并以恒定且适当的流速流入正在发生氧化还原反应的电池组1。
在电池组1内部经过充分的氧化/还原反应后从电池组1上的电池电极框的正极电解液出口同样以恒定且适当的流速流出的正极电解液单向流经光滑无分叉的正极电解液循环出口管道35后流入用于分离正极电解液中固体沉淀物与液体电解液的正极沉淀物回收装置5中。
用于储存经正极电解液循环出口管道35流出的正极电解液的正极电解液分离储槽间51以紧贴电解液储槽2中存放正极电解液的正极电解液储槽间22的方式与电解液储槽2等高并排设置并通过略低于电解液储槽2高度的可与电解液储槽2顶端形成缺口的隔断24隔开。
当从电池组1经过氧化还原反应后流出的经过正极电解液循环出口管道35进入到正极电解液分离储槽间51的正极电解液过多时，具有固定容纳体积的正极电解液分离储槽间51中多余的正极电解液的液体组分就会通过正极电解液储槽间22与正极电解液分离储槽间51之间的隔断24与电解液储槽2顶部间的缺口以溢流的形式流回正极电解液储槽间22中，对正极电解液储槽间22内储存的待进入正极电解液液流循环链的正极电解液进行补充并与之混合，从而完成了正极电解液液流循环链的完全闭合。
悬浮在正极电解液中并随之从电池组1流入正极电解液分离储槽间51的在正极氧化/还原反应过程中析出的沉淀物会在密度与重力作用下逐渐沉淀在正极电解液分离储槽间51的底部并由各种情形启动的回收流程进行收集回收而不能继续流入正极电解液储槽间22以进入下一次正极电解液液流的循环中。从而本发明很好地避免了过多的在电池充电/放电工作过程中正极电解液里析出的沉淀物在正极电解液循环管道34、35里长期累积并最终堵塞上述管道及附着在其他设置于电解液储槽2内部的换热管路上影响换热效果的情况发生，有效地保证了液流电池能够安全有效地完成既定的充/放电工作。
本发明公开了一种全钒液流电池管理方法，该方法是通过使用上述任意一个实施例所述的包括可以减少电池内副反应产生以减少沉淀物析出的电解液温度控制装置4和可以避免沉淀物附着在换热导管上影响换热效率的正极沉淀物回收装置5的电解液管理系统得以实现的，其包括：
S1中央控制装置(6)依据用户需求和/或其他内部或外部指令来驱动电解液温度控制装置(4)对正/负极电解液进行单边交替换热，并在用户需求和/或其他内部或外部指令改变时驱动电解液温度控制装置(4)随之改变对应的温度控制方案；
S2当一定时间内正极沉淀物回收装置(5)收集到的沉淀物量超出/未达到预设的最大/最小阈值时，中央控制装置(6)在结合用户需求和/或其他内部或外部指令后指示电解液温度控制装置(4)调整对应的温度控制方案，其中，中央控制装置(6)将优先进行设备故障排查和阈值设置合理性判断；
S3当电解液温度控制装置(4)预设的至少一个温度控制方案不足以满足发电/充电所需的工况之时，经确认后的中央控制装置(6)指示与电解液温度控制装置(4)连接或其做集成的独立调温机构来启动紧急温度控制方案；
S4在电解液循环过程中，由回收控制单元56依据正极电解液分离储槽间51内的正极沉淀物传感器52的信号来判断沉淀物的沉淀量，由中央控制装置6依据回收控制单元56所确定的沉淀量来启动正极沉淀物回收系统5；
S5在回收过程中，回收控制单元56安排挡板55落下并严密闭合，达到隔离正极电解液分离储槽间51内沉淀物与电解液以避免电解液在回收流程中随沉淀物一起落下的同时避免沉淀物因回收流程的启动而上浮至电解液表面的目的。
需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种用于全钒液流电池的正极沉淀物回收装置，其特征在于，所述正极沉淀物回收装置将悬浮于正极电解液中的由于正极电解液在处于充电/放电的工作状态下的电池组(1)内部进行氧化/还原反应而析出部分引起正极电解液循环管道(34、35)堵塞并影响电池性能的沉淀物进行分离并回收，从而确定电解液副反应程度进而推断电池电解液老化率并将各类相关信息发送给相应的人员。
2.根据权利要求1所述的正极沉淀物回收装置，其特征在于，所述正极沉淀物回收装置(5)还包括用于储存经正极电解液循环出口管道(35)流出的正极电解液的正极电解液分离储槽间(51)、用于监测沉积于所述正极电解液分离储槽间(51)底部的正极沉淀物沉积量的正极沉淀物传感器(52)、用于收集沉积于所述正极电解液分离储槽间(51)底部的所述正极沉淀物的正极沉淀物收集单元(53)、用于测量所述正极沉淀物重量和评估电解液性能的测评单元(54)、用于阻隔电解液避免其因重力落下的可远程控制开合的挡板(55)。
3.根据权利要求2所述的正极沉淀物回收装置，其特征在于，当设置所述正极沉淀物传感器(52)监测到沉积于所述正极电解液分离储槽间(51)底部的沉淀物的沉积量超过设定阈值时，回收控制单元(56)以接连开启所述挡板(55)、所述正极沉淀物收集单元(53)及所述正极沉淀物测评单元(54)的方式响应于接收到的所述正极沉淀物传感器(52)所发出的超出所述阈值的信号。
4.根据权利要求3所述的正极沉淀物回收装置，其特征在于，所述回收控制单元(56)能够综合分析从上一次使用更换电解液的方式对电池进行充电直至当前时间段内所有的电解液历史评估报告，并在电池电解液性能降低至第一阈值时，以提醒的方式告知用户可以对所述电解液进行更换；
在所述电池电解液性能降低至第二阈值时，以通知的方式告知用户应当对所述电解液进行更换；
在所述电池电解液性能降低至第三阈值时，以警告的方式告知载具驾驶者为了驾驶安全必须尽快对电解液进行更换，否则所述回收控制单元(56)将会对载具发出以保护所述用户安全为前提的强制措施的指令。
5.根据权利要求4所述的正极沉淀物回收装置，其特征在于，若在预设的时间段内回收的沉淀量超过或未达到预设的最大/最小阈值时，响应于所述回收控制单元(56)反馈信息的中央控制装置(6)首先对正极沉淀物回收装置(5)进行故障检查，在排除故障影响的情况下再由所述中央控制装置(6)对阈值设置的合理性进行判断。
6.一种用于正极沉淀物回收装置的回收控制单元，其特征在于，所述回收控制单元(56)依据沉淀物的沉积量、充电方式、用户及工作人员的需求、回收流程启动的时间间隔、载具的运行情形和/或载具保养情况，促使正极沉淀物回收装置(5)内的各运行单元在不同的运行场景中相互配合以在接收到回收的指令时完成对正极沉淀物的回收流程，从而确定电解液副反应程度进而推断电池电解液老化率并将各类相关信息发送给相应的人员。
7.根据权利要求6所述的回收控制单元，其特征在于，当用户使用更换电解液的方式对载具电池进行快速充电时，所述回收控制单元(56)会暂停响应所有请求开启所述回收流程的指令并将从上一次使用更换所述电解液的方式对所述电池进行充电直至当前时间段内所有的所述电解液历史评估报告通过数据传输的方式发送给进行所述电解液更换的工作人员。
8.根据权利要求7所述的回收控制单元，其特征在于，当用户需要立刻了解此时所述载具所用所述电池电解液的性能情况时，能够通过载具操作面板使所述回收控制单元(56)在没有接收到正极沉淀物传感器(52)所发出的超出阈值信号的情况下，响应于外部输入的人为指令而启动所述回收流程对所述正极沉淀物进行收集评测，并将所述评估结果与历史评估结果一并发送给所述用户。
9.根据权利要求8所述的回收控制单元，其特征在于，当所述用户使用所述载具处于特殊运动情形时，所述回收控制单元(56)响应于所述载具自带的关联并控制所述载具内所有设备元器件的控制系统因所述特殊运动情形发出的暂停接收所有开启所述回收流程请求的暂时关闭指令。
10.根据权利要求9所述的回收控制单元，其特征在于，当所述载具发生故障或用户在使用所述载具过程中发生事故时，所述回收控制单元(56)响应于所述载具自带的关联并控制载具内所有设备元器件的控制系统的紧急终止指令直至确认所述载具能够正常运行时以管理员的权限重新启动所述正极沉淀物回收装置(5)。
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