CN115911483B - 一种应用于全钒液流电池的移动隔断式储罐结构及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于全钒液流电池的移动隔断式储罐结构及控制方法，涉及全钒液流电池的技术领域，包括储罐、分隔板、电堆、进液主管、进液分管、回液主管及回液分管，分隔板竖直插装于储罐的内侧并将内部空间分隔出左储仓及右储仓，左储仓及右储仓的内侧均竖直安装有液位管，液位管的内部滑动设有液位浮球，液位管的顶部安装有液位控制器，电堆分别与进液主管和回液主管的某一端连接，进液分管设有一对并连接于进液主管的另一端，两个进液分管对应设于左储仓及右储仓内，回液分管设有一对并连接于回液主管的另一端，两个回液分管对应设于左储仓及右储仓内。本发明中的隔断式储罐结构具有方案设计合理、结构设计巧妙、使用维护方便的特点。

Description

一种应用于全钒液流电池的移动隔断式储罐结构及控制方法

技术领域

本发明涉及全钒液流电池的技术领域，具体涉及一种应用于全钒液流电池的移动隔断式储罐结构及控制方法。

背景技术

目前，全钒液流电池的电解液储罐设计采用循环泵从储罐底部吸液，电解液经过电堆反应后从储罐顶部回液的方式，这种方式虽然节约了设备建设成本和设备占地面积，但回液与储罐原有电解液的离子互串会使得进入电堆的电解液利用率下降，在降低电池转化效率的同时，会增加离子互串自放电损耗以及辅助设备能耗。

为了解决这一系列技术问题，需要从储罐的结构设计及控制方法进行研究。

假如在储罐设计时，在储罐中间部位设置固定式隔板，将储罐一分为二，采用液位传感器控制的方法，一侧隔间为进液侧，另一侧为回液侧，来回往复，这样可以有效避免进堆反应后价态变化的钒离子与原储罐电解液中钒离子的互混，提升电解液利用率，降低离子互串自放电损耗以及辅助设备能耗。但是，固定隔断式储罐的空间利用率只有一半，在相同占地面积时，电解液的量只有无隔断储罐的一半。如果需要设计一定容量的储能电站（全钒液流电池的容量由电解液的量的多少决定），会大幅增加设备的占地面积和设备成本。

反之，如果可以将固定隔断式储罐设计成移动移动隔断式储罐，在提升电解液利用率，降低离子互串自放电损耗以及辅助设备能耗的同时，还能完全利用储罐的空间，不会增大设备占地面积以及设备投资成本。

综上所述，现有技术的缺陷和不足：

1.吸液及回液在同一储罐中极易造成离子互混。

原有操作流程：电解液从储罐进入电堆反应后再次返回储罐，易造成不同价态钒离子互混，进而使得电解液利用率下降，转化效率降低。

更改后操作流程：通过对电解液储罐进行移动隔断式设计，避免了离子互串现象的发生，保证了单侧隔间电解液进入电堆的荷电状态一致，且返回储罐的荷电状态一致的电解液也暂存在了储罐的另一侧隔间。

2.不能根据储罐液位变化实现进出液的自动化控制。

原有操作流程：原有流程只能实现进出液自动控制，不能根据储罐内实际液位信息进行自动化调控。

更改后操作流程：通过在储罐两侧隔间的上下位置设置液位传感器，液位传感器信号通过BMS处理后可自动调节左右移动隔间进出液阀门的开闭情况，进而调控电池系统的运行。

发明内容

本发明的目的在于提供一种应用于全钒液流电池的移动隔断式储罐结构及控制方法，以解决现有技术中导致的上述缺陷。

一种应用于全钒液流电池的移动隔断式储罐结构，包括储罐、定位条、分隔板、电堆、进液主管、进液分管、回液主管、回液分管及控制柜，所述储罐的内部储存有电解液，所述定位条设有一对且前后平行安装于储罐的底部，所述分隔板竖直插装于储罐的内侧并将内部空间分隔出左储仓及右储仓，所述分隔板的底部设有与定位条滑动配合的定位槽，所述左储仓及右储仓的内侧均竖直安装有液位管，所述液位管的内部滑动设有液位浮球，所述液位管的顶部安装有液位控制器，所述电堆分别与进液主管和回液主管的某一端连接，所述进液主管上连接有循环泵，并在循环泵的两端均连接有截止阀一，所述进液分管设有一对并连接于进液主管的另一端，两个进液分管对应设于左储仓及右储仓内，所述进液分管上均连接有电磁阀一，所述回液主管上连接有截止阀二，所述回液分管设有一对并连接于回液主管的另一端，两个回液分管对应设于左储仓及右储仓内，所述回液分管上均连接有电磁阀二，所述控制柜安装于储罐的外壁上且其内部设有主控制器，所述主控制器分别与液位控制器、循环泵、截止阀一、电磁阀一、截止阀二及电磁阀二电性连接。

优选的，所述分隔板的上方设有驱动组件，所述驱动组件用于带动分隔板滑动并调节左储仓及右储仓的储液容积大小，所述驱动组件包括移动板、双头电机、连接轴、齿轮、齿条、行走轮及导向轨，所述移动板水平安装于分隔板的顶部，所述双头电机前后朝向设置并居中安装于移动板的上侧，所述连接轴设有一对且同轴设于双头电机的前后两侧，所述连接轴通过一对轴承座安装于移动板的上侧，所述双头电机的输出轴均通过联轴器与同侧的连接轴连接，所述齿轮设有一对并对应安装于两个连接轴上，所述齿条设有一对且前后平行分布，所述齿条的左右两端对应固定于储罐的内侧，相邻的齿轮与齿条相啮合，所述行走轮设有一对并对应安装于两个连接轴上，所述导向轨设有一对且前后平行分布，所述导向轨的左右两端对应固定于储罐的内侧，相邻的行走轮与导向轨滚动接触，所述主控制器与双头电机电性连接。

优选的，所述双头电机及两个连接轴的正上方设有“︹”型的防护罩，所述防护罩的前后两端安装于移动板的上侧。

优选的，所述移动板的左右两侧对称安装有极限开关，所述主控制器与极限开关电性连接。

这种应用于全钒液流电池的移动隔断式储罐结构的控制方法，包括以下步骤：

步骤1：通过BMS分析SOC数值后下达充电/放电指令和SOC设定值；

步骤2：通过对应的液位控制器测出左储仓及右储仓的液位高度，并将液位高度数值结果上传至BMS；

步骤3：根据左储仓及右储仓的SOC数值和液位高度数值，若判断某一侧液位控制器上传的是满液信号或多液信号，BMS则认定这一侧为进液侧，并以这一侧液位控制器下降信号为基准控制分隔板自动向这一侧移动；

步骤4：通过BMS控制截止阀一及截止阀二预先打开：

①当左储仓被认定为进液侧：BMS控制左侧的电磁阀一打开、右侧的电磁阀一关闭、左侧的电磁阀二关闭、右侧的电磁阀二打开，之后，电解液由左储仓进入到电堆反应后返回右储仓；

②当右储仓被认定为进液侧：BMS控制左侧的电磁阀一关闭、右侧的电磁阀一打开、左侧的电磁阀二打开、右侧的电磁阀二关闭，之后，电解液由右储仓进入电堆反应后返回左储仓；

步骤5：通过BMS分析SOC数值：

①若SOC数值已达到预设值，则认定充电/放电完成，自动关闭所有阀门；

②若SOC数值为未达到预设值，则重复执行步骤3~步骤5。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1.隔断式储罐设计高效避免了经过电堆反应后的电解液和储罐原有电解液的离子互混，可显著提升进入电堆电解液的利用率，而且可以降低离子互串自放电损耗以及辅助设备能耗。

2.移动隔间式储罐可以在降低进出液离子互混的同时，完全利用储罐的空间，不会增大设备占地面积以及设备投资成本。

3.储罐左右隔间液位传感器的设置使得BMS可自动调控储罐隔间进出液阀门的开闭情况，进而调控整个电池系统的运行。

4.电池系统SOC状态、液位信号、BMS的高效关联保证了储罐左右隔间进出液调换以及隔间移动装置的高效控制。

附图说明

图1为本发明整体正视的结构示意图。

图2为本发明整体侧视的结构示意图。

图3为本发明中的控制方法的流程图。

其中：

11-储罐；12-定位条；13-分隔板；13a-定位槽；14-移动板；15-双头电机；16-连接轴；17-轴承座；18-联轴器；19-齿轮；20-齿条；21-行走轮；22-导向轨；23-防护罩；24-极限开关；25-液位管；26-液位浮球；27-液位控制器；28-电堆；29-进液主管；30-循环泵；31-截止阀一；32-进液分管；33-电磁阀一；34-回液主管；35-截止阀二；36-回液分管；37-电磁阀二；38-控制柜。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

如图1至图3所示，一种应用于全钒液流电池的移动隔断式储罐结构，包括储罐11、定位条12、分隔板13、电堆28、进液主管29、进液分管32、回液主管34、回液分管36及控制柜38，所述储罐11的内部储存有电解液，所述定位条12设有一对且前后平行安装于储罐11的底部，所述分隔板13竖直插装于储罐11的内侧并将内部空间分隔出左储仓11a及右储仓11b，所述分隔板13的底部设有与定位条12滑动配合的定位槽13a，所述左储仓11a及右储仓11b的内侧均竖直安装有液位管25，所述液位管25的内部滑动设有液位浮球26，所述液位管25的顶部安装有液位控制器27，所述电堆28分别与进液主管29和回液主管34的某一端连接，所述进液主管29上连接有循环泵30，并在循环泵30的两端均连接有截止阀一31，所述进液分管32设有一对并连接于进液主管29的另一端，两个进液分管32对应设于左储仓11a及右储仓11b内，所述进液分管32上均连接有电磁阀一33，所述回液主管34上连接有截止阀二35，所述回液分管36设有一对并连接于回液主管34的另一端，两个回液分管36对应设于左储仓11a及右储仓11b内，所述回液分管36上均连接有电磁阀二37，所述控制柜38安装于储罐11的外壁上且其内部设有主控制器，所述主控制器分别与液位控制器27、循环泵30、截止阀一31、电磁阀一33、截止阀二35及电磁阀二37电性连接。

在本实施例中，所述分隔板13的上方设有驱动组件，所述驱动组件用于带动分隔板13滑动并调节左储仓11a及右储仓11b的储液容积大小，所述驱动组件包括移动板14、双头电机15、连接轴16、齿轮19、齿条20、行走轮21及导向轨22，所述移动板14水平安装于分隔板13的顶部，所述双头电机15前后朝向设置并居中安装于移动板14的上侧，所述连接轴16设有一对且同轴设于双头电机15的前后两侧，所述连接轴16通过一对轴承座17安装于移动板14的上侧，所述双头电机15的输出轴均通过联轴器18与同侧的连接轴16连接，所述齿轮19设有一对并对应安装于两个连接轴16上，所述齿条20设有一对且前后平行分布，所述齿条20的左右两端对应固定于储罐11的内侧，相邻的齿轮19与齿条20相啮合，所述行走轮21设有一对并对应安装于两个连接轴16上，所述导向轨22设有一对且前后平行分布，所述导向轨22的左右两端对应固定于储罐11的内侧，相邻的行走轮21与导向轨22滚动接触，所述主控制器与双头电机15电性连接。

在本实施例中，所述双头电机15及两个连接轴16的正上方设有“︹”型的防护罩23，所述防护罩23的前后两端安装于移动板14的上侧。

在本实施例中，所述移动板14的左右两侧对称安装有极限开关24，所述主控制器与极限开关24电性连接。

这种应用于全钒液流电池的移动隔断式储罐结构的控制方法，包括以下步骤：

步骤1：通过BMS分析SOC数值后下达充电/放电指令和SOC设定值；

步骤2：通过对应的液位控制器27测出左储仓11a及右储仓11b的液位高度，并将液位高度数值结果上传至BMS；

步骤3：根据左储仓11a及右储仓11b的SOC数值和液位高度数值，若判断某一侧液位控制器27上传的是满液信号或多液信号，BMS则认定这一侧为进液侧，并以这一侧液位控制器27下降信号为基准控制分隔板13自动向这一侧移动；

步骤4：通过BMS控制截止阀一31及截止阀二35预先打开：

①当左储仓11a被认定为进液侧：BMS控制左侧的电磁阀一33打开、右侧的电磁阀一33关闭、左侧的电磁阀二37关闭、右侧的电磁阀二37打开，之后，电解液由左储仓11a进入到电堆28反应后返回右储仓11b；

②当右储仓11b被认定为进液侧：BMS控制左侧的电磁阀一33关闭、右侧的电磁阀一33打开、左侧的电磁阀二37打开、右侧的电磁阀二37关闭，之后，电解液由右储仓11b进入电堆28反应后返回左储仓11a；

步骤5：通过MBS分析SOC数值：

①若SOC数值已达到预设值，则认定充电/放电完成，自动关闭所有阀门；

②若SOC数值为未达到预设值，则重复执行步骤3~步骤5。

因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (4)

1.一种应用于全钒液流电池的移动隔断式储罐结构，其特征在于：包括储罐（11）、定位条（12）、分隔板（13）、电堆（28）、进液主管（29）、进液分管（32）、回液主管（34）、回液分管（36）及控制柜（38），所述储罐（11）的内部储存有电解液，所述定位条（12）设有一对且前后平行安装于储罐（11）的底部，所述分隔板（13）竖直插装于储罐（11）的内侧并将内部空间分隔出左储仓（11a）及右储仓（11b），所述分隔板（13）的底部设有与定位条（12）滑动配合的定位槽（13a），所述左储仓（11a）及右储仓（11b）的内侧均竖直安装有液位管（25），所述液位管（25）的内部滑动设有液位浮球（26），所述液位管（25）的顶部安装有液位控制器（27），所述电堆（28）分别与进液主管（29）和回液主管（34）的某一端连接，所述进液主管（29）上连接有循环泵（30），并在循环泵（30）的两端均连接有截止阀一（31），所述进液分管（32）设有一对并连接于进液主管（29）的另一端，两个进液分管（32）对应设于左储仓（11a）及右储仓（11b）内，所述进液分管（32）上均连接有电磁阀一（33），所述回液主管（34）上连接有截止阀二（35），所述回液分管（36）设有一对并连接于回液主管（34）的另一端，两个回液分管（36）对应设于左储仓（11a）及右储仓（11b）内，所述回液分管（36）上均连接有电磁阀二（37），所述控制柜（38）安装于储罐（11）的外壁上且其内部设有主控制器，所述主控制器分别与液位控制器（27）、循环泵（30）、截止阀一（31）、电磁阀一（33）、截止阀二（35）及电磁阀二（37）电性连接，所述分隔板（13）的上方设有驱动组件，所述驱动组件用于带动分隔板（13）滑动并调节左储仓（11a）及右储仓（11b）的储液容积大小，所述驱动组件包括移动板（14）、双头电机（15）、连接轴（16）、齿轮（19）、齿条（20）、行走轮（21）及导向轨（22），所述移动板（14）水平安装于分隔板（13）的顶部，所述双头电机（15）前后朝向设置并居中安装于移动板（14）的上侧，所述连接轴（16）设有一对且同轴设于双头电机（15）的前后两侧，所述连接轴（16）通过一对轴承座（17）安装于移动板（14）的上侧，所述双头电机（15）的输出轴均通过联轴器（18）与同侧的连接轴（16）连接，所述齿轮（19）设有一对并对应安装于两个连接轴（16）上，所述齿条（20）设有一对且前后平行分布，所述齿条（20）的左右两端对应固定于储罐（11）的内侧，相邻的齿轮（19）与齿条（20）相啮合，所述行走轮（21）设有一对并对应安装于两个连接轴（16）上，所述导向轨（22）设有一对且前后平行分布，所述导向轨（22）的左右两端对应固定于储罐（11）的内侧，相邻的行走轮（21）与导向轨（22）滚动接触，所述主控制器与双头电机（15）电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种应用于全钒液流电池的移动隔断式储罐结构，其特征在于：所述双头电机（15）及两个连接轴（16）的正上方设有“︹”型的防护罩（23），所述防护罩（23）的前后两端安装于移动板（14）的上侧。

3.根据权利要求1所述的一种应用于全钒液流电池的移动隔断式储罐结构，其特征在于：所述移动板（14）的左右两侧对称安装有极限开关（24），所述主控制器与极限开关（24）电性连接。

4.一种根据权利要求3所述的应用于全钒液流电池的移动隔断式储罐结构的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：通过BMS分析SOC数值后下达充电/放电指令和SOC设定值；

步骤2：通过对应的液位控制器（27）测出左储仓（11a）及右储仓（11b）的液位高度，并将液位高度数值结果上传至BMS；

步骤3：根据左储仓（11a）及右储仓（11b）的SOC数值和液位高度数值，若判断某一侧液位控制器（27）上传的是满液信号或多液信号，BMS则认定这一侧为进液侧，并以这一侧液位控制器（27）下降信号为基准控制分隔板（13）自动向这一侧移动；

步骤4：通过BMS控制截止阀一（31）及截止阀二（35）预先打开：

①当左储仓（11a）被认定为进液侧：BMS控制左侧的电磁阀一（33）打开、右侧的电磁阀一（33）关闭、左侧的电磁阀二（37）关闭、右侧的电磁阀二（37）打开，之后，电解液由左储仓（11a）进入到电堆（28）反应后返回右储仓（11b）；

②当右储仓（11b）被认定为进液侧：BMS控制左侧的电磁阀一（33）关闭、右侧的电磁阀一（33）打开、左侧的电磁阀二（37）打开、右侧的电磁阀二（37）关闭，之后，电解液由右储仓（11b）进入电堆（28）反应后返回左储仓（11a）；

步骤5：通过MBS分析SOC数值：

若SOC数值已达到预设值，则认定充电/放电完成，自动关闭所有阀门；

②若SOC数值为未达到预设值，则重复执行步骤3~步骤5。