CN117317307B - 全钒液流电池储能系统的液体流量调节方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种全钒液流电池储能系统的液体流量调节方法及装置，其包括：析出堵塞估算方法和旁路验证调节方法；析出堵塞估算方法：获取正极电解液离开储液罐时的温度值一T1且获取正极电解液离开电堆时的温度值二T2；当液流电池进入放电状态，计时且绑定温度值一T1和温度值二T2生成放电态数据；根据放电态数据和预设的析出计算方法计算，得到析出值；基于汇总所得析出值和流道规格参数计算，得到堵塞率；旁路验证调节方法：获取电堆在正极电解液循环旁路加入前后的参数且分别记为参数集A和参数集B；比较参数集A和参数集B，评估堵塞率，根据堵塞率控制负极电解液的流量。本申请具有提高液流电池的寿命和储能效果的效果。
Description
技术领域
本申请涉及电池储能技术领域，尤其是涉及一种全钒液流电池储能系统的液体流量调节方法及装置。
背景技术
全钒液流电池（VFB）又称钒电池，如图1所示，其构成：两组装有钒溶液的储罐，一个作为正极，一个作为负极，两极之间有电堆，通过液流流动在电堆中以隔膜分隔交互，以钒离子的价态的变化来实现电能的储存和释放。
根据上述可知，全钒液流电池的性能受液流控制技术影响。目前，因液流电池的使用温度窗口相对较窄，在较高温度时正极电解液相对容易析出沉淀，所以存在阻塞液流通道的情况，引起两极流量差异，影响液流电池的寿命和储能效果。
发明内容
为了提高液流电池的寿命和储能效果，本申请提供一种全钒液流电池储能系统的液体流量调节方法及装置。
第一方面，本申请提供一种全钒液流电池储能系统的液体流量调节方法，采用如下的技术方案：
一种全钒液流电池储能系统的液体流量调节方法，包括：
析出堵塞估算方法和旁路验证调节方法；
其中，所述析出堵塞估算方法，其包括：
获取正极电解液离开储液罐时的温度值一T1，且获取正极电解液离开电堆时的温度值二T2；
当液流电池进入放电状态，计时且绑定温度值一T1和温度值二T2生成放电态数据；
根据放电态数据和预设的析出计算方法计算，得到析出值，并汇总；
基于汇总所得析出值和预设的流道规格参数计算，得到堵塞率；
所述旁路验证调节方法，其包括：
根据堵塞率控制预建立的正极电解液循环旁路加入正极电解液循环；
获取电堆在正极电解液循环旁路加入前后的参数且分别记为参数集A和参数集B；
比较参数集A和参数集B，评估堵塞率的计算准确性，且当计算准确性高于下限阈值时，根据堵塞率控制负极电解液的流量。
可选的，所述析出计算方法，其包括：
记录验证所得各个温度区间在单位时长t1内的沉淀值k，并生成系数取值表；
根据温度值一T1查找系数取值表，得到对应的下循环沉淀值k1；
根据温度值二T2查找系数取值表，得到对应的上循环沉淀值k2；
若液流电池进入放电状态的时长为t2，则：
下循环对应的析出值=t2/t1*k1，上循环对应的析出值=t2/t1*k2。
可选的，所述基于汇总所得析出值和预设的流道规格参数计算，其包括：
汇总下循环对应的析出值，得到K1-sum；
汇总上循环对应的析出值，得到K2-sum；
当K1-sum＞K2-sum，则取K1-sum为当前的析出值；
当K2-sum≥K1-sum，则取K2-sum为当前的析出值；
根据当前的析出值和预设的流道规格计算堵塞率。
可选的，所述根据堵塞率控制预建立的正极电解液循环旁路加入正极电解液循环，其包括：
根据堵塞率和流道规格计算堵塞损失流量；
当堵塞损失流量大于预设的旁路开启触发下限，则根据堵塞损失流量控制预建立的正极电解液循环旁路的上的阀门开度。
可选的，还包括：
以预设的标准流量控制参数对正极电解液对应的液流泵进行控制，中止正极电解液循环旁路加入正极电解液循环，且获取液流泵置于预设的定温场景后的状态信息一；其中，所述状态信息一包括温度信息、噪声信息、振动信息中的一个或多个；
将当前的状态信息一与液流泵初次使用阶段的状态信息比对，得到泵机状态变化数据集一；
若泵机状态变化数据集一不符合预设的安全允许阈值，则判定泵机疑似故障。
可选的，当泵机状态变化数据集不符合预设的安全允许阈值，则令正极电解液循环旁路根据最新的堵塞率加入正极电解液循环；
获取液流泵置于预设的定温场景后的状态信息二；
若泵机的状态变化数据集二不符合预设的安全允许阈值，则中止根据堵塞率控制负极电解液的流量，并执行预设的非堵塞故障排查方法。
可选的，所述非堵塞故障排查包括：
根据堵塞率控制负极电解液的流量，且以t3为测试间隔时长；
每隔测试间隔时长t3以测试流量d下调一次正极电解液的流量，过程中持续获取状态信息二；
当泵机的状态变化数据集二符合预设的安全允许阈值，则输出疑似流道塌陷提示。
第二方面，本申请提供一种全钒液流电池储能系统的液体流量调节装置，采用如下的技术方案：
一种全钒液流电池储能系统的液体流量调节装置，以如上述任一所述的全钒液流电池储能系统的液体流量调节方法对液流电池的正极电解液进行控制。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：可以根据正极电解液的温度和放电时间估算液流电池的流通堵塞情况，以此对负极电解液的流量调节，减小液流电池两极之间的流量差异，提高液流电池的寿命和储能效果。
附图说明
图1是现有的液流电池的结构示意图，其左右分别安装有正极电解液和负极电解液；
图2是本申请的方法的流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图1-2对本申请作进一步详细说明。
本申请实施例公开一种全钒液流电池储能系统的液体流量调节方法。
参照图1-2，全钒液流电池储能系统的液体流量调节方法包括：析出堵塞估算方法和旁路验证调节方法。
其中，1、析出堵塞估算方法，其包括：
1）、获取正极电解液离开储液罐时的温度值一T1，且获取正极电解液离开电堆时的温度值二T2。
可以理解的是，对于液流电池而言，其正负极电解液需要从储液罐进入电堆进行氢离子的交互，实现放电；而放电过程，即能量释放过程，部分能量以热能的形式逸散，令电解液温度不可避免的相对静置时变高。上述温度值可以通过红外温度传感器一类测得，需要注意的是，温度值一T1在本实施例中，指的是未进行余热回收/冷却等处理时的电解液温度。
2）、当液流电池进入放电状态，计时且绑定温度值一T1和温度值二T2生成放电态数据；放电态数据，例如：第x秒温度值一为5℃，温度值二为42℃。
3）、根据放电态数据和预设的析出计算方法计算，得到析出值，并汇总。
在本实施例中，析出计算方法，其包括：
记录（工作人员）验证所得各个温度区间在单位时长t1内的沉淀值k，并生成系数取值表；
根据温度值一T1查找系数取值表，即确定所对应的温度区间，根据温度区间查找，得到对应的下循环（即，放电态的出液管路）沉淀值k1；
根据温度值二T2查找系数取值表，得到对应的上循环（即，放电态的回流管路）沉淀值k2；
若液流电池进入放电状态的时长为t2，则：下循环对应的析出值=t2/t1*k1，上循环对应的析出值=t2/t1*k2。
可以理解的是，如果T1、T2在一次放电过程中出现在不同的温度区间内，则分别取k，对应分割时长t2，分别计算再累计即可。
上述计算所得析出值，上循环、下循环分别累计，完成汇总，毕竟堵塞的发生也是一个累计过程。
4）、基于汇总所得析出值和预设的流道规格参数计算，得到堵塞率。
在本实施例中，基于汇总所得析出值和预设的流道规格参数计算，其包括：
汇总下循环对应的析出值，得到K1-sum；
汇总上循环对应的析出值，得到K2-sum；
当K1-sum＞K2-sum，则取K1-sum为当前的析出值；
当K2-sum≥K1-sum，则取K2-sum为当前的析出值；
根据当前的析出值和预设的流道规格计算堵塞率。
之所以采用上述取值方式，是因为流道的流量以堵塞情况最严重处限制，不可能说以a出液，以b回流，且a＞b的情况长时间出现，除非有其他管路和循环补入。
上述流道规格，可以是管道直径，由此即可配合析出值计算堵塞率，例如：管道直径100mm，析出值表示：截面角度观测析出速率为0.02mm/h，已经持续150h，则析出值为3mm，堵塞率为3%。
得到堵塞率后，本方法并非直接开始对另一级调节，而是需要先进行初步验证，以防止使用阶段的程序故障导致干扰储能放电性能，具体地：2、旁路验证调节方法，其包括：
1）、根据堵塞率控制预建立的正极电解液循环旁路加入正极电解液循环。
在本实施例中，预建立的正极电解液循环旁路，即在原正极电解液流道旁侧设置一呈并联关系的旁路，该旁路流道管径可以是原流道的 1/4-1/6，不仅用于后续验证，还可被用作应急使用。可以理解的是，该旁路同样应该有液流泵，且安装适配的流量阀以配合下述使用。
上述1）中所述，具体地：
根据堵塞率和流道规格计算堵塞损失流量，之所以如此设置，是因为原流道与旁路对应的流道管径不同，若堵塞率3%，旁路开3%则并不匹配，在管径关系为1/4时，旁路可以开12%。
当堵塞损失流量大于预设的旁路开启触发下限，即当堵塞率极低，处于工作人员允许的忽略范围时，不对液流电池做流量调节，而当堵塞率较高，不可忽视时，则根据堵塞损失流量控制预建立的正极电解液循环旁路的上的阀门开度。
2）、获取电堆在正极电解液循环旁路加入前后的参数且分别记为参数集A和参数集B。
电堆参数包括：放电电压、放电电流、运行温度、系统效率等。
3）、比较参数集A和参数集B，评估堵塞率的计算准确性。
可以理解的是，如果堵塞率计算完全正确，根据其加入旁路补回流量缺失后，参数集A和参数集B应当相同，由此参数集A和参数集B两者的相似度越高，则计算准确性越大。因此，当计算准确性高于下限阈值时，根据堵塞率控制负极电解液的流量，例如：堵塞率3%，负极流量减小3%，即可减小两极的流量差异，提高液流电池的寿命和储能效果。
在本方法的另一个实施例中，本方法考虑泵机分析液流泵是否故障，以避免泵机故障，导致两极流量差异，本方法还包括：
1）、以预设的标准流量控制参数（如：液流电池设计时给出，多种参数匹配多种流量，非单一控制量，而是数据集，以满足不同测试需求）对正极电解液对应的液流泵进行控制，中止正极电解液循环旁路加入正极电解液循环，且获取液流泵置于预设的定温场景后的状态信息一。
上述定温场景，例如：液流泵置于温控箱内，温控箱安装制冷单位，当需要执行下述流程时，先制冷令液流泵降温至20℃，然后停止。
上述状态信息一包括温度信息、噪声信息、振动信息中的一个或多个。可以理解的是，泵机故障前后，其工作温度、噪声、振动存在差异。
2）、将当前的状态信息一与液流泵初次使用阶段的状态信息比对，得到泵机状态变化数据集一。
3）、若泵机状态变化数据集一不符合预设的安全允许阈值，如：温度变化量高于温度阈值、噪声高于分贝阈值、振动高于振动阈值，则判定泵机疑似故障。
进一步的，当泵机状态变化数据集不符合预设的安全允许阈值，则令正极电解液循环旁路根据最新的堵塞率加入正极电解液循环；
获取液流泵置于预设的定温场景后的状态信息二；
若泵机的状态变化数据集二不符合预设的安全允许阈值，即，流道以堵塞率理论补差后，泵机依旧为异常，则中止根据堵塞率控制负极电解液的流量，并执行预设的非堵塞故障排查方法。
在本实施例中，认为除了高温导致的五氧化二钒析出造成的堵塞引起泵机升温等表现外，还存在流道塌陷、泵机导致引起泵机升温等，为了方便工作人员，本方法进一步的排查，具体地：
根据堵塞率控制负极电解液的流量，且以t3为测试间隔时长；
每隔测试间隔时长t3以（出厂设定的）测试流量d下调一次正极电解液的流量，过程中持续获取状态信息二；
当泵机的状态变化数据集二符合预设的安全允许阈值，则输出疑似流道塌陷提示。
即，如果根据估算得到的堵塞率补差后，再下调正极电解液的流量后可泵机状态恢复，则认为并非泵机故障，而是流道塌陷导致流量与估算不匹配，泵机负荷增大等导致其状态异于常值。
本申请实施例还公开一种全钒液流电池储能系统的液体流量调节装置。
全钒液流电池储能系统的液体流量调节装置，以如上述任一所述的方法对液流电池的正极电解液进行控制。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种全钒液流电池储能系统的液体流量调节方法，其特征在于，包括：析出堵塞估算方法和旁路验证调节方法；
其中，所述析出堵塞估算方法，其包括：
获取正极电解液离开储液罐时的温度值一T1，且获取正极电解液离开电堆时的温度值二T2；
当液流电池进入放电状态，计时且绑定温度值一T1和温度值二T2生成放电态数据；
根据放电态数据和预设的析出计算方法计算，得到析出值，并汇总；
基于汇总所得析出值和预设的流道规格参数计算，得到堵塞率；
所述旁路验证调节方法，其包括：
根据堵塞率控制预建立的正极电解液循环旁路加入正极电解液循环；
获取电堆在正极电解液循环旁路加入前后的参数且分别记为参数集A和参数集B；
比较参数集A和参数集B，评估堵塞率的计算准确性，且当计算准确性高于下限阈值时，根据堵塞率控制负极电解液的流量；
所述析出计算方法，其包括：
记录验证所得各个温度区间在单位时长t1内的沉淀值k，并生成系数取值表；
根据温度值一T1查找系数取值表，得到对应的下循环沉淀值k1；
根据温度值二T2查找系数取值表，得到对应的上循环沉淀值k2；
若液流电池进入放电状态的时长为t2，则：
下循环对应的析出值=t2/t1*k1，上循环对应的析出值=t2/t1*k2；
所述基于汇总所得析出值和预设的流道规格参数计算，其包括：
汇总下循环对应的析出值，得到K1-sum；
汇总上循环对应的析出值，得到K2-sum；
当K1-sum＞K2-sum，则取K1-sum为当前的析出值；
当K2-sum≥K1-sum，则取K2-sum为当前的析出值；
根据当前的析出值和预设的流道规格计算堵塞率。
2.根据权利要求1所述的全钒液流电池储能系统的液体流量调节方法，其特征在于：所述根据堵塞率控制预建立的正极电解液循环旁路加入正极电解液循环，其包括：
根据堵塞率和流道规格计算堵塞损失流量；
当堵塞损失流量大于预设的旁路开启触发下限，则根据堵塞损失流量控制预建立的正极电解液循环旁路的上的阀门开度。
3.根据权利要求1所述的全钒液流电池储能系统的液体流量调节方法，其特征在于，还包括：
以预设的标准流量控制参数对正极电解液对应的液流泵进行控制，中止正极电解液循环旁路加入正极电解液循环，且获取液流泵置于预设的定温场景后的状态信息一；其中，所述状态信息一包括温度信息、噪声信息、振动信息中的一个或多个；
将当前的状态信息一与液流泵初次使用阶段的状态信息比对，得到泵机状态变化数据集一；
若泵机状态变化数据集一不符合预设的安全允许阈值，则判定泵机疑似故障。
4.根据权利要求3所述的全钒液流电池储能系统的液体流量调节方法，其特征在于：当泵机状态变化数据集不符合预设的安全允许阈值，则令正极电解液循环旁路根据最新的堵塞率加入正极电解液循环；
获取液流泵置于预设的定温场景后的状态信息二；
若泵机的状态变化数据集二不符合预设的安全允许阈值，则中止根据堵塞率控制负极电解液的流量，并执行预设的非堵塞故障排查方法。
5.根据权利要求4所述的全钒液流电池储能系统的液体流量调节方法，其特征在于，所述非堵塞故障排查包括：
根据堵塞率控制负极电解液的流量，且以t3为测试间隔时长；
每隔测试间隔时长t3以测试流量d下调一次正极电解液的流量，过程中持续获取状态信息二；
当泵机的状态变化数据集二符合预设的安全允许阈值，则输出疑似流道塌陷提示。
6.一种全钒液流电池储能系统的液体流量调节装置，其特征在于：以如权利要求1-5任一所述的全钒液流电池储能系统的液体流量调节方法对液流电池的正极电解液进行控制。
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