CN203365539U

CN203365539U - 一种电位检测传感器

Info

Publication number: CN203365539U
Application number: CN 201320474197
Authority: CN
Inventors: 张秀丽; 吴涛; 王应高; 李永立; 王娜; 马茜
Original assignee: State Grid Corp of China SGCC; North China Electric Power Research Institute Co Ltd
Current assignee: State Grid Corp of China SGCC; North China Electric Power Research Institute Co Ltd
Priority date: 2013-08-05
Filing date: 2013-08-05
Publication date: 2013-12-25
Anticipated expiration: 2023-08-05

Abstract

本实用新型实施例公开了一种电位检测传感器，包括石墨电极、参比电极、电极基座、电极基座壳、探头杆、插座以及石墨电极导线、参比电极导线；其中，电极基座壳套在电极基座上；石墨电极导线的一端连接石墨电极，另一端通过电极基座壳和探头杆内的空腔连接到插座上；参比电极导线的一端连接参比电极，另一端通过电极基座壳和探头杆内的空腔连接到插座上；石墨电极和参比电极嵌入到电极基座内并用密封胶密封，用于测量得到全钒液流电池正极电解液或者负极电解液的电极电位。本实用新型实施例的用于对全钒液流电池的电解液荷电状态进行检测的电位检测传感器，设计合理，操作方便，成本低廉，利用该电位检测传感器进行的SOC检测误差较小，检测精确，可以为长期运行的钒电堆电解液的维护管理工作提供指导作用，保证了电推的安全稳定运行。

Description

一种电位检测传感器

技术领域

本实用新型涉及全钒液流电池的荷电状态（SOC，state of charge）检测技术领域，特别涉及一种用于对全钒液流电池的电解液荷电状态进行检测的电位检测传感器。

背景技术

化石能源日益枯竭，新型、可持续能源的开发越来越受到人们的重视。其中，利用风能、太阳能等可再生能源是人类未来从自然界获取能量的重要途径之一，也成为世界各国竞相发展的重点。但是，由于风能和太阳能的不稳定性，使得这些能源所产生的电力不稳定，对电网的冲击较大，所以，需要寻找一种大规模的储能装置来平衡电网调节电力波动。

全钒液流电池（Vanadium Redox Battery，VRB）作为一种新型化学电源，以其绿色、快速、大功率、大规模储能及深度充放电的优点，成为风能、太阳能和其他形式能源发电过程中调节波动的储能装置。全钒离子氧化还原液流电池是基于

与V²⁺/V³⁺电对的电势差及氧化还原反应的新型二次电池及储能技术，与传统的铅蓄电池相比，具有可快速和大容量充放电、自放电率低、结构简单、无污染等诸多优点，在风力发电、光伏发电储能及电网调峰等领域应用前景非常广阔。对于钒电池而言，能量储存与转换的核心是电解液，电解液的电池荷电状态SOC则是表征电池剩余容量状态的一个重要参数，SOC的监测对钒电池运行控制、系统设计及维护等具有非常重要的意义。

现有检测SOC的方法包括通过电池外特性参数的检测来推断和通过检测电解液中反应活性物质（钒离子）的含量来确定SOC。其中，传统的通过电池外特性参数的检测来推断SOC的方法包括开路电压测量法、电量累积法、电阻测量法等，由于时间长、可靠性低、操作复杂等原因，通过检测电解液中反应活性物质（钒离子）的含量来确定SOC的方法越来越被普遍的应用。全钒液流电池的电极活性物质是溶液中各种价态的钒离子，且正负极电解液存储于储液罐中，电池充放电时正负极电解液不断在储液罐和电池堆栈中循环流动。

与本申请的方案较为相近的检测方法有两个：

其一是申请号为US2005164075A1的美国专利“Method for operating redox flow batteryand redox flow battery cell stack”，其公开了在不停止电池充电或放电过程的前提下，在通常使用的电堆中增加一个辅助电池，通过检测开路电压来确定电解液所处的SOC状态。但该方案必须从正常工作的电堆中专门使用一个单电池进行测量，对于工业规模使用的电堆而言，需要消耗同样数量的电池材料组成的测量电池，增加了成本，浪费大量的膜面积，而且当两侧电解液由于外界氧化或迁移导致不平衡时不能准确地描述出电解液所处的SOC状态。

其二是申请号为200910088258.0的中国专利“一种基于电位差参数的液流电池荷电状态在线监测方法”，其公开了在全钒液流电池电解液输送管路中，设置内含参考溶液的旁路管道，该参考溶液与电解液中所含的总钒离子浓度相同，通过测定管路中流过的电解液和参考溶液之间的电位差来计算得到实时工作状态下全钒液流电池的荷电状态；所述旁路管路用质子传导膜，或者使用内置水凝胶的毛细管把电解质溶液和参考溶液连接起来；在参考溶液和电解质溶液中各设置一个测量电位差的电极，构成全钒液流电池的荷电状态实时测定装置；也可以使用负极电解液作为参考溶液，用一个双向连通管组成荷电状态测定装置。但由于该方案需要采用参考溶液，而该参考溶液需要符合特定的标准，因而实际操作较为复杂。

综上所述，亟需一种操作简便，成本低廉的用于全钒液流电池SOC检测的电位检测传感器。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了克服现有技术中存在的不足，提供一种电位检测传感器，以解决现有技术中的SOC检测操作复杂、成本高以及测量误差较大的问题。

为了达到上述目的，本实用新型实施例公开了一种电位检测传感器，包括石墨电极、参比电极、电极基座、电极基座壳、探头杆、插座以及石墨电极导线、参比电极导线；其中，所述电极基座壳套在所述电极基座上；所述石墨电极导线的一端连接所述石墨电极，另一端通过所述电极基座壳和所述探头杆内的空腔连接到所述插座上；所述参比电极导线的一端连接所述参比电极，另一端通过所述电极基座壳和所述探头杆内的空腔连接到所述插座上；所述石墨电极和参比电极嵌入到所述电极基座内并用密封胶密封，用于测量得到全钒液流电池正极电解液或者负极电解液的电极电位。

进一步地，所述石墨电极的直径为8mm，有效长度为25mm。

进一步地，所述参比电极为固态银氯化银陶瓷参比电极，其直径为8mm，有效长度为25mm。

进一步地，所述电极基座的材料为聚四氟乙烯。

进一步地，所述石墨电极和参比电极均匀分布在直径为19mm的圆周上。

进一步地，所述石墨电极的主体端部套有一个铜箍，所述铜箍内壁焊接所述石墨电极导线。

进一步地，所述铜箍长为15mm，壁厚为0.5mm。

本实用新型实施例的用于对全钒液流电池的电解液荷电状态进行检测的电位检测传感器，设计合理，操作方便，容易安装和拆卸，成本低廉，且工作电极表面状态尽量接近电池内部反应电极的表面状态，因此利用该电位检测传感器进行的SOC检测误差较小，检测精确，可以为长期运行的钒电堆电解液的维护管理工作提供指导作用，保证了电推的安全稳定运行。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例的电位检测传感器的结构示意图；

图2为图1所示实施例中的电位检测传感器的石墨电极的结构示意图；

图3为利用本实用新型实施例的电位检测传感器组成的SOC检测系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

图1为本实用新型实施例的电位检测传感器的结构示意图。如图1所示，本实施例中的电位检测传感器包括石墨电极1、参比电极2、电极基座3、电极基座壳4、探头杆5、插座6以及石墨电极导线7、参比电极导线8。

其中，所述电极基座壳4套在所述电极基座3上；所述石墨电极导线7的一端连接所述石墨电极1，另一端通过所述电极基座壳4和所述探头杆5内的空腔连接到所述插座6上；所述参比电极导线8的一端连接所述参比电极2，另一端通过所述电极基座壳4和所述探头杆5内的空腔连接到所述插座6上；所述石墨电极1和参比电极2嵌入到所述电极基座3内并用密封胶密封，用于测量得到全钒液流电池正极电解液或者负极电解液的电极电位。

在本实施例中，如图2所示，石墨电极1的主体端部套有一个铜箍，所述铜箍内壁焊接所述石墨电极导线，所述铜箍长为15mm，壁厚为0.5mm。所述石墨电极1的直径为8mm，有效长度为25mm。

在本实施例中，所述参比电极2为固态银氯化银陶瓷参比电极，其直径为8mm，有效长度为25mm。例如，参比电极2可以是型号为GD-II型的电极。在本实施例中，电位检测传感器由石墨电极和参比电极构成，合理设计探头结构，容易安装和拆卸。工作电极表面状态尽量接近电池内部反应电极的表面状态，参比电极电位稳定，为适应于硫酸介质的固态参比电极。

在本实施例中，所述电极基座3的材料为聚四氟乙烯，所述石墨电极1和参比电极2均匀分布在直径为19mm的圆周上，并嵌入到所述电极基座3上。

在利用本实施例的电位检测传感器测量全钒液流电池的正负极电解液的电位时，将电位检测传感器插入到全钒液流电池的正、负极电解液的管路系统中，正极电解液中的反应活性物质（VO₂ ⁺/VO²⁺反应电对（对应于V⁵/V⁴））和负极电解液中的反应活性物质（V³/V²反应电对）在石墨电极表面进行化学反应，生成氧化还原反应电位，再与参比电极上的参比电位比较，以得到全钒液流电池正极电解液或者负极电解液的电极电位。

图3为利用本实用新型实施例的电位检测传感器组成的SOC检测系统的结构示意图。如图所示，本实施例的电位测量系统包括：正极电位检测传感器、负极电位检测传感器、正极差分放大器、负极差分放大器、正极滤波放大器、负极滤波放大器、A/D转换器、微处理器以及报警器、显示器、存储器、键盘和通讯接口。

在本实施例中，正极电位检测传感器和负极电位检测传感器为图1和图2所示实施例的电位检测传感器，所述正极电位检测传感器安装在全钒液流电池正极电解液管路系统中，测量得到所述正极电解液的正极电位，所述正极差分放大器连接所述正极电位检测传感器，采集所述正极电位，经所述正极滤波放大器后输入至所述A/D转换电路，将所述正极电位转换为正极电位数字信号。

所述负极电位检测传感器安装在全钒液流电池负极电解液管路系统中，测量得到所述负极电解液的负极电位，所述负极差分放大器连接所述负极电位检测传感器，采集所述负极电位，经所述负极滤波放大器后输入至所述A/D转换电路，将所述负极电位转换为负极电位数字信号。

所述微处理器根据所述键盘设置的参数和指令，对所述正极电位数字信号和负极电位数字信号进行处理，生成正极电解液和负极电解液的SOC值；所述报警器根据所述键盘设置的报警参数和所述SOC值进行实时报警；所述存储器用于存储所述SOC值；所述显示器用于显示所述SOC值；所述通讯接口用于将所述SOC值传递给外部系统。

在本实施例中，放大器A1、A2、A3构成差分放大器，A7为正极差分放大器的基准，此正极差分放大器用于采集正极电位检测传感器的模拟电位信号；放大器A4、A5、A6构成差分放大器，A8为正极差分放大器的基准，此负极差分放大器用于采集负极电位检测传感器的模拟电位信号。

在本实施例中，SOC检测系统的测量范围和测量分辨率可以满足检测的需求，氧化还原电位测量范围为±2000mv，测量分辨率为1mv，电位测量误差可以控制在1mv以内。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种电位检测传感器，其特征在于，所述电位检测传感器包括石墨电极、参比电极、电极基座、电极基座壳、探头杆、插座以及石墨电极导线、参比电极导线；其中，

所述电极基座壳套在所述电极基座上；

所述石墨电极导线的一端连接所述石墨电极，另一端通过所述电极基座壳和所述探头杆内的空腔连接到所述插座上；

所述参比电极导线的一端连接所述参比电极，另一端通过所述电极基座壳和所述探头杆内的空腔连接到所述插座上；

所述石墨电极和参比电极嵌入到所述电极基座内并用密封胶密封，用于测量得到全钒液流电池正极电解液或者负极电解液的电极电位。

2.根据权利要求1所述的电位检测传感器，其特征在于，所述石墨电极的直径为8mm，有效长度为25mm。

3.根据权利要求1所述的电位检测传感器，其特征在于，所述参比电极为固态银氯化银陶瓷参比电极，其直径为8mm，有效长度为25mm。

4.根据权利要求1所述的电位检测传感器，其特征在于，所述电极基座的材料为聚四氟乙烯。

5.根据权利要求1所述的电位检测传感器，其特征在于，所述石墨电极和参比电极均匀分布在直径为19mm的圆周上。

6.根据权利要求1所述的电位检测传感器，其特征在于，所述石墨电极的主体端部套有一个铜箍，所述铜箍内壁焊接所述石墨电极导线。

7.根据权利要求6所述的电位检测传感器，其特征在于，所述铜箍长为15mm，壁厚为0.5mm。