CN216435946U - 一种自启动液流电池系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种自启动液流电池系统，在液流电池系统中，设置正极溢流储罐和负极溢流储罐。在液流电池充完电处于备电状态时，如果系统的停止时间超过电池的自放电时间，即电池处于馈电或无电状态，无法自启动泵的情况下，通过正极溢流储罐和负极溢流储罐与相关管路之间形成电解液回路，使正、负储液罐内的充完电的电解液自动对应的流入电池的正、负极，使电池处于有电状态，进而实现整个液流电池系统的自启动。本实用新型设计合理、可操作性强；优化了电池系统运行策略；优化资源配置，节能降耗，使用灵活方便，提高了电池系统的运行经济性。

Description

一种自启动液流电池系统

技术领域

本实用新型属于液流电池系统运行领域，具体涉及一种自启动液流电池系统。

背景技术

随着非可再生能源的急剧短缺，并且环境污染问题日益恶化。因此可再生、清洁能源的使用受到了更多的关注。但目前大多数可再生能源，如风能、太阳能等发电受季节、气象和地域条件的影响，具有明显的不连续、不稳定性。因此，随着风能、太阳能等可再生能源配套大规模储能技术的应用模式已经成为万众瞩目的焦点，大规模储能技术也被认为是支撑可再生能源普及的战略性技术，得到各国政府和企业界的高度关注。

储能技术包括物理储能和化学储能两大类。物理储能包括抽水储能、压缩空气储能、飞轮储能等。化学储能主要包括铅酸电池、钠硫电池、液流电池和锂离子电池等。然而各种储能技术都有其适宜的应用领域，适合大规模储能的化学储能技术主要包括液流电池、钠硫电池、铅酸电池、锂离子电池。综合考虑各种储能技术的优缺点，液流电池储能技术具有安全性好、系统能量效率高、充放电循环稳定性能好，使用寿命长、材料均可循环使用，环境友好、生命周期内性价比高、功率和能量相互独立，设计灵活，介于液流电池的诸多优点，业内人士认为其有着更好的发展前景。

通常情况下，在液流电池系统刚开始运行时，系统需要通过泵运转带动电解液运转实现液流电池的充放电循环过程，大多数液流电池系统中的泵需要用市电驱动；当液流电池系统开始正常充放电运行时，其自身产出的电量便可以供给给系统中的泵，从而泵的驱动就可以不依赖市电。然而，在液流电池充完电处于备电状态时，其整个系统均处于停机状态，如果系统的停止时间超过电池的自放电时间，那么泵的启动仍依赖市电的驱动，这也一定程度的限制了液流电池系统的应用。

实用新型内容

针对以上问题，本实用新型设计出一种可以自循环的液流电池系统，可使液流电池系统在备电期间的任一时间实现自启动。

本实用新型技术方案如下：

一种自启动液流电池系统，包括电池、正极泵、负极泵、正极储液罐、负极储液罐、管路、PCS、BMS，其中，PCS与液流电池系统相连接形成功率流，BMS与液流电池系统相连接形成通讯拓扑，保证系统正常运转；

所述正极储液罐的下方设有正极电解液出口，与电池的正极进口通过正极进入管路相连通；所述正极储液罐的上方设有正极电解液进口，与电池的正极出口通过正极回液管路相连通；所述正极储液罐内的液位高度处于电解液出口和进口之间；所述电池的正极进、出口均位于正极储液罐的液位高度以下；

所述负极储液罐的下方设有负极电解液出口，与电池的负极进口通过负极进入管路相连通；所述负极储液罐的上方设有负极电解液进口，与电池的负极出口通过负极回液管路相连通；所述负极储液罐内的液位高度处于电解液出口和进口之间；所述电池的负极进、出口均位于负极储液罐的液位高度以下；

所述液流电池系统还包括正极溢流储罐和负极溢流储罐；

正极溢流储罐设置于正极储液罐的液位高度以下；正极溢流储罐一端与电池正极出口或电池正极回液管路相连接，靠近正极溢流储罐的连接处设置有阀门，连接点处于正极储液罐的液位高度以下；正极溢流储罐另一端与正极储液罐相连接或与正极进入管路相连接，靠近正极溢流储罐的连接处设置有阀门。

负极溢流储罐设置于负极储液罐的液位高度以下；负极溢流储罐一端与电池负极出口或电池负极回液管路相连接，靠近负极溢流储罐的连接处设置有阀门，连接点处于负极储液罐的液位高度以下；负极溢流储罐另一端与负极储液罐相连接或与负极进入管路相连接，靠近负极溢流储罐的连接处设置有阀门。

基于上述方案，优选地，正极溢流储罐的容积不小于电池正极腔体内最大存液体积；负极溢流储罐的容积不小于电池负极腔体内最大存液体积。

基于上述方案，优选地，正极溢流储罐中下部至少设置1个电解液出口，中上部至少设置1个电解液入口；负极溢流储罐中下部至少设置1个电解液出口，中上部至少设置1个电解液入口。

基于上述方案，优选地，正极溢流储罐的电解液入口不高于电池的正极出口；负极溢流储罐的电解液入口不高于电池的负极出口。

基于上述方案，优选地，正极溢流储罐形状可以为圆柱形、方形、锥形任一形状中的一种或二种以上；其材质可以为PP、PE、PVC、PTFE任一或两种以上耐酸碱的材料制成。

基于上述方案，优选地，所述正极泵设置于正极进入管路上；所述负极泵设置于负极进入管路上。

基于上述方案，优选地，沿电解液流动方向，正极溢流储罐与正极储液罐或正极进入管路的连接点位于正极泵之前，负极溢流储罐与负极储液罐或负极进入管路的连接点位于负极泵之前。

本实用新型提供的自启动液流电池系统工作过程如下：

当液流电池系统处于停机备电状态时，电池经过长时间停止因自放电所致已经处于无电状态，这时液流电池系统的泵在不依赖市电的情况下无法实现运转，此时，可以打开正极溢流储罐入口阀门和负极溢流储罐入口阀门(此时正极溢流储罐出口阀门和负极溢流储罐出口阀门处于关闭状态，正极溢流储罐和负极溢流储罐内无电解液)，利用重力势能的作用，使正、负储液罐内的充完电的电解液自动对应的流入电池的正、负极，电池正极腔体和负极腔体内放电后的电解液分别流入正极溢流储罐和负极溢流储罐，电解液流动过程中实时监测电池电压，电池电压上升至一定程度后，通过BMS控制可以在无市电依赖的情况下实现泵的自启动，进而实现整个液流电池系统的正常运行。

液流电池系统正常运行后，正极溢流储罐入口阀门和负极溢流储罐入口阀门关闭。正极溢流储罐出口阀门和负极溢流储罐出口阀门在液流电池进行正常充电时打开，电解液流入电池进行充电，待溢流储罐内的电解液全部流出后，出口阀门关闭，之后电解液在储液罐与电池之间正常使用。

附图说明

图1为本实用新型实施例的自启动液流电池系统的结构示意图；

图中，1-正极储液罐；2-负极储液罐；3-正极泵；4-负极泵；5-电池；6-PCS)(储能变流器)；7-BMS(电池管理系统)；8-AC-380/2208(交流电源)；9-正极溢流储罐；10-负极溢流储罐；11-正极溢流储罐入口阀门；12-正极溢流储罐出口阀门；13-负极溢流储罐入口阀门；14-负极溢流储罐出口阀门；15-正极进入管路；16-正极回液管路；17-负极进入管路；18-负极回液管路；19-正极液位；20-负极液位。

具体实施方式

下面结合附图以具体实施例进行进一步描述，以使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解。

实施例

如附图1所示，液流电池系统包括：电池5(10节，电极面积1000cm²)，正极泵3，负极泵4，正极储液罐1，负极储液罐2，40L常规钒电解液，价态为3.5价(质量比1∶1的3价钒和4价钒)，钒浓度1.5mol/L，硫酸浓度3mol/L，PCS 6，BMS 7，正极溢流储罐9，负极溢流储罐10，管路，阀门等组成。

上述液流电池系统中各部件的位置及连接关系具体如下：

正极储液罐1的下方设有正极电解液出口，与电池的正极进口通过正极进入管路15相连通；所述正极储液罐1的上方设有正极电解液进口，与电池的正极出口通过正极回液管路16相连通；所述正极储液罐1内的液位高度处于电解液出口和进口之间；所述电池的正极进、出口均位于正极储液罐1的液位高度以下。

所述负极储液罐2的下方设有负极电解液出口，与电池的负极进口通过负极进入管路17相连通；所述负极储液罐2的上方设有负极电解液进口，与电池的负极出口通过负极回液管路18相连通；所述负极储液罐2内的液位高度处于电解液出口和进口之间；所述电池的负极进、出口均位于负极储液罐2的液位高度以下。

所述液流电池系统还包括正极溢流储罐9和负极溢流储罐10；所述正极溢流储罐9位于正极储液罐1的液位高度以下；正极溢流储罐9一端与电池正极回液管路16相连接，靠近正极溢流储罐9的连接处设置有阀门11；正极溢流储罐9另一端与正极进入管路15相连接，靠近正极溢流储罐9的连接处设置有阀门12。所述负极溢流储罐10位于负极储液罐2的液位高度以下；负极溢流储罐10一端与电池负极回液管路18相连接，靠近负极溢流储罐10的连接处设置有阀门13；负极溢流储罐10另一端与负极进入管路17相连接，靠近负极溢流储罐10的连接处设置有阀门14。

所述正极泵3设置于正极进入管路15上；所述负极泵4设置于负极进入管路17上。沿电解液流动方向，正极溢流储罐9与正极进入管路15的连接点位于正极泵3之前，负极溢流储罐10与负极进入管路17的连接点位于负极泵之前。

本系统中的PCS 6通过与AC-380/220 8端连接实现初始启动，给电池5充电，充电1小时后系统处于满电状态，电池5开路电压15V，关闭整个系统，系统停置3天，复测电池5开路电压为0.3V，说明电池5因长时间自放电所致，内部已经接近无电状态，同时操控BMS也无法启动泵，进一步确认泵在无市电状态下无法实现启动。此时，打开正极溢流储罐入口阀门11和负极溢流储罐入口阀门13，正极溢流储罐出口阀门12和负极溢流储罐出口阀门14处于关闭状态，正极溢流储罐9和负极溢流储罐10内无电解液，充满电的正极电解液在重力势能的作用下，由正极储液罐1经正极进入管路15流入电池正极腔体，电池正极腔体内放电后的电解液经正极溢流储罐入口阀门11流入正极溢流储罐9，同时，充满电的负极电解液在重力势能的作用下，由负极储液罐2经负极进入管路17流入电池负极腔体，电池负极腔体内放电后的电解液经负极溢流储罐入口阀门13流入负极溢流储罐10，电解液流动过程中实时监测电池电压，发现电池电压上升明显，3分钟后电池电压上升到12V，此时通过BMS控制可以在无市电依赖的情况下实现泵的自启动，进而实现整个液流电池系统的正常运行。

液流电池系统正常运行后，正极溢流储罐入口阀门11和负极溢流储罐入口阀门13关闭。正极溢流储罐出口阀门12和负极溢流储罐出口阀门14在液流电池进行正常充电时打开，电解液流入电池进行充电，待溢流储罐内的电解液全部流出后，出口阀门关闭，之后电解液在储液罐与电池之间正常使用。

本实用新型设计合理、可操作性强；优化了电池系统运行策略；优化资源配置，节能降耗，使用灵活方便，提高了电池系统的运行经济性。

Claims (7)

1.一种自启动液流电池系统，包括电池、正极泵(3)、负极泵(4)、正极储液罐(1)、负极储液罐(2)、管路、PCS(6)、BMS(7)，其中，PCS(6)与液流电池系统相连接形成功率流，BMS(7)与液流电池系统相连接形成通讯拓扑，保证系统正常运转，其特征在于，

所述正极储液罐(1)的下方设有正极电解液出口，与电池的正极进口通过正极进入管路(15)相连通；所述正极储液罐(1)的上方设有正极电解液进口，与电池的正极出口通过正极回液管路(16)相连通；所述正极储液罐(1)内的液位高度处于电解液出口和进口之间；所述电池的正极进、出口均位于正极储液罐(1)的液位高度以下；

所述负极储液罐(2)的下方设有负极电解液出口，与电池的负极进口通过负极进入管路(17)相连通；所述负极储液罐(2)的上方设有负极电解液进口，与电池的负极出口通过负极回液管路(18)相连通；所述负极储液罐(2)内的液位高度处于电解液出口和进口之间；所述电池的负极进、出口均位于负极储液罐(2)的液位高度以下；

所述液流电池系统还包括正极溢流储罐(9)和负极溢流储罐(10)；

所述正极溢流储罐(9)位于正极储液罐(1)的液位高度以下；正极溢流储罐(9)一端与电池正极出口或电池正极回液管路(16)相连接，靠近正极溢流储罐(9)的连接处设置有正极溢流储罐入口阀门(11)；正极溢流储罐(9)另一端与正极储液罐(1)相连接或与正极进入管路(15)相连接，靠近正极溢流储罐(9)的连接处设置有正极溢流储罐出口阀门(12)；

所述负极溢流储罐(10)位于负极储液罐(2)的液位高度以下；负极溢流储罐(10)一端与电池负极出口或电池负极回液管路(18)相连接，靠近负极溢流储罐(10)的连接处设置有负极溢流储罐入口阀门(13)；负极溢流储罐(10)另一端与负极储液罐(2)相连接或与负极进入管路(17)相连接，靠近负极溢流储罐(10)的连接处设置有负极溢流储罐出口阀门(14)。

2.按照权利要求1所述的自启动液流电池系统，其特征在于，正极溢流储罐(9)的容积不小于电池正极腔体内的最大存液体积；负极溢流储罐(10)的容积不小于电池负极腔体内的最大存液体积。

3.按照权利要求1所述的自启动液流电池系统，其特征在于，正极溢流储罐(9)中下部至少设置1个电解液出口，中上部至少设置1个电解液入口；负极溢流储罐(10)中下部至少设置1个电解液出口，中上部至少设置1个电解液入口。

4.按照权利要求3所述的自启动液流电池系统，其特征在于，正极溢流储罐(9)的电解液入口不高于电池的正极出口；负极溢流储罐(10)的电解液入口不高于电池的负极出口。

5.按照权利要求1所述的自启动液流电池系统，其特征在于，正极溢流储罐(9)的形状为圆柱形、方形、锥形中的一种；正极溢流储罐(9)的材质为PP、PE、PVC、PTFE中的一种。

6.按照权利要求1所述的自启动液流电池系统，其特征在于，所述正极泵(3)设置于正极进入管路(15)上；所述负极泵(4)设置于负极进入管路(17)上。

7.按照权利要求6所述的自启动液流电池系统，其特征在于，沿电解液流动方向，正极溢流储罐(9)与正极储液罐(1)或正极进入管路(15)的连接点位于正极泵(3)之前，负极溢流储罐(10)与负极储液罐(2)或负极进入管路(17)的连接点位于负极泵之前。

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