CN217691239U - 全钒液流电池系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种全钒液流电池系统，所述全钒液流电池系统包括：全钒液流电池、调温装置和蓄热装置，全钒液流电池包括电堆和电解液储罐，电堆经管路与电解液储罐相连；调温装置包括存储箱和换热器，存储箱用于存储第一换热介质，存储箱经管路与换热器相连以向换热器输送第一换热介质，换热器设在电解液储罐内，以使流经换热器的第一换热介质与电解液储罐内的电解液进行换热；蓄热装置设在存储箱与换热器之间的管路上，蓄热装置用于存储热能并利用存储的热能对第一换热介质进行加热。由此，该系统同时具有加热与冷却两种功能，保证了全钒液流电池在各种环境温度下均能正常工作，显著拓展了全钒液流电池的应用范围。

Description

全钒液流电池系统

技术领域

本实用新型涉及电力储能技术领域，尤其涉及一种全钒液流电池系统。

背景技术

目前，已建成的风电站、光伏电站等发电站，清洁能源发电量巨大。受限于新能源发电技术先天存在的不稳定、不连续、不可控性，风电、光伏必须配套建设大规模的储能电站，用来平抑新能源电站的发电功率波动，实现发电量与电网需求量的实时匹配。

全钒液流电池属于电化学储能的一种，全钒液流电池具有储能规模大、安全性高、充放电循环寿命长、生命周期中性价比高等优点，因此，建设全钒液流电池储能站以配合新能源电站使用。然而，全钒液流电池存在着工作温度要求高的问题，全钒液流电池在高温或低温环境下的应用受到了正常工作温度的严重制约。

实用新型内容

本实用新型是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识做出的：

全钒液流电池利用VO2+/VO2+、V2+/V3+两对氧化还原电堆的钒离子溶液分别作为正极和负极的活性物质，通过外接的泵，将电解液运输至电池堆内的正极室和负极室，使其在不同的储液罐和半液态的闭合回路中循环流动，并采用离子交换膜作为电池的隔膜，电解质的溶液流过电极表面产生了电化学反应，从而实现钒电池的充放电过程。

然而，该电池存在着工作温度要求高的问题。钒电池正常工作的环境温度要求保持在0-45℃，温度过低会导致电解液凝固，而温度过高则会导致溶液中的V5+形成V2O5固体析出，堵塞电解液通道，导致电池报废。因此，全钒液流电池在高温或低温环境下的广泛应用受到了正常工作温度的严重制约。

另外，该电池能量密度低，同等容量下，其体积、质量可达锂电池的3-5倍，如果建成大型的储能电站，其占地规模将会是成百上千亩的，若想用加热装置保证其低温下的正常工作，则该加热装置必须具备大面积供暖的能力。

本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本实用新型的实施例提出一种具有加热与降温两种功能的全钒液流电池系统。

本实用新型实施例的全钒液流电池系统包括：全钒液流电池、调温装置和蓄热装置，所述全钒液流电池包括电堆和电解液储罐，所述电堆经管路与所述电解液储罐相连；所述调温装置包括存储箱和换热器，所述存储箱用于存储第一换热介质，所述存储箱经管路与所述换热器相连以向所述换热器输送第一换热介质，所述换热器设在所述电解液储罐内，以使流经所述换热器的第一换热介质与所述电解液储罐内的电解液进行换热；所述蓄热装置设在所述存储箱与所述换热器之间的管路上，所述蓄热装置用于存储热能并利用存储的热能对第一换热介质进行加热。

本实用新型实施例的全钒液流电池系统，存储箱与换热器相连以向换热器输送第一换热介质，并将换热器设在电解液储罐内。若工作环境温度过高导致电解液储罐内电解液的温度过高时，第一换热介质作为冷却介质，以对电解液进行降温冷却。若工作环境温度过低导致电解液储罐内电解液的温度过低时，蓄热装置对第一换热介质进行加热，以将加热后的第一换热介质中热量传递给电解液，使电解液的温度升高。由此，该系统同时具有加热与冷却两种功能，保证了全钒液流电池在各种环境温度下均能正常工作，显著拓展了全钒液流电池的应用范围。

由此，本实用新型实施例的全钒液流电池系统解决了工作环境温度对全钒液流电池造成影响的问题。

在一些实施例中，所述蓄热装置包括集热组件、高温储罐、低温储罐和加热器；所述低温储罐与所述集热组件相连，所述集热组件与所述高温储罐相连，以使所述低温储罐内的低温的第二换热介质经所述集热组件加热并输送至所述高温储罐内；所述高温储罐经管路与所述加热器相连以向所述加热器输送高温的第二换热介质，所述加热器设在所述存储箱与所述换热器之间的管路上，所述加热器用于利用第二换热介质中的热能对流经所述加热器的第一换热介质进行加热，所述加热器与所述低温储罐相连以向所述低温储罐输送换热后的第二换热介质。

在一些实施例中，所述高温储罐经管路与所述低温储罐相连，所述高温储罐与所述低温储罐之间的管路上设有第一换热调节阀，所述高温储罐与所述加热器之间的管路上设有第二换热调节阀。

在一些实施例中，所述第二换热介质为熔盐，所述集热组件包括熔盐泵、集热器和反射镜，所述低温储罐经熔盐泵与所述集热器相连以向所述集热器输送低温的第二换热介质，所述反射镜用于汇聚太阳光并将太阳光反射至集热器上，所述集热器用于利用太阳光中的热能对第二换热介质进行加热并生成高温的第二换热介质，所述集热器与所述高温储罐相连以向所述高温储罐输送高温的第二换热介质。

在一些实施例中，所述存储箱与所述换热器之间的管路包括第一传输管和第二传输管；所述第一传输管的一端与所述存储箱的输出端相连，所述第一传输管的另一端与所述换热器的输入端相连，所述加热器设在所述第一传输管上；所述第二传输管的一端与所述换热器的输出端相连，所述第二传输管的另一端与所述存储箱的输入端相连。

在一些实施例中，所述第一传输管包括第一管部和第二管部，所述存储箱的输入端经所述第一管部与所述加热器相连，所述加热器经所述第二管部与所述换热器相连。

在一些实施例中，所述第一管部上设有水泵和水量调节阀。

在一些实施例中，所述第二管部上设有蒸汽调节阀，所述电解液储罐上设有温度传感器，所述温度传感器与所述蒸汽调节阀相连。

在一些实施例中，所述第一换热介质为除盐水。

在一些实施例中，所述换热器为螺旋管式换热器。

附图说明

图1是本实用新型实施例的全钒液流电池系统的示意图。

附图标记：

全钒液流电池1、电堆11、电解液储罐12、温度传感器121

存储箱21、换热器22、

蓄热装置3、高温储罐31、第一换热调节阀311、第二换热调节阀312、低温储罐32、加热器33、熔盐泵34、集热器35、反射镜36、

第一传输管41、第二传输管42、水泵43、水量调节阀44、蒸汽调节阀45。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

下面结合附图描述本实用新型实施例的全钒液流电池系统。

如图1所示，本实用新型实施例的全钒液流电池系统包括：全钒液流电池1、调温装置和蓄热装置3。

全钒液流电池1包括电堆11和电解液储罐12，电堆11经管路与电解液储罐12相连。调温装置包括存储箱21和换热器22，存储箱21用于存储第一换热介质，存储箱21经管路与换热器22相连以向换热器22输送第一换热介质。换热器22设在电解液储罐12内，以使流经换热器22的第一换热介质与电解液储罐12内的电解液进行换热。蓄热装置3设在存储箱21与换热器22之间的管路上，蓄热装置3用于存储热能并利用存储的热能对第一换热介质进行加热。

其中，如图1所示，电解液储罐12为两个，其中一个为VO2+/VO2+储罐，另一个为V2+/V3+储罐。电解液储罐12经管路与电堆11相连，电解液储罐12与电堆11之间的管路上设有电解液循环泵。换热器22也为两个，两个换热器22分别设在两个电解液储罐12内。因此，使流经换热器22的第一换热介质与电解液储罐12内的电解液进行换热，以确保电解液的温度保持在0-45℃。

可选地，存储箱21用于存储第一换热介质，存储箱21经管路与两个换热器22相连以向两个换热器22输送第一换热介质。待电解液储罐12内的电解液需要调温时，将存储箱21内的第一换热介质输送至换热器22内，以使第一换热介质与电解液进行换热。进一步地，蓄热装置3储存大量的热能，以待电解液储罐12内电解液温度过低时，利用储存的热能进行供暖。

例如，当工作环境温度过高，电解液储罐12内电解液的温度较高时，第一换热介质作为冷却介质，存储箱21内的第一换热介质直接输送至换热器22内，以对电解液进行降温冷却。当工作环境温度过低，电解液储罐12内电解液的温度较低时，第一换热介质在流经蓄热装置3的过程中，蓄热装置3利用存储的热能对第一换热介质进行加热，加热后的第一换热介质输送至换热器22内，以将加热后的第一换热介质中的热量传递给电解液，使电解液的温度升高。

因此，第一换热介质可作为冷却介质或加热介质，以使本系统能够应对电解液储罐12内电解液的温度过低或过高的情况，从而确保全钒液流电池1在工作环境温度过低或过高的状况下均能正常工作。

具体地，如图1所示，两个电解液储罐12分别为正极储罐和负极储罐，两个换热器22分别设在正极储罐和负极储罐内，且换热器22位于罐底。存储箱21经管路与两个换热器22相连，以向两个换热器22输送加热后的或未经加热的第一换热介质。

本实用新型实施例的全钒液流电池系统，存储箱21与换热器22相连以向换热器22输送第一换热介质，并将换热器22设在电解液储罐12内。若工作环境温度过高导致电解液储罐12内电解液的温度过高时，第一换热介质作为冷却介质，以对电解液进行降温冷却。若工作环境温度过低导致电解液储罐12内电解液的温度过低时，蓄热装置3对第一换热介质进行加热，以将加热后的第一换热介质中热量传递给电解液，使电解液的温度升高。由此，该系统同时具有加热与冷却两种功能，保证了全钒液流电池1在各种环境温度下均能正常工作，显著拓展了全钒液流电池1的应用范围。

在一些实施例中，如图1所示，蓄热装置3包括集热组件、高温储罐31、低温储罐32和加热器33。

低温储罐32与集热组件相连，集热组件与高温储罐31相连，以使低温储罐32内的低温的第二换热介质经集热组件加热并输送至高温储罐31内。高温储罐31经管路与加热器33相连以向加热器33输送高温的第二换热介质，加热器33设在存储箱21与换热器22之间的管路上，加热器33用于利用第二换热介质中的热能对流经加热器33的第一换热介质进行加热，加热器33与低温储罐32相连以向低温储罐32输送换热后的第二换热介质。

可以理解的是，集热组件用于收集热能以对流经集热组件的第二换热介质进行加热，高温储罐31内储存高温的第二换热介质，低温储罐32内储存低温的第二换热介质。

低温储罐32内低温的第二换热介质输送至集热组件内进行加热，以转换为高温的第二换热介质并输送至高温储罐31进行储存。待第一换热介质需要加热时，将高温储罐31内储存的高温的第二换热介质输送至加热器33内，高温的第二换热介质在加热器33内与第一换热介质进行换热。换热(降温)后的第二换热介质输送至低温储罐32内，以输送至加热组件再次进行加热，从而构成一个加热循环。

在一些实施例中，如图1所示，高温储罐31经管路与低温储罐32相连，高温储罐31与低温储罐32之间的管路上设有第一换热调节阀311，高温储罐31与加热器33之间的管路上设有第二换热调节阀312。

其中，第一换热调节阀311调节高温储罐31与低温储罐32之间管路内高温的第二换热介质的流量，第二换热调节阀312调节高温储罐31与加热器33之间的管路内高温的第二换热介质的流量。

可以理解的是，低温储罐32内低温的第二换热介质输送到集热组件进行加热，当第二换热介质的温度升高到预设值后，这部分第二换热介质进入到高温储罐31中储存。若第二换热介质的温度达不到预设值，则进行循环加热，即打开第一换热调节阀311，高温储罐31中的第二换热介质流入低温储罐32中，并去往集热组件中进行再次吸热，直到温度达到预设值，再进入高温储罐31内进行储存。

进一步地，通过第一换热调节阀311和第二换热调节阀312的开度，第一换热调节阀311和第二换热调节阀312配合操作，从而控制加热器33内第二换热介质与第一换热介质的换热量，进而控制加热器33出口的第一换热介质的温度，以调节对电解液储罐12内电解液的供暖温度。

在一些实施例中，第二换热介质为熔盐。如图1所示，集热组件包括熔盐泵34、集热器35和反射镜36。低温储罐32经熔盐泵34与集热器35相连以向集热器35输送低温的第二换热介质，反射镜36用于汇聚太阳光并将太阳光反射至集热器35上，集热器35用于利用太阳光中的热能对第二换热介质进行加热并生成高温的第二换热介质，集热器35与高温储罐31相连以向高温储罐31输送高温的第二换热介质。

可以理解的是，蓄热装置3采用熔盐蓄热的方式。在白天有阳光照射的情况下，反射镜36汇聚太阳光并将太阳光反射至集热器35上，温度高达1000℃。低温储罐32通过熔盐泵34将低温熔盐输送至集热器35内，使低温熔盐吸收阳光的热量进行加热，低温熔盐吸热升温为高温熔盐，然后将高温熔盐输送至高温储罐31内进行储存。

在一些实施例中，如图1所示，存储箱21与换热器22之间的管路包括第一传输管41和第二传输管42。第一传输管41的一端与存储箱21的输出端相连，第一传输管41的另一端与换热器22的输入端相连，加热器33设在第一传输管41上。第二传输管42的一端与换热器22的输出端相连，第二传输管42的另一端与存储箱21的输入端相连。

其中，存储箱21内的第一换热介质从存储箱21的输出端进入第一传输管41，并通过第一传输管41将换热器22的输入端输送至换热器22内。换热器22内的第一换热介质与电解液储罐12内的电解液进行换热，以确保电解液的温度处于正常温度。在换热器22内换热后的第一换热介质从换热器22的输出端流出，并通过第二传输管42经存储箱21的输入端输送回存储箱21内。

例如，当电解液储罐12内电解液的温度过高时，关闭第二换热调节阀312。第一换热介质作为冷却介质，存储箱21将低温的第一换热介质通过第一传输管41输送至换热器22内，以对电解液进行冷却降温。当电解液储罐12内电解液的温度过低时，打开第二换热调节阀312，存储箱21将低温的第一换热介质通过第一传输管41输送至换热器22的过程中，低温的第一换热介质在流经加热器33时，低温的第一换热介质与加热器33内的高温熔盐进行换热，低温的第一换热介质升温为高温的第一换热介质，以使高温的第一换热介质流至换热器22内对电解液进行加热。

因此，本实用新型实施例的全钒液流电池系统具有加热和冷却的两种功能，以保证全钒液流电池1工作温度在正常温度范围内，避免出现堵塞电解液通道导致电池报废的情况发生。

在一些实施例中，第一传输管41包括第一管部和第二管部，存储箱21的输入端经第一管部与加热器33相连，加热器33经第二管部与换热器22相连。

具体地，如图1所示，第二管部由主管、第一子管和第二子管组成，第一子管和第二子管与两个电解液储罐12内的换热器22一一对应。主管的一端与加热器33相连，主管的另一端与第一子管的一端和第二子管的一端相连，第一子管的另一端和与其对应的加热器33相连，第二子管的另一端和与其对应的加热器33相连，从而满足对两个电解液储罐12内的电解液进行调温。

在一些实施例中，第一换热介质为除盐水。进一步地，如图1所示，第一管部上设有水泵43和水量调节阀44。

可以理解的是，电解液储罐12内电解液的温度偏高，第二换热调节阀312关闭时，除盐水作为冷却水直接输送至两个换热器22内，以对电解液进行降温冷却。电解液储罐12内电解液的温度偏低，第二换热调节阀312打开时，除盐水通过第一管部输送至加热器33内，除盐水经高温熔盐加热后，除盐水转换为高温水蒸汽。高温水蒸汽通过第二管部输送至两个换热器22内，以对正极电解液和负极电解液进行加热。

具体地，存储箱21为金属的除盐水箱，存储箱21内存储大量的除盐水。第一管部上安装有水泵43和水量调节阀44，水泵43用来抽取存储箱21中的除盐水，并将除盐水输送至加热器33中。水量调节阀44用来调整流经加热器33的除盐水的水量。

例如，若电解液储罐12内电解液的温度偏高，向换热器22输送的是未经加热的用于冷却的除盐水时，水量调节阀44控制除盐水的流量，以控制除盐水对电解液的冷却效果。

此外，除盐水是指利用各种水处理工艺，除去悬浮物、胶体和无机的阳离子、阴离子等水中杂质后，所得到的成品水。除盐水并不意味着水中盐类被全部去除干净，由于技术方面的原因以及制水成本上的考虑，根据不同用途，允许除盐水含有微量杂质。除盐水中杂质越少，水纯度越高。本实用新型实施例的全钒液流电池系统所用的除盐水，是避免由于离子过多在管道内形成水垢的问题。

在一些实施例中，如图1所示，第二管部上设有蒸汽调节阀45，电解液储罐12上设有温度传感器121，温度传感器121与蒸汽调节阀45相连。

具体地，如图1所示，蒸汽调节阀45和温度传感器121均为两个，两个蒸汽调节阀45分别设在第二管部的第一子管和第二子管上，蒸汽调节阀45用来调节第二管部进入换热器22的高温水蒸汽的流量。两个温度传感器121分别设在正极储罐和负极储罐上，温度传感器121为接触式热电阻型测温元件，温度传感器121用来监视电解液储罐12内电解液的温度，为调整供热量提供依据。

进一步地，两个温度传感器121与两个蒸汽调节阀45一一对应，温度传感器121和与其对应的蒸汽调节阀45相连。例如，若电解液储罐12内电解液的温度偏低，向换热器22输送的是经过加热器33加热后的高温水蒸汽时，温度传感器121实时监测电解液的温度，从而根据监测的电解液的温度以调整蒸汽调节阀45的开度，进而使电解液的温度始终维持在正常工作温度范围内。

在一些实施例中，换热器22为螺旋管式换热器。可以理解的是，通过使用螺旋管式换热器，以提高电解液储罐12内电解液与流经换热器22的第一换热介质之间的换热效率。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实用新型中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种全钒液流电池系统，其特征在于，包括：

全钒液流电池，所述全钒液流电池包括电堆和电解液储罐，所述电堆经管路与所述电解液储罐相连；

调温装置，所述调温装置包括存储箱和换热器，所述存储箱用于存储第一换热介质，所述存储箱经管路与所述换热器相连以向所述换热器输送第一换热介质，所述换热器设在所述电解液储罐内，以使流经所述换热器的第一换热介质与所述电解液储罐内的电解液进行换热；

蓄热装置，所述蓄热装置设在所述存储箱与所述换热器之间的管路上，所述蓄热装置用于存储热能并利用存储的热能对第一换热介质进行加热。

2.根据权利要求1所述的全钒液流电池系统，其特征在于，所述蓄热装置包括集热组件、高温储罐、低温储罐和加热器；

所述低温储罐与所述集热组件相连，所述集热组件与所述高温储罐相连，以使所述低温储罐内的低温的第二换热介质经所述集热组件加热并输送至所述高温储罐内；

所述高温储罐经管路与所述加热器相连以向所述加热器输送高温的第二换热介质，所述加热器设在所述存储箱与所述换热器之间的管路上，所述加热器用于利用第二换热介质中的热能对流经所述加热器的第一换热介质进行加热，所述加热器与所述低温储罐相连以向所述低温储罐输送换热后的第二换热介质。

3.根据权利要求2所述的全钒液流电池系统，其特征在于，所述高温储罐经管路与所述低温储罐相连，所述高温储罐与所述低温储罐之间的管路上设有第一换热调节阀，所述高温储罐与所述加热器之间的管路上设有第二换热调节阀。

4.根据权利要求2所述的全钒液流电池系统，其特征在于，所述第二换热介质为熔盐，所述集热组件包括熔盐泵、集热器和反射镜，所述低温储罐经熔盐泵与所述集热器相连以向所述集热器输送低温的第二换热介质，所述反射镜用于汇聚太阳光并将太阳光反射至集热器上，所述集热器用于利用太阳光中的热能对第二换热介质进行加热并生成高温的第二换热介质，所述集热器与所述高温储罐相连以向所述高温储罐输送高温的第二换热介质。

5.根据权利要求2所述的全钒液流电池系统，其特征在于，所述存储箱与所述换热器之间的管路包括第一传输管和第二传输管；

所述第一传输管的一端与所述存储箱的输出端相连，所述第一传输管的另一端与所述换热器的输入端相连，所述加热器设在所述第一传输管上；

所述第二传输管的一端与所述换热器的输出端相连，所述第二传输管的另一端与所述存储箱的输入端相连。

6.根据权利要求5所述的全钒液流电池系统，其特征在于，所述第一传输管包括第一管部和第二管部，所述存储箱的输入端经所述第一管部与所述加热器相连，所述加热器经所述第二管部与所述换热器相连。

7.根据权利要求6所述的全钒液流电池系统，其特征在于，所述第一管部上设有水泵和水量调节阀。

8.根据权利要求6所述的全钒液流电池系统，其特征在于，所述第二管部上设有蒸汽调节阀，所述电解液储罐上设有温度传感器，所述温度传感器与所述蒸汽调节阀相连。

9.根据权利要求1所述的全钒液流电池系统，其特征在于，所述第一换热介质为除盐水。

10.根据权利要求1所述的全钒液流电池系统，其特征在于，所述换热器为螺旋管式换热器。

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