CN220821642U - 一种全钒液流电池的储能系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种全钒液流电池的储能系统，包括电堆、储液柜和机柜；储液柜表面设有凹陷部，凹陷部开设有连通储液柜内部空腔的正、负极电解液出液口，顶部开设有正、负极电解液进液口；电堆一侧开设有与负极电解液进液口连通的负极出液口和与正极电解液出液口连通的正极进液口，另一侧开设有与正极电解液进液口连通的正极出液口和与负极电解液出液口连通的负极进液口；机柜通过承力板分为用于安装电堆的上空腔和用于安装储液柜的下空腔。通过在储液柜表面设置凹陷部来对循环管道做让位区，解决正/负极电解液循环管道在机柜中空间占比较大的问题。本实用新型具有在满足尽可能大的储能能力下，提高了机柜的体积利用率的效果。

Description

一种全钒液流电池的储能系统

技术领域

本实用新型涉及钒电池储能技术领域，尤其涉及一种全钒液流电池的储能系统。

背景技术

钒电池在电力储能系统中，可以帮助平衡电力供应和电力需求，应对电力尖峰需求，以及集成可再生能源，如风能和太阳能；钒电池在电网稳定性提升和能源调度方面发挥关键作用。

在现有技术中，由于钒电池为了提供足够的储能能力，所以会设置储液柜较大，以使得储液柜可以存储更多的电解液；储液柜和电堆进行配合使用，使得钒电池实现可再生能源的循环；但钒电池储能系统中，通常是将储液柜和电堆分开设置，且储液柜常设置为方形的，储液柜和电堆需要安装于机柜里，而用于连通储液柜与电堆的正/负极电解液循环管道在机柜中占用了较大的空间，使得钒电池储能系统中机柜的体积利用率较低。

实用新型内容

本实用新型目的一是提供一种全钒液流电池的储能系统，具有在满足尽可能大的储能能力下，提高了机柜的体积利用率的特点。

本实用新型的上述实用新型目的一是通过以下技术方案得以实现的：

一种全钒液流电池的储能系统，包括：电堆、储液柜和机柜；

所述储液柜表面设有凹陷部，所述凹陷部开设有连通所述储液柜内部空腔的负极电解液出液口和正极电解液出液口，所述储液柜顶部开设有负极电解液进液口和正极电解液进液口；

所述电堆一侧开设有与所述负极电解液进液口连通的负极出液口和与所述正极电解液出液口连通的正极进液口；另一侧开设有与所述正极电解液进液口连通的正极出液口和与所述负极电解液出液口连通的负极进液口；

所述机柜设有承力板，所述承力板将所述机柜分成上空腔和下空腔；所述电堆设于所述上空腔，所述储液柜设于所述下空腔。

通过采用上述技术方案，在储液柜表面设置凹陷部来对循环管道做让位区，解决正/负极电解液循环管道在机柜中空间占比较大的问题；具有在满足尽可能大的储能能力下，提高了机柜的体积利用率的效果。

可选的，所述储液柜内部空腔通过隔板设置呈左右并列的正极电解液空腔和负极电解液空腔。

通过采用上述技术方案，将正极电解液空腔和负极电解液空腔设成左右并列贴合隔板的结构可以使得储液柜实现较大容量下尽可能空间占比较小，且可以防止正极电解液和负极电解液进行混合进而发生反应，进而控制全钒液流电池反应，延长全钒液流电池的使用寿命以及提高全钒液流电池的使用安全性。

可选的，所述负极电解液出液口和所述正极电解液出液口通过混液阀门连通。

通过采用上述技术方案，当全钒液流电池放电后，将该混液阀门打开，使得全钒液流电池均匀电解液，以及平衡储液柜的正极电解液空腔和负极电解液空腔的气相压力。

可选的，所述储液柜凹陷部设有两个循环泵；所述循环泵通过循环泵支架安装在储液柜上。

通过采用上述技术方案，使用两个循环泵分别将储液柜中的正极电解液和负极电解液提供动力，使得正极电解液和负极电解液可以从储液柜中被输送至电堆上，且尽可能的确保正极电解液和负极电解液在输送至电堆之前仍保持正极电解液和负极电解液不相互混合，使得进入电堆的正极电解液和负极电解液仍旧是分开的。

可选的，所述负极电解液出液口和所述正极电解液出液口分别连通正/负阀门，所述正/负阀门与所述循环泵连通；所述正极电解液出液口、所述混液阀门和所述循环泵通过三通接头连通。

通过采用上述技术方案，在负极电解液出液口和正极电解液出液口出均设有正/负阀门，用于当全钒液流电池不使用的时候，将全钒液流电池中的正极电解液和负极电解液进行密封，尽可能的避免正极电解液和负极电解液与空气接触发生反应，进一步的提高全钒液流电池的使用安全性和稳定性。

可选的，所述储液柜为梯形储液柜。

通过采用上述技术方案，将梯形凹陷部向全钒液流电池的管道提供一个让位区，使得全钒液流电池的管道可以更贴合储液柜，则机柜无需再设置更多的区域安装全钒液流电池的管道，使得全钒液流电池在满足尽可能大的储能能力下，提高了机柜的体积利用率。

可选的，所述储液柜开设有两个电解液可视区。

通过采用上述技术方案，可以使用该两个电解液可视区分别观测储液柜中的正极电解液和负极电解液的液位，使得用户可及时维护和管理全钒液流电池。

可选的，所述电堆顶部两侧分别设有正极电极和负极电极。

通过采用上述技术方案，全钒液流电池可以通过正极电极和负极电极直接对外电气系统进行输出电源。

可选的，所述电堆通过正极电极和负极电极与光伏储能逆变器连接。

通过采用上述技术方案，全钒液流电池还可以分别通过正极电极和负极电极与光伏储能逆变器的正极端子和负极端子连接，以通过光伏储能逆变器将全钒液流电池形成的直流电转换成交流电，拓展全钒液流电池的使用范围。

综上所述，本实用新型包括以下至少一种有益技术效果：

1.在储液柜表面设置凹陷部来对循环管道做让位区，解决正/负极电解液循环管道在机柜中空间占比较大的问题；具有在满足尽可能大的储能能力下，提高了机柜的体积利用率的效果；2.将正极电解液空腔和负极电解液空腔设成左右并列贴合隔板的结构可以使得储液柜实现较大容量下尽可能空间占比较小，且可以防止正极电解液和负极电解液进行混合进而发生反应，进而控制全钒液流电池反应，延长全钒液流电池的使用寿命以及提高全钒液流电池的使用安全性；

3.将储液柜设为L型储液柜，且在L型凹陷部向全钒液流电池的管道提供一个让位区，使得全钒液流电池的管道可以更贴合储液柜，则机柜无需再设置更多的区域安装全钒液流电池的管道，使得全钒液流电池在满足尽可能大的储能能力下，提高了机柜的体积利用率。

附图说明

图1是本实用新型其中一实施例的全钒液流电池的储能系统一个结构正面示意图；

图2是本实用新型其中一实施例的全钒液流电池的储能系统一个结构侧视示意图；

图3是本实用新型其中一实施例的全钒液流电池的储能系统另一结构侧视示意图；

图4是本实用新型其中一实施例的全钒液流电池的储能系统另一结构正面示意图；

图5是本实用新型其中一实施例的全钒液流电池的储能系统电气连接示意图；

图6为本实用新型其中一实施例的全钒液流电池的储能系统中储液柜的内部结构示意图。

附图说明：1、电堆；10、负极出液口；11、正极进液口；12、正极出液口；13、负极进液口；14、正极电极；15、负极电极；2、储液柜；20、负极电解液进液口；21、正极电解液进液口；22、电解液可视区；23、负极电解液出液口；24、正极电解液出液口；25、循环泵；26、循环泵支架；27、三通接头；28、正/负阀门；3、机柜。

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作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。

以下结合附图1-附图6对本实用新型作进一步详细说明。

参阅图1-图6，为本申请实施例提供的一种全钒液流电池的储能系统的一个实施例，包括：电堆1、储液柜2和机柜3。

在本实施例中，机柜3通过承力板分成上空腔和下空腔，该上空腔用于安装电堆1，下空腔用于安装储液柜2；机柜3可以通过钻孔螺栓固定或利用角铁分别与电堆1和储液柜2安装基础固定。电堆1一侧上开设有负极出液口10和正极进液口11；另一侧开测有正极出液口12和负极进液口13。储液柜2表面设有凹陷部，在该储液柜2的凹陷部开设有与储液柜2内部空腔连通的负极电解液出液口23和正极电解液出液口24；在储液柜2的顶部开设有负极电解液进液口20和正极电解液进液口21。

电堆1的负极出液口10与储液柜2顶部的负极电解液进液口20通过管道相连通；电堆1的正极进液口11与储柜2凹陷部开设的正极电解液出液口24通过管道相连通；电堆1的正极出液口12与储液柜2顶部的正极电解液进液口21通过管道相连通，电堆1的负极进液口13与储液柜2凹陷部开设的负极电解液出液口23通过管道相连通。

在实际应用中，机柜3可以设为钣金机柜，外围1.2mm镀锌板，内部30mm槽钢框架，整体喷漆防腐，长宽高90*93*190cm前后开门，无散热孔百叶窗，左右预留叉车孔，叉车底座高10cm，上部40cm高度的空间(用对相适配安装电堆1)，下方135cm高度的空间(用于相适配安装储液柜2以及与储液柜2相关的设备)。

在本申请实施例中，储液柜2可以设为L型储液柜，也可以设为凹型储液柜，具体此处不做具体限定。

在本实施例中，全钒液流电池的储能系统中电堆1为5kw；电堆1顶部两侧分别设有正极电极14和负极电极15，正极电极14通过电缆接光伏储能逆变器电池侧正极端子，负极电极14通过电缆接光伏储能逆变器电池侧负极端子；参阅下表，下表为电堆1的参数表。

额定电压	48VDC	额定电流	110ADC
				额定功率	5.3kW	额定能效	83％
最大功率	20kW	工作温度	-30～60℃
				电堆重量	130kg	电堆尺寸	63cm x 7 5cm x 3 5cm
充电限压	60VDC	放电限压	40VDC
				循环寿命	20000次	存放寿命	无限
进出液接口	DN20	额定流量	25L/min

在本实施例中，如图6所示，储液柜2内部空腔通过隔板设置呈左右并列的正极电解液空腔和负极电解液空腔；如图1-图4所示，储液柜2的凹陷部开设有负极电解液出液口23和正极电解液出液口24；且分别在负极电解液出液口23和正极电解液出液口24正上方设有相对应的循环泵25；在负极电解液出液口23与相对应的循环泵25之间设有相对应的正/负阀门28；在正极电解液出液口24与相对应的循环泵25之间也设有相对应的正/负阀门。循环泵25出液口处有一定长度的透明管道，用于观测液位流动情况。在负极电解液出液口23和正极电解液出液口24之间设有混液阀门，用于放电后均匀正/负极电解液。正极电解液出液口24、混液阀门和循环泵25通过三通接头27连通；负极电解液出液口23、混液阀门和循环泵25也是通过三通接头27连通。

本申请实施例通过储液柜2专用的结构设计，循环泵25和相应管道可以放置在储液柜2下方，通过这种管道设计，可极大节省机柜空间，减小机柜3重量和尺寸，方便运输，方便安装。

在本实施例中，储液柜2的凹陷部可以设为80*50*20cm的空间，用于放置循环泵25、各个管道、正/负阀门28以及配电箱等部件。

在实际应用中，循环泵25通过循环泵支架26安装于储液柜2上。电堆1的正极进液口11通过DN20UPVC管道与正极电解液出液口24正上方的循环泵25出液口相连；电堆1的负极进液口13通过DN20管道与负极电解液出液口23正上方的循环泵25出液口相连。电堆1的正极出液口13通过DN20管道接入储液柜2顶部的正极电解液进液口21；电堆1的负极出液口10通过DN20管道接入储液柜2顶部的负极电解液进液口20。

在实际应用中，储液柜2可以设为梯形结构，尺寸80*74*125cm，PVC材质，罐体厚度10mm，内部分为两部分，总体容积600L，正极电解液空腔的空间为300L，负极电解液空腔的空间为300L；储液柜2的中间开设有两个电解液可视区22，该电解液可视区22使用透明PVC材质密封，且透明PVC上标有刻度，用于观察正或负极电解液液位。

在本实施例中，存放于储液柜2中的电解液可以为稀硫酸水溶液，钒离子浓度1.7mol/L，密度1.4g/cm3，正负电解液合计500L，可存电10kwh。

如图5所示，可以通过光伏储能逆变器将光伏电或系统电存入转换成全钒液电池的正/负电解液；用电时，通过电解液→电堆→光伏储能逆变器，将电解液内的电能放出。充放电过程中电解液无损耗，电解液全密封循环，不易泄露。

在本申请实施例中，全钒液流电池的储能系统可以应用于带光伏发电的光伏储能逆变一体机，如图5所示，全钒液流电池的储能系统接入光伏储能逆变器，其工作模式包括自用模式、峰谷模式和备用模式。

其中自用模式：当光伏系统中产生的电量充足时，光伏系统中产生的电量优先给家庭负载供电，多余的电量给全钒液流电池充电。当光伏系统中产生的电量不足时，优先使用全钒液流电池的电量供负载使用，如全钒液流电池的电量不足，则由电网给负载供电。即若全钒液流电池的电量充足，由全钒液流电池为负载供电；若全钒液流电池的电量不足，则由电网给负载供电。

峰谷模式：当电费处于波峰时，优先使用全钒液流电池给负载供电，剩余电量可出售给电网；当电费处于波谷时，可设置电网给全钒液流电池充电时间，给全钒液流电池进行充电。

备电模式：主要适用于电网不稳定且有重要负载的场景，当电网断电时，光伏储能逆变器转为离网工作模式给负载供电；当电网恢复时，光伏储能逆变器工作模式切换至并网工作。

当光伏系统中产生的电量充足时，光伏系统中产生的电量优先给全钒液流电池充电，多余的电量给负载使用，剩余的电量出售给电网。

当光伏系统中无PV产生电量时:

·电网正常时，电网可供负载用电。

·电网异常时，光伏储能逆变器进入离网模式运行，由全钒液流电池给负载供电。

本具体实施例仅仅是对本实用新型的解释，其并不是对本实用新型的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本实用新型的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (9)

1.一种全钒液流电池的储能系统，其特征在于，包括：电堆(1)、储液柜(2)和机柜(3)；

所述储液柜(2)表面设有凹陷部，所述凹陷部开设有连通所述储液柜内部空腔的负极电解液出液口(23)和正极电解液出液口(24)，所述储液柜顶部开设有负极电解液进液口(20)和正极电解液进液口(21)；

所述电堆(1)一侧开设有与所述负极电解液进液口(20)连通的负极出液口(10)和与所述正极电解液出液口(24)连通的正极进液口(11)；另一侧开设有与所述正极电解液进液口(21)连通的正极出液口(12)和与所述负极电解液出液口(23)连通的负极进液口(13)；

所述机柜(3)设有承力板，所述承力板将所述机柜(3)分成上空腔和下空腔；所述电堆(1)设于所述上空腔，所述储液柜(2)设于所述下空腔。

2.根据权利要求1所述的储能系统，其特征在于，所述储液柜内部空腔通过隔板设置呈左右并列的正极电解液空腔和负极电解液空腔。

3.根据权利要求1所述的储能系统，其特征在于，所述负极电解液出液口(23)和所述正极电解液出液口(24)通过混液阀门连通。

4.根据权利要求1所述的储能系统，其特征在于，所述储液柜(2)凹陷部设有两个循环泵(25)；所述循环泵(25)通过循环泵支架(26)安装在储液柜(2)上。

5.根据权利要求4所述的储能系统，其特征在于，所述负极电解液出液口(23)和所述正极电解液出液口(24)分别连通正/负阀门(28)，所述正/负阀门(28)与所述循环泵(25)连通；所述正极电解液出液口(24)、混液阀门和所述循环泵(25)通过三通接头(27)连通。

6.根据权利要求1所述的储能系统，其特征在于，所述储液柜(2)为梯形储液柜。

7.根据权利要求1所述的储能系统，其特征在于，所述储液柜(2)开设有两个电解液可视区(22)。

8.根据权利要求1所述的储能系统，其特征在于，所述电堆(1)顶部两侧分别设有正极电极(14)和负极电极(15)。

9.根据权利要求1所述的储能系统，其特征在于，所述电堆(1)通过正极电极(14)和负极电极(15)与光伏储能逆变器连接。