ES2609442T3 - Sistema y procedimiento para el funcionamiento de un sistema de baterías de flujo a una temperatura elevada - Google Patents

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Abstract

Un sistema de baterías de flujo (10), que comprende: una pila de baterías de flujo (26) que tiene una solución de electrolitos que circula a través de ella; un sensor (30, 32, 34, 36, 38, 40) en comunicación con la solución de electrolitos; y un bucle de refrigerante (20, 22, 24) en comunicación para intercambio de calor con la solución de electrolitos, donde la comunicación para intercambio de calor se selecciona basándose en una salida del sensor (30, 32, 34, 36, 38, 40). caracterizado porque: el sistema comprende un sensor de estado de carga (40) en comunicación con la solución de electrolitos, donde el sensor de estado de carga (40) está dispuesto para detectar un estado de carga de iones en la solución de electrolitos y para proporcionar una señal de estado de carga indicativa del mismo, y donde el sistema está dispuesto de manera que la comunicación para intercambio de calor se selecciona basándose en la señal de estado de carga.

Description

DESCRIPCION
Sistema y procedimiento para el funcionamiento de un sistema de batenas de flujo a una temperature elevada 5 ANTECEDENTES
1. Campo tecnico
La presente descripcion se refiere en general a un sistema de batenas de flujo y, mas en particular, a un sistema y 10 procedimiento para el funcionamiento de un sistema de batenas de flujo a una temperature elevada.
2. Informacion de antecedentes
Un sistema de batenas de flujo tfpico incluye una pila de celulas de batena de flujo, teniendo cada celula una 15 membrana de intercambio de iones dispuesta entre electrodos negativo y positivo. Durante el funcionamiento, una solucion de catolito fluye a traves del electrodo positivo, y una solucion de anolito fluye a traves del electrodo negativo. Las soluciones de catolito y anolito reaccionan cada una electroqmmicamente en una reaccion de oxidacion-reduccion (“redox”) reversible. Las especies ionicas son transportadas a traves de la membrana de intercambio de iones durante las reacciones, y los electrones son transportados a traves de un circuito externo tal 20 como un convertidor de potencia para completar las reacciones electroqmmicas.
Un ejemplo de un par de soluciones de catolito y anolito es un par de soluciones de vanadio/vanadio. La solucion de catolito de vanadio incluye normalmente una pluralidad de iones V4+ y/o V5+. La solucion de anolito de vanadio incluye normalmente una pluralidad de iones V2+ y/o V3+. Idealmente, las concentraciones de estas especies de 25 iones vanadio debenan ser lo mas elevadas posible con el fin de reducir al mmimo el tamano del recipiente necesario para una cantidad dada de almacenamiento de energfa; es decir, concentraciones superiores permiten un sistema de batenas de flujo con una mayor densidad de energfa. Sin embargo, las concentraciones estan limitadas por la solubilidad de las sales de vanadio en el electrolito de disolvente, que es normalmente un acido acuoso tal como acido sulfurico. Ademas, la solubilidad de estas diferentes sales de vanadio (por ejemplo, sulfatos de vanadio) 30 vana con la temperatura de la solucion. Las sales de V2+, V3+ y V4+ son generalmente menos solubles en acido a temperaturas inferiores. Los iones V5+, por otra parte, son generalmente menos solubles en acidos a temperaturas mas elevadas. Una complicacion adicional es que las concentraciones de los diferentes estados de oxidacion pueden variar con el estado de carga (EDC) de la batena e, idealmente, sena deseable que las sales permanecieran en solucion en un amplio intervalo de EDC (por ejemplo, del 0 al 100% de EDC, de manera que la solubilidad en 35 sales no limite el EDC mmimo o maximo). Por ejemplo, una composicion de electrolito tfpica usada en un sistema de batena redox de vanadio es una solucion acuosa de sulfato de vanadio aproximadamente 1,5 a 2,0 molar (M) y acido sulfurico 1,5 a 2,0 M tanto para el anolito como para el catolito. La composicion de anolito y catolito permite un intervalo de funcionamiento de aproximadamente cero a cuarenta grados Celsius, con el lfmite inferior de temperatura determinado por la solubilidad de las sales de V2+, V3+ y V4+ y el lfmite superior de temperatura 40 determinado por la solubilidad de la sal de V5+. Los sistemas de batenas de flujo de vanadio se hacen, por tanto, funcionar normalmente dentro de un intervalo de temperaturas relativamente estrecho (por ejemplo, de aproximadamente cero a cuarenta grados Celsius) para prevenir la formacion de precipitados de sales metalicas. Sena beneficiosa una ventana de temperatura mas amplia dado que una temperatura minima inferior eliminana la necesidad de “congelar” las medidas de prevencion y una temperatura maxima superior puede permitir un 45 rendimiento mejorado de las celulas, asf como una expulsion de calor mejorada al medio ambiente (especialmente en dfas calurosos donde las temperaturas ambiente estan cerca de, o pueden incluso superar, los cuarenta grados Celsius).
En el documento WO-2010/005.954 se divulga un sistema de la tecnica anterior, que tiene las caractensticas del 50 preambulo de acuerdo con la reivindicacion 1.
RESUMEN DE LA INVENCION
De acuerdo con la presente invencion se proporciona un sistema de acuerdo con la reivindicacion 1 y un 55 procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 11.
BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS
La FIG. 1 es una ilustracion esquematica de un sistema de batenas de flujo;
la FIG. 2 ilustra una pila de batenas de flujo incluida en el sistema de batenas de flujo ilustrado en la FIG. 1;
la FIG. 3 ilustra una seccion transversal de una celula de batena de flujo incluida en el sistema de batenas de flujo 5 ilustrado en la FIG. 1;
la FIG. 4 ilustra una seccion transversal de una celula de referencia incluida en el sistema de batenas de flujo ilustrado en la FIG. 1;
10 la FIG. 5 es un diagrama de flujo de un procedimiento para el funcionamiento del sistema de batenas de flujo ilustrado en la FIG. 1; y
la FIG. 6 es un diagrama de flujo de un procedimiento para regular las temperaturas de soluciones de electrolitos que circulan a traves del sistema de batenas de flujo ilustrado en la FIG. 1.
15
DESCRIPCION DETALLADA
La FIG. 1 ilustra un sistema de batenas de flujo (10). El sistema de batenas de flujo (10) incluye un primer deposito (12), un segundo deposito (14), un primer circuito de flujo de solucion (16), un segundo circuito de flujo de solucion 20 (18), una pluralidad de bucles de refrigerante (20, 22 y 24), una pila de batenas de flujo (26), un convertidor de potencia (28), una celula de referencia (29), una pluralidad de sensores (30-40) (veanse FIG. 1 y 4) y un controlador (42).
El primer deposito (12) contiene una primera solucion de electrolitos (por ejemplo, un catolito de vanadio). El 25 segundo deposito (14) contiene una segunda solucion de electrolitos (por ejemplo, un anolito de vanadio).
Los circuitos de flujo de solucion primero y segundo (16 y 18) pueden incluir cada uno un conducto de origen (44, 46), un conducto de retorno (48, 50), un conducto de derivacion (52, 54) y un regulador de flujo (56, 58), respectivamente. El regulador de flujo (56, 58) puede incluir una bomba de velocidad variable (60, 62) y una valvula 30 de tres vfas accionada electronicamente (64, 66), respectivamente. La bomba (60, 62) y la valvula (64, 66) estan conectadas de forma fluida en lmea en el conducto de origen (44, 46), respectivamente. El conducto de derivacion (52, 54) conecta de forma fluida la valvula (64, 66) con el conducto de retorno (48, 50), respectivamente.
Los bucles de refrigerante pueden incluir un primer bucle de refrigerante del circuito de flujo (20), un segundo bucle 35 de refrigerante del circuito de flujo (22) y un bucle de refrigerante de pila (24). Cada bucle de refrigerante (20, 22, 24) puede incluir un primer intercambiador de calor (68, 70, 72), un segundo intercambiador de calor (74, 76, 78), y una bomba de circulacion (80, 82, 84), respectivamente. Los intercambiadores de calor primero y segundo y la bomba de circulacion estan conectados de forma fluida en un bucle cerrado. Cada bomba de circulacion hace circular fluido de intercambio de calor a traves de sus intercambiadores de calor primero y segundo asociados en respuesta a una 40 senal de control de la bomba de circulacion respectiva. El fluido de intercambio de calor puede ser agua o una solucion anticongelante (por ejemplo, etilenglicol) o cualquier otro fluido con propiedades convenientes (por ejemplo, alta capacidad calonfica, baja viscosidad, etc.). Uno o mas de los segundos intercambiadores de calor (74, 76, 78) pueden ser, por ejemplo, radiadores de aire acondicionado simples. Alternativamente, no se requiere segundo dispositivo de intercambio de calor si el primer intercambiador de calor se enfna directamente con aire (por ejemplo, 45 se usa un ventilador como “bomba de circulacion” y el aire es el fluido de intercambio de calor).
La FIG. 2 ilustra la pila de batenas de flujo (26), que incluye una o mas celulas de batena de flujo (92) y un colector de pilas (96).
50 La FIG. 3 ilustra una seccion transversal de una de las celulas de batena de flujo (92). Cada celula de batena de flujo (92) incluye un primer colector de corriente (98), un segundo colector de corriente (100), una primera capa de electrodos porosa a los lfquidos (102), una segunda capa de electrodos porosa a los lfquidos (104) y un separador (106). La primera capa de electrodos (102) puede ser un catodo, y la segunda capa de electrodos (104) puede ser un anodo. La primera capa de electrodos (102) puede estar recubierta con un material acido (por ejemplo, polfmero 55 Nafion® fabricado por DuPont de Wilmington, Del., Estados Unidos) que al menos parcialmente impide la formacion de precipitado en la primera solucion de electrolitos. El separador (106) puede ser una membrana de intercambio de iones (por ejemplo, membrana polimerica Nafion® fabricada por DuPont de Wilmington, Del., Estados Unidos), y se coloca entre las capas de electrodos (102 y 104). Las capas de electrodos (102 y 104) se colocan entre los colectores de corriente (98 y 100).
En referencia a las FIG. 2 y 3, el colector de pilas (96) incluye una primera entrada (118), una primera salida (120), una segunda entrada (122) y una segunda salida (124). La primera entrada (118) esta conectada de forma fluida a la primera salida (120) a traves del primer colector de corriente (98) y/o la primera capa de electrodos (102) en cada 5 una de las celulas de batena de flujo (92). Analogamente, la segunda entrada (122) esta conectada de forma fluida a la segunda salida (124) a traves del segundo colector de corriente (100) y/o la segunda capa de electrodos (104) en cada una de las celulas de batena de flujo (92).
La FIG. 4 ilustra una seccion transversal de la celula de referencia (29). La celula de referencia (29) es una celula de 10 batena de flujo que incluye una pluralidad de sensores (34-40). La celula de referencia (29) incluye un primer colector de corriente (108), un segundo colector de corriente (110), una primera capa de electrodos porosa a los lfquidos (112), una segunda capa de electrodos porosa a los lfquidos (114) y un separador (116). La primera capa de electrodos (112) puede ser un catodo, y la segunda capa de electrodos (114) puede ser un anodo. La primera capa de electrodos (112) puede estar recubierta con un material acido (por ejemplo, polfmero Nafion® fabricado por 15 DuPont de Wilmington, Del., Estados Unidos) que impide al menos parcialmente la formacion de precipitado en la primera solucion de electrolitos. El separador (116) puede ser una membrana de intercambio de iones (por ejemplo, una membrana polimerica Nafion® fabricada por DuPont de Wilmington, Del., Estados Unidos), y se coloca entre las capas de electrodos (112 y 114). Las capas de electrodos (112 y 114) se colocan entre los colectores de corriente (108 y 110).
20
En referencia a las FIG. 1 y 4, los sensores (30-40) pueden incluir un primer sensor de temperatura del deposito (30), un segundo sensor de temperatura del deposito (32), un primer sensor de temperatura de celula (34), un segundo sensor de temperatura de celula (36), un sensor de precipitado (38) y un sensor de estado de carga (40). El primer sensor de temperatura del deposito (30) detecta la temperatura del fluido en el primer deposito (12) y el 25 segundo sensor de temperatura del deposito (32) detecta la temperatura del fluido en el segundo deposito (14). El sensor de precipitado (38) puede incluir un detector optico que detecta precipitado en una solucion de electrolitos basandose, por ejemplo, en el color de un colorante mezclado en la solucion o el color del precipitado que se formara probablemente (por ejemplo, V5+ puede reaccionar con agua para formar pentoxido de vanadio, V2O5, que es naranja, mientras que el sulfato de V5+ es amarillo). El sensor de estado de carga (40) puede incluir un voltfmetro 30 que determina el estado de carga de iones en una solucion de electrolitos basandose en voltaje de celula abierta (VCA). El termino “estado de carga” se usa en la presente memoria descriptiva para describir la relacion entre (i) la cantidad de iones dentro de un volumen de una solucion que tiene una carga relativamente alta (por ejemplo, V5+ y/o V2+) y (ii) la cantidad de iones dentro del volumen de la solucion que tiene una carga relativamente baja (por ejemplo, V4+ y/o V3+).
35
En referencia a la FIG. 4, el primer sensor de temperatura de celula (34), el sensor de precipitado (38) y el sensor de estado de carga (40) estan dispuestos con el primer colector de corriente (108). El segundo sensor de temperatura de celula (36) esta dispuesto con el segundo colector de corriente (110).
40 En referencia de nuevo a FIG. 1, el conducto de origen (44) conecta de forma fluida el primer deposito (12) con la pila de batenas de flujo (26), por medio de la entrada del primer colector de pilas (118). El conducto de retorno (48) conecta de forma fluida la pila de batenas de flujo (26), por medio de la salida del colector de pilas (120), con el primer deposito (12). El conducto de origen (46) conecta de forma fluida el segundo deposito (14) con la pila de batenas de flujo (26), por medio de la entrada del segundo colector de pilas (122). El conducto de retorno (50) 45 conecta de forma fluida la pila de batenas de flujo (26), por medio de la salida del segundo colector de pilas (124), con el segundo deposito (14). La celula de referencia (29) esta conectada en lmea con el conducto de retorno (48), por medio del primer colector de corriente (108) y/o la primera capa de electrodos (112) (vease FIG. 4). La celula de referencia (29) esta conectada en lmea con el conducto de retorno (50), por medio del segundo colector de corriente (110) y/o la segunda capa de electrodos (114) (vease FIG. 4).
50
El primer intercambiador de calor (68) esta conectado de forma fluida en lmea en el conducto de origen (44) entre la bomba (60) y la valvula (64), que coloca asf el bucle de refrigerante (20) en comunicacion para intercambio de calor con la primera solucion de electrolitos. El primer intercambiador de calor (70) esta conectado de forma fluida en lmea en el conducto de origen (46) del segundo circuito de flujo de solucion (18) entre la bomba (62) y la valvula (66), que 55 coloca asf el bucle de refrigerante (22) en comunicacion para intercambio de calor con la segunda solucion de electrolitos. El primer intercambiador de calor (72) esta conectado termicamente con la pila de batenas de flujo (26) y, asf, con cada una de las celulas de batena de flujo y de referencia (92 y 94) (vease FIG. 2). El primer intercambiador de calor (72) coloca por tanto el bucle de refrigerante (24) en comunicacion para intercambio de calor con las soluciones de electrolitos primera y segunda.
El convertidor de potencia (28) puede ser un inversor de potencia bidireccional o un convertidor c.c./c.a. bidireccional conectado con un bus c.c. (no mostrado). El convertidor de potencia (28) esta conectado electricamente con la pila de batenas de flujo (26), y en particular, con los colectores de corriente primero y segundo (98 y 100), en cada una 5 de las celulas de batena de flujo (92). Alternativamente, el convertidor de potencia (28) puede estar conectado electricamente con los colectores de corriente en los extremos opuestos de la pila (26).
El controlador (42) puede implementarse usando hardware, software, o una combinacion de los mismos. El hardware puede incluir, por ejemplo, uno o mas procesadores, circuitos analogicos y/o digitales, etc. El controlador (42) esta 10 en comunicacion de senal (por ejemplo, conectado por cableado o de forma inalambrica) con cada uno de los sensores (30-40) (veanse FIG. 1 y 2), cada regulador de flujo (56, 58) por medio de su bomba (60, 62) y su valvula (64, 66) asociadas, con cada bucle de refrigerante (20, 22, 24) por medio de su bomba de circulacion (80, 82, 84) asociada y con el convertidor de potencia (28).
15 La FIG. 5 ilustra un procedimiento para el funcionamiento del sistema de batenas de flujo (10) en un amplio intervalo de temperaturas (por ejemplo, entre ~10° C y ~80°C). En referencia a las FIG. 1-5, en la etapa (500), el controlador (42) indica a la bomba (60) y la valvula (64) en el primer regulador de flujo (56) que haga circular la primera solucion de electrolitos entre el primer deposito (12) y la pila de batenas de flujo (26). El controlador (42) indica tambien a la bomba (62) y la valvula (66) en el segundo regulador de flujo (58) que haga circular la segunda solucion de 20 electrolitos entre el segundo deposito (14) y la pila de batenas de flujo (26). A medida que se hacen circular las soluciones de electrolitos a traves del sistema de batenas de flujo (10), normalmente se calientan, por ejemplo, por calor generado como un subproducto de (i) ineficiencias en las celulas de batena de flujo (92) (por ejemplo, perdidas ohmicas) y/o (ii) funcionamiento de las bombas (60 y 62) y/u otros componentes del sistema de batenas de flujo (10).
25 En la etapa (502), el controlador (42) controla selectivamente la comunicacion para intercambio de calor y, asf, una velocidad de intercambio de calor entre uno o mas de los bucles de refrigerante (20, 22 y 24) y las soluciones de electrolitos primera y/o segunda basandose en senales de temperatura de la celula proporcionadas respectivamente por los sensores de temperatura de celula primero y segundo (34 y 36). En particular, el controlador (42) controla uno o mas de los bucles de refrigerante (20, 22 y 24) para mantener las temperaturas de las soluciones de 30 electrolitos primera y/o segunda en las celulas de batena de flujo y de referencia (92 y 29) dentro de un intervalo operativo deseado (por ejemplo, entre aproximadamente 40° y 80°C). El controlador (42), por ejemplo, puede permitir que se calienten las soluciones de electrolitos, por el calor generado a partir de ineficiencias en las celulas de batena de flujo (92) y/o el funcionamiento de los componentes del sistema de batenas de flujo (10), cuando las senales de temperatura de la celula indican que la solucion de electrolitos temperaturas en las celulas (92) y/o (29) 35 se acercan o estan en un umbral inferior (por ejemplo, =40°C). Si fuera necesario, puede usarse el calor residual de otras fuentes tales como el convertidor de potencia (28), o incluso dispositivos fuera del sistema de batenas de flujo (10) (por ejemplo, dispositivos de generacion de potencia local) para calentar las soluciones de electrolitos, directa o indirectamente (por ejemplo, calentando uno de los segundos dispositivos de intercambio de calor). En cambio, el controlador (42) puede indicar a una o mas de las bombas de circulacion para que funcione en su bucle de 40 refrigerante respectivo con el fin de enfriar las soluciones de electrolitos cuando las senales de temperatura de la celula indican que las temperaturas de la solucion de electrolitos en las celulas (92) y/o (29) se acercan o estan en un umbral superior (por ejemplo, =80°C).
Al mantener las temperaturas de las soluciones de electrolitos entre aproximadamente 40° y 80°C puede permitirse 45 que el sistema de batenas de flujo (10) cargue y/o descargue a densidades de corriente relativamente altas (por ejemplo, >100-200 mA/cm2). El funcionamiento para dichas altas densidades de corriente puede permitir que el sistema de batenas de flujo (10) almacene o suministre potencia que hace funcionar el sistema (10) a bajas densidades de corriente, lo que puede ser conveniente durante algunos periodos del dfa o del ano. El funcionamiento a estas altas densidades de corriente tambien puede reducir el tiempo de funcionamiento del 50 sistema, y permitir asf que el sistema de batenas de flujo cumpla rapidamente las exigencias de energfa fluctuante. El menor tiempo de funcionamiento puede permitir tambien que la batena de flujo complete su carga o descarga antes de que tenga lugar la precipitacion. Ademas, el mantenimiento de las temperaturas por encima de ~40°C reduce el requisito de rendimiento del bucle de refrigerante, con respecto a un bucle de refrigerante que mantiene la temperatura de la solucion de electrolitos por debajo de 40°C, que tiene una menor diferencia de temperatura con 55 respecto a la temperatura ambiente. El mantenimiento de las temperaturas por encima de ~40°C puede mejorar tambien el rendimiento de las celulas, lo que puede aumentar la eficiencia del sistema de batenas de flujo.
Cada una de las celulas de batena de flujo (92) se hace funcionar a una determinada densidad de corriente para almacenar energfa o descargar energfa de las soluciones de electrolitos primera y segunda, que se mantienen a la
temperatura deseada. En la etapa (504), el controlador (42) selecciona la densidad de corriente a la que se hacen funcionar las celulas (92) indicando al convertidor de potencia (28) que intercambie (es decir, proporcione o reciba) corriente electrica con cada una de las celulas de batena de flujo (92) a una velocidad que se corresponde con la densidad de corriente deseada. Alternativamente, en lugar de controlar la velocidad de carga o descarga a una 5 corriente constante, puede controlarse la velocidad controlando la potencia suministrada a o liberada por las celulas (92), controlando el voltaje de la pila, o mediante alguna combinacion de lo anterior.
En la etapa (506), el controlador (42) controla selectivamente la comunicacion para intercambio de calor entre los bucles de refrigerante (20, 22, 24) y las soluciones de electrolitos con el fin de regular las temperaturas de las 10 soluciones de electrolitos, en las celulas de batena de flujo, basandose en (i) la cantidad detectada de precipitado formada en las soluciones de electrolitos primera y/o segunda, y/o (ii) el estado de carga de iones detectado en las soluciones de electrolitos primera y/o segunda.
La FIG. 6 ilustra un procedimiento para regular la temperatura de las soluciones de electrolitos. En referencia a las 15 FIG. 1-4 y 6, en la etapa (600), el controlador (42) recibe senales del sensor de precipitado (38) y/o el sensor de estado de carga (40) indicativas de una cantidad de precipitado y un estado de carga de iones en las soluciones de electrolitos primera y/o segunda. El termino “estado de carga” se usa en la presente memoria descriptiva, tal como se ha indicado anteriormente, para describir la relacion entre (i) la cantidad de iones dentro de un volumen de una solucion que tiene una carga relativamente alta (por ejemplo, V5+) y (ii) la cantidad de iones dentro del volumen de la 20 solucion que tiene una carga relativamente baja (por ejemplo, V4+).
En la etapa (602), el controlador (42) controla el bucle de refrigerante de pila (24) y/o los bucles de refrigerante del circuito de flujo (20 y 22) para enfriar las soluciones de electrolitos primera y/o segunda cuando la cantidad de precipitado y/o el estado de carga en las soluciones de electrolitos primera y/o segunda es mayor que determinados 25 valores umbral. El controlador (42), por ejemplo, puede controlar el primer bucle de refrigerante del circuito de flujo (20) para enfriar la primera solucion de electrolitos, con independencia de la segunda solucion de electrolitos, cuando la cantidad de precipitado en la primera solucion de electrolitos es mayor que el valor umbral. El controlador (42) puede controlar tambien el primer bucle de refrigerante del circuito de flujo (20) para enfriar la primera solucion de electrolitos a una temperatura relativamente baja (por ejemplo, ~40°C) cuando el estado de carga de los iones en 30 la primera solucion de electrolitos aumenta a un estado de carga relativamente alto (por ejemplo, donde la mayona de los iones son V5+). El controlador (42) controla por tanto el primer bucle de refrigerante del circuito de flujo (20) para enfriar la primera solucion de electrolitos mientras se carga el sistema de batenas de flujo (10). En la etapa (604), por otra parte, el controlador (42) puede permitir que la primera solucion de electrolitos sea calentada por el calor generado a partir de ineficiencias en las celulas de batena de flujo (92) y/o el funcionamiento de los 35 componentes del sistema de batenas de flujo (10), a una temperatura relativamente alta (por ejemplo, ~65°-80°C) cuando el estado de carga de los iones en la primera solucion de electrolitos disminuye a un estado de carga relativamente bajo (por ejemplo, donde la mayona de los iones son V4+). Por tanto, la primera solucion de electrolitos se calienta mientras el sistema de batenas de flujo (10) esta descargado. Alternativamente, el controlador (42) puede controlar uno o mas de los bucles de refrigerante (20, 22 y 24) para enfriar las dos soluciones de electrolitos cuando 40 aumenta el estado de carga de los iones en la primera solucion de electrolitos, o permitir que las dos soluciones de electrolitos se calienten cuando disminuye el estado de carga de los iones en la primera solucion de electrolitos.
En referencia de nuevo a las FIG. 1-5, en la etapa (508), el controlador (42) determina si el sistema de batenas de flujo (10) esta cargado o descargado basandose en el estado de carga de iones detectado en la primera solucion de 45 electrolitos. El controlador (42) puede determinar que el sistema de batenas de flujo (10) esta descargado, por ejemplo, cuando el estado de carga detectado esta por debajo de un umbral inferior (por ejemplo, aproximadamente del 5 al 10% de los iones en a vanadio catolito son iones V5+). Por otra parte, el controlador (42) puede determinar que el sistema de batenas de flujo (10) esta cargado cuando el estado de carga detectado esta por encima de un umbral superior (por ejemplo, aproximadamente del 90 al 95% de los iones en un catolito de vanadio son iones V5+). 50 Si el controlador (42) determina que el sistema de batenas de flujo todavfa no esta cargado o descargado, se repiten las etapas del procedimiento (500-508). Sin embargo, si el controlador (42) determina que el sistema de batenas de flujo esta cargado o descargado el procedimiento avanza a la etapa (510).
En la etapa (510), el controlador (42) controla selectivamente la comunicacion para intercambio de calor entre uno o 55 mas de los bucles de refrigerante (20 y 22) y las soluciones de electrolitos primera y/o segunda basandose en las senales proporcionadas por los sensores de temperatura del deposito primero y segundo (30 y 32). En particular, el controlador (42) controla los bucles de refrigerante (20 y 22) y los reguladores de flujo (56 y 58) para mantener las temperaturas de las soluciones de electrolitos primera y/o segunda en los depositos (12 y 14) dentro de un intervalo de temperatura de almacenamiento (por ejemplo, entre aproximadamente 10° y 40°C). El controlador (42), por
ejemplo, puede indicar a las valvulas (64 y 66) y las bombas (60 y 62) que hagan circular las soluciones de electrolitos entre los depositos primero y segundo (12 y 14) y los bucles de refrigerante de circuito de flujo primero y segundo (20 y 22) a traves de los conductos de derivacion (52 y 54), en lugar de los conductos de retorno (48 y 50). El controlador (42) puede indicar entonces a las bombas de circulacion (80 y 82) en los bucles de refrigerante de 5 circuito de flujo (20 y 22) que accionen cada una el bucle de refrigerante respectivo para enfriar las soluciones de electrolitos a una temperatura de entre aproximadamente 10° y 40°C
En algunas realizaciones, el controlador (42) puede controlar los bucles de refrigerante para enfriar una o ambas de las soluciones a temperaturas de entre aproximadamente 10° y 40°C, y controlar los reguladores de flujo para hacer 10 circular las soluciones a traves de la pila de batenas de flujo con el fin de disolver el precipitado que se ha formado en una o mas de las celulas (92 y 94). En otras realizaciones, los depositos primero y/o segundo (12 y 14) pueden incluir cada uno un agitador que ayuda a disolver los precipitados que se han formado en las soluciones de electrolitos respectiva.
15 En algunas realizaciones, los bucles de refrigerante de circuito de flujo primero y segundo (20 y 22) pueden disponerse respectivamente con los depositos primero y segundo (12 y 14). En otras realizaciones, pueden configurarse dos o mas de los bucles de refrigerante (20, 22 y 24) como un unico bucle de refrigerante que tiene una pluralidad de primeros intercambiadores de calor conectados de forma fluida (68, 70 y 72). En otras realizaciones mas, el sistema de batenas de flujo (10) puede incluir el bucle de refrigerante de pila (24) o los bucles de refrigerante 20 de circuito de flujo primero y segundo (20 y 22). En otras realizaciones mas, uno o mas de los bucles de refrigerante pueden estar conectados termicamente a una fuente de calor (por ejemplo, el convertidor de potencia o un dispositivo de produccion de potencia local tal como una celula de combustible).
El experto en la materia reconocera que el enfriamiento y/o calentamiento de las soluciones de electrolitos puede 25 regularse automaticamente de varias formas. En algunas realizaciones, por ejemplo, el sensor de precipitado (38) puede incluir un par de sensores de presion en lugar del sensor optico. Los sensores de presion pueden hacerse funcionar juntos, por ejemplo, para detectar un precipitado en la primera solucion de electrolitos basandose en la cafda de presion a traves de la celula de referencia (94), o a traves de toda la pila de batenas de flujo (26).
30 En algunas realizaciones, los sensores de temperatura, precipitado y/o de estado de carga (34-40) respectivos pueden estar dispuestos en la pila de batenas de flujo (26) donde, por ejemplo, la celula de referencia (29) se configura dentro de la pila de batenas de flujo (26). En otras realizaciones, los sensores de estado de carga (34-40) pueden disponerse fuera de la celula de referencia, por ejemplo, en los conductos de retorno (48) y/o (50).
35 En algunas realizaciones, los depositos primero y/o segundo (12 y 14) pueden incluir cada uno un deposito de origen y un deposito de retorno, de manera que el sistema de batenas de flujo (10) puede funcionar en un bucle abierto. Dicho sistema de bucle abierto puede permitir que las soluciones en los depositos de origen y de retorno se mantengan en diferentes intervalos de temperatura. En una realizacion, los depositos de origen y de retorno pueden configurarse como dos recipientes separados. En otra realizacion, los depositos de origen y de retorno pueden 40 disponerse en el mismo recipiente, y pueden separarse por medio de un divisor (por ejemplo paredes de un divisor de plastico). En otras realizaciones, el primer deposito (12 y 14) puede incluir una pluralidad de perlas de intercambio ionico acidas para impedir la precipitacion, por ejemplo, de V5+ en su interior.
Aunque se han divulgado diversas realizaciones del sistema de batenas de flujo, para los expertos en la materia 45 sera evidente que son posibles muchas mas realizaciones e implementaciones dentro del alcance del sistema de batenas de flujo. En consecuencia, el sistema de batenas de flujo no estara limitado salvo en lo estipulado por las reivindicaciones adjuntas y sus equivalencias.

Claims (9)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Un sistema de batenas de flujo (10), que comprende:
    5 una pila de batenas de flujo (26) que tiene una solucion de electrolitos que circula a traves de ella; un sensor (30, 32, 34, 36, 38, 40) en comunicacion con la solucion de electrolitos; y
    un bucle de refrigerante (20, 22, 24) en comunicacion para intercambio de calor con la solucion de electrolitos,
    donde la comunicacion para intercambio de calor se selecciona basandose en una salida del sensor (30, 32, 34, 36, 10 38, 40).
    caracterizado porque:
    el sistema comprende un sensor de estado de carga (40) en comunicacion con la solucion de electrolitos, donde el 15 sensor de estado de carga (40) esta dispuesto para detectar un estado de carga de iones en la solucion de electrolitos y para proporcionar una senal de estado de carga indicativa del mismo, y donde el sistema esta dispuesto de manera que la comunicacion para intercambio de calor se selecciona basandose en la senal de estado de carga.
    20 2. El sistema (10) de acuerdo con la reivindicacion 1, donde la comunicacion para intercambio de calor
    es externa a la pila de batenas de flujo (26).
  2. 3. El sistema de acuerdo con la reivindicacion 1 o 2, donde el bucle de refrigerante (20, 22, 24) esta en comunicacion para intercambio de calor con la solucion de electrolitos a traves de un intercambiador de calor (74,
    25 76, 78).
  3. 4. El sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, que comprende ademas un controlador (42) que recibe la salida del sensor (30, 32, 34, 36), que es indicativa de una temperatura de la solucion de electrolitos, y controla la comunicacion para intercambio de calor con el fin de mantener una temperatura de la
    30 solucion de electrolitos en:
    la pila de batenas de flujo (26) por encima de una temperatura del precipitado de una especie ionica incluida en la solucion de electrolitos; y/o
    un deposito (12, 14) dentro de un intervalo de temperatura de almacenamiento.
    35
  4. 5. El sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde la pila de batenas de flujo (26) incluye una celula de batena de flujo (92) recubierta con un material acido que impide al menos parcialmente la formacion de precipitado en la solucion de electrolitos de vanadio dentro de la celula de batena de flujo (92).
    40
  5. 6. El sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde la solucion de electrolitos comprende una solucion de electrolitos de vanadio que incluye una especie ionica que precipita por encima de aproximadamente cuarenta grados Celsius.
    45 7. El sistema de acuerdo con la reivindicacion 6, que comprende ademas un controlador (42) que recibe
    la salida del sensor (30, 32, 34, 36), que es indicativa de una temperatura de la solucion de electrolitos de vanadio, y controla la comunicacion para intercambio de calor con el fin de mantener a temperatura de la solucion de electrolitos de vanadio en la pila de batenas de flujo (26) por debajo de aproximadamente ochenta grados Celsius.
    50 8. El sistema de acuerdo con la reivindicacion 6 o 7, que comprende ademas un deposito (12, 14) para
    almacenar la solucion de electrolitos, donde el deposito (12, 14) incluye una pluralidad de perlas de intercambio ionico acidas que impiden al menos parcialmente la formacion de precipitado en la solucion de electrolitos de vanadio dentro del deposito (12, 14).
    55 9. El sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende ademas un
    sensor de precipitado (38) en comunicacion con la solucion de electrolitos, donde el sensor de precipitado (38) esta dispuesto para detectar una cantidad de precipitado en la solucion de electrolitos y proporciona una senal de precipitado indicativa de la misma, y donde la comunicacion para intercambio de calor se selecciona ademas basandose en la senal de precipitado.
  6. 10. El sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende ademas un deposito (12, 14) para almacenar la solucion de electrolitos, donde el deposito (12, 14) comprende
    5 un deposito de origen que proporciona la solucion de electrolitos a la pila de batenas de flujo (26); y un deposito de retorno que recibe la solucion de electrolitos de la pila de batenas de flujo (26).
  7. 11. Un procedimiento para el funcionamiento de un sistema de batenas de flujo (10) que incluye una primera solucion de electrolitos que circula a traves de una pila de batenas de flujo (26), que esta en comunicacion
    10 con un sensor (30, 32, 34, 36, 38, 40), y que esta en comunicacion para intercambio de calor con un bucle de refrigerante (20, 22, 24), comprendiendo el procedimiento:
    la regulacion de la temperatura de la primera solucion de electrolitos seleccionando selectivamente la comunicacion para intercambio de calor basandose en una salida del sensor (30, 32, 34, 36, 38, 40); y 15 el funcionamiento de la pila de batenas de flujo (26) para uno de entre almacenar energfa en y descargar energfa desde la primera solucion de electrolitos.
    caracterizado porque:
    20 el procedimiento comprende la deteccion de un estado de carga de iones en la primera solucion de electrolitos con un sensor de estado de carga (40), donde la comunicacion para intercambio de calor se controla selectivamente basandose en la salida del sensor de estado de carga (40) indicativa del estado de carga de la primera solucion de electrolitos.
    25 12. El procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 11, donde la primera solucion de electrolitos incluye
    una especie ionica que precipita por encima de una temperatura del precipitado, y donde la temperatura de la
    primera solucion de electrolitos se mantiene por encima de la temperatura del precipitado, y opcionalmente la primera solucion de electrolitos comprende una solucion de electrolitos de vanadio y la temperatura del precipitado es igual a aproximadamente cuarenta grados Celsius.
    30
  8. 13. El procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 11 o 12, que comprende ademas la regulacion de la
    temperatura de una segunda solucion de electrolitos con el bucle de refrigerante (20, 22, 24), donde el bucle de refrigerante (20, 22, 24) esta en comunicacion para intercambio de calor con la segunda solucion de electrolitos.
    35 14. El procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13, que comprende ademas
    la regulacion de la temperatura de una segunda solucion de electrolitos con un segundo bucle de refrigerante (20,
    22, 24), donde el segundo bucle de refrigerante (20, 22, 24) esta en comunicacion para intercambio de calor con la segunda solucion de electrolitos, y opcionalmente el mantenimiento de una temperatura diferencial entre las temperaturas de las soluciones de electrolitos primera y segunda en la pila de batenas de flujo (26).
    40
  9. 15. El procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 11 a 14, que comprende ademas
    la deteccion de una cantidad de precipitado en la primera solucion de electrolitos con un sensor de precipitado (38), donde la comunicacion para intercambio de calor se controla selectivamente ademas basandose en una salida del sensor de precipitado (38) indicativa de la cantidad de precipitado en la primera solucion de electrolitos.
    45
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