FR3063577A1 - FLOW BATTERY AND METHOD FOR CONTROLLING A FLOW BATTERY - Google Patents
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Abstract
La batterie à flux (2) comprend au moins une cellule électrochimique (4) configurée pour réaliser une réaction d'oxydoréduction entre un premier réactif (R1) gazeux et un deuxième réactif (R2), un réservoir (20) configuré pour stocker le premier réactif (R1) et relié fluidiquement à la cellule électrochimique (4), un ballon (32) gonflable disposé à l'intérieur du réservoir (20) de stockage, et un système de gonflage (24) configuré pour gonfler le ballon (32) avec un fluide de manière expulser le premier réactif (R1) du réservoir (20) vers la cellule électrochimique (4).The flow battery (2) comprises at least one electrochemical cell (4) configured to perform a redox reaction between a first reactant (R1) and a second reagent (R2), a reservoir (20) configured to store the first reagent (R1) and fluidly connected to the electrochemical cell (4), an inflatable balloon (32) disposed within the storage tank (20), and an inflation system (24) configured to inflate the balloon (32) with a fluid to expel the first reagent (R1) from the reservoir (20) to the electrochemical cell (4).
Description
(54) BATTERIE A FLUX ET PROCEDE DE CONTROLE D'UNE BATTERIE A FLUX.(54) FLOW BATTERY AND METHOD FOR CONTROLLING A FLOW BATTERY.
(57) La batterie à flux (2) comprend au moins une cellule electrochimique (4) configurée pour réaliser une réaction d'oxydoréduction entre un premier réactif (R1) gazeux et un deuxième réactif (R2), un réservoir (20) configuré pour stocker le premier réactif (R1) et relié fluidiquement à la cellule électrochimique (4), un ballon (32) gonflable disposé à l'intérieur du réservoir (20) de stockage, et un système de gonflage (24) configuré pour gonfler le ballon (32) avec un fluide de manière expulser le premier réactif (R1 ) du réservoir (20) vers la cellule électrochimique (4).(57) The flux battery (2) comprises at least one electrochemical cell (4) configured to carry out an oxidation-reduction reaction between a first gaseous reagent (R1) and a second reagent (R2), a reservoir (20) configured to storing the first reagent (R1) and fluidly connected to the electrochemical cell (4), an inflatable balloon (32) disposed inside the storage tank (20), and an inflation system (24) configured to inflate the balloon (32) with a fluid so as to expel the first reagent (R1) from the reservoir (20) towards the electrochemical cell (4).
Batterie à flux et procédé de contrôle d’une batterie à fluxFlow battery and method for controlling a flow battery
La présente invention concerne le domaine des batteries à flux aussi nommées « Redox Flow Battery >> selon la terminologie anglaise.The present invention relates to the field of flow batteries also called "Redox Flow Battery" according to English terminology.
Une batterie à flux comprend au moins une cellule électrochimique configurée pour générer de l’électricité par réaction d’oxydoréduction entre un premier réactif et un deuxième réactif, et pour régénérer le premier réactif et le deuxième réactif à partir du produit de réaction de la réaction d’oxydoréduction lorsque la cellule électrochimique est alimentée en électricité.A flow battery includes at least one electrochemical cell configured to generate electricity by redox reaction between a first reagent and a second reagent, and to regenerate the first reagent and the second reagent from the reaction product of the reaction oxidation-reduction when the electrochemical cell is supplied with electricity.
Une batterie à flux est utilisable notamment comme solution de stockage d’énergie produite de manière intermittente par une source d’énergie telle qu’une centrale solaire, une centrale éolienne ou un centrale hydrolienne.A flow battery can be used in particular as an energy storage solution produced intermittently by an energy source such as a solar power plant, a wind power plant or a tidal power plant.
Lorsque la source d’énergie ne produit pas d’électricité, la batterie à flux est utilisée pour générer de l’électricité par réaction d’oxydoréduction entre le premier réactif et le deuxième réactif, et lorsque la source d’énergie produit de l’électricité, la batterie à flux utilise cette électricité pour régénérer le premier réactif et le deuxième réactif, et ainsi stocker de l’énergie sous forme chimique.When the energy source does not produce electricity, the flux battery is used to generate electricity by redox reaction between the first reagent and the second reagent, and when the energy source produces electricity, the flow battery uses this electricity to regenerate the first reagent and the second reagent, and thus store energy in chemical form.
Le premier réactif et le deuxième réactif sont stockés par exemple dans des réservoirs ou des cuves. La capacité énergétique de la batterie à flux dépend essentiellement de la taille des réservoirs ou des cuves.The first reagent and the second reagent are stored for example in reservoirs or tanks. The energy capacity of the flow battery essentially depends on the size of the tanks or vessels.
Un des buts de l’invention est d’améliorer la capacité énergétique d’une batterie à flux utilisant au moins un réactif gazeux.One of the aims of the invention is to improve the energy capacity of a flux battery using at least one gaseous reagent.
A cet effet, l’invention propose une batterie à flux comprenant au moins une cellule électrochimique configurée pour réaliser une réaction d’oxydoréduction entre un premier réactif gazeux et un deuxième réactif, un réservoir configuré pour stocker le premier réactif et relié fluidiquement à la cellule électrochimique, un ballon gonflable disposé à l’intérieur du réservoir de stockage, et un système de gonflage configuré pour gonfler le ballon avec un fluide de manière expulser le premier réactif du réservoir vers la cellule électrochimique.To this end, the invention provides a flow battery comprising at least one electrochemical cell configured to carry out an oxidation-reduction reaction between a first gaseous reagent and a second reagent, a reservoir configured to store the first reagent and fluidly connected to the cell electrochemical, an inflatable balloon disposed inside the storage tank, and an inflation system configured to inflate the balloon with a fluid so as to expel the first reagent from the tank to the electrochemical cell.
Selon des modes de réalisation particuliers, la batterie à flux peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles suivantes, prises isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possible :According to particular embodiments, the flux battery can comprise one or more of the following optional characteristics, taken in isolation or in any technically possible combination:
- le système de gonflage est configuré pour gonfler le ballon avec un gaz ;- the inflation system is configured to inflate the balloon with a gas;
- le système de gonflage est configuré pour gonfler le ballon avec de l’air comprimé ;- the inflation system is configured to inflate the balloon with compressed air;
- le système de gonflage est configuré pour dégonfler le ballon pendant la charge de la batterie, pour permette le remplissage du réservoir avec le premier réactif ;- The inflation system is configured to deflate the balloon while charging the battery, to allow the reservoir to be filled with the first reagent;
- le système de gonflage comprend une valve de dégonflage dont l’ouverture permet pour dégonfler le ballon ;- the inflation system includes a deflation valve whose opening allows to deflate the balloon;
- le système de gonflage est configuré pour maintenir la pression à l’intérieur du ballon à une pression de consigne prédéfinie au cours de la décharge de la batterie ; et- the inflation system is configured to maintain the pressure inside the balloon at a preset pressure during the discharge of the battery; and
- le réservoir comprend un trou fermé par un couvercle amovible, le ballon possédant une embouchure raccordée à la périphérie du trou ou au couvercle, le système de gonflage étant raccordé au ballon à travers le couvercle.- The reservoir comprises a hole closed by a removable cover, the balloon having a mouth connected to the periphery of the hole or to the cover, the inflation system being connected to the balloon through the cover.
L’invention concerne également un procédé de contrôle d’une batterie à flux comprenant au moins une cellule électrochimique configurée pour réaliser une réaction d’oxydoréduction entre un premier réactif gazeux et un deuxième réactif, et un réservoir configuré pour stocker le premier réactif et relié fluidiquement à la cellule électrochimique, le procédé comprenant, pendant la décharge de la batterie à flux, le gonflage d’un ballon à l’intérieur du réservoir de stockage avec un fluide, de manière à expulser le premier réactif du réservoir vers la cellule électrochimique.The invention also relates to a method for controlling a flow battery comprising at least one electrochemical cell configured to carry out a redox reaction between a first gaseous reagent and a second reagent, and a reservoir configured to store the first reagent and connected fluidically to the electrochemical cell, the method comprising, during the discharge of the flow battery, inflating a balloon inside the storage tank with a fluid, so as to expel the first reagent from the tank to the electrochemical cell .
Selon des modes de mise en œuvre particuliers, le procédé de contrôle peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles suivantes, prises isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possible :According to particular modes of implementation, the control process may include one or more of the following optional characteristics, taken in isolation or in any technically possible combination:
- il comprend, pendant la charge de la batterie, le dégonflage du ballon pour permettre le remplissage du réservoir avec le premier réactif ; et- It includes, while charging the battery, deflating the balloon to allow filling of the reservoir with the first reagent; and
- le gonflage du ballon comprend le maintien de la pression du fluide à l’intérieur du ballon à une pression de consigne prédéfinie.- inflating the balloon includes maintaining the pressure of the fluid inside the balloon at a predefined set pressure.
L’invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre, données uniquement à titre d’exemple, et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels les Figures 1 et 2 sont des vues schématiques d’une batterie à flux dans deux configurations différentes.The invention and its advantages will be better understood on reading the description which follows, given solely by way of example, and made with reference to the accompanying drawings, in which Figures 1 and 2 are schematic views of a battery flow in two different configurations.
La batterie à flux 2 des Figures 1 et 2 comprend au moins une cellule électrochimique 4 configurée pour réaliser une réaction d’oxydoréduction entre un premier réactif R1 et un deuxième réactif R2 pour générer de l’énergie électrique. La réaction d’oxydoréduction génère un produit de réaction PRThe flux battery 2 of Figures 1 and 2 comprises at least one electrochemical cell 4 configured to carry out a redox reaction between a first reagent R1 and a second reagent R2 to generate electrical energy. The redox reaction generates a PR reaction product
La cellule électrochimique 4 est aussi configurée pour régénérer le premier réactif R1 et le deuxième réactif R2 à partir du produit de réaction PR de la réaction d’oxydoréduction lorsque la cellule électrochimique 4 est alimentée en électricité.The electrochemical cell 4 is also configured to regenerate the first reagent R1 and the second reagent R2 from the reaction product PR of the redox reaction when the electrochemical cell 4 is supplied with electricity.
La batterie à flux 2 comprend ici une seule cellule électrochimique 4. La batterie à flux 2 comprend en variante plusieurs cellules électrochimiques reliée fluidiquement et électriquement entre elles de manière connue en soi. Les cellules électrochimiques sont par exemple empilées pour former un empilement ou « stack >>.The flow battery 2 here comprises a single electrochemical cell 4. The flow battery 2 alternatively comprises several electrochemical cells fluidly and electrically connected to each other in a manner known per se. The electrochemical cells are for example stacked to form a stack.
Lorsque la batterie à flux 2 produit de l’électricité en consommant le premier réactif R1 et le deuxième réactif R2, la batterie à flux 2 se décharge, et lorsque la batterie à flux 2 consomme de l’électricité pour régénérer le premier réactif R1 et le deuxième réactif R2 à partir du produit de réaction, la batterie à flux 2 se charge.When the flow battery 2 produces electricity by consuming the first reagent R1 and the second reagent R2, the flow battery 2 is discharged, and when the flow battery 2 consumes electricity to regenerate the first reagent R1 and the second reagent R2 from the reaction product, the flow battery 2 is charged.
La charge de la batterie à flux 2 permet de stocker de l’énergie sous forme chimique en régénérant le premier réactif R1 et le deuxième réactif R2, qui sont ensuite utilisables lors d’une décharge ultérieure de la batterie à flux 2 pour générer de l’électricité.Charging the flux 2 battery makes it possible to store energy in chemical form by regenerating the first reagent R1 and the second reagent R2, which can then be used during a subsequent discharge of the flux 2 battery to generate l 'electricity.
La cellule électrochimique 4 comprend un premier compartiment 6 configuré pour recevoir le premier réactif R1 et un deuxième compartiment 8 configuré pour recevoir le deuxième réactif R2 de sorte que le premier réactif R1 et le deuxième réactif R2 présents respectivement dans le premier compartiment 6 et le deuxième compartiment 8 réagissent ensemble.The electrochemical cell 4 comprises a first compartment 6 configured to receive the first reagent R1 and a second compartment 8 configured to receive the second reagent R2 so that the first reagent R1 and the second reagent R2 present respectively in the first compartment 6 and the second compartment 8 reacts together.
La cellule électrochimique 4 comprend ici une membrane 10 échangeuse d’ions séparant physiquement le premier compartiment 6 et le deuxième compartiment 8. La membrane 10 est configurée pour permettre la réalisation de la réaction d’oxydoréduction entre le premier réactif R1 et le deuxième réactif R2 par échange d’ions à travers la membrane 10, sans mélange du premier réactif R1 et du deuxième réactif R2.The electrochemical cell 4 here comprises an ion exchange membrane 10 physically separating the first compartment 6 and the second compartment 8. The membrane 10 is configured to allow the oxidation-reduction reaction to take place between the first reagent R1 and the second reagent R2 by ion exchange through the membrane 10, without mixing the first reagent R1 and the second reagent R2.
La membrane 10 est par exemple une membrane échangeuse de protons. Cette membrane peut-être intrinsèquement échangeuse de protons comme les membranes utilisées dans les pile à combustible ou alternativement une structure poreuse dont les porosités sont chargée avec l’électrolyte conducteur de proton. Une telle structure poreuse peut-être à titre d’exemple une membrane en Polyfluorure de vinylidène (PVDF).The membrane 10 is for example a proton exchange membrane. This membrane may be intrinsically proton-exchange like the membranes used in fuel cells or alternatively a porous structure whose porosities are charged with the proton-conducting electrolyte. Such a porous structure may, for example, be a polyvinylidene fluoride (PVDF) membrane.
La cellule électrochimique 4 comprend une première électrode 12 et une deuxième électrode 14 disposées respectivement dans le premier compartiment 6 et dans le deuxième compartiment 8. La première électrode 12 et la deuxième électrode 14 sont configurées pour collecter l’électricité lors de la décharge de la batterie à flux 2 et pour apporter de l’électricité lors de la charge de la batterie à flux 2.The electrochemical cell 4 comprises a first electrode 12 and a second electrode 14 disposed respectively in the first compartment 6 and in the second compartment 8. The first electrode 12 and the second electrode 14 are configured to collect electricity during the discharge of the flux 2 battery and to provide electricity when charging the flux 2 battery.
La première électrode 12 et la deuxième électrode 14 sont reliées respectivement à une première borne 16 et une deuxième borne 18 de la batterie à flux 2, permettant de relier la cellule électrochimique 4 à une charge électrique lors de la décharge de la batterie à flux 2, ou à une source électrique lors de la charge de la batterie à flux 2.The first electrode 12 and the second electrode 14 are respectively connected to a first terminal 16 and a second terminal 18 of the flux battery 2, making it possible to connect the electrochemical cell 4 to an electric charge during the discharge of the flux battery 2 , or to an electric source when charging the flux 2 battery.
La batterie à flux 2 est configurée pour utiliser un premier réactif R1 à l’état de gaz, et un deuxième réactif R2 à l’état de gaz ou de liquide, ici à l’état de liquide. Le produit de réaction PR est sous forme de gaz ou de liquide, ici sous forme de gaz.The flow battery 2 is configured to use a first reagent R1 in the gas state, and a second reagent R2 in the gas or liquid state, here in the liquid state. The reaction product PR is in the form of gas or liquid, here in the form of gas.
La batterie à flux 2 est configurée de manière que le premier réactif R1 est consommé pendant la réaction d’oxydoréduction, sans génération de produit de réaction PR dans le premier compartiment 6. Le produit de réaction PR est généré dans le deuxième compartiment 8.The flow battery 2 is configured so that the first reagent R1 is consumed during the redox reaction, without generation of reaction product PR in the first compartment 6. The reaction product PR is generated in the second compartment 8.
Dans un mode de réalisation, le premier réactif R1 est du dihydrogène (H2) gazeux et le deuxième réactif R2 est une solution de Brome (Br2). Le produit de réaction est du bromure d’hydrogène (HBr) gazeux. La membrane 10 est alors une membrane échangeuse de protons (ou PEM pour « proton exchange membrane »).In one embodiment, the first reagent R1 is gaseous dihydrogen (H 2 ) and the second reagent R2 is a Bromine solution (Br 2 ). The reaction product is hydrogen bromide (HBr) gas. The membrane 10 is then a proton exchange membrane (or PEM for “proton exchange membrane”).
En décharge, des protons (H+) traversent la membrane 10 du premier compartiment 6 vers le deuxième compartiment 8 pour y réagir avec le Bromure (Br2), et du bromure d’hydrogène (HBr) est formé dans le deuxième compartiment 8. Aucun produit de réaction n’est formé dans le premier compartiment 6.In discharge, protons (H +) cross the membrane 10 from the first compartment 6 to the second compartment 8 to react there with Bromide (Br 2 ), and hydrogen bromide (HBr) is formed in the second compartment 8. None reaction product is formed in the first compartment 6.
La batterie à flux 2 comprend un réservoir 20 configuré pour stocker le premier réactif R1 gazeux. Le réservoir 20 est relié fluidiquement à la cellule électrochimique 4 pour alimenter la cellule électrochimique 4 avec le premier réactif R1 pendant une décharge de la batterie à flux 2, et pour récupérer et stocker le premier réactif R1 généré pendant une charge de la batterie à flux 2.The flow battery 2 comprises a reservoir 20 configured to store the first gaseous reagent R1. The reservoir 20 is fluidly connected to the electrochemical cell 4 to supply the electrochemical cell 4 with the first reagent R1 during discharge of the flow battery 2, and to recover and store the first reagent R1 generated during charging of the flow battery 2.
Le réservoir 20 est ici relié fluidiquement à la cellule électrochimique 4 par une ligne de premier réactif 22.The reservoir 20 is here fluidly connected to the electrochemical cell 4 by a line of first reagent 22.
Le réservoir 20 est formé d’une enveloppe rigide. Le volume interne du réservoir 20 est sensiblement invariant en fonction de la pression à l’intérieur du réservoir dans les conditions d’utilisation normales.The reservoir 20 is formed of a rigid envelope. The internal volume of the tank 20 is substantially invariant as a function of the pressure inside the tank under normal conditions of use.
La batterie à flux 2 comprend une cuve 24 configurée pour le stockage du deuxième réactif R2. La cuve 24 est reliée fluidiquement à la cellule électrochimique 4 pour alimenter la cellule électrochimique 4 en deuxième réactif R2 pendant une décharge de la batterie à flux 2 et pour collecter le deuxième réactif R2 généré par la cellule électrochimique 4 pendant une charge de la batterie à flux 2.The flow battery 2 comprises a tank 24 configured for the storage of the second reagent R2. The tank 24 is fluidly connected to the electrochemical cell 4 to supply the electrochemical cell 4 with second reagent R2 during discharge of the flow battery 2 and to collect the second reagent R2 generated by electrochemical cell 4 during charging of the battery at flow 2.
La cuve 24 est ici reliée fluidiquement à la cellule électrochimique 4 par une ligne de deuxième réactif 26.The tank 24 is here fluidly connected to the electrochemical cell 4 by a line of second reagent 26.
La cuve 24 est configurée pour le stockage du produit de réaction généré par la réaction d’oxydoréduction dans le deuxième compartiment 8 pendant la décharge de la batterie à flux 2.The tank 24 is configured for the storage of the reaction product generated by the redox reaction in the second compartment 8 during the discharge of the flow battery 2.
La cuve 24 est reliée fluidiquement au deuxième compartiment 8 pour le stockage des produits de réaction générés dans le deuxième compartiment 8 pendant la décharge de la batterie, et pour l’alimentation du deuxième compartiment 8 en produit de réaction pendant la charge de la batterie.The tank 24 is fluidly connected to the second compartment 8 for the storage of the reaction products generated in the second compartment 8 during the discharging of the battery, and for the supply of the second compartment 8 with reaction product during the charging of the battery.
La cuve 24 est reliée au deuxième compartiment 8 par une ligne de produit de réaction 28 reliant la cuve 24 au deuxième compartiment 8.The tank 24 is connected to the second compartment 8 by a line of reaction product 28 connecting the tank 24 to the second compartment 8.
Le deuxième réactif R2 liquide se situe dans la partie inférieure de la cuve 24 et le produit de réaction gazeux se situe dans la partie supérieure de la cuve 24, au-dessus du deuxième réactif R2.The second liquid reagent R2 is located in the lower part of the vessel 24 and the gaseous reaction product is located in the upper part of the vessel 24, above the second reagent R2.
La ligne de produit de réaction relie la partie supérieure de la cuve 24 au deuxième compartiment 8 et la ligne de deuxième réactif relie la partie inférieure de la cuve 24 au deuxième compartiment 8. La ligne de produit de réaction 28 est distincte de la ligne de deuxième réactif 26.The line of reaction product connects the upper part of the tank 24 to the second compartment 8 and the line of second reagent connects the lower part of the tank 24 to the second compartment 8. The line of reaction product 28 is distinct from the line of second reagent 26.
Dans l’exemple illustré, le deuxième réactif R2 et le produit de réaction ne sont pas séparés dans la cuve 24, par exemple par un séparateur. Le produit de réaction PR est en contact avec le deuxième réactif R2 dans la cuve 24, à l’interface entre la phase liquide (deuxième réactif R2) et la phase gazeuse (produit de réaction PR).In the example illustrated, the second reagent R2 and the reaction product are not separated in the tank 24, for example by a separator. The reaction product PR is in contact with the second reagent R2 in the tank 24, at the interface between the liquid phase (second reagent R2) and the gas phase (reaction product PR).
La batterie à flux 2 comprend un dispositif de mise en circulation 30 pour forcer la circulation du produit de réaction dans la ligne de produit de réaction, entre la cellule électrochimique 4 et la cuve 24.The flow battery 2 comprises a circulation device 30 for forcing the circulation of the reaction product in the reaction product line, between the electrochemical cell 4 and the tank 24.
Le dispositif de mise en circulation 30 est configuré pour forcer la circulation du produit de réaction de la cellule électrochimique 4 vers la cuve 24, pendant la décharge de la batterie, et/ou de la cuve 24 vers la cellule électrochimique 4, pendant la charge de la batterie à flux 2.The circulation device 30 is configured to force the circulation of the reaction product from the electrochemical cell 4 to the tank 24, during the discharge of the battery, and / or from the tank 24 to the electrochemical cell 4, during charging. flow battery 2.
Le dispositif de mise en circulation 28 est par exemple un ventilateur ou une pompe.The circulation device 28 is for example a fan or a pump.
En fin de décharge de la batterie à flux 2, une réserve résiduelle de premier réactif R1 gazeux est susceptible de subsister dans le réservoir 20 après une décharge complète de la batterie, sans pouvoir être exploitée. La réserve résiduelle peut représenter par exemple 20% de la quantité totale de premier réactif R1 présente dans le réservoir 20 lorsque la batterie à flux 2 est complètement chargéeAt the end of discharge of the flow battery 2, a residual reserve of first gaseous reagent R1 is likely to remain in the reservoir 20 after a complete discharge of the battery, without being able to be used. The residual reserve can represent for example 20% of the total quantity of first reagent R1 present in the reservoir 20 when the flux battery 2 is fully charged
La batterie à flux 2 comprend un ballon 32 gonflable disposé à l’intérieur du réservoir 20 et un système de gonflage 34 configuré pour gonfler le ballon 32 avec un fluide F, de manière à expulser le premier réactif R1 du réservoir 20 vers la cellule électrochimique 4, et plus particulièrement vers le premier compartiment 6, du fait du gonflage du ballon 32 à l’intérieur du réservoir 20.The flow battery 2 comprises an inflatable balloon 32 disposed inside the tank 20 and an inflation system 34 configured to inflate the balloon 32 with a fluid F, so as to expel the first reagent R1 from the tank 20 towards the electrochemical cell 4, and more particularly towards the first compartment 6, due to the inflation of the balloon 32 inside the tank 20.
Le gonflage du ballon 32 augmente le volume occupé par le ballon 32 à l’intérieur du réservoir 20 et diminue le volume résiduel disponible pour le premier réactif R1 à l’intérieur du réservoir 20.The inflation of the balloon 32 increases the volume occupied by the balloon 32 inside the tank 20 and decreases the residual volume available for the first reagent R1 inside the tank 20.
Le fluide F est distinct du premier réactif R1, du deuxième réactif R2 et du produit de réaction PR.The fluid F is distinct from the first reagent R1, the second reagent R2 and the reaction product PR.
Le système de gonflage 34 est par exemple configuré pour gonfler le ballon 32 avec un gaz, en particulier de l’air. En variante, le fluide utilisé pour gonfler le ballon 32 gonflable est un liquide.The inflation system 34 is for example configured to inflate the balloon 32 with a gas, in particular air. Alternatively, the fluid used to inflate the inflatable balloon 32 is a liquid.
Le système de gonflage 34 comprend ici un compresseur d’air 36 configuré pour gonfler le ballon 32 gonflable avec de l’air comprimé. L’air comprimé par le compresseur d’air 24 est prélevé dans l’air ambient.The inflation system 34 here includes an air compressor 36 configured to inflate the inflatable balloon 32 with compressed air. The air compressed by the air compressor 24 is taken from the ambient air.
Dans une variante particulière, le système de gonflage 34 comprend un accumulateur de gaz, par exemple d’air comprimé relié au ballon 32.In a particular variant, the inflation system 34 comprises a gas accumulator, for example of compressed air connected to the balloon 32.
Le système de gonflage 34 est en outre configuré pour le dégonflage du ballon 32 gonflable, en particulier au cours de la charge de la batterie.The inflation system 34 is further configured for deflating the inflatable balloon 32, in particular during the charging of the battery.
Le dégonflage du ballon 32 diminue le volume occupé par le ballon 32 à l’intérieur du réservoir 20 et augmente le volume disponible pour le premier réactif R1 à l’intérieur du réservoir 20.Deflating the balloon 32 decreases the volume occupied by the balloon 32 inside the tank 20 and increases the volume available for the first reagent R1 inside the tank 20.
Le système de gonflage 34 comprend ici une valve de dégonflage 38 dont l’ouverture permet de vider le ballon 32 gonflable. L’ouverture de la valve de dégonflage 38 met ici l’intérieur du ballon 32 gonflable en communication fluidique avec l’air ambient.The inflation system 34 here comprises a deflation valve 38, the opening of which allows the inflatable balloon 32 to be emptied. The opening of the deflation valve 38 here places the interior of the inflatable balloon 32 in fluid communication with the ambient air.
Lorsque la valve de dégonflage 38 est ouverte, le ballon 32 gonflable se vide par exemple de lui-même sous l’effet de la pression du premier réactif R1 lorsque la pression du premier réactif R1 à l’intérieur du réservoir 20 est supérieure à la pression du fluide à l’intérieur du ballon 32.When the deflation valve 38 is open, the inflatable balloon 32 empties itself for example under the effect of the pressure of the first reagent R1 when the pressure of the first reagent R1 inside the reservoir 20 is greater than the fluid pressure inside the balloon 32.
Le système de gonflage 34 comprend ici un ensemble de valves comprenant une valve de gonflage 40 disposée entre le compresseur d’air et le ballon 32, et la valve de dégonflage 38.The inflation system 34 here comprises a set of valves comprising an inflation valve 40 disposed between the air compressor and the balloon 32, and the deflation valve 38.
Pour le gonflage du ballon 32 gonflable, la valve de gonflage 40 est ouverte et la valve de dégonflage 38 est fermée, et pour le dégonflage du ballon 32 gonflable la valve de gonflage 40 est fermée et la valve de dégonflage 36 est ouverte.For inflating the inflatable balloon 32, the inflation valve 40 is open and the deflation valve 38 is closed, and for deflating the inflatable balloon 32 the inflation valve 40 is closed and the deflation valve 36 is open.
Le réservoir 20 comprend un trou 42 fermé par un couvercle 44 amovible. Le trou 42 est de préférence un trou d’homme, i.e. un trou d’accès permettant à un homme de pénétrer à l’intérieur du réservoir 20, par exemple pour réaliser une opération de maintenance.The reservoir 20 includes a hole 42 closed by a removable cover 44. The hole 42 is preferably a manhole, i.e. an access hole allowing a man to enter inside the tank 20, for example to carry out a maintenance operation.
Le ballon 32 possède une embouchure 46 par laquelle il peut être gonflé, et qui est fixée de manière étanche à la périphérie du trou 42 ou sur le couvercle 44, le système de gonflage 34 étant raccordé au ballon 32 à travers le couvercle 44.The balloon 32 has a mouth 46 by which it can be inflated, and which is tightly fixed to the periphery of the hole 42 or to the cover 44, the inflation system 34 being connected to the balloon 32 through the cover 44.
Ceci permet d’équiper un réservoir 20 existant avec le ballon 32 et le système de gonflage 34 de manière simple et économique, en adaptant et/ou en replaçant le couvercle 44, sans avoir à intervenir sur le reste du réservoir 20.This makes it possible to equip an existing tank 20 with the balloon 32 and the inflation system 34 in a simple and economical manner, by adapting and / or replacing the cover 44, without having to intervene on the rest of the tank 20.
En fonctionnement, lorsque la batterie est chargée (Figure 1), le ballon 32 est dégonflé pour laisser le volume du réservoir 20 disponible pour le premier réactif R1 et stocker la plus grande quantité possible de premier réactif R1 dans le réservoir 20.In operation, when the battery is charged (FIG. 1), the balloon 32 is deflated to leave the volume of the reservoir 20 available for the first reagent R1 and to store the largest possible quantity of first reagent R1 in the reservoir 20.
Lorsque la batterie est déchargée (Figure 2), le ballon 32 est gonflé pour expulser le premier réactif R1 du réservoir 20 pour utiliser au maximum la quantité de premier réactif R1 stockée dans le réservoir 20.When the battery is discharged (FIG. 2), the balloon 32 is inflated to expel the first reagent R1 from the reservoir 20 to use the maximum amount of first reagent R1 stored in the reservoir 20.
Dans un mode de réalisation, le système de gonflage 34 est configuré pour, lors de la décharge, maintenir une pression de consigne prédéfinie à l’intérieur du ballon 32.In one embodiment, the inflation system 34 is configured to, during the discharge, maintain a predefined set pressure inside the balloon 32.
La pression de consigne dans le ballon 32 est choisie pour induire dans le volume du réservoir 20 occupé par le premier réactif R1 une pression suffisante pour le transfert du premier réactif R1 du réservoir 20 vers la cellule électrochimique 4 au fur et à mesure que le premier réactif R1 est consommé dans le premier compartiment 6.The set pressure in the flask 32 is chosen to induce in the volume of the reservoir 20 occupied by the first reagent R1 sufficient pressure for the transfer of the first reagent R1 from the reservoir 20 to the electrochemical cell 4 as the first reagent R1 is consumed in the first compartment 6.
La pression de consigne prédéfinie est choisie de sorte que, à l’état chargé de la batterie à flux 2, le ballon 32 étant dégonflé, la pression de premier réactif R1 dans le réservoir 20 est supérieure à la pression de consigne prédéfinie.The predefined set pressure is chosen so that, in the charged state of the flow battery 2, the balloon 32 being deflated, the pressure of first reagent R1 in the tank 20 is greater than the predefined set pressure.
La pression de consigne prédéfinie est choisie de manière à être suffisante pour expulser le premier réactif R1 du réservoir 20 vers la cellule électrochimique 4.The predefined setpoint pressure is chosen so as to be sufficient to expel the first reagent R1 from the reservoir 20 to the electrochemical cell 4.
Dans l’exemple illustré, la batterie à flux 2 comprend un capteur de pression 48 pour mesurer la pression du fluide à l’intérieur du ballon 32, le système de gonflage 34 étant configuré pour gonfler le ballon 32 en fonction d’un signal de mesure fourni par le capteur de pression.In the example illustrated, the flow battery 2 comprises a pressure sensor 48 for measuring the pressure of the fluid inside the balloon 32, the inflation system 34 being configured to inflate the balloon 32 according to a signal measurement provided by the pressure sensor.
Lorsque la batterie à flux 2 est chargée, le premier réactif R1 est à une pression supérieure à la pression de consigne prédéfinie. La pression à l’intérieur du ballon 32 est inférieure à celle à l’extérieur du ballon 32, et le ballon 32 ne se gonfle pas.When the flow battery 2 is charged, the first reagent R1 is at a pressure higher than the predefined set pressure. The pressure inside the balloon 32 is lower than that outside the balloon 32, and the balloon 32 does not inflate.
Au cours de la décharge, lorsque la pression du premier réactif R1 tend à devenir inférieure à la pression de consigne prédéfinie. Le ballon 32 tend à se gonfler progressivement du fait de la surpression à l’intérieur du ballon 32, et le ballon 32 expulse le premier réactif R1 du réservoir 20 vers la cellule électrochimique 4.During the discharge, when the pressure of the first reagent R1 tends to fall below the predefined set pressure. The balloon 32 tends to gradually inflate due to the overpressure inside the balloon 32, and the balloon 32 expels the first reagent R1 from the reservoir 20 towards the electrochemical cell 4.
Ainsi, en fin de décharge, le premier réactif R1 est donc maintenue sensiblement à la pression de consigne prédéfinie, calibrée pour assurer l’injection du premier réactif R1 dans la cellule électrochimique 4 en cours de décharge.Thus, at the end of discharge, the first reagent R1 is therefore maintained substantially at the predefined set pressure, calibrated to ensure the injection of the first reagent R1 into the electrochemical cell 4 during discharge.
Ainsi, la réserve résiduelle de premier réactif R1 est diminuée par rapport au cas 5 où le réservoir 20 serait dépourvu de ballon 32.Thus, the residual reserve of first reagent R1 is reduced compared to case 5 where the reservoir 20 is devoid of flask 32.
En l’absence de ballon 32, à l’issue de la décharge, il resterait dans le réservoir 20 une réserve résiduelle de premier réactif R1 non exploitée, qui ne servirait pas pour générer de l’énergie électrique et ultérieurement stocker de l’énergie.In the absence of a balloon 32, at the end of the discharge, there would remain in the reservoir 20 a residual reserve of first reagent R1 which is not used, which would not be used to generate electrical energy and subsequently store energy .
Le ballon 32 permet de diminuer voir supprimer la réserve résiduelle (ballon 32 10 gonflé), et ce sans affecter sensiblement la capacité volumique maximale du réservoir 20 (ballon 32 dégonflé). Ainsi la capacité énergétique de la batterie à flux 2 est augmentée sans pour autant augmenter la capacité volumique du réservoir 20.The balloon 32 makes it possible to reduce or even eliminate the residual reserve (balloon 32 10 inflated), without significantly affecting the maximum volume capacity of the tank 20 (balloon 32 deflated). Thus the energy capacity of the flow battery 2 is increased without increasing the volume capacity of the tank 20.
Claims (10)
Priority Applications (1)
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| FR1751746A FR3063577A1 (en) | 2017-03-03 | 2017-03-03 | FLOW BATTERY AND METHOD FOR CONTROLLING A FLOW BATTERY |
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Family Applications (1)
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| FR1751746A Pending FR3063577A1 (en) | 2017-03-03 | 2017-03-03 | FLOW BATTERY AND METHOD FOR CONTROLLING A FLOW BATTERY |
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Citations (3)
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| US20030022059A1 (en) * | 2000-12-06 | 2003-01-30 | Takefumi Ito | Pressurre fluctuation prevention tank structure, electrolyte circulation type secondary battery, and redox flow type secondary battery |
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2017
- 2017-03-03 FR FR1751746A patent/FR3063577A1/en active Pending
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