專利名稱：全釩液流儲能電池系統(tǒng)及其子系統(tǒng)功率一致性調(diào)節(jié)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及全釩液流儲能電池系統(tǒng)及其調(diào)節(jié)方法，尤其是全釩液流儲能電池系統(tǒng)及其在運行過程中各子系統(tǒng)功率一致性的調(diào)節(jié)方法。
背景技術(shù)：
電能作為難以儲存而又不可缺少的商品，一直是現(xiàn)代人類生活、生產(chǎn)必不可少能源。人們一直在研究平衡電能生產(chǎn)和需求的方法，來解決供需之間的矛盾，因此發(fā)展高效的儲能技術(shù)成為了焦點。全釩液流儲能電池，作為一類新型的電能儲存裝置，具有能量轉(zhuǎn)換效率高，可達 70% 80% ;蓄電容量大，系統(tǒng)設(shè)計靈活；可靠性高，可深度放電90%以上，以及運行維護費用低和環(huán)境友好等優(yōu)點。尤其是其容量與功率可獨立設(shè)計的特點，非常適合發(fā)展大規(guī)模儲能，以滿足數(shù)千瓦級甚至百兆瓦級的蓄電要求。配套可再生能源(如風(fēng)能、太陽能等)使用，可克服其發(fā)電不連續(xù)和不穩(wěn)定的缺點，保證發(fā)電和供電的連續(xù)性和平穩(wěn)性。大規(guī)模全釩液流儲能電池系統(tǒng)在實際應(yīng)用中，常常由若干個子系統(tǒng)通過串聯(lián)、并聯(lián)或者串并聯(lián)混合的形式組合在一起，共同儲供電，但是這種串并聯(lián)組合的形式往往會因為各子系統(tǒng)的狀態(tài)不一致而導(dǎo)致功率不相同，而引起這種現(xiàn)象的原因主要有兩點首先是各子系統(tǒng)的內(nèi)阻不一定相等。由于內(nèi)阻大小不同，造成電流或者電壓在子系統(tǒng)中的分配不同，導(dǎo)致子系統(tǒng)功率始終出現(xiàn)不一致。其次，在相同的充放電情況下，各子系統(tǒng)電解液的充電狀態(tài)SOC的差別，會造成子系統(tǒng)充放電周期錯位。例如一個子系統(tǒng)放電結(jié)束而另一子系統(tǒng)未完全放電，系統(tǒng)就轉(zhuǎn)入充電等現(xiàn)象，最終使各子系統(tǒng)的充放電功率不一致，系統(tǒng)的利用率不高。因此在系統(tǒng)運行前，應(yīng)采用相應(yīng)的技術(shù)手段盡量保證電壓或者電流的分配均勻性；而在系統(tǒng)運行中，則需想方設(shè)法的使各子系統(tǒng)的電解液充電狀態(tài)SOC相同。電池系統(tǒng)中子系統(tǒng)的內(nèi)阻決定了電流或者電壓的分配，內(nèi)阻包括電池的內(nèi)阻和電解液的離子電阻。電池的內(nèi)阻包括導(dǎo)體電阻、接觸電阻等等，主要由材料和裝配控制，不易調(diào)節(jié)，而電解液的離子電阻則主要取決于離子供應(yīng)量。電解液的充電狀態(tài)SOC在電池狀態(tài)確定的情況下，取決于電解液的供應(yīng)量影響的電化學(xué)反應(yīng)。上述子系統(tǒng)功率不一致的現(xiàn)象，既不利于大規(guī)模液流儲能電池系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運行，也會造成液流儲能電池系統(tǒng)由于串并聯(lián)所帶來的電解液容量的衰減。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種全釩液流儲能電池系統(tǒng)及其運行過程中各子系統(tǒng)功率一致性的調(diào)節(jié)方法。為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為—種全鑰;液流儲能電池系統(tǒng),其由P個、P彡2的全鑰;液流儲能電池子系統(tǒng)構(gòu)成，每個子系統(tǒng)均由正極電解液儲罐，負極電解液儲罐，循環(huán)泵，閥門，電池模塊和管路組成；正極電解液儲罐通過兩條管路A、B分別與電池模塊的正極電解液入口和出口連接，在電池模塊的正極電解液入口與正極電解液儲罐間的連接管路上設(shè)置有循環(huán)泵，在循環(huán)泵與正極電解液儲罐出口之間設(shè)置閥門；負極電解液儲罐通過兩條管路C、D分別與電池模塊的負極電解液入口和出口連接，在電池模塊的負極電解液入口與負極電解液儲罐間的連接管路上設(shè)置有循環(huán)泵，在循環(huán)泵與負極電解液儲罐出口之間設(shè)置閥門；通過互混管路E將每個子系統(tǒng)的正極電解液儲罐相連，連接到互混循環(huán)泵的進口，然后將互混循環(huán)泵的出口通過互混管路F分別與每個子系統(tǒng)的正極電解液儲罐相連，在每個子系統(tǒng)正極電解液儲罐的互混出口管路E上設(shè)置互混閥門；通過互混管路G將每個子系統(tǒng)的負極電解液儲罐相連，連接到互混循環(huán)泵的進口，然后將互混循環(huán)泵的出口通過互混管路H分別與每個子系統(tǒng)的負極電解液儲罐相連，在每個子系統(tǒng)負極電解液儲罐的互混出口管路G上設(shè)置互混閥門。所述每個子系統(tǒng)的充放電功率和充放電容量相同。關(guān)閉每個子系統(tǒng)正、負極電解液儲罐的互混出口處的互混閥門，每個子系統(tǒng)可獨立運行。所述全釩液流儲能電池系統(tǒng)各子系統(tǒng)的電解液互混方法為，打開每個子系統(tǒng)正極 和/或負極電解液儲罐互混出口處的互混閥門，通過互混循環(huán)泵將與互混管路E和G相連 的每個子系統(tǒng)正極和/或負極電解液從電解液儲罐中均勻抽出，再通過互混管路F和H均勻的分配到每個子系統(tǒng)的正極和/或負極電解液儲罐中，實現(xiàn)不同子系統(tǒng)正極和/或負極電解液的均勻混合。全釩液流儲能電池各子系統(tǒng)功率一致性的調(diào)節(jié)方法包括各子系統(tǒng)內(nèi)阻一致性和各子系統(tǒng)正、負極電解液充電狀態(tài)SOC —致性的調(diào)節(jié)方法。所述的調(diào)節(jié)方法為在電池系統(tǒng)運行初期，調(diào)節(jié)電池內(nèi)阻一致性；所述的各子系統(tǒng)內(nèi)阻的一致性的調(diào)節(jié)方法為通過控制閥門開度或循環(huán)泵轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)電解液流量至各子系統(tǒng)的內(nèi)阻相同；當(dāng)電池系統(tǒng)運行一段時間后，由于各子系統(tǒng)電解液流量不同所造成各子系統(tǒng)正、負極電解液充電狀態(tài)SOC出現(xiàn)差異，當(dāng)各子系統(tǒng)正、負極電解液充電狀態(tài)SOC不一致所導(dǎo)致的子系統(tǒng)實際功率偏離平均功率> 5%時，關(guān)閉正、負極電解液儲罐出口處的閥門和循環(huán)泵，停止電池系統(tǒng)運行，調(diào)節(jié)各子系統(tǒng)正、負極電解液充電狀態(tài)SOC—致性；所述的各子系統(tǒng)正、負極電解液充電狀態(tài)SOC—致性的調(diào)節(jié)方法為分別開啟正、負極電解液儲罐互混出口處的互混閥門和互混循環(huán)泵，將各子系統(tǒng)中的正、負極電解液分別通過互混循環(huán)泵將其均勻共混后重新輸送回到各子系統(tǒng)的正、負極電解液儲罐中，實現(xiàn)各子系統(tǒng)正、負極電解液充電狀態(tài)SOC的一致性；所述子系統(tǒng)平均功率為總功率/子系統(tǒng)個數(shù)。所述調(diào)節(jié)各子系統(tǒng)電池內(nèi)阻相同的依據(jù)是各子系統(tǒng)的充放電功率相同。所述各子系統(tǒng)正、負極電解液充電狀態(tài)SOC—致性的判斷依據(jù)為各子系統(tǒng)正、負極電解液容量和濃度相同。本發(fā)明的有益效果為I.本發(fā)明通過調(diào)節(jié)電解液流量來使電池各子系統(tǒng)內(nèi)阻相同和通過將不同子系統(tǒng)正、負極電解液互混的方法調(diào)節(jié)電解液荷電狀態(tài)SOC狀態(tài)一致性，保證了大規(guī)模全釩液流儲能電池系統(tǒng)串并聯(lián)子系統(tǒng)充放電功率的一致性；2.本發(fā)明降低了由于各子系統(tǒng)之間的串并聯(lián)運行方式對全釩液流儲能電池系統(tǒng)容量的影響，延緩了液流儲能電池系統(tǒng)由于串并聯(lián)所帶來的電解液容量的衰減；3.本發(fā)明為全釩液流儲能電池系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運行，提供了依據(jù)；
4.本發(fā)明調(diào)節(jié)方法簡單，僅靠泵或者閥門的調(diào)節(jié)即可實現(xiàn)，不增加系統(tǒng)和控制部分的復(fù)雜程度；5.本發(fā)明所采用的方法不影響大規(guī)模全釩液流儲能電池系統(tǒng)的正常運行。


圖I為全釩液流儲能電池子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；其中1正極電解液儲罐，2負極電解液儲罐，3循環(huán)泵，4電動閥門，5電池模塊，A、B正極管路，C、D負極管路；圖2為實施例I的全釩液流儲能電池系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；其中6互混循環(huán)泵，7電解液儲罐互混出口處的互混閥門，E各正極電解液儲罐互 混出口至互混循環(huán)泵入口的互混管路，F(xiàn)互混循環(huán)泵出口至各正極電解液儲罐互混入口的互混管路，G各負極電解液儲罐互混出口至互混循環(huán)泵入口的互混管路，H互混循環(huán)泵互混出口至各負極電解液儲罐入口的互混管路；圖3為實施例2的全釩液流儲能電池系統(tǒng)圖；圖4為實施例3的全釩液流儲能電池系統(tǒng)圖；圖5為實施例4的大規(guī)模全釩液流儲能電池系統(tǒng)圖；其中8液流儲能電池子系統(tǒng)；圖6為實施例5的全釩液流儲能電池系統(tǒng)圖。
具體實施例方式實施例I如圖2所示的一種全釩液流儲能電池系統(tǒng)，其由2個全釩液流儲能電池子系統(tǒng)構(gòu)成，每個子系統(tǒng)均由正極電解液儲罐1，負極電解液儲罐2，循環(huán)泵3，電動閥門4，電池模塊5和管路組成；正極電解液儲罐I通過兩條管路A、B分別與電池模塊5的正極電解液入口和出口連接，在電池模塊5的正極電解液入口與正極電解液儲罐I間的連接管路上設(shè)置有循環(huán)泵3，在循環(huán)泵3與正極電解液儲罐I出口之間設(shè)置有閥門4 ;負極電解液儲罐2通過兩條管路C、D分別與電池模塊5的負極電解液入口和出口連接，在電池模塊5的負極電解液入口與負極電解液儲罐2間的連接管路上設(shè)置有循環(huán)泵3，在循環(huán)泵3與負極電解液儲罐I出口之間設(shè)置有閥門4。通過互混管路E將2個子系統(tǒng)的正極電解液儲罐I相連，連接到互混循環(huán)泵6的進口，然后將互混循環(huán)泵6的出口通過互混管路F分別與2個子系統(tǒng)的正極電解液儲罐I相連，在2個子系統(tǒng)正極電解液儲罐I的互混出口管路E上設(shè)置互混閥門7 ;通過互混管路G將2個子系統(tǒng)的負極電解液儲罐2相連，連接到互混循環(huán)泵6的進口，然后將互混循環(huán)泵6的出口通過互混管路H分別與2個子系統(tǒng)的負極電解液儲罐2相連，在2個子系統(tǒng)負極電解液儲罐2的互混出口管路G上設(shè)置互混閥門7。電池系統(tǒng)中的2個子系統(tǒng)的充放電功率和充放電容量均完全相同，并且當(dāng)關(guān)閉2個子系統(tǒng)的正極電解液儲罐I和負極電解液儲罐2的互混出口處的互混閥門7時，每個子系統(tǒng)均可獨立運行。各子系統(tǒng)之間的電路連接形式可以是并聯(lián)或者串聯(lián)。大規(guī)模全釩液流儲能電池系統(tǒng)的子系統(tǒng)中的各個電池模塊由于裝配、材料等差異會引起電阻的不同，在通入相同的電解液流量，即離子電阻相同時會造成各子系統(tǒng)的電池內(nèi)阻出現(xiàn)差別，如圖2中的2個電池子系統(tǒng)采用串聯(lián)電路連接，則各子系統(tǒng)的電壓不同；如果采用并聯(lián)電路連接，則各子系統(tǒng)的電流不同，總體結(jié)果是各子系統(tǒng)的功率不一致。因此在電池系統(tǒng)運行初期，應(yīng)該通過調(diào)節(jié)各子系統(tǒng)的閥門4的開度或者調(diào)節(jié)循環(huán)泵3的轉(zhuǎn)速的方法來調(diào)節(jié)電解液流量，當(dāng)系統(tǒng)參數(shù)監(jiān)視系統(tǒng)中顯示各子系統(tǒng)的功率相同時，表明各子系統(tǒng)內(nèi)阻一致。這時各子系統(tǒng)中流入電池模塊的電解液流量不一定相同，當(dāng)電池系統(tǒng)運行一段時間之后，由流量不同所引起的各子系統(tǒng)的正、負極電解液充電狀態(tài)SOC出現(xiàn)差異的影響就會凸顯，各子系統(tǒng)功率的差異也越發(fā)明顯。當(dāng)各子系統(tǒng)的最大或者最小功率偏離平均功率彡5%時，打開每個子系統(tǒng)正極和/或負極電解液儲罐互混出口處的互混閥門，通過互混循環(huán)泵將與互混管路E和G相連的每個子系統(tǒng)正極和/或負極電解液從電解液儲罐中均勻抽出，再通過互混管路F和H均勻的分配到每個子系統(tǒng)的正極和/或負極電解液儲罐中，實現(xiàn)不同子系統(tǒng)正極和/或負極電解液的均勻混合，保證電解液充電狀態(tài)SOC的一致，消除由于調(diào)節(jié)各子系統(tǒng)電池內(nèi)阻一致所造成的影響，進一步提高了各子系統(tǒng)之間的功率一致性。之后每運行一段時間，均可以各子系統(tǒng)的最大或者最 小功率偏離平均功率> 5%為標(biāo)準(zhǔn)，判斷是否需要再次采用調(diào)節(jié)各子系統(tǒng)電解液充電狀態(tài)SOC —致性的方法，消除系統(tǒng)長期運行過程中電解液充電狀態(tài)SOC不同帶來的影響。實施例2如圖3所示的一種全釩液流儲能電池系統(tǒng)，其由4個全釩液流儲能電池子系統(tǒng)構(gòu)成，將4個子系統(tǒng)平均分成兩組，每組內(nèi)的兩個子系統(tǒng)之間通過并聯(lián)電路連接，組與組之間通過串聯(lián)電路連接。每個子系統(tǒng)均由正極電解液儲罐1，負極電解液儲罐2，循環(huán)泵3，閥門4，電池模塊5和管路組成；正極電解液儲罐I通過兩條管路A、B分別與電池模塊5的正極電解液入口和出口連接，在電池模塊5的正極電解液入口與正極電解液儲罐I間的連接管路上設(shè)置有循環(huán)泵3，在循環(huán)泵3與正極電解液儲罐I出口之間設(shè)置有閥門4 ;負極電解液儲罐2通過兩條管路C、D分別與電池模塊5的負極電解液入口和出口連接，在電池模塊5的負極電解液入口與負極電解液儲罐2間的連接管路上設(shè)置有循環(huán)泵3，在循環(huán)泵3與負極電解液儲罐I出口之間設(shè)置有閥門4。通過互混管路E將4個子系統(tǒng)的正極電解液儲罐I相連，連接到互混循環(huán)泵6的進口，然后將互混循環(huán)泵6的出口通過互混管路F分別與4個子系統(tǒng)的正極電解液儲罐I相連，在4個子系統(tǒng)正極電解液儲罐I的互混出口管路E上設(shè)置互混閥門7 ;通過互混管路G將4個子系統(tǒng)的負極電解液儲罐2相連，連接到互混循環(huán)泵6的進口，然后將互混循環(huán)泵6的出口通過互混管路H分別與4個子系統(tǒng)的負極電解液儲罐2相連，在4個子系統(tǒng)負極電解液儲罐2的互混出口管路G上設(shè)置互混閥門7。電池系統(tǒng)中的4個子系統(tǒng)的充放電功率和充放電容量均完全相同，并且當(dāng)關(guān)閉4個子系統(tǒng)的正極電解液儲罐I和負極電解液儲罐2的互混出口處的互混閥門7時，每個子系統(tǒng)均可獨立運行。大規(guī)模全釩液流儲能電池系統(tǒng)的子系統(tǒng)中的各個電池模塊由于裝配、材料等差異會引起電阻的不同，在通入相同的電解液流量，即離子電阻相同時會造成各子系統(tǒng)的電池內(nèi)阻出現(xiàn)差別，使得各子系統(tǒng)分配的電流或電壓不同，如圖3所示情況，若各子系統(tǒng)的電池內(nèi)阻均不相同，則兩組子系統(tǒng)組的電池內(nèi)阻不同，兩組之間的電壓不同，同時每組內(nèi)由于子系統(tǒng)之間并聯(lián)電路連接，子系統(tǒng)之間的電流也不同，總體結(jié)果是各子系統(tǒng)的功率不一致。因此在電池系統(tǒng)運行初期，應(yīng)該通過調(diào)節(jié)各子系統(tǒng)的閥門4的開度或者調(diào)節(jié)循環(huán)泵3的轉(zhuǎn)速的方法來調(diào)節(jié)電解液流量，當(dāng)系統(tǒng)參數(shù)監(jiān)視系統(tǒng)中顯示各子系統(tǒng)的功率相同時，表明各子系統(tǒng)內(nèi)阻一致。這時各子系統(tǒng)中流入電池模塊的電解液流量不一定相同，當(dāng)電池系統(tǒng)運行一段時間之后，由流量不同所引起的各子系統(tǒng)的正、負極電解液充電狀態(tài)SOC出現(xiàn)差異的影響就會凸顯，各子系統(tǒng)功率的差異也越發(fā)明顯。當(dāng)各子系統(tǒng)的最大或者最小功率偏離平均功率> 5%時，打開每個子系統(tǒng)正極和/或負極電解液儲罐互混出口處的互混閥門，通過互混循環(huán)泵將與互混管路E和G相連的每個子系統(tǒng)正極和/或負極電解液從電解液儲罐中均勻抽出，再通過互混管路F和H均勻的分配到每個子系統(tǒng)的正極和/或負極電解液儲罐中，實現(xiàn)不同子系統(tǒng)正極和/或負極電解液的均勻混合，保證電解液充電狀態(tài)SOC的一致，消除由于調(diào)節(jié)各子系統(tǒng)電池內(nèi)阻一致所造成的影響，進一步提高了各子系統(tǒng)之間的功率一致性。之后每運行一段時間，均可以各子系統(tǒng)的最大或者最小功率偏離平均功率> 5%為標(biāo)準(zhǔn)，判斷是否需要再次采用調(diào)節(jié)各子系統(tǒng)電解液充電狀態(tài)SOC—致性的方法，消除系統(tǒng)長期運行過程中電解液充電狀態(tài)SOC不同帶來的影響。實施例3如圖4所示的一種全釩液流儲能電池系統(tǒng)，其由4個全釩液流儲能電池子系統(tǒng)構(gòu)成，將4個子系統(tǒng)平均分成兩組，每組內(nèi)的兩個子系統(tǒng)之間通過串聯(lián)電路連接，組與組之間 通過并聯(lián)電路連接。每個子系統(tǒng)均由正極電解液儲罐1，負極電解液儲罐2，循環(huán)泵3，閥門4，電池模塊5和管路組成；正極電解液儲罐I通過兩條管路A、B分別與電池模塊5的正極電解液入口和出口連接，在電池模塊5的正極電解液入口與正極電解液儲罐I間的連接管路上設(shè)置有循環(huán)泵3，在循環(huán)泵3與正極電解液儲罐I出口之間設(shè)置有閥門4 ;負極電解液儲罐2通過兩條管路C、D分別與電池模塊5的負極電解液入口和出口連接，在電池模塊5的負極電解液入口與負極電解液儲罐2間的連接管路上設(shè)置有循環(huán)泵3，在循環(huán)泵3與負極電解液儲罐I出口之間設(shè)置有閥門4。通過互混管路E將4個子系統(tǒng)的正極電解液儲罐I相連，連接到互混循環(huán)泵6的進口，然后將互混循環(huán)泵6的出口通過互混管路F分別與4個子系統(tǒng)的正極電解液儲罐I相連，在4個子系統(tǒng)正極電解液儲罐I的互混出口管路E上設(shè)置互混閥門7 ;通過互混管路G將4個子系統(tǒng)的負極電解液儲罐2相連，連接到互混循環(huán)泵6的進口，然后將互混循環(huán)泵6的出口通過互混管路H分別與4個子系統(tǒng)的負極電解液儲罐2相連，在4個子系統(tǒng)負極電解液儲罐2的互混出口管路G上設(shè)置互混閥門7。電池系統(tǒng)中的4個子系統(tǒng)的充放電功率和充放電容量均完全相同，并且當(dāng)關(guān)閉4個子系統(tǒng)的正極電解液儲罐I和負極電解液儲罐2的互混出口處的互混閥門7時，每個子系統(tǒng)均可獨立運行。大規(guī)模全釩液流儲能電池系統(tǒng)的子系統(tǒng)中的各個電池模塊由于裝配、材料等差異會引起電阻的不同，在通入相同的電解液流量，即離子電阻相同時會造成各子系統(tǒng)的電池內(nèi)阻出現(xiàn)差別，使得各子系統(tǒng)分配的電流或電壓不同，如圖4所示情況，若各子系統(tǒng)的電池內(nèi)阻均不相同，則兩組子系統(tǒng)組的電池內(nèi)阻不同，兩組之間的電流不同，同時每組內(nèi)由于子系統(tǒng)之間串聯(lián)電路連接，子系統(tǒng)之間的電壓也不同，總體結(jié)果是各子系統(tǒng)的功率不一致。因此在電池系統(tǒng)運行初期，應(yīng)該通過調(diào)節(jié)各子系統(tǒng)的電動閥門4的開度或者調(diào)節(jié)循環(huán)泵3的轉(zhuǎn)速的方法來調(diào)節(jié)電解液流量，當(dāng)系統(tǒng)參數(shù)監(jiān)視系統(tǒng)中顯示各子系統(tǒng)的功率相同時，表明各子系統(tǒng)內(nèi)阻一致。這時各子系統(tǒng)中流入電池模塊的電解液流量不一定相同，當(dāng)電池系統(tǒng)運行一段時間之后，由流量不同所引起的各子系統(tǒng)的正、負極電解液充電狀態(tài)SOC出現(xiàn)差異的影響就會凸顯，各子系統(tǒng)功率的差異也越發(fā)明顯。當(dāng)各子系統(tǒng)的最大或者最小功率偏離平均功率彡5%時，打開每個子系統(tǒng)正極和/或負極電解液儲罐互混出口處的互混閥門，通過互混循環(huán)泵將與互混管路E和G相連的每個子系統(tǒng)正極和/或負極電解液從電解液儲罐中均勻抽出，再通過互混管路F和H均勻的分配到每個子系統(tǒng)的正極和/或負極電解液儲罐中，實現(xiàn)不同子系統(tǒng)正極和/或負極電解液的均勻混合，保證電解液充電狀態(tài)SOC的一致，消除由于調(diào)節(jié)各子系統(tǒng)電池內(nèi)阻一致所造成的影響，進一步提高了各子系統(tǒng)之間的功率一致性。之后每運行一段時間，均可以各子系統(tǒng)的最大或者最小功率偏離平均功率> 5%為標(biāo)準(zhǔn)，判斷是否需要再次采用調(diào)節(jié)各子系統(tǒng)電解液充電狀態(tài)SOC—致性的方法，消除系統(tǒng)長期運行過程中電解液充電狀態(tài)SOC不同帶來的影響。實施例4如圖5所示的一種大規(guī)模全鑰;液流儲能電池系統(tǒng),其由mXn(m彡2, η彡I)個全釩液流儲能電池子系統(tǒng)構(gòu)成，將這些子系統(tǒng)平均分成η組，每組內(nèi)有m個子系統(tǒng)，并且這m個子系統(tǒng)之間通過的并聯(lián)電路連接，組與組之間通過串聯(lián)電路連接。每個子系統(tǒng)均由正極 電解液儲罐1，負極電解液儲罐2，循環(huán)泵3，閥門4，電池模塊5和管路組成；正極電解液儲罐I通過兩條管路A、B分別與電池模塊5的正極電解液入口和出口連接，在電池模塊5的正極電解液入口與正極電解液儲罐I間的連接管路上設(shè)置有循環(huán)泵3，在循環(huán)泵3與正極電解液儲罐I出口之間設(shè)置有閥門4 ;負極電解液儲罐2通過兩條管路C、D分別與電池模塊5的負極電解液入口和出口連接,在電池模塊5的負極電解液入口與負極電解液儲罐2間的連接管路上設(shè)置有循環(huán)泵3，在循環(huán)泵3與負極電解液儲罐I出口之間設(shè)置有閥門4。通過互混管路E將mXn個子系統(tǒng)的正極電解液儲罐I相連，連接到互混循環(huán)泵6的進口，然后將互混循環(huán)泵6的出口通過互混管路F分別與mXn個子系統(tǒng)的正極電解液儲罐I相連，在mXn個子系統(tǒng)正極電解液儲罐I的互混出口管路E上設(shè)置互混閥門7 ;通過互混管路G將mXη個子系統(tǒng)的負極電解液儲罐2相連，連接到互混循環(huán)泵6的進口，然后將互混循環(huán)泵6的出口通過互混管路H分別與mXn個子系統(tǒng)的負極電解液儲罐2相連，在mXn個子系統(tǒng)負極電解液儲罐2的互混出口管路G上設(shè)置互混閥門7。電池系統(tǒng)中的mXn個子系統(tǒng)的充放電功率和充放電容量均完全相同，并且當(dāng)關(guān)閉mXn個子系統(tǒng)的正極電解液儲罐I和負極電解液儲罐2的互混出口處的互混閥門7時，每個子系統(tǒng)均可獨立運行。大規(guī)模全釩液流儲能電池系統(tǒng)的子系統(tǒng)中的各個電池模塊由于裝配、材料等差異會引起電阻的不同，在通入相同的電解液流量，即離子電阻相同時會造成各子系統(tǒng)的電池內(nèi)阻出現(xiàn)差別，使得各子系統(tǒng)分配的電流或電壓不同，如圖5所示情況，若各子系統(tǒng)的電池內(nèi)阻均不相同，則η組子系統(tǒng)組的電池內(nèi)阻不同，組與組之間的電壓不同，同時每組內(nèi)由于子系統(tǒng)之間并聯(lián)電路連接，子系統(tǒng)之間的電流也不同，總體結(jié)果是各子系統(tǒng)的功率不一致。因此在電池系統(tǒng)運行初期，應(yīng)該通過調(diào)節(jié)各子系統(tǒng)的閥門4的開度或者調(diào)節(jié)循環(huán)泵3的轉(zhuǎn)速的方法來調(diào)節(jié)電解液流量，當(dāng)系統(tǒng)參數(shù)監(jiān)視系統(tǒng)中顯示各子系統(tǒng)的功率相同時，表明各子系統(tǒng)內(nèi)阻一致。這時各子系統(tǒng)中流入電池模塊的電解液流量不一定相同，當(dāng)電池系統(tǒng)運行一段時間之后，由流量不同所引起的各子系統(tǒng)的正、負極電解液充電狀態(tài)SOC出現(xiàn)差異的影響就會凸顯，各子系統(tǒng)功率的差異也越發(fā)明顯。當(dāng)各子系統(tǒng)的最大或者最小功率偏離平均功率彡5%時，打開每個子系統(tǒng)正極和/或負極電解液儲罐互混出口處的互混閥門，通過互混循環(huán)泵將與互混管路E和G相連的每個子系統(tǒng)正極和/或負極電解液從電解液儲罐中均勻抽出，再通過互混管路F和H均勻的分配到每個子系統(tǒng)的正極和/或負極電解液儲罐中，實現(xiàn)不同子系統(tǒng)正極和/或負極電解液的均勻混合，保證電解液充電狀態(tài)SOC的一致，消除由于調(diào)節(jié)各子系統(tǒng)電池內(nèi)阻一致所造成的影響，進一步提高了各子系統(tǒng)之間的功率一致性。之后每運行一段時間，均可以各子系統(tǒng)的最大或者最小功率偏離平均功率> 5 %為標(biāo)準(zhǔn)，判斷是否需要再次采用調(diào)節(jié)各子系統(tǒng)電解液充電狀態(tài)SOC—致性的方法，消除系統(tǒng)長期運行過程中電解液充電狀態(tài)SOC不同帶來的影響。實施例5實施例5是在實施例4基礎(chǔ)上的發(fā)展的，如圖6所示的一種大規(guī)模全釩液流儲能電池系統(tǒng)，其由mXnXk(m彡2, η彡I, k彡I)個全鑰;液流儲能電池子系統(tǒng)構(gòu)成,將這些子系統(tǒng)平均分成η組，每組內(nèi)有再平均分有m組子系統(tǒng)，這m組子系統(tǒng)中每組包含有k個子系統(tǒng)，并且這k個子系統(tǒng)之間通過的串聯(lián)電路連接，m組子系統(tǒng)組之間采用并聯(lián)電路連接，η組子系統(tǒng)組之間采用串聯(lián)電路連接。每個子系統(tǒng)均由正極電解液儲罐1，負極電解液儲罐2，循環(huán)泵3，閥門4，電池模塊5和管路組成；正極電解液儲罐I通過兩條管路Α、B分別與電池模塊5的正極電解液入口和出口連接，在電池模塊5的正極電解液入口與正極電解液儲罐I間的連接管路上設(shè)置有循環(huán)泵3，在循環(huán)泵3與正極電解液儲罐I出口之間設(shè)置有閥 門4 ;負極電解液儲罐2通過兩條管路C、D分別與電池模塊5的負極電解液入口和出口連接，在電池模塊5的負極電解液入口與負極電解液儲罐2間的連接管路上設(shè)置有循環(huán)泵3，在循環(huán)泵3與負極電解液儲罐I出口之間設(shè)置有閥門4。通過互混管路E將mXnXk個子系統(tǒng)的正極電解液儲罐I相連，連接到互混循環(huán)泵6的進口，然后將互混循環(huán)泵6的出口通過互混管路F分別與mX η X k個子系統(tǒng)的正極電解液儲罐I相連，在mX η X k個子系統(tǒng)正極電解液儲罐I的互混出口管路E上設(shè)置互混閥門7 ;通過互混管路G將mXnXk個子系統(tǒng)的負極電解液儲罐2相連，連接到互混循環(huán)泵6的進口，然后將互混循環(huán)泵6的出口通過互混管路H分別與mXnXk個子系統(tǒng)的負極電解液儲罐2相連，在mXnXk個子系統(tǒng)負極電解液儲罐2的互混出口管路G上設(shè)置互混閥門7。電池系統(tǒng)中的mXnXk個子系統(tǒng)的充放電功率和充放電容量均完全相同，并且當(dāng)關(guān)閉mXnXk個子系統(tǒng)的正極電解液儲罐I和負極電解液儲罐2的互混出口處的互混閥門7時，每個子系統(tǒng)均可獨立運行。大規(guī)模全釩液流儲能電池系統(tǒng)的子系統(tǒng)中的各個電池模塊由于裝配、材料等差異會引起電阻的不同，在通入相同的電解液流量，即離子電阻相同時會造成各子系統(tǒng)的電池內(nèi)阻出現(xiàn)差別，使得各子系統(tǒng)分配的電流或電壓不同，如圖5所示情況，若各子系統(tǒng)的電池內(nèi)阻均不相同，則η組子系統(tǒng)組的電池內(nèi)阻不同，組與組之間的電壓不同，同時η組中的每組都由m組子系統(tǒng)組并聯(lián)而成，組與組之間的電流不同，而m組中的每組都由k個子系統(tǒng)串聯(lián)構(gòu)成，子系統(tǒng)之間的電壓也不相同，總體結(jié)果是各子系統(tǒng)的功率不一致。因此在電池系統(tǒng)運行初期，應(yīng)該通過調(diào)節(jié)各子系統(tǒng)的閥門4的開度或者調(diào)節(jié)循環(huán)泵3的轉(zhuǎn)速的方法來調(diào)節(jié)電解液流量，當(dāng)系統(tǒng)參數(shù)監(jiān)視系統(tǒng)中顯示各子系統(tǒng)的功率相同時，表明各子系統(tǒng)內(nèi)阻一致。這時各子系統(tǒng)中流入電池模塊的電解液流量不一定相同，當(dāng)電池系統(tǒng)運行一段時間之后，由流量不同所引起的各子系統(tǒng)的正、負極電解液充電狀態(tài)SOC出現(xiàn)差異的影響就會凸顯，各子系統(tǒng)功率的差異也越發(fā)明顯。當(dāng)各子系統(tǒng)的最大或者最小功率偏離平均功率> 5%時，打開每個子系統(tǒng)正極和/或負極電解液儲罐互混出口處的互混閥門，通過互混循環(huán)泵將與互混管路E和G相連的每個子系統(tǒng)正極和/或負極電解液從電解液儲罐中均勻抽出，再通過互混管路F和H均勻的分配到每個子系統(tǒng)的正極和/或負極電解液儲罐中，實現(xiàn)不同子系統(tǒng)正極和/或負極電解液的均勻混合，保證電解液充電狀態(tài)SOC的一致，消除由于調(diào)節(jié)各子系統(tǒng)電池內(nèi)阻一致所造成的影響，進一步提高了各子系統(tǒng)之間的功率一致性。之后每運行一段時間，均可以各子系統(tǒng)的最大或者最小功率偏離平均功率>5%為標(biāo)準(zhǔn)，判斷是否需要再次采用調(diào)節(jié)各子系統(tǒng)電解液充電狀態(tài)SOC —致性的方法，消除系統(tǒng)長期運行過程中電 解液充電狀態(tài)SOC不同帶來的影響。
權(quán)利要求
1.一種全鑰;液流儲能電池系統(tǒng)，其由P個、P > 2的全鑰;液流儲能電池子系統(tǒng)構(gòu)成,每個子系統(tǒng)均由正極電解液儲罐，負極電解液儲罐，循環(huán)泵，閥門，電池模塊和管路組成；正極電解液儲罐通過兩條管路A、B分別與電池模塊的正極電解液入口和出口連接，在電池模塊的正極電解液入口與正極電解液儲罐間的連接管路上設(shè)置有循環(huán)泵，在循環(huán)泵與正極電解液儲罐出口之間設(shè)置閥門；負極電解液儲罐通過兩條管路C、D分別與電池模塊的負極電解液入口和出口連接，在電池模塊的負極電解液入口與負極電解液儲罐間的連接管路上設(shè)置有循環(huán)泵，在循環(huán)泵與負極電解液儲罐出口之間設(shè)置閥門； 其特征在于通過管路E將每個子系統(tǒng)的正極電解液儲罐相連，連接到互混循環(huán)泵的進口，然后將互混循環(huán)泵的出口通過互混管路F分別與每個子系統(tǒng)的正極電解液儲罐相連，在每個子系統(tǒng)正極電解液儲罐的互混出口管路E上設(shè)置互混閥門；通過互混管路G將每個子系統(tǒng)的負極電解液儲罐相連，連接到互混循環(huán)泵的進口，然后將互混循環(huán)泵的出口通過互混管路H分別與每個子系統(tǒng)的負極電解液儲罐相連，在每個子系統(tǒng)負極電解液儲罐的互混出口管路G上設(shè)置互混閥門。
2.如權(quán)利要求I所述的全釩液流儲能電池系統(tǒng)，其特征在于所述每個子系統(tǒng)的充放電功率和充放電容量完全相同。
3.如權(quán)利要求I所述的全釩液流儲能電池系統(tǒng)，其特征在于關(guān)閉每個子系統(tǒng)正、負極電解液儲罐的互混出口處的互混閥門，每個子系統(tǒng)可獨立運行。
4.如權(quán)利要求I所述的全釩液流儲能電池系統(tǒng)，其特征在于打開每個子系統(tǒng)正極和/或負極電解液儲罐互混出口處的互混閥門，通過互混循環(huán)泵將與互混管路E和G相連的每個子系統(tǒng)正極和/或負極電解液從電解液儲罐中均勻抽出，再通過互混管路F和H均勻的分配到每個子系統(tǒng)的正極和/或負極電解液儲罐中，實現(xiàn)不同子系統(tǒng)正極和/或負極電解液的均勻混合。
5.如權(quán)利要求1-4中任一所述系統(tǒng)的各子系統(tǒng)功率一致性調(diào)節(jié)方法，其特征在于所述調(diào)節(jié)方法包括各子系統(tǒng)內(nèi)阻一致性和各子系統(tǒng)正、負極電解液充電狀態(tài)SOC —致性的調(diào)節(jié)方法。
6.如權(quán)利要求5所述的調(diào)節(jié)方法，其特征在于 所述的調(diào)節(jié)方法為在電池系統(tǒng)運行初期，調(diào)節(jié)各子系統(tǒng)內(nèi)阻一致性；所述的各子系統(tǒng)內(nèi)阻一致性的調(diào)節(jié)方法為通過控制閥門開度或循環(huán)泵轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)電解液流量至各子系統(tǒng)的內(nèi)阻相同； 當(dāng)電池系統(tǒng)運行一段時間后，各子系統(tǒng)正、負極電解液充電狀態(tài)SOC不一致導(dǎo)致子系統(tǒng)實際功率偏離平均功率> 5%時，關(guān)閉正、負極電解液儲罐出口處的閥門和循環(huán)泵，停止電池系統(tǒng)運行，調(diào)節(jié)各子系統(tǒng)正、負極電解液充電狀態(tài)SOC —致性；所述的各子系統(tǒng)正、負極電解液充電狀態(tài)SOC —致性的調(diào)節(jié)方法為分別開啟正、負極電解液儲罐互混出口處的互混閥門和互混循環(huán)泵，將各子系統(tǒng)中的正、負極電解液分別通過互混循環(huán)泵將其均勻共混后重新輸送回到各子系統(tǒng)的正、負極電解液儲罐中，實現(xiàn)各子系統(tǒng)正、負極電解液充電狀態(tài)SOC的一致性；所述子系統(tǒng)平均功率為總功率/子系統(tǒng)個數(shù)。
7.如權(quán)利要求5或6所述的調(diào)節(jié)方法，其特征在于所述調(diào)節(jié)各子系統(tǒng)電池內(nèi)阻相同的依據(jù)是各子系統(tǒng)的充放電功率相同。
8.如權(quán)利要求5或6所述的調(diào)節(jié)方法，其特征在于所述各子系統(tǒng)正、負極電解液充電狀態(tài)SOC —致性的判斷依據(jù)為各子系統(tǒng)正、負極電解液容量和濃度相同 。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種全釩液流儲能電池系統(tǒng)及其各子系統(tǒng)功率一致性的調(diào)節(jié)方法。在全釩液流儲能電池系統(tǒng)中設(shè)置共混管路將各子系統(tǒng)的正、負極電解液共混后重新分配到各電解液儲罐中，在電池運行過程中通過調(diào)節(jié)各子系統(tǒng)內(nèi)阻一致性和各子系統(tǒng)正、負極電解液充電狀態(tài)SOC一致性的調(diào)節(jié)方法，保證運行過程中子系統(tǒng)功率的一致性。本發(fā)明特別適合于全釩液流儲能電池系統(tǒng)在大規(guī)模儲能領(lǐng)域的應(yīng)用，保證了全釩液流儲能電池系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運行，有效的延緩全釩液流儲能電池系統(tǒng)由于串、并聯(lián)所帶來的電解液容量的衰減。
文檔編號H01M8/04GK102867977SQ201110186208
公開日2013年1月9日 申請日期2011年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月5日
發(fā)明者張華民, 馬相坤, 邢楓, 王曉麗 申請人:中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所, 大連融科儲能技術(shù)發(fā)展有限公司