全钒液流电池荷电状态的实时监测方法及系统技术方案

技术编号:20799921 阅读:32 留言:0更新日期:2019-04-06 13:38
全钒液流电池荷电状态的实时监测方法及系统,属于液流电池技术领域,解决的问题是提高现有全钒液流电池系统荷电状态计算精确的问题,技术要点是:由各位置的开路电压计算对应位置的荷电状态,分别将电堆内电解液体积、循环管路电解液体积、储罐内电解液体积在总电解液体积中的占比作为各对应位置的荷电状态权重系数以计算全钒液流电池荷电状态,效果是:对液流电池系统的SOC监测形成了具体的量化公式,能更直接且精准的表达出电池系统的荷电状态水平。

A Real-time Monitoring Method and System for Charging State of All-Vanadium Liquid Flow Batteries

Real-time monitoring method and system of charge state of all-vanadium liquid-flow battery belong to the technical field of liquid-flow battery. The problem solved is to improve the accuracy of calculation of current charge state of all-vanadium liquid-flow battery system. The technical points are: calculating the charge state of corresponding position by the open circuit voltage of each position, and accumulating electrolyte in the stack, circulating pipeline and storage tank respectively. The proportion of liquid volume in the total electrolyte volume is taken as the weight coefficient of charge state at each corresponding position to calculate the charge state of all-vanadium liquid-flow battery. The effect is that the specific quantitative formula is formed for SOC monitoring of the liquid-flow battery system, which can more directly and accurately express the charge state level of the battery system.

【技术实现步骤摘要】
全钒液流电池荷电状态的实时监测方法及系统
本专利技术属于液流电池
,涉及一种全钒液流电池荷电状态的实时监测方法。
技术介绍
荷电状态(SOC)是体现电池电量状态的参数,是电池系统实现精确控制和管理的最直接依据,也是液流电池最为重要的参数之一,实时准确的荷电状态对于保证电池系统高可靠性运行、提高电池使用效果、以及延长电池寿命均有着至关重要的作用。荷电状态的实时、准确监测对电池系统的稳定和高效运行起着至关重要的作用。如果监测的不实时,会造成系统充放电管理控制不同步,会增大系统管理的不均衡以及增加系统过充放电的机率;如果监测不准确,会造成系统电量利用的不充分,即实际有容量,但监测显示已经无可用容量的情况,或者造成系统使用过度,即已经没有容量,但监测显示仍有容量,导致过充放电,对系统寿命造成损害。目前荷电状态的监测大多通过监测电池检测正负极开路电压差,即在电池系统的正负极管路上另外引出一支路加配一个SOC电池(检测电压差),通过支路监测电压来反应SOC利用正负极电压差与电池荷电状态有的对应曲线,反映SOC。这种技术由于通过外引小管径支路进行soc的监测,在系统不同流量运行条件下,电压显示的结果与主管路的溶液状态还是有滞后现象,特别在低流量情况下,造成最终监测的SOC与实际的溶液实际情况有滞后现象。中国专利技术专利申请CN105572594A是申请人的再先申请,其公开了一种液流电池系统荷电状态监测方法及其系统,通过不同位置放置SOC监测电池,并根据液流电池系统功率与流量的比值限缩各位置SOC加权系数的方法获得各系数的一个范围值,可以一定程度上提高SOC计算的精确性,然而限缩过程较为复杂,没有具体量化的公式,在如大功率/小容量以及小功率/大容量的电池系统中,SOC计算的不准确性增加,具有局限性。
技术实现思路
为了解决提高现有全钒液流电池系统荷电状态计算精确的问题,本专利技术提出如下技术方案:一种全钒液流电池荷电状态的实时监测方法,在全钒液流电池系统的正、负极主管路的电堆入口处,正、负极主管路的电堆出口处以及正、负极储罐内分别设置含有同样参比电极的电压监测电极以对正、负极主管路的电堆入口处,正、负极主管路的电堆出口处以及正、负极储罐的开路电压监测,并由各位置的开路电压计算对应位置的荷电状态,分别将电堆内电解液体积、循环管路电解液体积、储罐内电解液体积在总电解液体积中的占比作为各对应位置的荷电状态权重系数以计算全钒液流电池荷电状态。进一步的,对开路电压监测的方法如下:由各电压监测电极实时获取:正极主管路的电堆入口处电压E正进;正极主管路的电堆出口处电压E正出;负极主管路的电堆入口处电压E负进;负极主管路的电堆出口处电压E负出;正极储罐内垂直方向的平均电压E正罐;负极储罐内垂直方向的平均电压E负罐;并由此计算:正、负极主管路的电堆入口处的电压差E正进-E负进;正、负极主管路的电堆出口处的电压差E正出-E负出;正、负极储罐的垂直方向的平均电压差E正罐-E负罐;将上述各电压差作为各对应位置的开路电压。进一步的,由各开路电压得到对应的荷电状态的方法是:根据下式画出开路电压OCV对应的荷电状态SOC的经验曲线,通过OCV-SOC经验曲线得到各OCV对应的SOC值;其中:Ecell:电极电势;E0cell:标准电极电势;R:气体常数;T:温度;n:电极反应中的电子转移数;F:法拉第常数;H+:氢离子浓度。进一步的,根据下式计算全钒液流电池荷电状态:SOC=SOC罐×V罐/V和+1/2(SOC出+SOC进)×V堆/V和+SOC出×V出管/V和+SOC进×V进管/V和其中:V堆:电堆内电解液体积;V进管:电堆进液管的电解液体积;V出管:电堆出液管的电解液体积;V罐:储罐内电解液体积;V和=V堆+V进管+V出管+V罐。SOC罐:储罐的荷电状态;SOC出:主管路的电堆出口处的荷电状态;SOC进:主管路的电堆入口处的荷电状态。本专利技术还涉及一种全钒液流电池荷电状态的实时监测系统,包括位于全钒液流电池系统的正、负极主管路的电堆入口处,正、负极主管路的电堆出口处以及正、负极储罐内的被设置为含有同样参比电极的电压监测电极;及全钒液流电池荷电状态计算装置,其存储有多条指令,所述指令适于处理器加载并执行:(1)获取各电压监测电极的实时电压;(2)计算正、负极主管路的电堆入口处的电压差,正、负极主管路的电堆出口处的电压差,正、负极储罐的电压差,并作为各对应位置的开路电压;(3)由OCV-SOC经验曲线,根据各开路电压得到对应位置的荷电状态;(4)分别将电堆内电解液体积、循环管路电解液体积、储罐内电解液体积在总电解液体积中的占比作为各对应位置的荷电状态权重系数以计算全钒液流电池荷电状态。进一步的,全钒液流电池荷电状态计算装置获取的各电压监测电极的实时电压为:正极主管路的电堆入口处电压E正进;正极主管路的电堆出口处电压E正出;负极主管路的电堆入口处电压E负进;负极主管路的电堆出口处电压E负出;正极储罐内垂直方向的平均电压E正罐;负极储罐内垂直方向的平均电压E负罐;全钒液流电池荷电状态计算装置由上述电压监测电极的实时电压计算得到:正、负极主管路的电堆入口处的电压差E正进-E负进;正、负极主管路的电堆出口处的电压差E正出-E负出;正、负极储罐的垂直方向的平均电压差E正罐-E负罐;将上述各电压差作为各对应位置的开路电压。进一步的,全钒液流电池荷电状态计算装置基于如下方式由各开路电压画出对应的荷电状态经验曲线:根据曲线上各开路电压OCV得出对应的各荷电状态SOC;其中:Ecell:电极电势;E0cell:标准电极电势;R:气体常数;T:温度;n:电极反应中的电子转移数;F:法拉第常数;H+:氢离子浓度。进一步的,全钒液流电池荷电状态计算装置基于如下方式计算全钒液流电池荷电状态:SOC=SOC罐×V罐/V和+1/2(SOC出+SOC进)×V堆/V和+SOC出×V出管/V和+SOC进×V进管/V和其中:V堆:电堆内电解液体积;V进管:电堆进液管的电解液体积;V出管:电堆出液管的电解液体积;V罐:储罐内电解液体积;V和=V堆+V进管+V出管+V罐。SOC罐:储罐的荷电状态;SOC出:主管路的电堆出口处的荷电状态;SOC进:主管路的电堆入口处的荷电状态。有益效果:本专利技术对具体配置的功率/容量的液流电池系统,根据不同位置溶液的体积占比能够反映出该位置附近的SOC对整体SOC确定所起作用大小,从而将这种影响作为权重系数以以精确计算SOC,形成了具体的量化公式,能更直接且精准的表达出电池系统的荷电状态水平,并且,在如大功率/小容量以及小功率/大容量的电池系统中,受到电解液体积的限制,SOC的计算不准确性得以下降。在主管路设置电压监测装置,做到监测的实时性,避免由于流量原因造成的滞后现象。多点布置SOC监测位置,可以做到冗余以及准确监测。结合各部分体积和SOC的数值计算,可以得到更为准确的SOC值,更有利于电池的管理系统。通过体积量的引入,综合了系统不同配置下,例如大功率/小容量以及小功率/大容量电池SOC计算的不准确性。附图说明图1为OCV-SOC经验曲线;图2为全钒液流电池荷电状态计算装置程序执行图。具体实施方式一种全钒液流电池荷电状态的实时监测方法,在全钒液流电池系统本文档来自技高网
...

【技术保护点】
1.一种全钒液流电池荷电状态的实时监测方法,其特征在于:在全钒液流电池系统的正、负极主管路的电堆入口处,正、负极主管路的电堆出口处以及正、负极储罐内分别设置含有同样参比电极的电压监测电极以对正、负极主管路的电堆入口处,正、负极主管路的电堆出口处以及正、负极储罐的开路电压监测,并由各位置的开路电压计算对应位置的荷电状态,分别将电堆内电解液体积、循环管路电解液体积、储罐内电解液体积在总电解液体积中的占比作为各对应位置的荷电状态权重系数以计算全钒液流电池荷电状态。

【技术特征摘要】
1.一种全钒液流电池荷电状态的实时监测方法,其特征在于:在全钒液流电池系统的正、负极主管路的电堆入口处,正、负极主管路的电堆出口处以及正、负极储罐内分别设置含有同样参比电极的电压监测电极以对正、负极主管路的电堆入口处,正、负极主管路的电堆出口处以及正、负极储罐的开路电压监测,并由各位置的开路电压计算对应位置的荷电状态,分别将电堆内电解液体积、循环管路电解液体积、储罐内电解液体积在总电解液体积中的占比作为各对应位置的荷电状态权重系数以计算全钒液流电池荷电状态。2.如权利要求1所述的全钒液流电池荷电状态的实时监测方法,其特征在于:对开路电压监测的方法如下:由各电压监测电极实时获取:正极主管路的电堆入口处电压E正进;正极主管路的电堆出口处电压E正出;负极主管路的电堆入口处电压E负进;负极主管路的电堆出口处电压E负出;正极储罐内垂直方向的平均电压E正罐;负极储罐内垂直方向的平均电压E负罐;并由此计算:正、负极主管路的电堆入口处的电压差E正进-E负进;正、负极主管路的电堆出口处的电压差E正出-E负出;正、负极储罐的垂直方向的平均电压差E正罐-E负罐;将上述各电压差作为各对应位置的开路电压。3.如权利要求2所述的全钒液流电池荷电状态的实时监测方法,其特征在于:由各开路电压得到对应的荷电状态的方法是:根据下式画出开路电压OCV对应的荷电状态SOC的经验曲线,通过OCV-SOC经验曲线得到各OCV对应的SOC值;其中:Ecell:电极电势;E0cell:标准电极电势;R:气体常数;T:温度;n:电极反应中的电子转移数;F:法拉第常数;H+:氢离子浓度。4.如权利要求3所述的全钒液流电池荷电状态的实时监测方法,其特征在于:根据下式计算全钒液流电池荷电状态:SOC=SOC罐×V罐/V和+1/2(SOC出+SOC进)×V堆/V和+SOC出×V出管/V和+SOC进×V进管/V和其中:V堆:电堆内电解液体积;V进管:电堆进液管的电解液体积;V出管:电堆出液管的电解液体积;V罐:储罐内电解液体积;V和=V堆+V进管+V出管+V罐;SOC罐:储罐的荷电状态;SOC出:主管路的电堆出口处的荷电状态;SOC进:主管路的电堆入口处的荷电状态。5.一种全钒液流电池荷电状态的实时监测系统,其特征在于,包括位于全钒液流电池系统的正、负极主管路的电堆入口处,正、负极主管路的电堆出口处以及...

【专利技术属性】
技术研发人员:张宇张华民邹毅陈伟王晓丽李春来郭树峰李正曦
申请(专利权)人:大连融科储能技术发展有限公司国网青海省电力公司电力科学研究院国网青海省电力公司
类型:发明
国别省市:辽宁,21

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1