液流电池容量衰减控制系统及方法技术方案

技术编号:20923669 阅读:25 留言:0更新日期:2019-04-20 11:14
液流电池容量衰减控制系统及方法,属于液流电池领域,解决全钒液流电池容量衰减维护成本高的问题,技术要点是:气相色谱,测算负极电解液储罐内氢气的浓度;总析氢量计算装置,周期性的由所述氢气的浓度计算总析氢量;监视设备,监测液流电池充放电状态;容量恢复装置,于液流电池放电结束状态下以相应量的容量恢复剂补给于正极电解液储罐以控制液流电池容量衰减。效果是:降低维护频率,也降低了人力成本,同时可以即时发现系统的析氢速度异常现象,即时采取措施。

Capacity Attenuation Control System and Method of Liquid Flow Battery

The control system and method of capacity attenuation of liquid-flow battery belong to the field of liquid-flow battery, which can solve the problem of high maintenance cost of capacity attenuation of all-vanadium liquid-flow battery. The technical points are: gas chromatography, measuring and calculating the concentration of hydrogen in negative electrolyte tank; total hydrogen evolution calculation device, periodically calculating total hydrogen evolution from the concentration of hydrogen; monitoring equipment, monitoring the charge-discharge status of liquid-flow battery. A capacity recovery device is used to supply the cathode electrolyte tank with a corresponding amount of capacity recovery agent at the end of discharge to control the capacity attenuation of the liquid flow battery. The results are as follows: the maintenance frequency is reduced, and the cost of manpower is reduced. At the same time, the abnormal hydrogen evolution rate of the system can be detected immediately, and measures can be taken immediately.

【技术实现步骤摘要】
液流电池容量衰减控制系统及方法
本专利技术属于液流电池领域,涉及一种液流电池控制系统及方法。
技术介绍
液流电池在长时间充放电运行后,系统的放电容量会逐渐衰减,电解液的综合价态会偏离3.5价(电解液的初始平衡价态),逐渐升高。如何从不同技术角度发现电池系统的衰减原因并进行实施监测同时采取控制措施,是抑制系统放电容量衰减,减少系统维护频率,保证系统长时间稳定运行的有力手段。而现有的方法一是根据系统表观显示的放电容量衰减程度达到客户接受下限时采用容量恢复手段,二是通过对电池系统正负极电解液进行综合价态测定,来判断系统实际理论的衰减程度,以上两种方法只能观测到衰减结果,而不能提前预知并采取抗容量衰减的措施,且前两种方法耗时长,测试结果误差较大。全钒液流电池由于其安全性高,寿命高,功率容量独立及方便规模化的优势使其成为大规模储能的首选方案。然而全钒液流电池负极电解液存在析氢副反应:2H++2V2+=2V3++H2↑由于此反应属于负极的自放电反应,析氢副反应的长期累积将导致系统放电容量的持续衰减,是全钒液流电池容量衰减的主要原因之一。但在全钒液流电池容量衰减监控与控制上却鲜有报道,而通过测试电池系统总体价态偏移,需要配置专业仪器及配备操作人员,增加维护成本。目前,当系统放电容量衰减到要求下限时,可通过调平系统总价态对系统容量进行恢复,但不论采用加入还原剂或者使用在线电解的方法,始终没有对容量衰减监视的报道,而监视这种衰减,可以在前期通过更为方便和低成本的调节方式初步控制,现有的检测方法都会带来人力、物力及设备和系统停用的投入和损失,维护成本居高不下,以一个1MW/2MWh系统为例,系统价态偏离30%,带来的年维护费用接近3万元。申请公布号CN103733409A的中国专利申请公开了一种用于感测和减少液流电池系统内的氢析出的系统和方法,其利用与反应物反应产生的电流来检测氢气,为实时检测氢气含量,但由于氢气含量的波动性,实时检测氢气浓度误差很大。
技术实现思路
为了解决全钒液流电池容量衰减维护成本高的问题,本专利技术提出如下技术方案:一种液流电池容量衰减控制系统,包括:气相色谱,测算负极电解液储罐内氢气的浓度;总析氢量计算装置,周期性的由所述氢气的浓度计算总析氢量;监视设备,监测液流电池充放电状态;容量恢复装置,在液流电池放电终止状态下将容量恢复剂添加到正极电解液储罐以控制液流电池容量衰减。进一步的,所述系统还包括气体采样装置,其位于负极电解液储罐内,用于采集负极电解液储罐内的气体,其与气相色谱相连,周期性的将负极电解液储罐内的气体送入气相色谱的气体检测装置。进一步的,所述系统还包括控制柜,其与负极电解液储罐的放气阀连接,还连接于总析氢量计算装置。进一步的,所述系统还包括控制柜,其与正、负极电解液储罐联通阀连接。进一步的,所述析氢量计算装置存储有多条指令,所述指令适于处理器加载并执行:由所述氢气的浓度计算电解液储罐内的析氢量;所述析氢量计算公式如下:M=C*V标M:储罐中氢气的总质量;C:罐体上层的氢气质量体积浓度;V标:罐体上层空间的气体体积;V标=P1V1T1/P标T标;V1:罐体上层空间的气体体积;P1:罐体内气压值;P标:1个标准大气压;T1:储罐内温度;T标=273K。进一步的,所述的罐体上层空间的气体体积由电解液储罐液位计自动采集数据获得,所述的罐体上层空间的气体温度由电解液储罐温度传感器自动采集数据获得;并将采集数据传输至析氢量计算装置,容量恢复剂添加量由析氢量与电解液失衡关系确定,由钒离子与容量恢复剂的得失电子比例得出。本专利技术还涉及一种液流电池容量衰减控制方法,根据液流电池系统参数设定连续充放电运行下的氢气产生速度值,检测氢气实际产生速度以确定连续两个充放电循环的析氢速度在前后比值区间的波动范围,波动范围超限则采取相应措施调节。进一步的,周期性的由所述氢气的浓度计算总析氢量,对总析氢量折算成电解液总价态偏移量以得到液流电池系统的放电容量,当液流电池系统的放电容量数值降至要求下限时进行放电容量恢复。进一步的,所述氢气产生速度波动范围超限及调节方法是:当后一个循环周期的析氢速度与前一个循环周期的析氢速度之比的波动范围超过限值,若后一个循环周期的析氢速度较大,则将部分正极电解液导入负极电解液储罐以降低负极电解液SOC,同时通过电池系统的换热器将溶液调节温度降低;若后一个循环周期的析氢速度较小,确认负极SOC过低后,对正负极电解液状态调节,将负极溶液导入正极一部分,使得下一个充放电循环的SOC增加。进一步的,所述波动范围超限及调节方法是:当后一个循环周期的析氢速度大于当前循环周期析氢速度的1.3倍时,即A≥1.3时,将部分正极电解液导入负极电解液储罐,以降低负极电解液的荷电状态(StateofCharge,SOC),直至负极电解液SOC低于70%,同时通过电池系统的换热器将电解液的温度调节至低于35℃;当A≤0.7时,且确认负极SOC低于50%时,对正负极电解液状态调节。进一步的,由计算机程序控制气相色谱在每相邻两个循环放电完毕时,对负极电解液储罐内的气体取样,检测储罐内气压,当所述储罐内为负压时,使用氩气或氮气补压至等于外界大气压。进一步的,电解液储罐内的析氢量计算公式如下:M=C*V标M:储罐中氢气的总质量;C:罐体上层的氢气质量体积浓度;V标:罐体上层空间的气体体积;V标=P1V1T1/(P标T标);V1:罐体上层空间的气体体积;P1:罐体内气压值;P标:1个标准大气压;T1:储罐内温度;T标:=273K。放电容量恢复为添加容量恢复剂,其添加量由析氢量与电解液失衡关系确定,由钒电解液与容量恢复剂的得失电子比例得出。所述容量恢复剂,为市售甘油、草酸、EDTA、酒石酸等还原性小分子有机物。有益效果:本专利技术对氢气析出进行实时监测,使其维持在固定的反应水平,根据衰减要求,采取调控措施,使其在固定期限内维护一次(2~3年一次),降低维护频率,也降低了人力成本,同时可以即时发现系统的析氢速度异常现象,即时采取措施。对于
技术介绍
中的引述专利申请:首先,钒液流电池由于为水系电池,负极电解液析氢问题及原理是公知常识,下述为将本申请与引述专利申请的技术方案进行对比:1.两方案的测试设备及方法比较引述专利申请采用电极检测氢气,利用其与反应物反应产生的电流来检测氢气,为实时检测氢气含量,其设备精度未知,但由于氢气含量的波动性,实时检测氢气浓度误差很大,实验数据表明,两种气体彻底混合均匀需要2小时以上;且氢气析出速度在电解液SOC从低到高的过程中,并非呈严格线性关系,实时采取措施误差很大。本专利技术应用便携式气相色谱在每个充放电循环末尾直接对氢气含量进行精确测定。以判断前一个循环过程的析氢情况并及时对下一循环做出调整。同时,由于析氢反应是导致电池系统电解液价态失衡的主要因素,本专利中设备通过对系统总析氢量进行加和计算,一定数量循环后,通过添加容量恢复剂对衰减后的电池系统的放电容量进行恢复。2.析氢抑制手段比较引述专利申请的操作是在充电过程中,当系统SOC过高即存在过充电危险时,通过功率转换器降低充电功率来降低电流密度,众所周知析氢速度与电解液SOC高低及温度有直接关系,降低电流密度并不能减少析氢,低电流密度下充电,只要SOC仍然本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种液流电池容量衰减控制系统,其特征在于,包括气相色谱,测算负极电解液储罐内氢气的浓度;总析氢量计算装置,周期性的由所述氢气的浓度计算总析氢量;监视设备,监测液流电池充放电状态;容量恢复装置,在液流电池放电终止状态下将容量恢复剂添加到正极电解液储罐以控制液流电池容量衰减。

【技术特征摘要】
1.一种液流电池容量衰减控制系统,其特征在于,包括气相色谱,测算负极电解液储罐内氢气的浓度;总析氢量计算装置,周期性的由所述氢气的浓度计算总析氢量;监视设备,监测液流电池充放电状态;容量恢复装置,在液流电池放电终止状态下将容量恢复剂添加到正极电解液储罐以控制液流电池容量衰减。2.如权利要求1所述的液流电池容量衰减控制系统,其特征在于,还包括气体采样装置,其位于负极电解液储罐内,用于采集负极电解液储罐内的气体,其与气相色谱相连,周期性的将负极电解液储罐内的气体送入气相色谱的气体检测装置。3.如权利要求1所述的液流电池容量衰减控制系统,其特征在于,还包括控制柜,其与负极电解液储罐的放气阀连接,还连接于总析氢量计算装置。4.如权利要求1或3所述的液流电池容量衰减控制系统,其特征在于,还包括控制柜,其与正、负极电解液储罐联通阀连接。5.如权利要求1所述的液流电池容量衰减控制系统,其特征在于,所述析氢量计算装置存储有多条指令,所述指令适于处理器加载并执行:由所述氢气的浓度计算电解液储罐内的析氢量;所述析氢量计算公式如下:M=C*V标M:储罐中氢气的总质量;C:罐体上层的氢气质量体积浓度;V标:罐体上层空间的气体体积;V标=P1V1T1/P标T标;V1:罐体上层空间的气体体积;P1:罐体内气压值;P标:1个标准大气压;T1:储罐内温度;T标=273K。6.如权利要求5所述的液流电池容量衰减控制系统,其特征在于,所述的罐体上层空间的气体体积由电解液储罐液位计自动采集数据获得,所述的罐体上层空间的气体温度由电解液储罐温度传感器自动采集数据获得;并将采集数据传输至析氢量计算装置,容量恢复剂添加量由析氢量与溶液失衡关系确定,由钒离子与容量恢复剂的得失电子比例得出。7.一种液流电池容量衰减控制方法,其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员:高新亮张华民邹毅姚启博
申请(专利权)人:大连融科储能技术发展有限公司
类型:发明
国别省市:辽宁,21

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