全钒液流电池的余热回收系统及全钒液流电池冷却方法技术方案

全钒液流电池的余热回收系统及全钒液流电池冷却方法，属于液流电池领域，为了解决现有液流电池在放电阶段进行电解液冷却占用调峰负荷的问题，且实现热能的集中收集，技术要点是：包括用于监测全钒液流电池充放电状态的监测装置，及于监测装置发出全钒液流电池为充电状态的信号以启动的冷却系统；所述冷却系统以换热方式对电解液储罐中的电解液冷却；所述余热回收系统还包括对冷却系统于电解液中获取的热量收集并存储的蓄热系统，效果是：可降低制冷机组功率及投资。

The waste heat recovery system of all vanadium redox flow battery and the cooling method of all vanadium redox flow battery

Battery cooling method flow heat recovery system of vanadium redox flow battery and vanadium redox flow battery, which belongs to the field, in order to solve the existing liquid flow battery electrolyte cooling at the discharge stage occupied peaking problems, collect and achieve the heat, is characterized in that includes a monitoring device to monitor the charge of all vanadium redox flow battery discharge status, cooling system and monitoring device of a vanadium redox flow battery state of charge for the signal to start; the cooling system with heat transfer of cooling tank in the electrolyte electrolyte; the heat recovery system also includes a heat storage system, the cooling system for electrolyte in the heat collecting and storing the result is that can reduce the power of the refrigeration unit and investment.

【技术实现步骤摘要】
全钒液流电池的余热回收系统及全钒液流电池冷却方法
本专利技术属于液流电池领域，涉及一种大规模全钒液流电池的余热回收系统及全钒液流电池冷却方法。
技术介绍
液流电池中电解液温度过高将影响电池性能，还有可能导致电解液结晶，需进行适当冷却。由于放电阶段，液流电池为放热，因而现有的液流电池中电解液冷却在放电阶段进行，然而，放电阶段冷却电解液会占用调峰负荷，降低了储能电站调峰能力及储能电站输出功率。而作为进一步的技术问题，在现有电池运行和电解液冷却方式下，只是通过分散的工艺空调等设备对电解液进行冷却，或者大多是通过集装箱模块化设计，每个集装箱都采用风冷或水冷的实时冷却的方式维持电解液的温度。这样的冷却方式功耗较大，大致占电池总输出功率的4-5％，因而降低了电池的输出功率。并且目前的电解液冷却的方式，对于电解液的热量不能有效回收，造成能源浪费。
技术实现思路
为了解决现有液流电池在放电阶段进行电解液冷却占用调峰负荷的问题，并且实现电解液热量回收，本专利技术提出如下技术方案：一种全钒液流电池的余热回收系统，包括：用于监测全钒液流电池充放电状态的监测装置，及于监测装置发出全钒液流电池为充电状态的信号以启动的冷却系统；所述冷却系统以换热方式对电解液储罐中的电解液冷却；所述余热回收系统还包括对冷却系统换取的电解液的热量进行收集的蓄热系统。进一步的，所述冷却系统包括安装于正极电解液储罐的电解液循环管路，该管路上具有电解液循环泵及电解液换热器，所述电解液换热器的壳侧为电解液，管侧为若干并联的制冷剂管内的制冷工质。进一步的，热泵机组的蒸发器通过所述制冷剂管路吸收电解液释放的热量，热泵机组的冷凝器释放热量于蓄热系统并由蓄热系统存储，所述的蓄热系统为存储蓄热介质的蓄热罐。进一步的，热泵机组的蒸发器与冷凝器之间安装有压缩机，该压缩机可由控制装置控制在全钒液流电池充电状态启动、全钒液流电池放电状态停止。进一步的，换热器控制阀设置在电解液换热器和/或热泵机组的冷剂侧，并与控制装置连接。进一步的，所述的全钒液流电池的余热回收系统还包括位于正极电解液储罐的一侧的负极电解液储罐，该负极电解液储罐的电解液循环管路上具有电解液循环泵，且电解液循环泵的下游连接电堆，电堆回连于负极电解液储罐。进一步的，在蒸发器与冷凝器之间的连接管路上安装截止阀，在截止阀与蒸发器之间的连接管路上安装膨胀阀，在截止阀与冷凝器之间的连接管路上安装止回阀。进一步的，测温装置设置在正极电解液储罐的电解液循环泵的入口处。进一步的，一种所述的全钒液流电池的余热回收系统的全钒液流电池冷却方法，冷却系统于全钒液流电池充电阶段对电解液进行制冷，并于放电阶段停止制冷以形成充电阶段的分时制冷。进一步的，所述制冷为集中制冷，温度控制方法如下：S1.根据测试数据确定单次循环温升特性曲线得到电解液的温升特性曲线；S2.电池开始充电后，确定电池现有蓄电量，根据电池蓄电量、电解液初始温度、电池运行控制温度，对电解液的温升特性曲线查询以得出剩余充电时间及电池完全放电结束后的电解液放电后温度；S3.根据公式求得电池充电过程中需要冷却的热量，公式如下：Q＝(T1-T2)×C×V；Q：电池充电过程中需要冷却的热量；T：电解液放电后温度；T2：电池运行控制温度；C：电解液比热；V：电解液体积；S4.根据剩余充电时间，计算出制冷系统的制冷功率，由此通过控制制冷装置以对电解液的温度控制。有益效果：由上述方案，本实施例改变传统的制冷运行时间，由原来的电池放电阶段制冷，改为充电阶段进行制冷，可降低热泵机组功率及投资，因为电池储能本身就是用于调节电网负荷，在充电时启动制冷设备可以更多消纳电网谷电，因而充电阶段对电解液冷却可以使得放电时不再占用调峰负荷，作为进一步的效果，因此采用分时冷却系统，提高储能电站调峰能力约4-5％，提高储能电站消纳谷电能力约4-5％。并且，冷却系统与电解液的热量交换并吸收热能，冷却系统的制冷工质被加热，该热量可以被存储于储热装置中，即在储热装置中具有储热介质，如水、油等，使用储热介质获取冷却系统的热量，可以实现热量的存储与转用，并能够对热量集中管理。即存储蓄热介质的蓄热罐与热泵机组的冷凝器以热交换方式连接以收集热量。该热量通过管路用于供热或出售。附图说明图1为冷却系统的结构示意框图。其中：1.电堆，2.正极电解液储罐，3.负极电解液储罐，4.电解液循环泵，5.冷却系统，6.电解液换热器，7.测温装置及温度变送器，8.换热器控制阀，9.止回阀，10.蒸发器，11.冷凝器，12.压缩机，13.膨胀阀，14.蓄热系统。具体实施方式实施例：在本实施例中，其记载了一种全钒液流电池系统，包括电堆1、正极电解液储罐2、负极电解液储罐3、电解液循环泵4、监测装置、冷却系统5、蓄热系统14以及管路；本实施例为了改变传统的制冷运行时间，由原来的电池放电阶段冷却，改为充电阶段进行制冷，以降低热泵机组功率及投资，电池放电阶段释放热量，因而基本在放热时冷却，即放电阶段制冷，然而，放电阶段进行冷却，特别是换热冷却，会对调峰负荷占用，而电池储能本身就是用于调节电网负荷，在充电时启动制冷设备可以更多消纳电网谷电，因而充电阶段对电解液冷却可以使得放电时不再占用调峰负荷。并且有效对电解液热量回收。由此，适用于大规模的全钒液流电池系统的余热回收系统，包括用于监测全钒液流电池充放电状态的监测装置，及于监测装置发出全钒液流电池为充电状态的信号以启动的冷却系统；所述冷却系统以换热方式对电解液储罐中的电解液冷却；所述余热回收系统还包括对冷却系统换取的电解液的热量进行收集的蓄热系统。其中的监测装置，可以是现有技术中的电池系统都会用到的电池管理系统BMS，该管理系统BMS主要是监测电池的OCV，转换为SOC，然后控制电池运行。所述的全钒液流电池的余热回收系统还包括电解液换热器、关断阀(换热器制冷剂入口阀)、热泵机组和温控系统；其中温控系统包括测温装置、变送器、控制装置和换热器控制阀；电解液换热器与热泵机组级联为冷却系统；所述的电解液换热器设置在每个正极电解液储罐处，所述电解液换热器为管壳式换热器，其中所述的换热器控制阀安装在换热器制冷剂入口阀后，壳侧为电解液，管侧为制冷剂，每若干套(如100套)电解液换热器的制冷剂管并联，制冷剂升温后汇总进入所述热泵机组，低品味热能经热泵提升为高品位热能与热水换热将热水加热至70～90℃，储存后进行供暖或出售，实现能源冷热综合利用。所述测温装置设置在电解液循环泵入口处，所述换热器控制阀设置在换热器的制冷剂侧，所述的控制装置用于控制热泵机组和电解液换热器的启停及其输出功率，同时所述的控制装置通过换热器控制阀控制电解液换热器的启停及其输出功率；热泵机组包括：关断阀(制冷剂入口阀)，作用：控制制冷系统的启动、停止；膨胀阀13，作用：节流装置，它在制冷系统中的作用是将冷凝器11或贮液器中冷凝压力下的饱和液体或过冷液体节流后降至蒸发压力和蒸发温度，同时根据负荷的变化，调节进入蒸发器10制冷剂的流量；止回阀9，作用：防止介质倒流、防止压缩机12驱动电动机反转；在该实施例中，在蒸发器10与冷凝器11之间的连接管路上安装截止阀，在截止阀与蒸发器10之间的连接管路上安装膨胀阀13，在截止阀与冷凝器11之间的连接管路上安装止回阀本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全钒液流电池的余热回收系统，其特征在于，包括：用于监测全钒液流电池充放电状态的监测装置，及于监测装置发出全钒液流电池为充电状态的信号以启动的冷却系统；所述冷却系统以换热方式对电解液储罐中的电解液冷却；所述余热回收系统还包括对冷却系统换取的电解液的热量进行收集的蓄热系统。

【技术特征摘要】
1.一种全钒液流电池的余热回收系统，其特征在于，包括：用于监测全钒液流电池充放电状态的监测装置，及于监测装置发出全钒液流电池为充电状态的信号以启动的冷却系统；所述冷却系统以换热方式对电解液储罐中的电解液冷却；所述余热回收系统还包括对冷却系统换取的电解液的热量进行收集的蓄热系统。2.如权利要求1所述的全钒液流电池的余热回收系统，其特征在于，所述冷却系统包括安装于正极电解液储罐的电解液循环管路，该管路上具有电解液循环泵(4)及电解液换热器(6)，所述电解液换热器(6)的壳侧为电解液，管侧为若干并联的制冷剂管内的制冷工质。3.如权利要求2所述的全钒液流电池的余热回收系统，其特征在于，所述制冷剂管并联且释放由电解液获取的热量以供应热泵机组(5)的蒸发器，热泵机组(5)的冷凝器释放热量于蓄热系统并由蓄热系统存储，所述的蓄热系统(14)为存储蓄热介质的蓄热罐。4.如权利要求3所述的全钒液流电池的余热回收系统，其特征在于，热泵机组(5)的蒸发器(10)与冷凝器(11)之间安装有由控制装置控制以在全钒液流电池充电状态启动，全钒液流电池放电状态停止的压缩机(12)。5.如权利要求3所述的全钒液流电池的余热回收系统，其特征在于，换热器控制阀(8)设置在电解液换热器(6)和/或热泵机组的制冷工质侧，并与控制装置连接。6.如权利要求1-5任一项所述的全钒液流电池的余热回收系统，其特征在于，还包括位于正极电解液储罐(2)的一侧的负极电解液储罐(3)，该负极电解液储罐(3)的电解液循环管路上具有电解...

【专利技术属性】
技术研发人员：宫继禹，田鲁炜，梁立中，韩涛，曾光，初一帆，刘宗浩，吴静波，王洪博，刘静豪，萨米·佩科拉，袁寒玲，杨一帆，刘晓江，荆棘靓，代小军，
申请(专利权)人：大连热电新能源应用技术研究院有限公司，大连融科储能技术发展有限公司，大连融科储能装备有限公司，奥林燃烧器无锡有限公司，大连冷冻机股份有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁,21