一种全钒液流电池正、负极电解液的调平共混系统及其方法技术方案

本发明专利技术公开一种全钒液流电池正、负极电解液的调平共混系统及其方法，该调平共混系统，包括正极储液罐、负极储液罐以及电堆，正极储液罐与电堆连接并向电堆输送正极电解液，负极储液罐与电堆连接并向电堆输送负极电解液；电堆通过第五管道和第六管道分别与正极储液罐和负极储液罐连接；正极储液罐通过在第一管道上开设的支路第三管道与共混管连接，负极储液罐通过在第二管道开设的支路第四管道与共混管连接，共混管分别通过第七管道和第八管道与正极储液罐和负极储液罐连接。本发明专利技术提供的调平共混系统及其方法，避免了正负极电解液的长期接触，从而减少自放电容量损失，实现系统的容量恢复，保障电解液容量不衰减。

【技术实现步骤摘要】
一种全钒液流电池正、负极电解液的调平共混系统及其方法
本专利技术涉及液流电池领域，尤其涉及一种全钒液流电池正、负极电解液的调平共混系统及其方法。
技术介绍
全钒液流电池是一种技术较为年轻的新型储能电池，特别适用于大容量储能的应用场合，其基本原理为：将具有不同价态的钒离子溶液正极VO2+/VO2+、负极V2+/V3+分别储存正极和负极电解液储罐中，通过外接泵单独向电池模块提供正、负极电解液，正负极电解液在电池内部由隔膜隔开，在发生氧化还原反应后，各自返回储罐，如此不断循环，完成电能与化学能的相互转换。在实际运行中，离子膜上的钒离子与水分子穿透不可避免，将导致正、负极两侧储液罐内电解液液位不平衡、钒离子总浓度不相等、钒离子综合价态不匹配等后果，这些问题将与电池内的副反应一起共同导致电解液容量的衰减；在实际运行中，需采用技术手段定期完成正、负极电解液的调平，避免正负极电解液体积偏差过大，影响安全运行；同时需定期进行共混维护，保持正极与负极电解液的钒离子浓度相当。美国专利US6764789提出了两种方法，第一种方法是在若干次充放电循环后，将液面升高的正极或负极电解液用泵抽到液面降低的负极或正极电解液中，实现液位调平；第二种方法是在正极和负极电解液储罐之间设置溢流管，当正负极电解液液位差达到初始设定值时，一方电解液通过溢流管流向另一方，保障液位差不会超高设定初始值；美国专利US20110300417提出了正负极电解液储罐连通的方法，长时间保持液位的平衡，但无论是哪种方法，钒电池系统长期运行时，离子膜上的钒离子与水分子的穿透将导致正负极电解液体积与浓度不平衡，从而降低系统的可用容量，当达到一定的程度时，系统将无法进行充放电；上述两者专利主要解决的问题是：当正负极电解液体积偏差达到一定程度时，通过输送泵、溢流管或连通管以达到液位调平的效果，可以调整正极与负极的电解液体积，但对于浓度的调整作用并不明显；同时，长时间保持正极和负极电解液的连通，会造成漏电的产生，导致系统的整体效率与容量下降。综上，现有电解液的调平共混系统普遍存在以下问题：1.对于浓度的调整作用不明显；2.会造成漏电的产生，导致系统的整体效率与容量下降。因此，针对现有电解液的调平共混系统对于浓度的调整作用不明显以及会造成漏电的产生，导致系统的整体效率与容量下降等问题，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术为解决现有电解液的调平共混系统对于浓度的调整作用不明显以及会造成漏电的产生，导致系统的整体效率与容量下降等问题，提供了全钒液流电池正、负极电解液的调平共混系统及其方法。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术的第一个方面是提供了一种全钒液流电池正、负极电解液的调平共混系统，包括正极储液罐、负极储液罐以及电堆，所述正极储液罐通过第一管道与所述电堆连接并向所述电堆输送正极电解液，所述负极储液罐通过第二管道与所述电堆连接并向所述电堆输送负极电解液；所述电堆通过第五管道和第六管道分别与所述正极储液罐和负极储液罐连接以实现正极电解液和负极电解液的循环输送；所述正极储液罐通过在所述第一管道上开设的支路第三管道与所述共混管连接，所述负极储液罐通过在所述第二管道开设的支路第四管道与所述共混管连接，所述共混管分别通过第七管道和第八管道与所述正极储液罐和负极储液罐连接以实现正极电解液和负极电解液的循环输送。进一步地，所述第三管道和第四管道上分别设有第三阀门和第四阀门。进一步地，所述正极储液罐内正极电解液通过正极泵输送至所述电堆，所述第一管道上设有第一阀门，所述第一阀门和所述正极泵之间开设有所述第三管道。进一步地，所述负极储液罐内负极电解液通过负极泵输送至所述电堆，所述第二管道上设有第二阀门，所述第二阀门和所述负极泵之间开设有所述第四管道。进一步地，所述第一阀门、第二阀门、第三阀门以及第四阀门均为电动调节阀门。进一步地，所述正极储液罐和负极储液罐内均设有液位探测器。进一步地，所述正极储液罐和负极储液罐的出液口处均设有电位传感器。进一步地，所述共混管为蛇形共混管或直管。本专利技术的第二个方面是提供了一种全钒液流电池正、负极电解液的调平共混方法，包括以下步骤：步骤一、通过所述液位探测器得到所述正极储液罐的液位LT01和所述负极储液罐的液位LT02,根据所述LT01和LT02分别计算所述正极储液罐和负极储液罐的体积并得到V01和V02；步骤二、计算偏离值|V01-V02|，当所述|V01-V02|大于预设值，关闭所述第一阀门和第二阀门，同时打开所述第三阀门和第四阀门，当所述|V01-V02|小于预设值，所述第三阀门和第四阀门的开度保持一致；步骤三、通过所述电位传感器分别探测所述正极储液罐和负极储液罐出液口处的电位值CT01和CT02；步骤四、计算偏离值|CT01-CT02|，当所述|CT01-CT02|小于预设值，关闭所述第三阀门和第四阀门，同时打开所述第一阀门和第二阀门；步骤五、进入下一放电循环。进一步地，步骤二中当所述|V01-V02|大于预设值且所述V01＞V02，调节所述第三阀门和第四阀门的开度至所述第三阀门的开度大于第四阀门的开度；当所述|V01-V02|大于预设值且所述V01＜V02，调节所述第三阀门和第四阀门的开度至所述第三阀门的开度小于第四阀门的开度。本专利技术采用上述技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：(1)相比与溢流管调平技术，本专利技术调平的精度更高，达到液位计的检测精度，一般为±10mm；当系统配置的电解液量增加或减少时，溢流管调平可能失效，而本专利技术不受此影响；(2)相比于连通管调平技术，本专利技术避免了正负极电解液的长期接触，从而减少自放电容量损失；(3)本专利技术可以精确实现正负极电解液的调平与共混，实现系统的容量恢复，保障电解液容量不衰减。附图说明图1为本专利技术全钒液流电池正、负极电解液的调平共混系统的布置连接示意图；图2为本专利技术全钒液流电池正、负极电解液的调平共混系统的工作流程图；其中，各附图标记为：1-电堆，2-正极储液罐，3-负极储液罐，4-第一管道，5-第二管道，6-第五管道，7-第六管道，8-共混管，9-第三管道，10-第四管道，11-第七管道，12-第八管道，13-第三阀门，14-第四阀门，15-第一阀门，16-第二阀门，17-正极泵，18-负极泵。具体实施方式下面通过具体实施例对本专利技术进行详细和具体的介绍，以使更好的理解本专利技术，但是下述实施例并不限制本专利技术范围。实施例1如图1所示，本实施例提供了一种全钒液流电池正、负极电解液的调平共混系统，包括正极储液罐2、负极储液罐3以及电堆1，正极储液罐2通过第一管道4与电堆1连接并向电堆1输送正极电解液，负极储液罐3通过第二管道5与电堆1连接并向电堆1输送负极电解液；电堆1通过第五管道6和第六管道7分别与正极储液罐2和负极储液罐3连接以实现正极电解液和负极电解液的循环输送；正极储液罐2通过在第一管道4上开设的支路第三管道9与共混管8连接，负极储液罐3通过在第二管道5开设的支路第四管道10与共混管8连接，共混管8分别通过第七管道11和第八管道12与正极储液罐2和负极储液罐3连接以实现正极电解液和负极电解液的循环输送。本实施例的一方面，如图1所示，第三管道9和第四管道10上分别设有第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全钒液流电池正、负极电解液的调平共混系统，其特征在于，包括正极储液罐(2)、负极储液罐(3)以及电堆(1)，所述正极储液罐(2)通过第一管道(4)与所述电堆(1)连接并向所述电堆(1)输送正极电解液，所述负极储液罐(3)通过第二管道(5)与所述电堆(1)连接并向所述电堆(1)输送负极电解液；所述电堆(1)通过第五管道(6)和第六管道(7)分别与所述正极储液罐(2)和负极储液罐(3)连接以实现正极电解液和负极电解液的循环输送；所述正极储液罐(2)通过在所述第一管道(4)上开设的支路第三管道(9)与所述共混管(8)连接，所述负极储液罐(3)通过在所述第二管道(5)开设的支路第四管道(10)与所述共混管(8)连接，所述共混管(8)分别通过第七管道(11)和第八管道(12)与所述正极储液罐(2)和负极储液罐(3)连接以实现正极电解液和负极电解液的循环输送。

【技术特征摘要】
1.一种全钒液流电池正、负极电解液的调平共混系统，其特征在于，包括正极储液罐(2)、负极储液罐(3)以及电堆(1)，所述正极储液罐(2)通过第一管道(4)与所述电堆(1)连接并向所述电堆(1)输送正极电解液，所述负极储液罐(3)通过第二管道(5)与所述电堆(1)连接并向所述电堆(1)输送负极电解液；所述电堆(1)通过第五管道(6)和第六管道(7)分别与所述正极储液罐(2)和负极储液罐(3)连接以实现正极电解液和负极电解液的循环输送；所述正极储液罐(2)通过在所述第一管道(4)上开设的支路第三管道(9)与所述共混管(8)连接，所述负极储液罐(3)通过在所述第二管道(5)开设的支路第四管道(10)与所述共混管(8)连接，所述共混管(8)分别通过第七管道(11)和第八管道(12)与所述正极储液罐(2)和负极储液罐(3)连接以实现正极电解液和负极电解液的循环输送。2.根据权利要求1所述的全钒液流电池正、负极电解液的调平共混系统，其特征在于，所述第三管道(9)和第四管道(10)上分别设有第三阀门(13)和第四阀门(14)。3.根据权利要求1所述的全钒液流电池正、负极电解液的调平共混系统，其特征在于，所述正极储液罐(2)内正极电解液通过正极泵(17)输送至所述电堆(1)，所述第一管道(4)上设有第一阀门(15)，所述第一阀门(15)和所述正极泵(17)之间设有所述第三管道(9)。4.根据权利要求1所述的全钒液流电池正、负极电解液的调平共混系统，其特征在于，所述负极储液罐(3)内负极电解液通过负极泵(18)输送至所述电堆(1)，所述第二管道(5)上设有第二阀门(16)，所述第二阀门(16)和所述负极泵(18)之间设有所述第四管道(10)。5.根据权利要求3或4所述的全钒液流电池正、负极电解液的调平共混系统，其特征在于，所述第一阀门(15)、第二阀门(16)、第三阀门(13)以及第四阀门(14)均为电动调节阀门。6.根据权利要求1所述的全...

【专利技术属性】
技术研发人员：林友斌，余姝媛，杨霖霖，苏秀丽，
申请(专利权)人：上海电气集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31