液流电池的SOC的测试方法、系统及电池储能系统技术方案

本发明专利技术公开了一种液流电池的SOC的测试方法、系统及电池储能系统，测试方法包括以下步骤：通过测试建立液流电池的导电率与液流电池的荷电状态的线性关系式；实时测量液流电池的电解液的当前状态下的导电率值；基于线性关系式计算得到导电率值对应的液流电池的当前状态下的SOC值。本发明专利技术通过提前测试获得液流电池的导电率与荷电状态的线性关系式，然后根据需要动态测量液流电池的电解液的电导率值，并基于测得的电导率值根据电导率与电解液的荷电状态的线性关系式计算得到液流电池的当前状态下的SOC值。本发明专利技术能够实现液流电池的荷电状态的实时获取，获取的SOC值的准确度高，易于实现且成本低。于实现且成本低。于实现且成本低。

【技术实现步骤摘要】
液流电池的SOC的测试方法、系统及电池储能系统


[0001]本专利技术属于液流电池电源管理领域，特别涉及一种液流电池的SOC(state of charge，荷电状态)的测试方法、系统及电池储能系统。

技术介绍

[0002]液流电池储能系统适用于大规模储能应用场景，尤其是大型风力发电或者光伏发电场，可以解决风光等新能源发电存在的间断性、不稳定性问题，并可帮助新能源发电平稳入网。
[0003]全钒液流电池作为一种常用的液流电池，在充放电过程中，电能与化学能相互转变，而能量存储的介质为电解液，因此具有功率和容量独立的优势。全钒液流电池正负极之间由隔膜分开，商业化的全钒液流电池隔膜的首选材料是全氟磺酸质子交换膜，但是受限于其对钒离子的选择性，无法实现完全阻隔钒离子在正负极之间的传输，其最直接的结果是全钒液流电池的库伦效率无法到达100％。因此，全钒液流电池储能系统存在电解液容量衰减的现象。通常解决电解液容量衰减的方法有两种，一是更换电解液，二是对电解液进行再生。这些全钒液流电池的特性导致其运行过程中SOC的采集方法与其他电池体系存在差异。
[0004]现有的电池荷电状态常用采集方法包括安时积分法(又叫做计时电量法)和开路电压法。而多数电池系统采用计时电量法获取荷电状态信息，用于电池系统的能量管理。但是安时积分法在实际应用中存在的问题是：实际的充放电电流存在波动，并非等于设定的电流，因此以设定的电流值对时间积分时，获取的荷电状态值与实际的荷电状态值之间存在误差，而且，该误差随着时间的增长会更加明显。
[0005]另外一个常用的荷电状态获取方法是电池正负极电解液之间的开路电压，即在电池系统外部增加一个小型单电池，该电池不进行充放电测试，仅用于测量正负极电解液的电位差，这样获取的电位差反应了正负极电解液之间在未充放电状态下的电压，因此该电压可认为是正负极电解液处于平衡状态下的电压，即开路电压。而依据能斯特方程，可以建立开路电压与荷电状态之间的运算关系，来获取荷电状态的信息。该方法需要在系统中增设管路和电池，并需要对应的在电池管理系统中增加数据采集功能，增加了系统成本和复杂程度。
[0006]中国专利公开号CN104656030B的专利申请文件公开了一种适合液流电池SOC-OCV曲线标定的方法，其基于能斯特方程，提出了一种以小电流充放电过程中，固定间隔获取的OCV(Open Circuit Voltage，开路电压)作为基础，以MATLAB(一种商业数学软件)进行数据处理后再以OCV反推SOC值的方法。该方法不足之处在于：1)该方法虽然简单，但是在获取SOC-OCV工作曲线过程中，仅认为工作曲线与温度有关，而忽略其与电池工作电流(或者功率)的关系。2)由于全钒液流电池的特性，库伦效率往往小于100％，引起其降低的原因包括钒离子的渗透、正负极钒离子电化学反应自身可逆性的差异以及副反应等，这些因素所占的权重不同。在小电流(低功率)下充放电时，由钒离子渗透现象导致的库伦效率降低的权
重增加，并不能真实反映其他电流密度充放电的情况。3)并未指出电池系统工作过程中如何获取OCV值，并用于SOC的监控。4)并未考虑由于电解液容量衰减引起的OCV与SOC值的偏差。
[0007]中国专利公开号CN108680867A的专利申请文件公开了一种基于容量修正的全钒液流电池SOC在线校准方法，其提供了一种基于安时积分法(计时电量法)获取全钒液流电池SOC的方法，通过对充放电效率以及初始荷电状态值进行校正，从而实现了对传统安时积分法的改进，实现了对全钒液流电池的SOC的校准，提高了全钒液流电池SOC检测的精度，有利于电池管理系统进行准确的电池充放电控制。该方法重点解决了全钒液流电池电解液容量衰减对安时积分法获取荷电状态信息带来的误差问题，并同时用开路电压法获取的荷电状态来对安时积分法获取的荷电状态进行修正。该专利技术和其他专利相比，考虑到了电解液容量衰减问题，但是，进行修正的因子并未详细考虑到温度、电流大小对开路电压以及容量衰减的影响，而且校正系数的获得是以工程经验值范围来获取，误差较大。另外，该方法为了弥补该方法的误差，又在电池系统增加辅助电池回路获取开路电压值，来进一步校正通过安时积分法获取的荷电状态，方法繁琐复杂。
[0008]中国专利公开号CN104345278B的专利申请文件公开了一种全钒液流电池SOC检测方法及系统，其采用在正负极分别引入工作电极和参比电极来构建单独测试正负极氧化还原电压的测试方法。并进一步转化为数字信号用于正负极SOC的测试。该专利技术实施例的全钒液流电池SOC检测方法及系统，设计合理，操作方便，检测精确，误差较小。但是存在的问题是参比电极寿命短于电池系统造成后期维护工作量大，另外参比电极在使用过程中存在电位漂移，致使测试结果的长期准确性差。

技术实现思路

[0009]本专利技术要解决的技术问题是为了克服现有技术中液流电池的SOC的测试方式繁琐复杂、误差较大、测试结果的长期准确性差以及后期维护工作量大的缺陷，提供一种实现方式简单且测得的SOC更准确的液流电池的SOC的测试方法、系统及电池储能系统。
[0010]本专利技术是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
[0011]本专利技术提供了一种液流电池的SOC的测试方法，包括以下步骤：
[0012]通过测试建立所述液流电池的导电率与所述液流电池的荷电状态的线性关系式；
[0013]实时测量所述液流电池的电解液的当前状态下的导电率值；
[0014]基于所述线性关系式计算得到所述导电率值对应的所述液流电池的当前状态下的SOC值。
[0015]较佳地，所述测试方法还包括以下步骤：
[0016]在所述液流电池的至少一个电极侧设置电导率测试仪；
[0017]所述实时测量所述液流电池的电解液的当前状态下的导电率值包括以下步骤：
[0018]使用所述电导率测试仪实时测量所述液流电池的电解液的当前状态下的导电率值。
[0019]较佳地，所述电导率测试仪设置在所述液流电池的电解液储存单元或者电解液输送单元。
[0020]较佳地，所述电导率测试仪为离子电导率传感器。
[0021]较佳地，所述液流电池为全钒液流电池。
[0022]较佳地，所述电导率测试仪设置于所述液流电池的负极侧；
[0023]放电时的所述线性关系式为：y＝76.647x+286.52；
[0024]充电时的所述线性关系式为：y＝67.283x+277.5；
[0025]其中y表示电导率，x表示荷电状态。
[0026]较佳地，所述电导率测试仪设置于所述液流电池的正极侧；
[0027]放电时的所述线性关系式为：y＝107.4x+392.96；
[0028]充电时的所述线性关系式为：y＝79.119x+398.24；
[0029]其中y表示电导率，x表示荷电状态。
[0030]较佳地，所述通过测试建立所述液流电池的导电率与所述液流电池的荷电状态的线性关系式包本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种液流电池的SOC的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：通过测试建立所述液流电池的导电率与所述液流电池的荷电状态的线性关系式；实时测量所述液流电池的电解液的当前状态下的导电率值；基于所述线性关系式计算得到所述导电率值对应的所述液流电池的当前状态下的SOC值。2.如权利要求1所述的液流电池的SOC的测试方法，其特征在于，所述测试方法还包括以下步骤：在所述液流电池的至少一个电极侧设置电导率测试仪；所述实时测量所述液流电池的电解液的当前状态下的导电率值包括以下步骤：使用所述电导率测试仪实时测量所述液流电池的电解液的当前状态下的导电率值。3.如权利要求2所述的液流电池的SOC的测试方法，其特征在于，所述电导率测试仪设置在所述液流电池的电解液储存单元或者电解液输送单元。4.如权利要求2所述的液流电池的SOC的测试方法，其特征在于，所述电导率测试仪为离子电导率传感器。5.如权利要求2至4任一项所述的液流电池的SOC的测试方法，其特征在于，所述液流电池为全钒液流电池。6.如权利要求5所述的液流电池的SOC的测试方法，其特征在于，所述电导率测试仪设置于所述液流电池的负极侧；放电时的所述线性关系式为：y＝76.647x+286.52；充电时的所述线性关系式为：y＝67.283x+277.5；其中y表示电导率，x表示荷电状态。7.如权利要求5所述的液流电池的SOC的测试方法，其特征在于，所述电导率测试仪设置于所述液流电池的正极侧；放电时的所述线性关系式为：y＝107.4x+392.96；充电时的所述线性关系式为：y＝79.119x+398.24；其中y表示电导率，x表示荷电状态。8.如权利要求5所述的液流电池的SOC的测试方法，其特征在于，所述通过测试建立所述液流电池的导电率与所述液流电池的荷电状态的线性关系式包括以下步骤：在不同温度下通过测试建立所述液流电池的导电率与所述液流电池的荷电状态的线性关系式。9.如权利要求8所述的液流电池的SOC的测试方法，其特征在于，所述电导率测试仪设置于所述液流电池的负极侧；当温度为10℃时，放电时的所述线性关系式为：y＝72.273x+279.35，充电时的所述线性关系式为：y＝56.545x+329.09；当温度为20℃时，放电时的所述线性关系式为：y＝73.036x+308.14，充电时的所述线性关系式为：y＝58.8x+302.45；当温度为30℃时，放电时的所述线性关系式为：y＝72.855x+274，充电时的所述线性关系式为：y＝52.009x+295.87；其中y表示电导率，x表示荷电状态。
10.如权利要求8所述的液流电池的SOC的测试方法，其特征在于，所述电导率测试仪设置于所述液流电池的正极侧；当温度为10℃时，放电时的所述线性关系式为：y＝110.15x+435.18，充电时的所述线性关系式为：y＝52.655x+515；当温度为20℃时，放电时的所述线性关系式为：y＝124.28x+477.11，充电时的所述线性关系式为：y＝67.509x+472.56；当温度为30℃时，放电时的所述线性关系式为：y＝103.23x+417.72，充电时的所述线性关系式为：y＝65.773x+455.11；其中y表示电导率，x表示荷电状态。11.一种液流电池的SOC的测试系统，其特征在于，包括第一测试模块、第二测试模块和数据处理模块；所述第一测试模块用于通过测试建立所述液流电池的导电率与所述液流电池的荷电状态的线性关系式；所述第二测试模块用于实时测量所述液流电池的电解液的当前状...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏秀丽，杨霖霖，林友斌，余姝媛，丁俊，薛维恒，
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：