基于钒电池SOC估算的电解液流量动态控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于钒电池SOC估算的电解液流量动态控制系统，它的多个钒电池电堆串联在储能变换器的正负极之间，相邻两个钒电池电堆的电解液通过电解液管路连通，钒电池测试电堆的电解液与其中一个钒电池电堆的电解液通过电解液管路连通，所述储能变换器用于控制串联的所有钒电池电堆充放电；电池管理系统根据所述随时间变化的荷电状态，调节钒电池储能系统的管路系统的变频器频率，动态控制钒电池储能系统中电解液的流量。本发明专利技术在SOC值动态获取条件下，动态控制电解液流量，并通过BMS不断积累数据，拟合不同区域SOC合适的电解液流量值，保证系统充放电能量效率始终处于一个高位水平状态下。位水平状态下。位水平状态下。

【技术实现步骤摘要】
基于钒电池SOC估算的电解液流量动态控制系统及方法


[0001]本专利技术涉及钒电池储能
，具体地指一种基于钒电池 SOC(荷电状态)估算的电解液流量动态控制系统及方法。

技术介绍

[0002]电网侧、电源侧、用户侧等配备储能文件的相应发布，全钒液流电池作为储能家族中重要的一员，在钒电池储能系统集成技术日臻完善、钒电池度电量成本持续下降、钒电池储能系统材料供应商逐渐多元的条件下，钒电池储能系统的商业使用也越来越备受青睐。
[0003]电池储能系统中，荷电状态SOC是控制系统放电、反应系统当前电量的重要参数，荷电状态SOC的获取方法众多，目前仍然没有形成统一有效的针对钒电池储能系统荷电状态SOC的计算方法。例如：专利CN103151811A公开的一种钒电池管理系统SOC的检测方法，该专利方法使用旁路于主管路系统且不参与充放电的单体开路电压来计算SOC值，但是其默认在整个钒电池储能系统生命周期内， SOC值与单体开路电压始终保持线性关系，而在实际钒电池储能系统工程应用中，随着系统充放电次数的累计，正负极发生化学反应过程时由于隔膜造成的氢离子透传，系统的能量效率会呈现一种逐渐损耗的趋势。因此，基于SOC值与单体开路电压只可能在某一区域内表现为一种线性关系，在另一个时间段内又呈现为另外一种线性关系，不可能在整个生命周期内仅维持一种线性关系。所以，为使SOC能够更加准确反映钒电池储能系统充放电情况，有必要将全生命周期的钒电池SOC分段核算。专利CN104656030A公布了一种适合液流电池SOC
‑/>OCV曲线标定的方法，其方法是采用恒压或者恒流方式对电池进行充电，待充满后在室温条件下进行小电流放电，采集此过程中负载电流数据，最后利用Matlab进行处理获取 SOC
‑
OCV实验数据。该方法只适合在实验室操作，而在实际工程项目中，钒电池储能系统充放电会根据需要在功率模式、电流模式、电压模式间互相切换，同时千瓦级、兆瓦级的储能系统即便在充放电末端电流值都很高，不满足该专利技术小电流放电条件。同理，在针对通过温度、电解液电位、能斯特方程测量电解液中氢离子浓度等方式换算SOC值都会受到项目现场实际环境因素限制。
[0004]而同样对钒电池充放电能量效率具有重要影响的电解液流速问题目前还鲜有文献进行研究，目前通俗方式是在系统充放电过程中采用同一不变的电解液流量，而此处理方式虽然避免了动态控制电解液流速流量给系统开发带来的工作量，但也使电解液流量对钒电池充放电能量效率的影响不能得到反映。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的就是要提供一种基于钒电池SOC估算的电解液流量动态控制系统及方法，本专利技术在SOC值动态获取条件下，动态控制电解液流量，并通过BMS(电池管理系统)不断积累数据，拟合不同区域SOC合适的电解液流量值，保证系统充放电能量效率始终处于一个高位水平状态下。
[0006]为实现此目的，本专利技术所设计的一种基于钒电池SOC估算的电解液流量动态控制
系统，它包括钒电池测试电堆、储能变换器、电池管理系统和多个钒电池电堆，其中，多个钒电池电堆利用直流电缆串联在储能变换器的正负极之间，相邻两个钒电池电堆的电解液通过电解液管路连通，钒电池测试电堆的电解液与其中一个钒电池电堆的电解液通过电解液管路连通，所述储能变换器用于控制串联的所有钒电池电堆充放电；
[0007]电池管理系统利用未参与储能变换器控制充放电过程的钒电池测试电堆的单体开路电压，动态计算所有钒电池电堆构成的钒电池储能系统随时间变化的荷电状态SOC
t
；
[0008]电池管理系统根据所述随时间变化的荷电状态SOC
t
，调节钒电池储能系统的管路系统的变频器频率，动态控制钒电池储能系统中电解液的流量。
[0009]本专利技术的有益效果：
[0010]1、本专利技术的SOC动态估算方法摒弃了全钒液流电池全生命周期 SOC唯一线性关系的特点，采用分阶段性数据拟合获得的线性关系式，始终遵循第n+1次SOC值由前n数据累计拟合的线性关系计算获得，实现了全生命周期的钒电池SOC分段核算，这样处理保证了当前系统SOC值最符合当前系统运行环境的数据。同时，该方法还避免了由电解液运行温度、电解液电位等其他取决于温度或电位拟合SOC曲线受外界因素造成计算出现严重误差的现象。
[0011]2、本专利技术基于SOC值动态控制电解液流量的方法，使电解液流量对液流电池充放电能量效率的重要影响得以体现。一般钒电池在充放电过程都是将电解液流速固定在一个合适值，使其作为一个定量，不考虑其对系统能量效率的影响。而实际上，液流电池电解液流量对系统充放电能量效率有5％左右的影响，因此，在系统充放电过程中合理的控制电解液流量会有效提升系统整体的充放电能量效率。
附图说明
[0012]图1为本专利技术的结构示意图；
[0013]图2为基于SOC值分段控制电解液流量图。
[0014]其中，1—钒电池电堆、2—钒电池测试电堆、3—储能变换器、 4—电池管理系统、5—电解液管路。
具体实施方式
[0015]以下结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步的详细说明：
[0016]如图1所示的基于钒电池SOC估算的电解液流量动态控制系统，它包括钒电池测试电堆2、储能变换器3、电池管理系统4和多个钒电池电堆1，其中，多个钒电池电堆1串联在储能变换器3的正负极之间，相邻两个钒电池电堆1的电解液通过电解液管路5连通，钒电池测试电堆2的电解液与其中一个钒电池电堆1的电解液通过电解液管路5连通，所述储能变换器3用于控制串联的所有钒电池电堆1充放电；
[0017]电池管理系统4利用未参与储能变换器3控制充放电过程的钒电池测试电堆2的单体开路电压，动态计算所有钒电池电堆1构成的钒电池储能系统随时间变化的荷电状态SOC
t
；
[0018]电池管理系统4根据所述随时间变化的荷电状态SOC
t
，调节钒电池储能系统的管路系统的变频器频率，动态控制钒电池储能系统中电解液的流量。上述方法使系统在充电
开始阶段能够快速进入有效充电范围，反映在测试电堆电压上就是使其尽快进入1V到1.6V 区间内。同时，在接近1.6V附近，液流电池存在浮充现象，调节SOC 控制流量，减少浮充时间。同理，放电过程一样。
[0019]上述技术方案中，各个钒电池电堆1与钒电池测试电堆2的电解液环境一致。上述设计使钒电池测试电堆2独立与钒电池储能系统的充放电环路之外，这样保证了钒电池测试电堆2循环不受储能变换器3充放电控制的影响，而电解液各参数与钒电池电堆1(标准电堆)参数又完全一致，这样由小电堆单体开路电压计算获得SOC 能够正确反映钒电池储能系统SOC值。
[0020]上述技术方案中，所述钒电池测试电堆2的电压值范围为 0～1.6V，0～1.6V是电堆单体电压由材料制备而来的属性，不充电或者电量放完时为0V，充满为1.6V左右。实际应用中，单体电压希望在1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于钒电池SOC估算的电解液流量动态控制系统，其特征在于：它包括钒电池测试电堆(2)、储能变换器(3)、电池管理系统(4)和多个钒电池电堆(1)，其中，多个钒电池电堆(1)串联在储能变换器(3)的正负极之间，相邻两个钒电池电堆(1)的电解液通过电解液管路(5)连通，钒电池测试电堆(2)的电解液与其中一个钒电池电堆(1)的电解液通过电解液管路(5)连通，所述储能变换器(3)用于控制串联的所有钒电池电堆(1)充放电；电池管理系统(4)利用未参与储能变换器(3)控制充放电过程的钒电池测试电堆(2)的单体开路电压，动态计算所有钒电池电堆(1)构成的钒电池储能系统随时间变化的荷电状态SOC
t
；电池管理系统(4)根据所述随时间变化的荷电状态SOC
t
，调节钒电池储能系统的管路系统的变频器频率，动态控制钒电池储能系统中电解液的流量。2.根据权利要求1所述基于钒电池SOC估算的电解液流量动态控制系统，其特征在于：各个钒电池电堆(1)与钒电池测试电堆(2)的电解液环境一致。3.根据权利要求1所述基于钒电池SOC估算的电解液流量动态控制系统，其特征在于：所述钒电池测试电堆(2)的电压值范围为0～1.6V。4.根据权利要求1所述基于钒电池SOC估算的电解液流量动态控制系统，其特征在于：所述电池管理系统(4)记录前n次钒电池储能系统充放电时钒电池测试电堆(2)充电截止电压Vc和对应的充电时间Tc，前n次钒电池储能系统充放电时钒电池测试电堆(2)放电截止电压Vd和对应的放电时间Td；计算前n次钒电池储能系统充放电时钒电池测试电堆(2)充电截止电压Vc的加权值Vc1和对应的充电时间加权值Tc1，前n次钒电池储能系统充放电时钒电池测试电堆(2)放电截止电压Vd的加权值Vd1和对应的放电时间加权值Td1；将前n次钒电池储能系统充放电时钒电池测试电堆(2)充电截止电压Vc的加权值Vc1对应的钒电池储能系统SOC值标定为100％，放电截止电压Vd1对应的SOC值标定为0％；根据前n次钒电池储能系统充放电时钒电池测试电堆(2)充放电SOC标定值和时间关系，拟合充电过程中随时间变化的荷电状态SOC
t
与时间Tc1的关系：SOCt＝Tc/Tc1*100％
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公式1同理拟合放电过程中随时间变化的荷电状态SOC
t
与时间Td1的关系：SOC
t
＝1
‑
Tc/Td1*100％
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式2在第n+1次钒电池储能系统充放电时，将Tc1作为钒电池储能系统充电截止电压的参考值，Td1作为钒电池储能系统放电截止电压的参考值，根据公式1和公式2中SOC
t
关系式计算钒电池储能系统充放电过程SOC值。5.根据权利要求4所述基于钒电池SOC估算的电解液流量动态控制系统，其特征在于：第n+2次钒电池储能系统充放电过程SOC值由前n+1次...

【专利技术属性】
技术研发人员：张杰，张爱芳，朱晔，孟刚，刘启，姚俊，王伟，刘飞，张鑫，张科杰，杜涛，陈柏阳，刘俊，杨洋，耿浩天，
申请(专利权)人：国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司，
类型：发明
国别省市：