用于对氧化还原液流电池系统进行状态监控的方法技术方案

用于对氧化还原液流电池系统进行状态监控的方法，其中，电池系统包括至少两个串联联接的电池模块(1)，并且其中，方法包括以下步骤：S1：使至少一个电池模块(1)从串联电路中切出；S2：使在步骤S1中从串联电路中切出的至少一个电池模块(1)的电解液的至少一个部分体积放电，其中，反复检测电势差，并且其中，在至少一个切出的电池模块(1)的负电解液的第一电势与正电解液的第二电势之间形成电势差；S3：从在步骤S3中检测到的电势差值确定在步骤S1中从串联电路中切出的至少一个电池模块(1)的SoH。SoH。SoH。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于对氧化还原液流电池系统进行状态监控的方法


[0001]本专利技术涉及一种用于运行尤其基于钒的氧化还原液流电池系统的方法。本专利技术尤其涉及一种具有高的输出电压的氧化还原液流电池系统。运行方法涉及一种对电池系统的健康状态(State of Health
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SoH)的状态监控。

技术介绍

[0002]为了在氧化还原液流电池系统中获得高的输出电压，通常将多个单电池串联地电联接。这种布置被称为堆。然而，这不能任意继续，这是因为否则由电解液引起的分路电流将变得不可容忍地高。然而，当多个堆串联联接时，输出电压会进一步增大，其中，每个堆具有单独的罐单元。由堆和所属的单独的罐单元构成的这种单元被称为电池模块。多个电池模块的串联电路通常被称为串接件。因此，本专利技术涉及一种包括多个电池模块的电池系统，其中，电池系统被构造为，使得在系统的充电和放电期间，电池模块串联联接，即形成串接件。
[0003]氧化还原液流电池系统的SoH会由于不同的效应而受到负面影响。电解液的不平衡(包括负电解液和正电解液中的不平衡的离子浓度)会对SoH产生负面影响。这种不平衡通常通过所谓的平均氧化态(average oxidation state
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AOS)来描述。偏离+3.5的AOS表示这种不平衡。这种不平衡可以从运行开始就已经存在，或者在运行期间变大。后者会由于钒氧化、进一步的化学副反应并且由于在堆的薄膜上的“交叉”所造成。电解液的这种不平衡通常也被称为电解液的偏移。电解液不平衡的另一可能性是，负电解液的体积可能不同于正电解液的体积。在此，电池模块的总的电解液体积和/或位于单电池中的电解液体积会具有这种偏差。在最后的情况中，例如，一个或多个单电池中的气泡可能是原因。由于不同的电解液体积所引起的不平衡也可以随时间变大。
[0004]从现有技术已知的是，可以借助OCV单元和参考单元(或三个半单元)来探测电解液的偏移。在此，OCV代表所谓的“开路电压”(见下文)。但在此存在由于参考单元的可能的有限的长期稳定性所引起的问题(参见WO2018/237181A1)。此外，不能够借助参考单元探测由于不同的电解液体积所引起的不平衡。
[0005]还描述了一种方法，在该方法中，在第一次给氧化还原液流电池充电时已确定电解液不平衡(“Electrolyte Imbalance Determination of aVanadium Redox Flow Battery by Potential
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Step Analysis of the Initial Charging”,Kirstin Beyer,Jan grosse Austing,Barbara Satola,Timo Di Nardo,Marco Zobel,Carsten Agert,in European Chemical Societies Publishing ChemSusChem 2020,13,2066
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2071)(“利用对初始充电的电势突变分析法来确定钒氧化还原液流电池的电解液不平衡”，Kirstin Beyer，Jan grosse Austing，Barbara Satola，Timo Di Nardo，Marco Zobel，Carsten Agert，欧洲化学学会期刊ChemSusChem 2020,13,2066
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2071)。在此，在电解液偏移的情况下，在第一次充电期间可以探测两个彼此分离的电势突变，而理想的电解液在此仅具有一个电势突变。在此，两个电势突变之间的时间间隔是针对SoH的度量(首先参见图1至图3)。

技术实现思路

[0006]本专利技术的任务是，提供一种用于对氧化还原液流电池系统进行状态监控的方法，该方法能够在正常运行期间监控电池系统的健康状态，并且在此能够探测电解液不平衡的所有描述的类型。
[0007]根据本专利技术，该任务通过根据独立权利要求的实施方案解决。本专利技术的其他的有利的实施方式在从属权利要求中说明。
附图说明
[0008]下面借助附图阐述根据本专利技术的解决方案。在附图中：
[0009]图1示出了电池模块，
[0010]图2示出了第一实施方式中的电池系统，
[0011]图3示出了另一实施方式中的电池系统，
[0012]图4示出了又一实施方式中的电池系统，
[0013]图5示出了电势差值的时间变化曲线，
[0014]图6示出了电势差值的时间变化曲线，
[0015]图7示出了电势差值的时间变化曲线。
具体实施方式
[0016]图1在左侧以示意图示出了电池模块。电池模块利用1表示。电池模块包括利用2表示的单电池设施和利用3表示的罐装置。单电池设施2是具有多个可以任意布置的氧化还原液流单电池的机构。例如，它可以是单个单电池堆、多个堆的串联电路、多个堆的并联电路或多个堆的串联电路和并联电路的组合。罐装置3用于储存电解液并用于向单电池设施2供应电解液。为此，罐装置3包括用于负电解液和正电解液的至少两个罐、用于将罐与单电池设施2连接的管系统以及用于输送电解液的泵。图1在此示出了两个独立的泵。利用双头泵可以同样良好地输送电解液，即利用通过共同的马达驱动的两个泵。罐装置3在此构造为，使得其能够向单电池设施2的所有单电池供应电解液。因此，如果泵输送电解液，则单电池设施2的所有单电池由该电解液流过。
[0017]图1所示的电池模块1包括两个分别利用4和5表示的测量装置。在此，利用4表示的测量装置是用于提供所谓的开路电压(open circuit voltage
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OCV)的测量装置。OCV值是电池模块的荷电状态(SoC)的度量。利用5表示的测量装置是用于提供单电池设施2的进而电池模块1的端电压的测量装置。在电池模块1充电或放电时，端电压与开路电压相差了在单电池设施2的内阻上下降的电压。利用两个测量装置4或5测量电势差，该电势差相应地在负电解液的第一电势与正电解液的第二电势之间形成。在OCV测量装置4中，截取所提到的电势的电极位于测量单元中，其中，存在负电解液和正电解液的所属的腔室通过薄膜或分离器分隔。在用于提供端电压的测量装置5中，用于截取所提到的电势的电极位于单电池设施2的相应的单电池中。在此，形成的电势差当然依赖于串联联接在用于截取电势的电极之间的单电池的数量。当没有充电电流或放电电流流动时，端电压是在OCV测量装置上截取的电势的多倍，其中，所属的系数通过在单电池设施2中串联联接的单电池的数量给出。
[0018]在图1的右侧示出了电池模块1的象征性的示出方式。随后使用该象征性的示出方
式。
[0019]图2以示意图示出了第一实施方式中的电池系统。电池系统包括至少两个电池模块(其中一个电池模块利用1表示)、利用6表示的双向变流器(英语：bidirectional power conversion system
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PCS)，以及利用8表示的控制装置。电池本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.用于对氧化还原液流电池系统进行状态监控的方法，其中，所述电池系统包括至少两个电池模块(1)、双向变流器(6)和控制装置(8)，其中，所述电池模块(1)串联联接并且与所述双向变流器(6)连接，并且其中，每个电池模块(1)包括具有多个氧化还原液流单电池的单电池设施(2)和用于储存负电解液和正电解液并用于给所述单电池设施(2)供应电解液的罐装置(3)，并且其中，所述电池系统针对每个电池模块(1)包括第一开关(9)和第二开关(10)，其中，所述第一开关(9)分别与所属的电池模块(1)串联地布置，并且所述第二开关(10)分别布置在绕过所属的电池模块(1)和所属的第一开关(9)的旁路中，并且其中，所述控制装置(8)与其中每个开关(9、10)连接，从而使得所述控制装置能够确定各自的开关位置，以便使所述电池模块(1)接入到串联电路中或从串联电路中切出，其特征在于，所述方法包括以下步骤：S1：驱控第一和第二开关(9、10)，使至少一个电池模块(1)从串联电路中切出；S2：使在步骤S1中从串联电路中切出的至少一个电池模块(1)的电解液的至少一个部分体积放电，其中，反复检测电势差，并且其中，在至少一个切出的电池模块(1)的负电解液的第一电势与正电解液的第二电势之间形成电势差；S3：从在步骤S3中检测到的电势差值确定在步骤S1中从串联电路中切出的至少一个电池模块(1)的SoH。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述电池系统针对每个电池模块(1)包括第三开关(11)和电阻(14)，其中，所述第三开关(11)和所述电阻(14)分别布置在绕过各一个电池模块(1)的一条旁通线路中，使得当所属的第三开关(14)闭合时，各一个电池模块(1)通过电阻(14)短路，并且其中，在步骤S2中的放电通过所述电阻(14)进行。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述电池系统包括另外的变流器(7)，并且针对每个电池模块(1)包括第四和第五开关(12、13)以及线路，其中，所述第四和...

【专利技术属性】
技术研发人员：托马斯，
申请(专利权)人：福伊特专利有限公司，
类型：发明
国别省市：