一种跨液路系统的电堆串联成组拓扑技术方案

本发明专利技术公开了一种跨液路系统的电堆串联成组拓扑，所述结构包括电堆；电解液储罐；电解液液路管道；电气连接线。一对正、负极电解液储罐及正、负极电解液液路管道构成一套液路系统，受其供液的多个电堆构成同一个液路系统内的电堆组，简称为电堆组，该电堆组中各电堆的正极电位同正极电解液的电位，各电堆的负极电位同负极电解液的电位，整个液流电池系统由多对罐及其电堆组构成。每个电堆组中提供一个位置相同或位置不同的电堆相互串联连接，形成跨液路系统的串联结构，简称为电堆串，组成新型电堆串联成组拓扑，避免了在同一液路系统内的电堆串联，根本性地解决了电堆组内电堆之间的液路管道旁路电流损耗问题，为构建大功率储能系统奠定基础。系统奠定基础。系统奠定基础。

【技术实现步骤摘要】
一种跨液路系统的电堆串联成组拓扑


[0001]本专利技术属于面向液流电池储能系统
，特别涉及一种电堆成组拓扑。

技术介绍

[0002]大规模液流电池储能系统一般由多组电堆模块集成而来。而电堆通常由多个单电池串联组成，并通过储罐和液路系统统一供应电解液，电解液通过公共管道并列分配到各个单电池。一般，电堆内液路形成闭合回路时，由于单电池间的串联，会产生电势差导致离子定向迁移形成旁路电流，导致电荷损失和容量利用率降低。
[0003]在工程应用中，单一电堆往往不能满足实际需求，需要对多个电堆进行串并联，实现高电压、大功率的输出，在同一对电解液储罐的电堆组串并联成组运行时，电堆之间的液路系统又会产生新的旁路电流，由于电堆间的电势差远大于单电池之间的电势差，电堆间液路管道的等效电阻小于电池间的等效电阻，因此电堆串联造成的旁路损失更加明显。
[0004]现有技术中，为了解决上述问题，通常采用的方法包括限制电堆内单电池数量；重新设计电解液公共管道及支路管道；调控有效电流通路电阻与旁路电流管路电阻比例；采用溢流装置，将电解液流打断；在管道产生汽泡，增加溶液有效电阻；以上方法只能减弱旁路电流，并不能完全将其消除，还将旁路电流损耗转移到了新增的装置上或系统中的其它环节。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种跨液路系统的电堆串联成组拓扑，以消除在同一对电解液储罐内电堆串并联成组在液路管道产生旁路电流损耗的问题。
[0006]本专利技术通过以下技术方案来实现：
[0007]一对电解液储罐通过正负极电解液液路管道(5，6，7，8，9，10，11，12)与电池堆(1)的正负极进出口液路端口(16，17，18，19)连接，并且液路形成循环回路构成一套液路系统，受其供液的多个电堆构成同一个液路系统内的电堆组，简称为电堆组。
[0008]每个电堆组(14)各自分别提供一个位置相同或位置不同的电堆进行电气串联连接，构成与电堆组内电堆数量相同的跨液路系统的电堆串(15)，多个具有所述串联方式连接关系的电堆组构成跨液路系统的电堆串联成组拓扑结构。
[0009]所述跨液路系统的电堆串联成组拓扑使同一个液路系统下的电堆组内各电堆之间无电气连接线连接；避免同一电堆组液路系统旁管和公共管道中产生电势差，实现了电堆之间液路管道旁路电流损耗的消除。
[0010]所述跨液路系统的电堆构成的跨液路系统电堆串，保障了液流储能系统的高电压水平。
[0011]本申请提供的方法具有下列有益效果：
[0012]在采用了跨液路系统的电堆串联方式后，在同一个液路系统中的电堆之间无电气连接，避免了在液路管道上产生电势差，因此可以消除电堆外部液路系统的旁路电流损耗。
[0013]在不额外增加旁路损失的前提下，提高整组电堆集成的电压和功率水平。
[0014]与传统电堆组内串联成组拓扑相比，由于不额外产生新的旁路电流，电堆内部的漏电平衡不会被打破，减少了系统串联首末端电堆单电池运行的风险，改善了电堆串联首末端电堆温升问题，降低系统旁路损耗，提高电堆系统的运行稳定性。
附图说明
[0015]图1为本申请提供拓扑结构下的单电堆示意图；
[0016]图2为本申请提供拓扑结构下的正负极电解液储罐示意图；
[0017]图3为与本申请提供拓扑结构进行对比的传统电堆串联拓扑结构；
[0018]图4为本申请提供的跨液路系统的电堆串联成组拓扑结构；
[0019]图5为考虑单电池及电堆内部液路电阻的电堆等效电路模型；
[0020]图6为传统电堆串联拓扑结构的等效电路模型；
[0021]图7为本申请提供的跨液路系统的电堆串联成组拓扑结构的等效电路模型；
[0022]图8为单电堆和传统电堆串联拓扑结构下电堆的公共管道电流分布对比；
[0023]图9为单电堆和传统电堆串联拓扑结构下电堆的支路管道电流分布对比；
[0024]图10为单电堆和跨液路系统的电堆串联成组拓扑结构下电堆的公共管道电流分布对比；
[0025]图11为单电堆和跨液路系统的电堆串联成组拓扑结构下电堆的支路管道电流分布对比；
[0026]图12为同一液路系统电堆组的公共管道电流分布对比；
[0027]图13为同一液路系统电堆组的旁管电流分布对比。
具体实施方式
[0028]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0029]图4展示了跨液路系统的电堆串联成组拓扑结构的电堆组液路系统和跨液路系统的电堆串联电路。
[0030]所述电堆组液路系统中，每一对如图1所式电解液储罐通过图4中的正负极电解液液路管道与图1所示电堆的正负极进出口液路端口连接，并且液路形成循环回路，构成一套液路系统，在一套液路系统中受液的所有电堆构成一组电堆组。
[0031]图4电堆拓扑成组结构中的电堆串联电路中，具有电气串联连接关系的多个电堆构成一组电堆串，一组电堆串是由每个电堆组各自分别提供一个位置相同或位置不同的电堆进行排序，然后将前一个电堆的负极与后一个电堆的正极连接，电堆串首端电堆的正极作为电堆串的总正极，电堆串末端电堆的负极作为电堆串的总负极。
[0032]下面将结合附图和实施例的本专利技术予以进一步说明，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0033]例1：注：本例适用于包括但不限于全钒液流电池、锌溴液流电池、铁铬液流电池等
液流储能电池系统。
[0034]根据图3，4电堆串联拓扑结构建立图6，7所述等效电路模型，图6，7中的电堆模型均采用如图5所述的电堆等效电路模型。
[0035]电堆内部也具有一套液路管道系统，包括正负极公共管道和支路管道，通过电堆正负极进出液端口与电堆组液路系统的液路旁管相连，单电堆内部的管道具体分布情况不在此例中详述。
[0036]图6，7中，电堆等效电路模型通过正负极进出液口位置与电堆组液路等效电路模型中的旁管等效电路连接；
[0037]各电路模型参数包括：
[0038]单电池开路电压E＝1.5V；
[0039]电池内阻R
e
＝0.006Ω；
[0040]电堆内正极支路管道电阻R
ta
＝148Ω；
[0041]电堆内负极支路管道电阻R
tc
＝200Ω；
[0042]电堆内正极公共管道电阻R
ma
＝0.3Ω；
[0043]电堆内负极公共管道电阻R
mc
＝0.4Ω；
[0044]电堆组内正极旁路管道电阻R
pa
＝47Ω；
[0045]电堆组内负极旁路管道电阻R
pc
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种跨液路系统的电堆串联成组拓扑，其特征在于，包括：液路系统：一对电解液储罐通过正负极电解液液路管道(5，6，7，8，9，10，11，12)与电堆(1)的正负极进出口液路端口(16，17，18，19)连接，并且液路形成循环回路；电堆组(14)：在同一个电解液循环回路内所有的电堆构成一个电堆组(14)；电堆串联：有两个电堆时，第一个电堆的负极(21)与第二个电堆的正极(20)通过电气连接线(13)连接，第一个电堆的正极(20)作为连接后的总正极(26)，第二个电堆的负极(21)作为连接后的总负极(27)，构成电堆串联；有多个电堆时，前一个电堆与后一个电堆之间，按照上述两个电堆串联的方式连接，第一个电堆的正极(20)作为连接后的总正极(26)，最后一个电堆的负极(21)作为连接后的总负极(27)；多个具有上述串联关系的电堆构成一个电堆串；跨液路系统的电堆串(15)：每个电堆组(14)各自分别提供一个位置相同或位置不同的电堆(1)进行电气串联连接。2.根据权利要求1所述的跨液路流系统的电堆串联成组拓扑，其特征在于，所述电堆组(14)中所述各电堆间不设置电气连接。3.根据权利要求1所述的跨液路系统的电堆串联成组拓扑，其特征在于，多个电堆组(14)的电堆按照所述串联方式(15)连接，构成跨液路系统的电堆串联成组拓扑结构。4.根据权利要求1所述的跨液路系统的电堆串联成组拓扑，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：颜湘武，蔡光，张波，贾焦心，曲伟，谷建成，
申请(专利权)人：保定友源电力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：