一种网格化液流电池系统技术方案

本发明专利技术属于电化学技术领域，具体涉及一种网格化液流电池系统

【技术实现步骤摘要】
一种网格化液流电池系统


[0001]本专利技术属于电化学
，具体涉及一种网格化液流电池系统
。

技术介绍

[0002]液流电池是一种电化学储能系统，能将风电
、
光伏等电压波动型发电系统产生的电能转化为化学能而大规模存储，并经过特定的输出电路后以电压稳定的方式对外输出给用户或供应给电网系统
。
[0003]单个液流电池的输出电压并不大，为了满足用户或电网需求，经常使用多个液流电池串联的方式来提高输出电压，由此产生了液流电池系统
。
其中钒液流电池最具有工业化前景
。
[0004]现有技术的液流电池系统结构如图1所示，多个电堆
(
例如图1中电堆
11、21
…
m1)
形成电学串联电路
(
称为电堆串或电堆列
)
且并联共用一套液路，在电堆串的上部，电流进入汇流柜或
DC
‑
DC
等，进行汇流然后再统一进入
PCS(Power Conversion System,
储能变流器
)。
这种布置方式存在以下缺点：
1、
由于同一电堆串内的各个电堆是共用一对正负极电解液罐，且电解液管路内的电解液也是电导体
(
且电阻很低
)
，故每个电堆串的总电压
(
即电堆
11、21
…
m1
的电压之和
)r/>会作用于每个电堆的电解液正极进出管路或负极进出管路之间，在电堆串正负极之间不仅流过外接电负载而形成的电流，而且在电堆串正负极之间还经由电解液管路及电解液罐之间建立液体导体回路而形成液路电流，该液路电流会造成电堆内部的电化学破坏，电流强度越大破坏性越大，需要被严格控制不能超过某个特定的安全阈值，根据电学公式
I
＝
U/R
，在串联总电压一定的前提下，要想减少电流强度只能是增加液路电阻，目前是靠在液流电堆的电解液进口处和
/
或出口处增设盘管延长液路长度来实现，由于电解液电阻率很小，在相同管路直径下，经常需要将盘管长度设为十几米才能将电阻增加到足够值，但这会使得盘管位置的液路压损增大，即增加泵功率损耗，液流效率降低；同时盘管的电路损耗也会增大
(
盘管损耗
I2R
增大
)
；这将限制电堆串的串联数量，液流电池系统的效率显著降低
。2、
现有技术的
PCS
或
DC
‑
DC
内的电堆之间是多电堆串直接进行并联，由于制造工艺等原因，电堆之间内部电阻并不能完全均匀；当停止充放电后，电压较高的电堆串会向电压较低的电堆串进行充电，即形成电路环流；环流引起发热和损耗，不仅白白损耗电量，并可能引起电堆内部的电化学破坏，液流电池系统安全性受到威胁
。
[0005]为解决上述问题提出本专利技术
。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供一种网格化液流电池系统，包含矩阵式排布的
m
×
n
个液流电堆，每个液流电堆包括正极室
、
负极室和将正极室与负极室隔开的隔膜，每个液流电堆列包含
m
个电学上串联但流体学上彼此分隔的液流电堆，每个液流电堆行包括
n
个电学上彼此分隔但流体学上彼此并联的液流电堆
。
[0007]优选地，同一液流电堆行内的各液流电堆的正极室以并联方式连接于同一个共用
正极电解液槽的出液口与回流口之间，构成正极电解液流路；同一液流电堆行内的各液流电堆的负极室以并联方式连接到同一个共用负极电解液槽的出液口与回流口之间，构成负极电解液流路；不同液流电堆行之间彼此流体学分隔
。
[0008]优选地，所述正极电解液流路被配置为使得流经同一液流电堆行内的各液流电堆的正极电解液流量相等，所述负极电解液流路被配置为使得流经同一液流电堆行内的各液流电堆的负极电解液流量相等
。
[0009]优选地，每个液流电堆列单独电学接入一个直流
/
交流转换器
。
[0010]优选地，每个液流电堆列的电流在直流
/
交流转换器之后汇流并给电学负载供电
。
[0011]优选地，在每个液流电堆的正极室和负极室的上游或下游配备盘管，以调节位于该液流电堆的正极室出口
‑
正极电解液槽
‑
正极室入口之间的正极电解液流路的电流和位于该液流电堆的负极室出口
‑
负极电解液槽
‑
负极室入口之间的负极电解液流路的电流均不高于某个规定的阈值，该盘管的长度小于单个液流电堆电压相同的条件下，电流同样达到不高于该阈值的常规液流电堆布置下的盘管长度；
[0012]所述常规液流电堆布置是指：同样是矩阵式排布的
m
×
n
个同样的液流电堆，同一液流电堆列内的各液流电堆在电学上彼此串联且在流体学上彼此并联，各液流电堆列之间在电学上彼此并联且在流体学上也彼此并联；上述的电流为位于同一液流电堆列的正极室出口
‑
正极电解液槽
‑
同一液流电堆列的正极室入口之间的正极电解液流路的电流和位于同一液流电堆列的负极室出口
‑
负极电解液槽
‑
同一液流电堆列的负极室入口之间的负极电解液流路的电流
。
[0013]本专利技术的有益效果：
[0014]1、
本专利技术的网格化液流电池系统，每个液流电堆列包含
m
个电学上串联但流体学上彼此分隔的液流电堆，每个液流电堆行包括
n
个电学上彼此分隔但流体学上彼此并联的液流电堆
。
对于每一个电堆，每串电路是独立的，每行液路也是独立的，因此每个电堆都被网格化了，所有的电堆状态都是一致的
。
单个液路电路回路上，盘管上的电压都相当于单个电堆电压，因此不需要增长盘管的长度电流强度就较小，这降低了盘管损耗，提高了效率
。
[0015]此外，液体泵的功率损耗较低，液流效率提高
。
电堆串的串联数量可以不再受盘管的限制，因此可以串联更多的电堆，液流电池系统容量明显提高
。
当电堆总电压达到一定值后，可以不再使用
DC
‑
DC
等变压装置，而是直接进入
PCS
接口，这大大节约成本
。
[0016]2、
本专利技术的网格化液流电池系统，每列电堆的串电路是独立的，每列电堆之间的环流不再存在，环流引起的发热和损耗被控制，液流电池系统安全性
、
稳定性和经济性明显提高
。
[0017]3、
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种网格化液流电池系统，包含矩阵式排布的
m
×
n
个液流电堆，每个液流电堆包括正极室
、
负极室和将正极室与负极室隔开的隔膜，其特征在于，每个液流电堆列包含
m
个电学上串联但流体学上彼此分隔的液流电堆，每个液流电堆行包括
n
个电学上彼此分隔但流体学上彼此并联的液流电堆
。2.
根据权利要求1所示的网格化液流电池系统，其特征在于，同一液流电堆行内的各液流电堆的正极室以并联方式连接于同一个共用正极电解液槽的出液口与回流口之间，构成正极电解液流路；同一液流电堆行内的各液流电堆的负极室以并联方式连接到同一个共用负极电解液槽的出液口与回流口之间，构成负极电解液流路；不同液流电堆行之间彼此流体学分隔
。3.
根据权利要求2所示的网格化液流电池系统，其特征在于，所述正极电解液流路被配置为使得流经同一液流电堆行内的各液流电堆的正极电解液流量相等，所述负极电解液流路被配置为使得流经同一液流电堆行内的各液流电堆的负极电解液流量相等
。4.
根据权利要求1所示的网格化液流电池系统，其特征在于，每个液流电堆列单独电学接入一个直流
/
交流转换器
。5.
根据权利要求1所示的网格化液流电池...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡波，艾宁，于健飞，马晓珊，
申请(专利权)人：北京绿钒新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：