本發(fā)明涉及電化學(xué)儲能，具體涉及到一種液流電池儲能均衡系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、太陽能、風(fēng)能等可再生能源具有隨機性、間歇性，為保證電力輸出穩(wěn)定，需要采用儲能技術(shù)。液流電池是目前發(fā)展較快的新型大容量儲能電池，與鉛酸蓄電池、鎳氫電池等相比，具有容量大、支持頻繁大電流充放電、可擴展性強、壽命長等優(yōu)點。

2、在大型儲能系統(tǒng)中，為了提供更高供電電壓和儲能容量，需要將多個單體電堆進行串并聯(lián)，形成液流電池組，并給一定數(shù)量的液流電池組配置相應(yīng)儲罐，模塊化為一定規(guī)格的集裝箱產(chǎn)品。單體電堆由于內(nèi)部材料、結(jié)構(gòu)的差異導(dǎo)致的流阻、內(nèi)阻等的差異，最終會導(dǎo)致充放電時電堆電壓的不一致，從而造成電池過充或過放。串聯(lián)電池組中，為了防止電池過充電，當(dāng)有一個達到截止電壓時，支路上其它電堆也被迫停止，使得不同集裝箱間電解液充放電深度不同，總體電解液利用率降低。為保證液流電池長期、更高效率地運行，需加入均衡控制策略實現(xiàn)多套工藝系統(tǒng)間的電壓和容量均衡。

3、目前鋰電、鉛酸蓄電池中應(yīng)用較廣泛的一種均衡方法是飛度電容法，能量轉(zhuǎn)移型均衡電路的一種。能量轉(zhuǎn)移型均衡法是專家學(xué)者提出的兩大類均衡策略之一，其通過電感、電容和直流變換器將能量從端電壓較高的儲能單元轉(zhuǎn)移到端電壓較低的儲能單元。另一類是耗能型均衡法，它是通過在單位電池上并聯(lián)分流元件，消耗高容量單體能量來實現(xiàn)均衡，但此類方法會降低系統(tǒng)效率，故不適合放大應(yīng)用在實際工程中。

4、液流電池由于自身工藝的特性，可以從均衡電路方面進行策略的研究與實現(xiàn)，也可以從工藝設(shè)計方面進行均衡工藝的研究與應(yīng)用。目前像全釩、鋅鐵等工藝管路不復(fù)雜的液流電池，對于大容量儲能系統(tǒng)的均衡控制策略上，較多的也是從電路方面進行模擬仿真及研究應(yīng)用，但目前還沒有關(guān)于液流電池均衡工藝相關(guān)的研究設(shè)計，尤其是針對鐵鉻液流電池。

5、因此，研究并設(shè)計出一種適用于液流電池儲能系統(tǒng)用多工藝系統(tǒng)間主動均衡的工藝，是目前本領(lǐng)域研發(fā)人員所關(guān)注的重點之一。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種液流電池儲能均衡系統(tǒng)及方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中液流電池儲能系統(tǒng)中電壓和容量不均衡的技術(shù)問題。

2、為達上述目的，本發(fā)明的一個實施例中提供了一種液流電池儲能均衡系統(tǒng)，包括用于提供供電電壓和儲能容量的主系統(tǒng)，主系統(tǒng)連接有用于均衡主系統(tǒng)容量和電壓的均衡系統(tǒng)，液流電池儲能均衡系統(tǒng)還包括與主系統(tǒng)、均衡系統(tǒng)相連接的電氣控制系統(tǒng)。

3、本發(fā)明優(yōu)選的方案之一，主系統(tǒng)至少包括兩個子系統(tǒng)，每個子系統(tǒng)包括soc測量器、至少兩個子系統(tǒng)電解液儲罐和至少一個子系統(tǒng)電堆，soc測量器與子系統(tǒng)電解液儲罐、子系統(tǒng)電堆相連接，每個子系統(tǒng)電解液儲罐與子系統(tǒng)電堆之間設(shè)置有子系統(tǒng)循環(huán)泵。

4、本發(fā)明優(yōu)選的方案之一，均衡系統(tǒng)包括至少一個均衡電堆，均衡電堆連接有均衡控制組件和均衡電解液儲罐，均衡電解液儲罐和均衡電堆之間設(shè)置有均衡循環(huán)泵。

5、本發(fā)明優(yōu)選的方案之一，均衡系統(tǒng)還包括均衡聯(lián)通管路，主系統(tǒng)和均衡系統(tǒng)通過均衡聯(lián)通管路連通。

6、本發(fā)明優(yōu)選的方案之一，均衡控制組件包括調(diào)節(jié)閥，子系統(tǒng)通過兩個管道與均衡電堆連接，調(diào)節(jié)閥設(shè)置在兩個管道上。

7、本發(fā)明優(yōu)選的方案之一，電氣控制系統(tǒng)與均衡電堆、soc測量器以及均衡控制組件相連接。

8、基于本發(fā)明公開的一種液流電池儲能均衡系統(tǒng)，本發(fā)明還公開了一種液流電池儲能均衡方法，基于上述的一種液流電池儲能均衡系統(tǒng)實現(xiàn)，包括以下步驟：

9、電氣控制系統(tǒng)獲取主系統(tǒng)中各個子系統(tǒng)的soc數(shù)值，并根據(jù)獲取的soc數(shù)值通過均衡系統(tǒng)進行主系統(tǒng)的電解液流量調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)主系統(tǒng)容量和電壓的均衡。

10、本發(fā)明優(yōu)選的方案之一，包括以下步驟：

11、確定液流電池儲能均衡系統(tǒng)中主系統(tǒng)、均衡系統(tǒng)的組成；

12、電氣控制系統(tǒng)獲取主系統(tǒng)中各子系統(tǒng)的soc數(shù)值；

13、電氣控制系統(tǒng)根據(jù)獲取的soc數(shù)值調(diào)節(jié)均衡電解液儲罐的流量；

14、電氣控制系統(tǒng)根據(jù)獲取的soc數(shù)值調(diào)節(jié)子系統(tǒng)中子系統(tǒng)電解液儲罐的流量。

15、本發(fā)明優(yōu)選的方案之一，確定液流電池儲能均衡系統(tǒng)中主系統(tǒng)、均衡系統(tǒng)的組成，包括：根據(jù)需求確定主系統(tǒng)中子系統(tǒng)的數(shù)量以及子系統(tǒng)中子系統(tǒng)電堆的數(shù)量。

16、本發(fā)明優(yōu)選的方案之一，電氣控制系統(tǒng)獲取主系統(tǒng)中各子系統(tǒng)的soc數(shù)值，包括：電氣控制系統(tǒng)通過子系統(tǒng)中設(shè)置的soc測量器獲取各子系統(tǒng)的soc數(shù)值。

17、本發(fā)明優(yōu)選的方案之一，電氣控制系統(tǒng)根據(jù)獲取的soc數(shù)值調(diào)節(jié)均衡電解液儲罐的流量，包括：電氣控制系統(tǒng)控制均衡循環(huán)泵將均衡電解液儲罐中的溶液泵入均衡電堆，均衡循環(huán)泵的泵送量為主系統(tǒng)流過均衡電堆的總流量。

18、本發(fā)明優(yōu)選的方案之一，電氣控制系統(tǒng)根據(jù)獲取的soc數(shù)值調(diào)節(jié)子系統(tǒng)中子系統(tǒng)電解液儲罐的流量，包括：當(dāng)電氣控制系統(tǒng)判斷主系統(tǒng)中各子系統(tǒng)的soc荷電狀態(tài)相差1％時，開啟調(diào)節(jié)閥和均衡聯(lián)通管路，調(diào)節(jié)子系統(tǒng)電解液儲罐的流量，使各子系統(tǒng)的soc荷電狀態(tài)一致。

19、本發(fā)明優(yōu)選的方案之一，電氣控制系統(tǒng)根據(jù)獲取的soc數(shù)值調(diào)節(jié)子系統(tǒng)中子系統(tǒng)電解液儲罐的流量，包括：當(dāng)電氣控制系統(tǒng)判斷主系統(tǒng)中各子系統(tǒng)的soc荷電狀態(tài)一致、過電位不一致時，調(diào)節(jié)各子系統(tǒng)的soc荷電狀態(tài)，使各子系統(tǒng)的充放電電壓一致。

20、本發(fā)明優(yōu)選的方案之一，電氣控制系統(tǒng)根據(jù)獲取的soc數(shù)值調(diào)節(jié)子系統(tǒng)中子系統(tǒng)電解液儲罐的流量，包括：當(dāng)電氣控制系統(tǒng)判斷主系統(tǒng)中各子系統(tǒng)的soc荷電狀態(tài)與初始狀態(tài)相差1％時，通過調(diào)節(jié)閥調(diào)控液流電池儲能均衡系統(tǒng)進行充電恢復(fù)，充電恢復(fù)完成后再進行子系統(tǒng)間荷電狀態(tài)均衡、電壓均衡調(diào)控程序。

21、綜上所述，本發(fā)明的有益效果為：

22、1、本發(fā)明的液流電池儲能均衡方法通過電氣控制系統(tǒng)獲取分析主系統(tǒng)中各子系統(tǒng)的soc(荷電狀態(tài)，也稱剩余電量)荷電數(shù)值，并根據(jù)獲取的soc荷電數(shù)值通過調(diào)控均衡系統(tǒng)，使液流電池儲能均衡系統(tǒng)進行自動連續(xù)或間歇地充電，進而實現(xiàn)均衡或恢復(fù)主系統(tǒng)中各子系統(tǒng)的soc荷電狀態(tài)，從而提高電解液利用率和系統(tǒng)效率，延長電池使用壽命，保證電池使用性能。

23、2、本發(fā)明的液流電池儲能均衡系統(tǒng)適用于工程化應(yīng)用的，操作簡便，可主動均衡及恢復(fù)液流電池儲能系統(tǒng)多子系統(tǒng)間荷電狀態(tài)的均衡系統(tǒng)，改善系統(tǒng)間差異性，從而改善由于系統(tǒng)間差異性帶來的電解液利用率低的問題，進一步提高系統(tǒng)效率，降低系統(tǒng)成本，能夠?qū)崿F(xiàn)電池的長期運行和電解液的高效利用。

24、3、本發(fā)明的液流電池儲能均衡系統(tǒng)及方法普遍適用于水系的液流電池(支持電解質(zhì)為中性、酸性，如硫酸、鹽酸、混酸體系等)，適用于各種規(guī)模的液流電池儲能系統(tǒng)和項目，使其實現(xiàn)高電解液利用率、高儲電量、高性能(電壓效率、電堆效率、系統(tǒng)效率等)、高循環(huán)次數(shù)、長使用壽命的穩(wěn)定運行。

技術(shù)特征：

1.一種液流電池儲能均衡系統(tǒng)，其特征在于：包括用于提供供電電壓和儲能容量的主系統(tǒng)，所述主系統(tǒng)連接有用于均衡主系統(tǒng)容量和電壓的均衡系統(tǒng)，所述液流電池儲能均衡系統(tǒng)還包括與主系統(tǒng)、均衡系統(tǒng)相連接的電氣控制系統(tǒng)。

2.如權(quán)利要求1所述的一種液流電池儲能均衡系統(tǒng)，其特征在于：所述主系統(tǒng)至少包括兩個子系統(tǒng)，每個所述子系統(tǒng)包括soc測量器、至少兩個子系統(tǒng)電解液儲罐和至少一個子系統(tǒng)電堆，所述soc測量器與子系統(tǒng)電解液儲罐、子系統(tǒng)電堆相連接，每個所述子系統(tǒng)電解液儲罐與子系統(tǒng)電堆之間設(shè)置有子系統(tǒng)循環(huán)泵。

3.如權(quán)利要求2所述的一種液流電池儲能均衡系統(tǒng)，其特征在于：所述均衡系統(tǒng)包括至少一個均衡電堆，所述均衡電堆連接有均衡控制組件和均衡電解液儲罐，所述均衡電解液儲罐和均衡電堆之間設(shè)置有均衡循環(huán)泵。

4.如權(quán)利要求3所述的一種液流電池儲能均衡系統(tǒng)，其特征在于：所述均衡系統(tǒng)還包括均衡聯(lián)通管路，所述主系統(tǒng)和均衡系統(tǒng)通過均衡聯(lián)通管路連通。

5.如權(quán)利要求3所述的一種液流電池儲能均衡系統(tǒng)，其特征在于：所述均衡控制組件包括調(diào)節(jié)閥，子系統(tǒng)通過兩個管道與均衡電堆連接，所述調(diào)節(jié)閥設(shè)置在兩個管道上。

6.如權(quán)利要求5所述的一種液流電池儲能均衡系統(tǒng)，其特征在于：所述電氣控制系統(tǒng)與均衡電堆、soc測量器以及均衡控制組件相連接。

7.一種液流電池儲能均衡方法，基于權(quán)利要求1-6任一項所述的一種液流電池儲能均衡系統(tǒng)實現(xiàn)，其特征在于，包括以下步驟：

8.如權(quán)利要求7所述的一種液流電池儲能均衡方法，其特征在于，包括以下步驟：

9.如權(quán)利要求8所述的一種液流電池儲能均衡方法，其特征在于：所述確定液流電池儲能均衡系統(tǒng)中主系統(tǒng)、均衡系統(tǒng)的組成，包括：根據(jù)需求確定主系統(tǒng)中子系統(tǒng)的數(shù)量以及子系統(tǒng)中子系統(tǒng)電堆的數(shù)量。

10.如權(quán)利要求8所述的一種液流電池儲能均衡方法，其特征在于：所述電氣控制系統(tǒng)獲取主系統(tǒng)中各子系統(tǒng)的soc數(shù)值，包括：電氣控制系統(tǒng)通過子系統(tǒng)中設(shè)置的soc測量器獲取各子系統(tǒng)的soc數(shù)值。

11.如權(quán)利要求8所述的一種液流電池儲能均衡方法，其特征在于：所述電氣控制系統(tǒng)根據(jù)獲取的soc數(shù)值調(diào)節(jié)均衡電解液儲罐的流量，包括：電氣控制系統(tǒng)控制均衡循環(huán)泵將均衡電解液儲罐中的溶液泵入均衡電堆，均衡循環(huán)泵的泵送量為主系統(tǒng)流過均衡電堆的總流量。

12.如權(quán)利要求8所述的一種液流電池儲能均衡方法，其特征在于：所述電氣控制系統(tǒng)根據(jù)獲取的soc數(shù)值調(diào)節(jié)子系統(tǒng)中子系統(tǒng)電解液儲罐的流量，包括：當(dāng)電氣控制系統(tǒng)判斷主系統(tǒng)中各子系統(tǒng)的soc荷電狀態(tài)相差1％時，開啟調(diào)節(jié)閥和均衡聯(lián)通管路，調(diào)節(jié)子系統(tǒng)電解液儲罐的流量，使各子系統(tǒng)的soc荷電狀態(tài)一致。

13.如權(quán)利要求8所述的一種液流電池儲能均衡方法，其特征在于：所述電氣控制系統(tǒng)根據(jù)獲取的soc數(shù)值調(diào)節(jié)子系統(tǒng)中子系統(tǒng)電解液儲罐的流量，包括：當(dāng)電氣控制系統(tǒng)判斷主系統(tǒng)中各子系統(tǒng)的soc荷電狀態(tài)一致、過電位不一致時，調(diào)節(jié)各子系統(tǒng)的soc荷電狀態(tài)，使各子系統(tǒng)的充放電電壓一致。

14.如權(quán)利要求8所述的一種液流電池儲能均衡方法，其特征在于：所述電氣控制系統(tǒng)根據(jù)獲取的soc數(shù)值調(diào)節(jié)子系統(tǒng)中子系統(tǒng)電解液儲罐的流量，包括：當(dāng)電氣控制系統(tǒng)判斷主系統(tǒng)中各子系統(tǒng)的soc荷電狀態(tài)與初始狀態(tài)相差1％時，通過調(diào)節(jié)閥調(diào)控液流電池儲能均衡系統(tǒng)進行充電恢復(fù)，充電恢復(fù)完成后再進行子系統(tǒng)間荷電狀態(tài)均衡、電壓均衡調(diào)控程序。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種液流電池儲能均衡系統(tǒng)，屬于電化學(xué)儲能技術(shù)領(lǐng)域。其包括用于提供供電電壓和儲能容量的主系統(tǒng)，主系統(tǒng)連接有用于均衡主系統(tǒng)容量和電壓的均衡系統(tǒng)，液流電池儲能均衡系統(tǒng)還包括與主系統(tǒng)、均衡系統(tǒng)相連接的電氣控制系統(tǒng)。本發(fā)明還公開了一種液流電池儲能均衡方法。本發(fā)明的液流電池儲能均衡系統(tǒng)適用于工程化應(yīng)用，操作簡便，可主動均衡液流電池多套工藝系統(tǒng)間荷電狀態(tài)的不一致性，降低系統(tǒng)間差異，從而提高電解液利用率，提高系統(tǒng)效率，能夠?qū)崿F(xiàn)電池的長期運行和電解液的高效利用。

技術(shù)研發(fā)人員：袁美樂,張蓉,鄭新,朱名楓,喬睿博,劉佳,王建軍,于偉
受保護的技術(shù)使用者：北京和瑞儲能科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9