CN102495269A - 流电池电解液测量传感器及电解液电荷状态测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种流电池电解液测量传感器，包括基准电解液室、被测电解液室以及极液分隔膜，所述基准电解液室中充满基准电解液，所述被测电解液室用于存放被测电解液，所述被测电解液的极性与所述基准电解液的极性相反，并且所述基准电解液室与所述被测电解液室中设有不溶性电极，因此可方便地测量所述两不溶性电极之间的电压；同时还公开了一种流电池电解液测量装置，利用上述的流电池电解液测量传感器对被测电解液与标准电解液之间的电压进行测量，简单方便；并且，还公开了一种电解液电荷状态测量方法，通过测量被测电解液的电压与测试用标准电解液电压的比值，来反映被测电解液的电荷状态，该方法准确方便。

Description

流电池电解液测量传感器及电解液电荷状态测量方法

技术领域

本发明涉及流电池技术领域，尤其涉及一种流电池电解液测量传感器及电解液电荷状态测量方法。

背景技术

锂离子电池和镍氢电池虽然具有比铅蓄电池更高的能量密度，但由于成本较高限制了其在小型电池以及电动车电池方面的应用。基于此，科研人员不断开发出其他新型电池技术。其中，全钒氧化还原液流电池(简称钒电池，VBR，Vanadium Redox Battery)由于成本低、效率高和可存储能量大而表现出了良好的发展前景。钒电池是当今世界上规模最大、技术最先进、最接近产业化的高效可逆燃料电池，在风力发电、光伏发电、电网调峰、分布电站、军用蓄电、交通市政、通讯基站、UPS电源等领域有着极其良好的应用前景。

常用的钒电池的电解液为含钒的酸性溶液，通过具有不同化合价的钒离子发生氧化还原反应来实现电能的存储或者释放。请参考图1，图1为现有的钒电池***结构示意图，如图1所示，钒电池***包括：

电池130，包括正电极室，负电极室，以及隔离所述正电极室与所述负电极室的分隔膜；

正极储液罐111，储存正极电解液，所述正极储液罐111通过第一泵112与所述电池130的正电极室相连，所述第一泵112提供动力，使得所述正极电解液在所述正极储液罐111与所述电池130的正电极室之间循环流动；

负极储液罐121，储存负极电解液，所述负极储液罐121通过第二泵122与所述电池130的负电极室相连，所述第二泵122提供动力，所述负极电解液在所述负极储液罐121与所述电池130的负电极室之间循环流动；

其中，所述含钒的酸性溶液一般为硫酸钒，具体地，正极电解液中的钒离子为五价和四价的钒离子共存，负极电解液中的钒离子为三价和二价的钒离子共存。正负极电解液的氧化还原反应分别为：

正负极电解液在电池中反应，为外部负载提供电动势，当负载与正电极室内的正电极及负电极室内的负电极接通时，电池放电；将负载换为一外部电源时，外部电源与电池的电极相对且外部电动势高于电池时，电池充电。在充电状态下正极电解液中的钒离子基本上为五价而负极电解液中的钒离子则基本上都是二价，在进行输出(使之放电)时，在正极电解液中生成四价的钒离子，而在负极电解液中生成三价的钒离子。

在钒电池的充放电运行过程中，需要对钒电池的荷电状态进行实时监控，以便监控电池的充放电电压电流，使其始终运行在高效地充放电状态，提高电能的转化效率，降低能量损耗，同时保证电池始终运行在安全的荷电范围内，以免造成安全事故或损坏电池。

但是迄今为止，还不能分别对正极液、负极液进行单独计测，从而影响了氧化还原液流电池的普及。

发明内容

本发明的目的在于提供流电池电解液测量传感器及电解液电荷状态测量方法，以方便对流电池的荷电状态进行检测，从而提高流电池的普及。

为解决上述问题，本发明提出一种流电池电解液测量传感器，用于测量流电池的电解液的充放电状态，包括：

基准电解液室，充满已知浓度的基准电解液；

被测电解液室，用于存放被测电解液，其中所述被测电解液的极性与所述基准电解液的极性相反；所述被测电解液室的底部设有一入口，其顶部设有一出口，所述被测电解液从所述入口进入所述被测电解液室，从所述出口流出；

极液分隔膜，设置于所述基准电解液室与被测电解液室之间，将所述基准电解液与所述被测电解液分隔开；

其中，所述基准电解液室及所述被测电解室中均分别设置有不溶性电极以及与所述不溶性电极相连的扩散电极。

可选的，所述流电池为钒电池。

可选的，所述基准电解液的极性为正极。

可选的，所述基准电解液为硫酸钒V溶液，其中钒离子的浓度为1.2Mol/L。

可选的，所述基准电解液的极性为负极。

可选的，所述基准电解液为硫酸钒II溶液，其中钒离子的浓度为0.9Mol/L。

可选的，所述扩散电极为碳素纤维电极。

同时，为解决上述问题，本发明还提出一种流电池电解液测量装置，包括：

上述的流电池电解液测量传感器；

泵，提供动力，将所述被测电解液注入所述被测电解液室中；

显示装置，与所述流电池电解液测量传感器相连，将所述流电池电解液测量传感器的测量结果进行数字化显示；以及

操作面板，提供控制按钮，对所述流电池电解液测量装置进行操作。

可选的，所述控制按钮包括：

校正按钮，对流电池电解液测量装置进行零位校正；

电源开关；以及

泵开关，开启或关闭所述泵。

可选的，所述流电池电解液测量传感器的温度补偿范围为：5～40℃。

并且，为解决上述问题，本发明还提出一种电解液电荷状态测量方法，利用上述的流电池电解液测量装置对被测电解液电荷状态进行测量，该方法包括如下步骤：

提供一样品瓶，并在该样品瓶中注入测试用标准电解液；所述测试用标准电解液为被测电解液完全充电后的电解液；

将所述流电池电解液测量传感器置于所述测试用标准电解液中；

开启所述泵，将所述测试用标准电解液注入所述被测电解液室中；

测量并计算所述测试用标准电解液的第一输出电压E₁；

将所述测试用标准电解液从所述被测电解液室中抽出，并利用被测电解液对所述流电池电解液测量传感器进行清洗；

将所述流电池电解液测量传感器置于被测电解液中；

开启所述泵，将被测电解液注入所述被测电解液室中；

测量并计算所述流电池电解液测量传感器的第二输出电压E₂；

计算被测电解液的能源比R，并由所述显示装置显示，其中R＝E₂/E₁×100％。

与现有技术相比，本发明所提出的流电池电解液测量传感器包括基准电解液室、被测电解液室以及极液分隔膜，所述基准电解液室中充满基准电解液，所述被测电解液室用于存放被测电解液，所述被测电解液的极性与所述基准电解液的极性相反，并且所述基准电解液室与所述被测电解液室中设有不溶性电极，因此可方便地测量所述两不溶性电极之间的电压；

与现有技术相比，本发明提供的流电池电解液测量装置包括流电池电解液测量传感器，因此可方便地对被测电解液与标准电解液之间的电压进行测量；

与现有技术相比，本发明提供的电解液电荷状态测量方法通过测量被测电解液的电压与测试用标准电解液电压的比值，来反映被测电解液的电荷状态，该方法准确方便。

附图说明

图1为现有的钒电池***结构示意图；

图2为本发明实施例提供的流电池电解液测量传感器的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的流电池电解液测量装置的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的电解液电荷状态测量方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的流电池电解液测量传感器，流电池电解液测量装置及电解液电荷状态测量方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用于方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

本发明的核心思想在于，提供一种流电池电解液测量传感器，包括基准电解液室、被测电解液室以及极液分隔膜，所述基准电解液室中充满基准电解液，所述被测电解液室用于存放被测电解液，所述被测电解液的极性与所述基准电解液的极性相反，并且所述基准电解液室与所述被测电解液室中设有不溶性电极，因此可方便地测量所述两不溶性电极之间的电压；同时还提供一种流电池电解液测量装置，利用上述的流电池电解液测量传感器对被测电解液与标准电解液之间的电压进行测量，简单方便；并且，还提供一种电解液电荷状态测量方法，通过测量被测电解液的电压与测试用标准电解液电压的比值，来反映被测电解液的电荷状态，该方法准确方便。

请参考图2，图2为本发明实施例提供的流电池电解液测量传感器的结构示意图，如图2所示，本发明实施例提供的流电池电解液测量传感器100包括：

基准电解液室，充满已知浓度的基准电解液140；

被测电解液室，用于存放被测电解液，其中所述被测电解液的极性与所述基准电解液140的极性相反；所述被测电解液室的底部设有一入口123，其顶部设有一出口124，所述被测电解液从所述入口123进入所述被测电解液室，从所述出口124流出；

极液分隔膜130，设置于所述基准电解液室与被测电解液室之间，将所述基准电解液140与所述被测电解液分隔开；

其中，所述基准电解液室及所述被测电解室中均分别设置有不溶性电极(111，121)以及与所述不溶性电极相连的扩散电极(112，122)。

所述扩散电极(112，122)用于将电解液中的不同种类的离子进行扩散；所述不溶性电极(111，121)用于将电解液中的离子按种类进行传导。通过测量所述两不溶性电极(111，121)之间的电压可得到基准电解液140与所述被测电解液组成的流电池的输出电压。

进一步地，所述流电池为钒电池；当然，本发明并不以此为限，本发明提供的流电池电解液测量传感器也可以用于对其它种类的流电池进行测量。

进一步地，所述基准电解液140的极性为正极电解液；并且优选地为硫酸钒V溶液(即该溶液中的钒离子为正五价的钒离子)，其中钒离子的浓度为1.2Mol/L。

进一步地，所述基准电解液的极性为负极电解液；并且优选地为硫酸钒II溶液(即该溶液中的钒离子为正二价的钒离子)，其中钒离子的浓度为0.9Mol/L。

进一步地，所述扩散电极为碳素纤维电极。

请继续参考图3，图3为本发明实施例提供的流电池电解液测量装置的结构示意图，如图3所示，本发明实施例提供的流电池电解液测量装置200，包括：

上述的流电池电解液测量传感器100；

泵，提供动力，将所述被测电解液注入所述流电池电解液测量传感器100中的被测电解液室中；其中，所述泵优选地内置于所述流电池电解液测量传感器100内；

显示装置210，与所述流电池电解液测量传感器100相连，将所述流电池电解液测量传感器100的测量结果进行数字化显示；具体地，所述显示装置210通过连接部件230与所述流电池电解液测量传感器100相连；以及

操作面板，提供控制按钮，对所述流电池电解液测量装置200进行操作。

进一步地，所述控制按钮包括：

校正按钮221，对流电池电解液测量装置200进行零位校正；例如电解液充足电的状态下，通过调整校正按钮221使得显示装置210的指示为“1”；

电源开关222；以及

泵开关223，开启或关闭所述泵。

进一步地，所述流电池电解液测量传感器100的温度补偿范围为：5～40℃，即在该温度范围内，所述流电池电解液测量传感器100的测量值被认为是准确的，在该温度范围之外，测量结果可能不准确。

请进一步参考图4，图4为本发明实施例提供的电解液电荷状态测量方法的流程图，如图4所示，本发明实施例提供的电解液电荷状态测量方法包括如下步骤：

S101、提供一样品瓶，并在该样品瓶中注入测试用标准电解液；所述测试用标准电解液为被测电解液完全充电后的电解液；

S102、将所述流电池电解液测量传感器置于所述测试用标准电解液中；

S103、开启所述泵，将所述测试用标准电解液注入所述被测电解液室中；

S104、测量并计算所述测试用标准电解液的第一输出电压E₁；

S105、将所述测试用标准电解液从所述被测电解液室中抽出，并利用被测电解液对所述流电池电解液测量传感器进行清洗；

S106、将所述流电池电解液测量传感器置于被测电解液中；

S107、开启所述泵，将被测电解液注入所述被测电解液室中；

S108、测量并计算所述流电池电解液测量传感器的第二输出电压E₂；

S109、计算被测电解液的能源比R，并由所述显示装置显示，其中R＝E₂/E₁×100％。

综上所述，本发明提供了一种流电池电解液测量传感器，包括基准电解液室、被测电解液室以及极液分隔膜，所述基准电解液室中充满基准电解液，所述被测电解液室用于存放被测电解液，所述被测电解液的极性与所述基准电解液的极性相反，并且所述基准电解液室与所述被测电解液室中设有不溶性电极，因此可方便地测量所述两不溶性电极之间的电压；同时还提供了一种流电池电解液测量装置，利用上述的流电池电解液测量传感器对被测电解液与标准电解液之间的电压进行测量，简单方便；并且，还提供了一种电解液电荷状态测量方法，通过测量被测电解液的电压与测试用标准电解液电压的比值，来反映被测电解液的电荷状态，该方法准确方便。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (11)

1.一种流电池电解液测量传感器，用于测量流电池的电解液的充放电状态，其特征在于，包括：

基准电解液室，充满已知浓度的基准电解液；

被测电解液室，用于存放被测电解液，其中所述被测电解液的极性与所述基准电解液的极性相反；所述被测电解液室的底部设有一入口，其顶部设有一出口，所述被测电解液从所述入口进入所述被测电解液室，从所述出口流出；

极液分隔膜，设置于所述基准电解液室与被测电解液室之间，将所述基准电解液与所述被测电解液分隔开；

其中，所述基准电解液室及所述被测电解室中均分别设置有不溶性电极以及与所述不溶性电极相连的扩散电极。

2.如权利要求1所述的流电池电解液测量传感器，其特征在于，所述流电池为钒电池。

3.如权利要求2所述的流电池电解液测量传感器，其特征在于，所述基准电解液的极性为正极。

4.如权利要求3所述的流电池电解液测量传感器，其特征在于，所述基准电解液为硫酸钒V溶液，其中钒离子的浓度为1.2Mol/L。

5.如权利要求2所述的流电池电解液测量传感器，其特征在于，所述基准电解液的极性为负极。

6.如权利要求5所述的流电池电解液测量传感器，其特征在于，所述基准电解液为硫酸钒II溶液，其中钒离子的浓度为0.9Mol/L。

7.如权利要求1所述的流电池电解液测量传感器，其特征在于，所述扩散电极为碳素纤维电极。

8.一种流电池电解液测量装置，其特征在于，包括：

如权利要求1至7任一项所述的流电池电解液测量传感器；

泵，提供动力，将所述被测电解液注入所述被测电解液室中；

显示装置，与所述流电池电解液测量传感器相连，将所述流电池电解液测量传感器的测量结果进行数字化显示；以及

操作面板，提供控制按钮，对所述流电池电解液测量装置进行操作。

9.如权利要求8所述的流电池电解液测量装置，其特征在于，所述控制按钮包括：

校正按钮，对流电池电解液测量装置进行零位校正；

电源开关；以及

泵开关，开启或关闭所述泵。

10.如权利要求8所述的流电池电解液测量装置，其特征在于，所述流电池电解液测量传感器的温度补偿范围为：5～40℃。

11.一种电解液电荷状态测量方法，利用权利要求8至10中任一项所述的流电池电解液测量装置对被测电解液电荷状态进行测量，其特征在于，包括如下步骤：

提供一样品瓶，并在该样品瓶中注入测试用标准电解液；所述测试用标准电解液为被测电解液完全充电后的电解液；

将所述流电池电解液测量传感器置于所述测试用标准电解液中；

开启所述泵，将所述测试用标准电解液注入所述被测电解液室中；

测量并计算所述测试用标准电解液的第一输出电压E₁；

将所述测试用标准电解液从所述被测电解液室中抽出，并利用被测电解液对所述流电池电解液测量传感器进行清洗；

将所述流电池电解液测量传感器置于被测电解液中；

开启所述泵，将被测电解液注入所述被测电解液室中；

测量并计算所述流电池电解液测量传感器的第二输出电压E₂；

计算被测电解液的能源比R，并由所述显示装置显示，其中R＝E₂/E₁×100％。

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