CN110582881B - 用于电池的方法和*** - Google Patents

用于电池的方法和*** Download PDF

Info

Publication number
CN110582881B
CN110582881B CN201880027996.1A CN201880027996A CN110582881B CN 110582881 B CN110582881 B CN 110582881B CN 201880027996 A CN201880027996 A CN 201880027996A CN 110582881 B CN110582881 B CN 110582881B
Authority
CN
China
Prior art keywords
threshold
electrolyte
redox flow
flow battery
idle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201880027996.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110582881A (zh
Inventor
宋漾
E·多雷穆斯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ESS Technology Inc
Original Assignee
ESS Technology Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ESS Technology Inc filed Critical ESS Technology Inc
Publication of CN110582881A publication Critical patent/CN110582881A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110582881B publication Critical patent/CN110582881B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746—Pressure; Flow
    • H01M8/04753—Pressure; Flow of fuel cell reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04201—Reactant storage and supply, e.g. means for feeding, pipes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/043—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/18—Regenerative fuel cells, e.g. redox flow batteries or secondary fuel cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/18—Regenerative fuel cells, e.g. redox flow batteries or secondary fuel cells
    • H01M8/184—Regeneration by electrochemical means
    • H01M8/188—Regeneration by electrochemical means by recharging of redox couples containing fluids; Redox flow type batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2455—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with liquid, solid or electrolyte-charged reactants
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

用于运行氧化还原液流电池***的***和方法，可以包括：将氧化还原液流电池***切换到空闲模式，其中所述空闲模式包括氧化还原液流电池***运行在充电模式之外和在放电模式之外；响应于切换到所述空闲模式，使电解质泵反复地在运行在小于充电阈值流量的空闲阈值流量和运行在停用阈值流量之间循环；以及响应于切换到充电模式，维持电解质泵运行在大于空闲阈值流量的充电阈值流量。以这种方式，可以保持氧化还原液流电池***在空闲时对充电和放电指令的响应性，同时减少由于泵送和加热引起的寄生泵损耗，并减少分流电流损耗。

Description

用于电池的方法和***
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年4月28日提交的题为“用于电池的方法和***”、申请号为No.62/491,954的美国临时申请的优先权，上述申请的全部内容出于所有目的通过引用并入本文。
政府支持声明
本发明是在政府支持下根据由美国能源部的ARPA-E办公室授予的合约号DEAR0000261完成的。政府拥有本发明的某些权利。
技术领域
本说明书主要涉及氧化还原液流电池***和运行氧化还原液流电池***的方法。
背景技术和发明内容
氧化还原液流电池适用于电网规模的存储应用，因为它们能够独立地扩展功率和容量，并且能够以最小的性能损失进行数千次循环的充电和放电。在空闲且不主动充电或放电时，氧化还原液流电池***通常将电解质温度维持在充电/放电水平，并且以充电/放电流量继续泵送电解质，以维持***准备好为响应于充电或放电指令而提供电力。
然而，本发明人已经认识到这种***的潜在问题。即，处于充电后状态的液流电池在维持空闲模式期间可能比处于相同充电后状态的传统电池更快地失去其能量存储容量。特别地，液流电池***可能通过导电电解质的分流电流损失和通过膜的离子运动而损失容量。不断地将新鲜电解质循环到电池单元中，例如在液流电池的空闲运行期间这么做，可以将这些分流损失保持在较高水平。此外，氧化还原液流电池可能由于在空闲状态期间以充电/放电水平持续泵送和加热电解质而遭受寄生功率损失，包括泵送寄生损失和加热寄生损失。
在一个实施例中，运行氧化还原液流电池***的方法可以至少部分地解决上述问题，包括将氧化还原液流电池***切换至空闲模式，其中空闲模式包括氧化还原液流电池***运行在充电模式外和放电模式外。此外，该方法可以包括：响应于切换至空闲模式，使电解质泵反复地在运行在小于充电阈值流量的空闲阈值流量和运行在停用阈值流量之间循环；以及响应于切换到充电模式，保持电解质泵运行在充电阈值流量。
在另一个实施例中，运行氧化还原液流电池***的方法可以包括：在氧化还原液流电池***在充电模式之外和在放电模式之外运行的状况下，使氧化还原液流电池***以空闲模式运行。此外，在以空闲模式运行期间，该方法可以包括：使电解质泵反复地在运行在激活状态和运行在非激活状态之间循环，其中激活状态包括以小于充电阈值流量的空闲阈值流量泵送电解质，并且非激活状态包括停用电解质泵并降低加热器设定点。此外，响应于切换到放电模式，该方法可以包括将电解质泵的运行维持在放电阈值流量。
在另一个实施方案中，氧化还原液流电池***可包括：电源模块，该电源模块包括多个氧化还原液流电池单元堆，每个氧化还原液流电池单元堆包括氧化还原液流电池单元；能够从电解质罐输送电解质至电源模块的电解质泵；和带控制器的电源控制***。控制器可以在其上包括可执行指令以将氧化还原液流电池***切换到空闲模式，其中空闲模式包括氧化还原液流电池***运行在充电模式之外和在放电模式之外；响应于切换到空闲模式，使电解质泵反复地在运行在小于充电阈值流量的空闲阈值流量和运行在停用阈值流量之间循环；并且响应于切换到充电模式，将电解质泵的运行维持在充电阈值流量。
以这种方式，可以实现如下的技术效果：维持氧化还原液流电池***在空闲时对充电和放电指令的响应性，同时减少由于泵送和加热引起的寄生功率损耗，并且减少分流电流损耗。
应当理解，提供以上发明内容是为了以简化的形式介绍在具体实施方式中进一步描述的一些概念。其并不意味着所要求保护的主题的关键或必要特征，其范围由具体实施方式之后的权利要求唯一地限定。此外，所要求保护的主题不限于解决上文或本公开的任何部分中提到的任何缺点的实施方式。
附图说明
图1示出了示例性氧化还原液流电池***的示意图。
图2示出了用于图1的氧化还原液流电池***的示例性布局的侧视图。
图3示出了用于运行图1的氧化还原液流电池***的示例性方法的高等级流程图。
图4至图5示出了用于使图1的氧化还原液流电池***在空闲模式下运行的示例性方法的流程图。
图6和图7示出了展示图1的氧化还原液流电池***空闲模式的运行的时间线图。
图8示出了将利用图3至图5的方法运行氧化还原液流电池***与传统运行***进行比较的曲线图。
具体实施方式
以下描述涉及用于氧化还原液流电池的***和方法。
混合氧化还原液流电池是这样的氧化还原液流电池：其特征在于将一种或多种电活性材料作为固体层沉积在电极上。例如，混合氧化还原液流电池可包括在整个电池充电期间通过电化学反应以固体形式镀在基板上的化学品。在电池放电期间，镀上的物质可通过电化学反应电离，变得可溶于电解质中。在混合电池***中，氧化还原电池的充电容量(例如，存储的能量的量)可能受限于电池充电期间镀上的金属的量，并且因此可能取决于电镀***的效率以及可用于电镀的可用的体积和表面积。
在氧化还原液流电池***中，负电极26可以被称为电镀电极，且正电极28可以被称为氧化还原电极。电池的电镀侧(例如，负电极室20)内的负电极可以被称为电镀电极，并且电池的氧化还原侧(例如正电极室22)上的正电极可以被称为氧化还原电极。
阳极是指电活性材料失去电子的电极，阴极是指电活性材料得到电子的电极。在电池充电期间，正电解质在负电极26处获得电子；因此，负电极26是电化学反应的阴极。在放电期间，正电解质失去电子，因此负电极26是反应的阳极。因此，在充电期间，负电解质和负电极可以分别被称为电化学反应的阴极电解质和阴极，而正电解质和正电极可以分别被称为电化学反应的阳极电解质和阳极。或者，在放电期间，负电解质和负电极可分别称为电化学反应的阳极电解质和阳极，而正电解质和正电极可分别称为电化学反应的阴极电解质和阴极。为简单起见，术语“正”和“负”在本文中用于指氧化还原液流电池***中的电极、电解质和电极室。
混合氧化还原液流电池的一个示例是全铁氧化还原液流电池(IFB)，其中电解质包含铁盐形式(例如，FeCl2，FeCl3等)的铁离子，其中负电极包含金属铁。例如，在负电极处，亚铁离子Fe2+在电池充电期间接收两个电子并作为铁金属镀到负电极26上，并且铁金属Fe0在电池放电期间失去两个电子并作为Fe2+重新溶解。在正电极上，Fe2+在充电过程中失去一个电子形成铁离子Fe3+，在放电过程中Fe3+得到一个电子形成Fe2+：电化学反应总结在等式(1)和等式(2)中，其中正向反应(从左到右)表示电池充电期间的电化学反应，而逆向反应(从右到左)表示电池放电期间的电化学反应：
Figure GDA0004122249340000051
Figure GDA0004122249340000052
如上所述，全铁氧化还原液流电池(IFB)中使用的负电解质可以提供足够量的Fe2 +，使得在充电期间，Fe2+可以从负电极接受两个电子以形成Fe0并电镀到基板上。然后在放电期间，电镀的Fe0可能失去两个电子，被电离成Fe2+中并重新溶解到电解质中。上述反应的平衡电位为-0.44V，因此该反应提供了期望***的负端子。在IFB的正侧，电解质可在充电期间提供Fe2+，其失去电子并被氧化成Fe3+。在放电期间，由电解质提供的Fe3+通过吸收由电极提供的电子而变成Fe2+。该反应的平衡电位为+0.77V，产生了期望***的正端子。
与使用非再生电解质的其他电池类型相比，IFB能够为其电解质充电和再充电。通过经由端子40和42跨电极施加电流来实现充电。负电极可以经由端子40耦接到电压源的负侧，使得电子可以经由正电极传递到负电解质(例如，当Fe2+在正电极室22中的正电解质中被氧化成Fe3+时)。提供给负电极26(例如电镀电极)的电子可以减少负电解质中的Fe2+，从而在电镀基板上形成Fe0，使其电镀在负电极上。
可以在维持放电的同时使Fe0仍然可用于负电解质进行氧化，且Fe3+仍然可用于在正电解质中进行还原。例如，可以通过经由例如外部正电解质罐或正电解质室52的外部源提供额外的Fe3+离子来提高至电池单元18的正电极室22侧的正电解质的浓度或量，从而维持Fe3+的可用量。更常见的是，在放电期间Fe0的可用量可能是IFB***中的问题，其中可用于放电的Fe0可能与负电极基板的表面积和体积以及电镀效率成比例。充电容量可取决于负电极室20中Fe2+的可用量。例如，通过经由例如负电解质室50或外部负电解质存储罐的外部源提供额外的Fe2+以提高至电池单元18的负电极室20侧的负电解质的浓度或量来维持Fe2+的可用量。
在IFB中，正电解质包括亚铁离子、铁离子、铁络合物或其任何组合，而负电解质包括亚铁离子或亚铁络合物，这取决于IFB***的电荷状态。如前所述，在负电解质和正电解质中使用铁离子允许在电池单元的两侧使用相同类型的电解质，这可以减少电解质交叉污染并且可以提高IFB***的效率，从而与其他氧化还原液流电池***相比，减少了电解质的更换。
IFB中的效率损失可能是由于电解质跨越分隔件24(例如，离子交换膜屏障、微孔膜等)。例如，正电解质中的铁离子可以通过铁离子浓度梯度和跨分隔件的电泳力被驱动至负电解质。随后，跨越膜屏障并交叉渗透至负电极室20的铁离子可导致库仑效率损失。从低pH氧化还原侧(例如，酸性较强的正电极室22)交叉渗透到高pH电镀侧(例如，酸性较弱的负电极室20)的铁离子可导致Fe(OH)3的沉淀。Fe(OH)3的沉淀会损坏分隔件24并导致永久的电池性能和效率损失。例如，Fe(OH)3沉淀物可在化学上污染离子交换膜的有机官能团或在物理上堵塞离子交换膜的小微孔。在任何一种情况下，由于Fe(OH)3沉淀，薄膜欧姆电阻可能随时间升高并且电池性能可能降低。可以通过用酸洗涤电池来除去沉淀物，但是持续的维护和停机时间对于商业电池应用可能是不利的。此外，洗涤可能取决于电解质的常规制备，这增加了工艺成本和复杂性。响应于电解质pH变化将特定有机酸添加到正电解质和负电解质中，还可以减少电池充电和放电循环期间的沉淀物形成。
额外的库仑效率损失可能由H+(例如，质子)的减少和随后的H2(例如，氢气)的形成、以及负电极室20中的质子与镀上的铁金属电极处提供的电子反应形成氢气引起。
IFB电解质(例如FeCl2，FeCl3，FeSO4，Fe2(SO4)3等)容易获得并且可以低成本生产。IFB电解质提供更高的回收价值，因为相同的电解质可用于负电解质和正电解质，因此与其他***相比减少了交叉污染问题。此外，由于其电子构成，铁在镀到负电极基板上时可以凝固成大致均匀的固体结构。对于通常用于混合氧化还原电池的锌和其他金属，在电镀期间可能形成固体树枝状结构。与其他氧化还原液流电池相比，IFB***的稳定电极形态可以提高电池的效率。此外，与其他氧化还原液流电池电解质相比，铁氧化还原液流电池减少了有毒原料的使用，并且可以在与其他氧化还原液流电池电解质相比相对中性的pH下运行。因此，与所有其他当前量产中的先进的氧化还原液流电池***相比，IFB***降低了对环境的危害。
图1提供了氧化还原液流电池***10的示意图。氧化还原液流电池***10可包括流体地连接到多室电解质存储罐110的氧化还原液流电池单元18。氧化还原液流电池单元18通常可包括负电极室20、分隔件24和正电极室22。分隔件24可包括电绝缘离子导电隔离层，其防止正电解质和负电解质的大量混合，同时允许特定离子通过其传导。例如，分隔件24可包括离子交换膜和/或微孔膜。负电极室20可包括负电极26和包含电活性材料的负电解质。正电极室22可包括正电极28和包含电活性材料的正电解质。在一些示例中，多个氧化还原液流电池单元18可以串联或并联组合以在氧化还原液流电池***中产生更高的电压或电流。图1中进一步示出泵30和32，两者都用于将电解质溶液泵送通过液流电池***10。电解质存储在电池单元外部的一个或多个罐中，并分别通过泵30和32泵送通过电池的负电极室20侧和正电极室22侧。
如图1所示，氧化还原液流电池单元18还可包括负电池端子40和正电池端子42。当充电电流施加到电池端子40和42时，正电解质在正电极28处被氧化(失去一个或多个电子)，并且负电解质在负电极26处被还原(得到一个或多个电子)。在电池放电期间，在电极上发生逆向氧化还原反应。换句话说，正电解质在正电极28处被还原(得到一个或多个电子)，并且负电解质在负电极26处被氧化(失去一个或多个电子)。通过正电极室22和负电极室20中的电化学氧化还原反应维持跨电池的电势差，并且在反应持续时可产生电流通过导体。由氧化还原电池存储的能量的量受限于用于放电的电解质中电活性材料的可用量，该可用量取决于电解质的总量和电活性材料的溶解度。
液流电池***10还可包括集成的多室电解质存储罐110。多室电解质存储罐110可以由隔壁98分开。隔壁98可以在存储罐内形成多个腔室，使得正电解质和负电解质都可以包括在单个罐内。负电解质室50保存包含电活性材料的负电解质，并且正电解质室52保存包含电活性材料的正电解质。隔壁98可以定位在多室电解质存储罐110内，以在负电解质室50和正电解质室52之间产生所期望的体积比。在一个示例中，隔壁98可以定位成根据逆向氧化还原反应和正向氧化还原反应之间的化学计量比来设定负电解质室和正电解质室的体积比。附图进一步示出了存储罐110的填充高度112，其可以指示每个存储罐室中的液位。附图还示出了位于负电解质室50的填充高度112上方的气体顶部空间90，以及位于正电解质室52的填充高度112上方的气体顶部空间92。气体顶部空间92可用于存储氢气，该氢气是通过氧化还原液流电池的运行产生(例如，由于质子还原和腐蚀副反应)的，并且与从氧化还原液流电池单元18返回的电解质一起被输送到多室电解质存储罐110。氢气可以在多室电解质存储罐110内的气-液界面(例如，填充高度112)处自发分离，从而无需额外的气液分离器作为氧化还原液流电池***的一部分。一旦与电解质分离，氢气可填充气体顶部空间90和92。因此，存储的氢气可以帮助挤出多室电解质存储罐110中的其他气体，从而用作惰性气体覆盖层以减少电解质物质的氧化，这可以帮助减少氧化还原液流电池容量损失。以这种方式，利用集成的多室电解质存储罐110可以无需具有常规氧化还原液流电池***所常用的单独的负电解质存储罐和正电解质存储罐、储氢罐和气液分离器，从而简化了***设计，减少了***的物理占地面积，并降低了***成本。
图1还示出了溢出孔96，其在气体顶部空间90和92之间的隔壁98中形成开口，并提供均衡两个腔室之间的气体压力的装置。溢出孔96可定位在填充高度112上方的阈值高度处。溢出孔进一步使得电池能够在发生交叉渗透的情况下自平衡正电解质室52和负电解质室50中的每一个内的电解质。在全铁氧化还原液流电池***的情况下，在负电极室20和正电极室22中使用相同的电解质(Fe2+)，因此在负电解质室50和正电解质室52之间溢出电解质可能降低整体***效率，但整体电解质成分、电池模块性能和电池模块容量得以保持。法兰配件可用于出入多室电解质存储罐110的入口和出口的所有管道连接，以保持持续加压状态而***漏。多室电解质存储罐110可包括来自负电解质室和正电解质室中的每一个的至少一个出口，以及至负电解质室和正电解质室中的每一个的至少一个入口。此外，可以从气体顶部空间90和92提供一个或多个出口连接，用于将氢气引导至再平衡反应器80和82。
尽管未在图1中示出，但是集成的多室电解质存储罐110可以进一步包括热耦合到负电解质室50和正电解质室52中的每一个的一个或多个加热器。在可选示例中，仅负电解质室和正电解质室之一可包括一个或多个加热器。在仅正电解质室包括一个或多个加热器的情况下，可以通过将在电源模块的电池单元处产生的热传递到负电解质来加热负电解质。以这种方式，电源模块的电池单元可以加热并促进负电解质的温度调节。一个或多个加热器可以由控制器88致动，以独立地或一起调节负电解质室50和正电解质室的温度。例如，响应于电解质温度降低到阈值温度以下，控制器可以提高提供给一个或多个加热器的功率，使得到电解质的热通量增大。电解质温度可以由安装在多室电解质存储罐110处的一个或多个温度传感器指示，包括传感器60和62。作为示例，一个或多个加热器可包括线圈型加热器或浸入电解质液中的其他浸入式加热器、或使热量传导通过负电解质室和正电解质室的壁以加热其中的流体的表面套式加热器。在不脱离本公开的范围的情况下，可以采用其他已知类型的罐加热器。此外，控制器88可以响应于液位降低到固体填充阈值水平以下而停用负电解质室和正电解质室中的一个或多个加热器。换句话说，控制器88可以仅响应于液体水平增大到固体填充阈值水平以上而激活负电解质室和正电解质室中的一个或多个加热器。以这种方式，可以避免在正电解质室和/或负电解质室中没有足够液体的情况下激活一个或多个加热器，从而降低过热或烧毁加热器的风险。
进一步在图1中示出，通常存储在多室电解质存储罐110中的电解质溶液通过泵30和32泵送到整个液流电池***10中。存储在负电解质室50中的电解质通过负电解质泵30泵送通过负电极室20侧，并且存储在正电解质室52中的电解质通过正电解质泵32泵送通过电池的正电极室22侧。
在氧化还原液流电池***10中，两个电解质再平衡反应器80和82可以分别在电池的负侧和正侧与电解液的再循环流路串联或并联连接。一个或多个再平衡反应器可以在电池的负侧和正侧与电解液的再循环流路串联连接，并且其他再平衡反应器可以并联连接，以实现冗余(例如，再平衡反应器可以在不中断电池和再平衡运行的情况下被服务)并提高再平衡能力。在一个示例中，电解质再平衡反应器80和82可以分别放置在从正电极室20到正电解质室52和从负电极室22到负电解质室50的返回流路中。如本文所述，电解质再平衡反应器80和82可用于再平衡氧化还原液流电池***中因副反应、离子交叉渗透等而发生的电解质电荷不平衡。在一个示例中，电解质再平衡反应器80和82可包括滴流床反应器，其中氢气和电解质在填充床中的催化剂表面处接触以进行电解质再平衡反应。在其他示例中，再平衡反应器80和82可包括流通型反应器，其能够在没有填充催化剂床的情况下使氢气和电解质液体接触并进行再平衡反应。
在氧化还原液流电池***运行期间，传感器和探针可以监测和控制电解质的化学性质，例如电解质pH、浓度、电荷状态等。例如，如图1所示，传感器62和60可以定位成分别监测正电解质室52和负电解质室50处的正电解质状况和负电解质状况。作为另一个示例，也在图1中示出的传感器72和70可以分别监测正电极室22和负电极室20的正电解质状况和负电解质状况。传感器可以位于整个氧化还原液流电池***的其他位置，以监测电解质的化学性质和其他性质。例如，传感器可以位于外部酸罐(未示出)中以监测外部酸罐的酸量或pH，其中来自外部酸罐的酸通过外部泵(未示出)供应到氧化还原液流电池***以减少电解质中沉淀物的形成。可以安装附加的外部罐和传感器，用于向氧化还原液流电池***10供应其他添加剂。作为示例，传感器信息可以被传输到控制器88，控制器88反过来可以致动泵30和32以控制电解质流过电池单元18或者执行其他控制功能。以这种方式，控制器88可以对传感器和探针之一或组合作出响应。
氧化还原液流电池***10还可包括氢气源。在一个示例中，氢气源可包括单独的专用氢气存储罐。在图1的示例中，氢气可以存储在集成的多室电解质存储罐110中并从集成的多室电解质存储罐110供应。集成的多室电解质存储罐110可以向正电解质室52和负电解质室50供应额外的氢气。集成的多室电解质存储罐110可以交替地将额外的氢气供应到电解质再平衡反应器80和82的入口。作为示例，质量流量计或其他流量控制装置(其可以由控制器88控制)可以调节来自集成的多室电解质存储罐110的氢气的流量。
集成的多室电解质存储罐110可补充在氧化还原液流电池***10中产生的氢气。例如，当在氧化还原液流电池***10中检测到气体泄漏时或者当在低氢分压下的还原反应率太低时，可以从集成的多室电解质存储罐110供应氢气，以重新平衡正电解质和负电解质中的电活性物质的电荷状态。作为示例，控制器88可响应于测量的pH变化或者响应于测量的电解质或电活性物质的电荷状态变化，而从集成的多室电解质存储罐110供应氢气。例如，负电解质室50或负电极室20的pH的增大可以指示氢正从氧化还原液流电池***10中泄漏和/或通过可用的氢分压获得的反应率太低。响应于pH增大，控制器88可以增大从集成的多室电解质储罐110到氧化还原液流电池***10的氢气供应。作为另一示例，控制器88可响应于pH变化，其中pH上升超过第一阈值pH或下降超过第二阈值pH，而从集成的多室电解质存储罐110供应氢气。在IFB的情况下，控制器88可以提供额外的氢以提高铁离子的还原率和质子的产生率，从而降低正电解质的pH。此外，负电解质的pH可能由于铁离子从正电解质交叉渗透到负电解质的氢还原或由于正侧生成的质子因质子浓度梯度和电泳力交叉渗透至负电解质而降低。以这种方式，负电解质的pH可以保持在稳定区间内，同时降低铁离子(从正电极室交叉渗透)作为Fe(OH)3沉淀的风险。
可以实现用于响应于由诸如氧还原电位(ORP)计或光学传感器等的其他传感器检测仪检测到的电解质pH的变化或电解质电荷状态的变化控制来自集成的多室电解质存储罐110的氢气供应率的其它控制方案。此外，触发控制器88动作的pH变化或电荷状态变化可以基于持续一段时间测量的变化率或变化量。可以基于氧化还原液流电池***的时间常数预先确定或调节变化率的时间段。例如，如果再循环率高，则可以缩短时间段，并且可以因为时间常数可能很小而快速测量浓度的局部变化(例如，由于副反应或气体泄漏)。
现在转向图2，其示出了用于氧化还原液流电池***10的示例性氧化还原液流电池***布局200的侧视图。氧化还原液流电池***布局可以容纳在壳体202内，壳体202便于氧化还原液流电池***的长距离运输和递送。在一些示例中，壳体202可包括标准钢制货运集装箱或货运拖车，其可通过铁路、卡车或船舶运输。***布局200可包括位于壳体202的第一侧的集成的多室电解质存储罐110和再平衡反应器80，以及位于壳体202的第二侧的电源模块210和电源控制***(PCS)288。诸如支撑件206的辅助部件以及各种管道204、泵230、阀门(未示出)等可以包括在壳体202内(如参考图1进一步描述的)，用于稳定和流体连接位于壳体202中的各种部件。例如，一个或多个泵230可用于将电解质从集成的多室电解质存储罐110输送到电源模块210内的一个或多个电池单元堆214。此外，可以使用额外的泵230将电解质从电源模块210返回到集成的多室电解质存储罐110中的负电解质室50或正电解质室52。
电源模块210可包括并联和/或串联电连接的一个或多个氧化还原液流电池单元堆214。每个氧化还原液流电池单元堆214还可以包括并联和/或串联连接的多个氧化还原液流电池单元18。以这种方式，电源模块210能够向外部负载提供一定范围的电流和/或电压。PCS 288包括控制器88以及其他电子器件，用于控制和监测氧化还原液流电池***10的运行。此外，PCS 288可以调节和监测提供给外部负载的电压，以及从外部源提供的用于对电源模块210充电的电流和/或电压。PCS 288可以进一步调节和控制氧化还原液流电池***在空闲状态期间的运行。处于空闲状态的氧化还原液流电池***可以包括当电源模块210不处于充电模式或放电模式的情况。作为示例，电源模块210可处于充电模式，此时，外部电压或电流被供应到电源模块210的一个或多个氧化还原液流电池单元，导致在一个或多个氧化还原液流电池单元的负电极处电解质的还原且还原的电解质被电镀。对于IFB的情况，在电源模块的充电期间，亚铁离子可以在一个或多个氧化还原液流电池单元的电镀电极处还原，从而将铁镀在其上。作为另一示例，电源模块210可处于放电模式，此时，从电源模块210的一个或多个氧化还原液流电池单元供应电压或电流，导致镀在负电极处的金属氧化，从而导致去镀(例如，金属损耗)和氧化金属离子的溶解。对于IFB的情况，在电源模块的放电期间，铁可以在一个或多个氧化还原液流电池单元的电镀电极处被氧化，从而溶解亚铁离子。以下参考图3至图5描述关于进入和离开氧化还原液流电池***的充电和放电模式的状况的进一步细节。
现在转向图3至图5，它们分别示出了用于运行图1和图2的氧化还原液流电池***的方法300、400和500的流程图。用于执行方法300、400和500的指令可以驻留在板上并由例如图1的控制器88的控制器执行。例如，可执行指令可以存储在控制器板载的非暂时性存储器中，并且可以结合从氧化还原液流电池***的传感器、例如上面参考图1描述的传感器接收的信号执行。根据下面描述的方法，控制器还可以采用氧化还原液流电池***的如上面参考图1所述的包括泵、阀、加热器等的致动器，以调节电池运行。
方法300包括用于确定氧化还原液流电池***何时可处于充电、放电或空闲模式的方法。方法300可以在302开始，其中该方法包括确定、估计和/或测量当前电池运行参数。当前电池运行参数可以包括但不限于以下中的一个或多个：电池充电状态(SOC)、电源模块电压、DC电流、泵激活(例如，电解质泵开/关状态、电解质泵流量、泵定时器等)、电解质温度、对电源模块的供电功率(包括电流和电压)、电源模块的供电功率(包括电流和电压)、内部功率需求设定点和外部功率需求设定点等。
在304处，方法300包括确定氧化还原液流电池***当前是否正在充电或处于充电模式。氧化还原液流电池***处于充电模式可包括氧化还原液流电池***的一个或多个氧化还原液流电池单元处于充电模式。充电模式可以由一个或多个氧化还原液流电池单元的设定点或期望SOC大于所述一个或多个氧化还原液流电池单元的实际SOC来指示。在另一示例中，充电模式可以由期望SOC至少比实际SOC大了充电阈值SOC差来指示。附加地或替代地，当来自电源模块的DC电流为正时，氧化还原液流电池***可以正在充电。在一个示例中，当电流从外部电源流入电源模块时，DC电流可以是正的。可以通过确定跨与电源模块电连接的分流电阻器两端的电压降来测量DC电流大小和方向。
在可选示例中，可以通过向电源模块供电的功率(包括供电电流和/或电压)大于充电阈值供电功率来指示氧化还原液流电池***处于充电模式。充电阈值供电功率可以指对氧化还原液流电池***供电率大于对电源模块的附加或辅助供电率，该附加或辅助供电率用于为传感器、照明和与电源模块相关的其他辅助装置供电。以这种方式，供电功率大于阈值供电功率指示电流直接供应到一个或多个电镀电极，导致电镀电极表面处的金属离子还原并且还原的金属镀在其上。类似地，作为在充电期间向氧化还原液流电池***供电的结果，充电模式可以由一个或多个氧化还原液流电池单元的SOC的增大率大于阈值SOC增大率来指示。
在另一示例中，可以基于供应到氧化还原液流电池单元的负电解质室和/或正电解质室的电解质的流量大于充电阈值流量来确定氧化还原液流电池***处于充电模式。第一阈值(负电解质或正电解质)流量可以指如下的流量，该流量大于用于在空闲模式期间使电解质再循环的泵流量。以大于充电阈值流量的流量泵送电解质可以使供应给负电解质室和正电解质室的电解质的流量高到足以维持所期望的充电率。因此，电解质的供应率可能与在氧化还原液流电池单元电极处发生的氧化还原反应的化学计量有关。作为理想化的简单示例，在IFB的情况下，对于在负电极充电期间供应的每两个电子，一个亚铁离子被供应到负电解质室以在该处被还原，并且在正电解质室处供应两个铁离子用于在该处进行氧化。以这种方式，与在充电模式下运行对应的正电解质室和负电解质室中的每一个的电解质流量和充电阈值电解质流量可以是不相等的。此外，可以将超过理想化学计量流量的电解质流量提供给氧化还原液流电池单元，以支持所期望的充电率，从而解决***内的非理想混合和损失。
作为另一示例，在充电时，正电极室22和负电极室20中的离子物质的变化率可以表征正处于充电模式的特性，或者可以达到与充电模式相关联的稳态值(相对于电解质泵送率)。例如，在充电期间，亚铁离子的电镀可导致负电解质室中亚铁离子浓度的特征性下降(或特征性下降率)。类似地，其他离子物质(例如铁离子、氯离子、氢质子(例如pH)和其他物质)的浓度(或浓度变化率)可以表征在充电模式下运行氧化还原液流电池单元的特征。此外，诸如离子强度、pH等的其他电解质性质可具有可用于指示氧化还原液流电池***处于充电模式的特征性稳态值或变化率。换句话说，控制器可以估计和/或测量一种或多种物质浓度(或其变化率)，包括测量pH和/或离子强度，并且基于这些测量值中的一个或这些测量值的组合超出表征在充电模式下运行的充电阈值来确定氧化还原液流电池***是否处于充电模式。此外，如上所述，控制器可以基于对电源模块的供电率、通过跨电连接到电源模块的分流电阻器两端的电压降测量的DC电流、SOC增大率、期望SOC和实际SOC之间的差、和/或电解质到一个或多个氧化还原液流电池单元的流量来确定充电模式。
在进一步示例中，当一个或多个氧化还原液流电池单元的SOC已经放电到低于下位阈值SOC时，控制器可以进入充电模式。充电的下位阈值状态可包括氧化还原液流电池单元已完全耗尽电荷的情况。在另一个示例中，充电的下位阈值状态可以对应于一SOC，低于该SOC则氧化还原液流电池单元的劣化风险可能增大。进入或开始充电模式的其他状况可以包括来自外部负载的期望功率比来自氧化还原液流电池***的可用功率高阈值功率差的情况。因此，当满足进入或开始充电模式的状况时，控制器88也可以确定氧化还原液流电池***处于充电模式。
在确定氧化还原液流电池***处于充电模式时，方法300继续到306，其中控制器可以启动或恢复/继续氧化还原液流电池***的充电模式。如上所述，对氧化还原液流电池***进行充电可以包括使电解质泵(例如，图1的负电解质泵30和正电解质泵32中的一个或多个)运行以使电解质分别以充电负阈值流量和充电正阈值流量流到氧化还原液流电池负电解质室和正电解质室。在另一示例中，控制器对电源模块的供电功率可以大于充电阈值供电功率，以便将一个或多个氧化还原液流电池单元的实际SOC增大到期望SOC。将一个或多个氧化还原液流电池单元的SOC增大到期望SOC可以包括以大于充电阈值SOC增大率的SOC增大率增大SOC。此外，控制器可以操作一个或多个致动器，以便将电解质物质的浓度、pH、离子强度和其他电解质特征组合中的一个或多个保持在与氧化还原液流电池***处于充电模式对应的期望值。在一个示例中，期望值可以包括超出表征氧化还原液流电池***在充电模式下运行的阈值。
如果氧化还原液流电池不处于被充电中，则方法300从304进行到308以确定氧化还原液流电池是否正在放电。氧化还原液流电池***处于放电模式可包括氧化还原液流电池***的一个或多个氧化还原液流电池单元处于放电模式。放电模式可以由一个或多个氧化还原液流电池单元的设定点或期望SOC小于所述一个或多个氧化还原液流电池单元的实际SOC来指示。在另一示例中，放电模式可以由期望SOC至少比实际SOC低阈值差来指示。
在一个示例中，可以通过从电源模块到外部负载的供电功率(包括供电电流和/或电压)大于充电阈值供电功率来指示氧化还原液流电池***处于放电模式。充电阈值供电功率可以指从氧化还原液流电池***对外部负载的供电率大于对电源模块的附加或辅助供电率，该附加或辅助供电率用于为传感器、照明和与电源模块相关的其他辅助装置供电。以这种方式，来自电源模块的供电功率大于阈值供电功率指示电流直接供应到外部负载，导致镀在电极表面处的金属被氧化成金属离子且金属离子溶解到负电解质室中。类似地，作为在放电期间从氧化还原液流电池***供电的结果，放电模式可以由一个或多个氧化还原液流电池单元的SOC的下降率大于阈值SOC下降率来指示。
附加地或替代地，氧化还原液流电池***可以处于放电模式，此时，来自电源模块的DC电流为负。在一个示例中，当电流从电源模块流出到外部负载时，DC电流可以是负的。如上所述，可以通过测量跨电连接到电源模块的分流电阻器两端的电压降来确定DC电流大小和方向。
在另一个示例中，可以基于供应到氧化还原液流电池单元的负电解质室和/或正电解质室的电解质的流量大于放电阈值流量来确定氧化还原液流电池***处于放电模式。放电阈值(负电解质或正电解质)流量可以指如下的流量，该流量大于用于在空闲模式期间使电解质再循环的泵流量。以大于放电阈值流量的流量泵送电解质可以使得供应到负电解质室或正电解质室的电解质的流量高到足以维持期望的氧化还原液流电池***放电率。因此，电解质的供应率可能与在氧化还原液流电池单元电极处发生的氧化还原反应的化学计量有关。作为理想化的简单示例，在IFB的情况下，对于在负电极放电期间从氧化还原液流电池***供应的每两个电子，一个亚铁离子被氧化，两个亚铁离子在正电解质室处被供应以用于在该处还原。以这种方式，与在充电模式下的运行对应的正电解质室和负电解质室中的每一个的电解质流量和放电阈值电解质流量可以是不相等的。此外，可以将超过理想化学计量流量的电解质流量提供给氧化还原液流电池单元，以支持所期望的放电率，从而解决***内的非理想混合和损失。
作为另一示例，在放电模式中，正电极室22和负电极室20中的离子物质的变化率可以表征处于放电模式的特性，或者可以达到与放电模式相关联的稳态值(相对于电解质泵送率)。例如，在放电期间，亚铁离子的电镀可导致负电解质室中亚铁离子浓度的特征性下降(或特征性下降率)。类似地，其他离子物质(例如铁离子、氯离子、氢质子(例如pH)和其他物质)的浓度(或浓度变化率)可以表征氧化还原液流电池单元在放电模式下运行的特征。此外，诸如离子强度、pH等的其他电解质性质可具有可用于指示氧化还原液流电池***处于放电模式的特征值或变化率。换句话说，控制器可以估计和/或测量一种或多种物质浓度(或其变化率)，包括测量pH和/或离子强度，并且基于这些测量值中的一个或这些测量值的组合超出表征在放电模式下运行的阈值来确定氧化还原液流电池***是否处于放电模式。此外，如上所述，控制器可以基于对电源模块的供电率、SOC增大率、期望SOC和实际SOC之间的差、和/或电解质到一个或多个氧化还原液流电池单元的流量来确定放电模式。
在进一步的示例中，当一个或多个氧化还原液流电池单元的SOC已经充电到高于上位阈值SOC时，控制器可以进入放电模式。充电的上位阈值状态可包括氧化还原液流电池单元已充电至满容量时的情况。在另一示例中，充电的上位阈值状态可以对应于一SOC，超过该SOC则氧化还原液流电池单元的过充电和劣化的风险可能增大。进入或开始放电模式的其他状况可以包括当从氧化还原液流电池***供应到外部负载的实际功率比期望功率低放电阈值功率差的情况。因此，当满足进入或开始放电模式的状况时，控制器88也可以确定氧化还原液流电池***处于放电模式。
在确定氧化还原液流电池***处于放电模式时，方法300从308继续到310，其中控制器可以启动或恢复/继续氧化还原液流电池***的放电模式。如上所述，氧化还原液流电池***的放电可以包括使电解质泵(例如，图1的负电解质泵30和正电解质泵32中的一个或多个)运行以使电解质分别以放电负阈值流量和放电正阈值流量流到氧化还原液流电池负电解质室和正电解质室。在另一示例中，控制器从电源模块对外部负载的供电功率可以大于放电阈值供电功率，以便将一个或多个氧化还原液流电池单元的实际SOC降低到期望SOC。将一个或多个氧化还原液流电池单元的SOC降低到期望SOC可以包括以大于阈值SOC下降率的下降率降低SOC。此外，控制器可以操作一个或多个致动器，以便将电解质物质浓度、pH、离子强度和其他电解质特征组合中的一个或多个保持在与氧化还原液流电池***处于放电模式对应的期望值。在一个示例中，期望值可以包括超出表征氧化还原液流电池***在放电模式下运行的阈值。
返回步骤304和308，对于氧化还原液流电池***不在充电模式或放电模式下运行的情况，方法300在312处继续，其中控制器将氧化还原液流电池***置于空闲运行模式。在一个示例中，氧化还原液流电池可以处于空闲模式，此时，来自电源模块的DC电流小于或基本上等于空闲阈值电流。在一个示例中，空闲阈值电流可以是零。图4和图5的方法400和500分别示出了可以帮助降低***容量损失的使氧化还原液流电池***空闲的两个实施例。方法400和500中描述的空闲模式运行包括循环激活泵以将氧化还原液流电池电压和/或SOC保持在阈值电压和/或SOC范围内，从而使得氧化还原液流电池在后续充电期间迅速准备好提供期望的电量。以这种方式，可以减少氧化还原液流电池***的滞后时间和/或预热阶段。
现在转向图4，其示出了用于使氧化还原液流电池***空闲的第一种方法400，其可以帮助降低***容量损失。方法400包括在氧化还原液流电池空闲模式期间基于泵激活循环之间经过的时间来调节泵开/关状态。方法400可以在图3的方法300的312之后开始，此时，氧化还原液流电池***进入空闲模式。
方法400可以在402开始，其中控制器88可以估计和/或测量氧化还原液流电池***的运行参数。如上面在图3的302所述，控制器88可以确定电池充电状态(SOC)、电源模块电压、DC电流、泵激活(例如，电解质泵开/关状态、电解质泵流量、泵定时器等)、电解质温度、对电源模块的供电功率(包括电流和电压)、电源模块的供电功率(包括电流和电压)、内部功率需求设定点和外部功率需求设定点等。可以通过氧化还原液流电池***的一个或多个传感器指示各种运行参数。
在404处，响应于氧化还原液流电池***处于空闲模式，方法400包括停用电力电子器件。电力电子器件可以包括DC/AC转换器、DC/AC逆变器和电源模块接触器中的一个或多个。停用电力电子器件可有助于降低氧化还原液流电池***在空闲模式下的功耗。停用电力电子器件可以包括控制器向氧化还原液流电池的一个或多个致动器发信号以断开电源，这可以抑制氧化还原液流电池放电和/或充电的能力。停用电力电子器件可以包括用户可以设置为空闲模式的机械开关。换句话说，另外，停用电力电子设备可以包括在人机接口(HMI)处显示消息以提醒用户氧化还原液流电池处于(或启动)电池空闲模式。此外，HMI的显示可以变暗或处于睡眠模式，从而减少从其发出的照明。
接下来，在406处，响应于氧化还原液流电池***处于空闲模式，控制器88可以降低电解质温度，以进一步降低在空闲模式下运行时的功耗。在空闲模式期间，降低电解质温度还可由于氧化还原液流电池***与周围环境大气之间的温度梯度较低，有助于减少对环境的总热损失。在一个示例中，降低电解质温度可以包括基于氧化还原液流电池***处于空闲模式来调节加热器设定点。例如，控制器88可以向一个或多个加热器致动器发送控制信号，以将电解质温度降低到低于空闲阈值温度。一个或多个加热器可以热耦合到负电解质室50和正电解质室52、和/或多室电解质存储罐110的负电解质室和正电解质室。调节加热器设定点可以进一步包括减小加热器输出功率设定点以降低加热器输出功率，从而将电解质温度降低到低于空闲阈值温度。空闲阈值温度可以基于空闲模式期间电解质的溶解度或稳定性。例如，低于空闲阈值温度，电解质不稳定的风险可能会增大；电解质的不稳定可包括电解质盐的沉淀，这降低了氧化还原液流电池***的容量和性能。相反，高于阈值温度，电解质不稳定的风险降低，并且可以保持电解质稳定性而不沉淀出任何电解质盐。电解质溶解度、空闲阈值温度和加热器的控制信号(例如，加热器输出功率)之间的关系可以是预先确定的，或者可以根据经验确定以用于特定的氧化还原液流电池***。
在另一示例中，降低电解质温度可以包括：控制器88调节到一个或多个加热器的控制信号以降低加热器设定点，从而使空闲模式期间的电解质温度相对于电池充电和放电模式期间电解质温度降低。在一个示例中，在氧化还原液流电池空闲模式期间降低加热器输出功率，可以使从加热器传递到氧化还原液流电池电解质的热量相对于在氧化还原液流电池充放电模式期间从加热器传递到电解质的热量变冷或降低。在一个示例中，氧化还原液流电池的温度在电池充电和放电模式期间可以基本上等于60℃。然而，在氧化还原液流电池空闲模式期间，可以降低加热器设置以将氧化还原液流电池加热到与25-30℃之间的环境温度或室温范围相当的空闲阈值温度。
在408处，响应于氧化还原液流电池***处于空闲模式，控制器88开始电解质泵的循环，包括停用电解质泵并启动第一计时器，计时器1。计时器1可用于指示自一个或多个电解质泵停用以来经过的时间。停用电解质泵可以包括停用电解质泵，其中泵可以保持休眠，同时氧化还原液流电池***可以保持在如下的状态(例如，SOC大于阈值SOC)，在该状态下，氧化还原液流电池***可以在收到电力请求时立即迅速提供期望的功率输出。在一个示例中，停用一个或多个电解质泵可以包括停用泵30和/或32。在其他示例中，停用一个或多个电解质泵可以包括停用足够数量的泵，使得停止电解质进出氧化还原液流电池单元的循环。在进一步的示例中，停用一个或多个电解质泵可以包括停用足够数量的泵，使得电解质进出氧化还原液流电池单元的循环减少到低于停用阈值流量。以这种方式，电解质流量以及从多室电解质储罐110泵送电解质到一个或多个氧化还原液流电池单元18的负电解质室50和正电解质室52可以停止或维持在停用阈值流量。在一个示例中，停用阈值流量可以对应于一流量，低于该流量，则分流损失将由于向氧化还原液流电池单元供应的新鲜电解质减少而显著降低。在另一示例中，停用阈值流量可以对应于零流量，并且关停电解质泵。在一些情况下，具有非零的停用流量可通过避免完全关停泵而有助于保持电解质泵的寿命。因为供应到氧化还原液流电池单元的新鲜电解质的量减少，在空闲模式期间停止电解质流和/或将电解质流减少到停用阈值流量可有助于减少通过流动电解质传导的分流损失。此外，当泵停用(包括在低于停用阈值流量下运行)时，分流电流损失可限于电源模块内的电解质既有量。氧化还原液流电池单元在空闲模式期间具有较低浓度的新鲜电解质，可以减小通过电解质的电流分流损失的驱动力。此外，如前所述，循环电解质泵，包括在408处停用电解质泵，可有助于减少寄生泵功率损失。
在409处，控制器88可以包括测量第一计时器，并确定一个或多个电解质泵被停用的时长。在410处，控制器88可以确定第一计时器是否大于第一阈值时长。第一阈值时长可以基于在氧化还原液流电池空闲模式期间电解质泵的连续激活(循环开启)之间的目标时间量。如上所述，停用电解质泵可以包括停用电解质泵，其中泵可以保持休眠，而氧化还原液流电池***可以保持在如下的状态(例如，SOC大于阈值SOC)，在该状态下，氧化还原液流电池***可以在接收到电力请求时立即迅速提供所期望的功率输出。换句话说，第一阈值时长可以对应于空闲模式期间的泵关闭间隔。在一个示例中，第一阈值时长可以是相对于与第二阈值时长对应的泵开启间隔的固定间隔。在一种情况下，泵关闭间隔可以相对于泵开启间隔设置，使得在空闲模式期间整个泵关闭时长是整个空闲时间的5/6，换句话说泵关闭间隔与泵开启间隔的比例会是5比1，且第一阈值时长与第二阈值时长的比例会是5比1。例如，第一阈值时长可以等于50分钟，第二阈值时长可以是10分钟；因此，在空闲模式期间，对于每小时的空闲时间，泵将保持关闭50分钟。
可选地，可以基于在启动电池空闲模式之前测量的电源模块电压来调节第一阈值时长。在一个示例中，对应于刚进入电池空闲模式之前的电源模块电压较高，第一阈值时长可以更长，并且对于刚进入电池空闲模式之前的电源模块电压较低的情况，第一阈值时长可以更短。以这种方式，第一阈值时长可以允许因在进入空闲模式之前较高的初始电压而获得较长的循环周期，并且可以允许因在进入空闲模式之前较低的初始电压而获得较短的循环周期。对于第一计时器小于第一阈值时长的情况，方法400从410进行到412以继续监测第一计时器并保持电解质泵停用。
如果第一计时器大于第一阈值时长，则该方法从410进行到414以将控制信号发送到电解质泵的致动器，从而以空闲阈值流量启动电解质泵。空闲阈值流量可以对应于一电解质流量，低于该电解质流量，则电源模块内的空闲电解质不会被充分更新，使得氧化还原液流电池***按需向外部负载供电的响应性降低到期望水平以下。换句话说，如果电解质流量低于空闲阈值流量，则向氧化还原液流电池单元供应的电解质可能不足以迅速响应来自控制器88的用以向外部负载供电的指令。因此，在可以提供足够的电流/功率以满足指令的需求之前，对于允许足够的新鲜电解质到达氧化还原液流电池单元，可能存在不期望的延迟。换句话说，如果在第一阈值时长之后泵没有被重新激活，则可能降低氧化还原液流电池***对所指令的外部负载迅速供电的响应性。在一个示例中，空闲阈值流量可以小于上述的第一或放电阈值流量。例如，空闲阈值流量可以对应于充电或放电阈值流量的10％。在一些情况下，到负电解质室的空闲阈值流量可以与到正电解质室的空闲阈值流量不同。在任何流量下，应当理解，与在充电模式和放电模式期间的泵流量相比，氧化还原液流电池在空闲模式下的泵流量是降低的。结合电解质泵的激活启动第二计时器，第二计时器测量方法400的空闲泵循环期间的泵开启时长。
在416处，该方法包括确定第二计时器大于第二阈值时长。第二阈值时长可以基于在电池空闲模式期间所期望的泵激活的时间量，以维持氧化还原液流电池满足外部负载的预期功率需求的响应性、并同时也减少了氧化还原液流电池所经受的电池容量损耗以及由于泵和加热元件的运行引起的寄生功率损耗。容量损失可包括氧化还原液流电池的功率输出减少。在一个示例中，第二阈值时长是第一阈值时长的20％。
如果第二计时器小于第二阈值时长，则电解质未被充分更新至对预期外部负载指令实现期望的***响应性，并且该方法从416进行到418以继续监测第二计时器。在第二计时器小于第二阈值时长期间，电解质泵以空闲阈值流量保持激活。
在416处，如果第二计时器大于第二阈值时长，指示电解质已经更新到足以允许对预期外部负载指令实现期望的***响应性，则方法400在420处继续，其中确定是否仍然满足空闲模式状况。满足空闲模式状况可以包括确定氧化还原液流电池***是否处于充电模式或放电模式。因此，可以确定是否仍满足空闲模式状况，如针对方法300的304、308和312所描述的。对于仍然满足空闲状况的情况，该方法返回408以继续空闲模式运行。以这种方式，在空闲状态期间，方法400重复地使电解质泵在激活状态和非激活状态之间循环。对于不满足空闲状况的情况(例如，氧化还原液流***进入充电或放电模式)，在312之后的方法400返回到图3的方法300，并且结束。
如上所述，可以根据电池空闲模式期间的预期功率需求来调节空闲阈值温度、停用阈值流量、空闲阈值流量、第一阈值时长和第二阈值时长中的每一个。例如，当电池空闲模式期间的预期功率需求较高时，空闲阈值温度可以较高，停用阈值流量可以较高，空闲阈值流量可以较高，第一阈值时长可以较低，以及第二阈值时长可以较高，以便提高氧化还原液流电池***的响应性。相反，当电池空闲模式期间的预期功率需求较低时，空闲阈值温度可以较低，停用阈值流量可以较低，空闲阈值流量可以较低，第一阈值时长可以较高，以及第二阈值时长可以较低，以便降低氧化还原液流电池***的响应性，同时减少由于泵送和加热引起的寄生功率损耗并减少通过电解质的分流损耗。以这种方式，可以由控制器88根据预期的功率需求来调节空闲模式运行参数，以维持氧化还原液流电池***的响应性，同时减少寄生和分流损耗。
现在转向图5，其示出了用于在氧化还原液流电池***的空闲模式期间基于测量的氧化还原液流电池的电压来调节泵的方法500的可选实施例。这样，方法500可以在图3的方法300的312之后执行。方法500可以在502开始，其中该方法包括确定、估计和/或测量当前运行参数，如分别针对方法300和400的步骤302和402所描述的。接下来，可以进行步骤504以停用电力电子器件、步骤506以通过发送信号降低加热器设定点来降低电解质温度、以及步骤508以停用电解质泵，如分别针对方法400的步骤404、406和408所描述的。
在508处停用电解质泵之后，方法500可以在509继续，其中控制器88确定和/或测量电源模块电压。电源模块电压可以指电源模块内的跨氧化还原液流电池单元堆两端的电压。在一个示例中，电池充满电并且每个电池开路电压约为1.2V。结果，电源模块电压是所有电池单元电压减去分流电压损失(跨分流电阻器两端的电压降)的总和。
接下来，在510处，控制器88可以确定电源模块电压是否小于第一阈值电压。电源模块第一阈值电压可以通过在空闲模式期间在没有额外电解质泵送的情况下，能够用电源模块内的可用电解质维持的最小负载来确定。在另一个示例中，第一阈值电压可以指一电压，低于该电压，则氧化还原液流电池***可能无法响应来自内部或外部负载的预期功率需求。以这种方式，当预期功率需求可能较高时，第一阈值电压可以较高，并且当预期功率需求较低时，第一阈值电压可以较低。如果电源模块电压大于或等于第一阈值电压，则该方法从510进行到512以继续监测电压并保持电解质泵停用。
对于电源模块电压降低到第一阈值电压以下的情况，方法500从510进行到514以将泵切换到激活状态，包括将控制信号发送到泵的致动器从而以空闲阈值流量激活电解质泵。如上面参考方法400所述，空闲阈值流量可以对应于一电解质流量，低于该电解质流量，则电源模块内的空闲电解质不会被充分更新，使得氧化还原液流电池***按需对外部负载供电的响应性降低到期望水平以下。在一个示例中，空闲阈值流量可以小于上面参考方法300描述的充电阈值流量或放电阈值流量。在任何流量下，应当理解，在氧化还原液流电池空闲模式期间的泵流量可以降低到与在充电和放电模式期间的泵流量相比较低的流量。以这种方式，可以充分补充和更新氧化还原液流电池单元中的电解质以增大电源模块电压，同时减少寄生功率和分流损耗。
在516处，该方法包括确定电源模块电压是否大于或等于第二阈值电压。在一个示例中，第二阈值电压可以包括大于第一阈值电压的电压。第二阈值电压可以对应于一电源模块电压，高于该电源模块电压，则分流电流损失将因为再循环到氧化还原液流电池单元的新鲜电解质的流量更高而明显增大。第二阈值电压还可以对应于给定充电状态下或者电源模块电压不再改变时的电源模块开路电压，指示电解质可以被完全补充。如果电源模块电压小于第二阈值电压，则该方法从516进行到518以继续监测电压并以空闲阈值流量维持泵激活(例如，开启)。
如果电压大于或等于第二阈值电压，则方法进行到520以确定是否仍满足空闲状况。如果不再满足空闲状况，则方法前进到图3。如果仍然满足空闲状况，则该方法返回到508以响应于电源模块电压大于第二阈值电压而将泵切换到非激活状态。以这种方式，在空闲状态期间，方法500使电解质泵反复地在激活状态和非激活状态之间循环。对于不满足空闲状况的情况(例如，氧化还原液流***进入充电或放电模式)，在312之后的方法500返回到图3的方法300，并且结束。
因此，运行氧化还原液流电池***的示例性方法可以包括将氧化还原液流电池***切换到空闲模式，其中空闲模式包括氧化还原液流电池***运行在充电模式之外和在放电模式之外。此外，响应于切换到空闲模式，示例性方法可以包括使电解质泵反复地在运行在小于充电阈值流量的空闲阈值流量和运行在停用阈值流量之间循环，并且响应于切换到充电模式，维持电解质泵运行在大于空闲阈值流量的充电阈值流量。该方法的第二示例可选地包括第一示例，并且还可以包括，响应于切换到放电模式，维持电解质泵运行在大于空闲阈值流量的放电阈值流量。该方法的第三示例可选地包括第一和第二示例中的一个或多个，并且还包括其中维持电解质泵以停用阈值流量运行第一阈值时长，维持电解质泵以空闲阈值流量运行第二阈值时长，并且停用阈值时长大于第二阈值时长。该方法的第四示例可选地包括第一至第三示例中的一个或多个，并且还包括其中空闲阈值时长小于第一阈值时长的20％。该方法的第五示例可选地包括第一至第四示例中的一个或多个，并且还包括其中响应于氧化还原液流电池***的预期负载需求较高而将空闲阈值流量调节得较高，并且响应于氧化还原液流电池***的预期负载需求较低，将空闲阈值流量调节得较低。该方法的第六示例可选地包括第一至第五示例中的一个或多个，并且还包括其中，响应于氧化还原液流电池***的预期负载需求较高而将第一阈值时长调节得较短，以及响应于氧化还原液流电池***的预期负载需求较低，将第一阈值时长调节得较长。该方法的第七示例可选地包括第一至第六示例中的一个或多个，并且还包括其中响应于氧化还原液流电池***的预期负载需求较高而将第二阈值时长调节得较长，以及响应于氧化还原液流电池***的预期负载需求较低，将第二阈值时长调节得较短。
因此，运行氧化还原液流电池***的示例性方法可包括：在氧化还原液流电池***在充电模式之外以及放电模式之外运行的状况期间，使氧化还原液流电池***以空闲模式运行，在以空闲模式运行期间，使电解质泵反复地在运行在激活状态和运行在非激活状态之间循环，其中激活状态包括以小于充电阈值流量的空闲阈值流量泵送电解质，并且非激活状态包括停用电解质泵；以及响应于切换到放电模式，维持电解质泵运行在放电阈值流量。该方法的第二示例可以可选地包括第一示例，并且还包括：响应于切换到充电模式，将电解质泵的运行维持在充电阈值流量。该方法的第三示例可选地包括第一和第二示例中的一个或多个，并且还包括其中使电解质泵的运行在激活状态和非激活状态之间循环包括：响应于电源模块电压升高到第二阈值电压以上，从激活状态切换到非激活状态；以及响应于电源模块电压降低到第一阈值电压以下，从非激活状态切换到激活状态，第一阈值电压小于第二阈值电压。该方法的第四示例可选地包括第一至第三示例中的一个或多个，并且还包括其中第一阈值电压小于充电阈值电压。该方法的第五示例可选地包括第一至第四示例中的一个或多个，并且还包括其中响应于氧化还原液流电池***的预期负载需求较高而将空闲阈值流量调节得较高，并且响应于氧化还原液流电池***的预期负载需求较低，将空闲阈值流量调节得较低。该方法的第六示例可选地包括第一至第五示例中的一个或多个，并且还包括其中响应于氧化还原液流电池***的预期负载需求较高而将第一阈值电压调节得较高，以及响应于氧化还原液流电池***的预期负载需求较低，将第一阈值电压调节得较低。该方法的第七示例可选地包括第一至第六示例中的一个或多个，并且还包括其中响应于氧化还原液流电池***的预期负载需求较高而将第二阈值电压调节得较高，以及响应于氧化还原液流电池***的预期负载需求较低，将第二阈值电压调节得较低。
如上所述，可以根据电池空闲模式期间的预期功率需求来调节空闲阈值温度、停用阈值流量、空闲阈值流量、第一阈值电压和第二阈值电压中的每一个。例如，当电池空闲模式期间的预期功率需求较高时，空闲阈值温度可以较高，停用阈值流量可以较高，空闲阈值流量可以较高，第一阈值电压可以较高，以及第二阈值电压可以较高，以便提高氧化还原液流电池***的响应性。相反，当电池空闲模式期间的预期功率需求较低时，空闲阈值温度可以较低，停用阈值流量可以较低，空闲阈值流量可以较低，第一阈值电压可以较低，以及第二阈值时长可以较低，以降低氧化还原液流电池***的响应性，同时减少由于泵送和加热引起的寄生功率损耗并减少通过电解质的分流损耗。以这种方式，可以由控制器88根据预期的功率需求来调节空闲模式运行参数，以维持氧化还原液流电池***的响应性，同时减少寄生和分流损耗。
现在转向图8，其示出了示例性氧化还原液流电池***的运行的示例曲线图。趋势线810表示在空闲模式期间，同时维持电解质泵开启并以充电/放电流量持续泵送电解质、维持电力电子器件开启、并将电解质温度维持在充电/放电温度的电源模块电压。由于较大的分流电流损耗和较高的寄生泵损耗，空闲期间的电源模块电压在约40h后开始急剧下降。相反，在空闲模式下，将电解质温度降低到空闲阈值温度、关闭电力电子器件、并使电解质泵在第二阈值时长的空闲阈值流量和第一阈值时长的停用阈值流量之间循环(例如，根据方法300和400运行氧化还原液流电池***)可以降低容量损失，如趋势线820所示。
现在转向图6，其示出了时间曲线图600，以图形方式示出了电池空闲模式期间和之外的电池状况。时间曲线图600示出了由图1和2的电池***并行执行的方法300、400和500。以这种方式，方法300、400和500中的每个可以彼此同时发生。例如，在第一和第二计时器与第一和第二阈值时长分别进行比较的同时，可以将方法500中测量的电压与第一阈值电压进行比较。曲线610示出了电解质泵流量，曲线620示出了是否满足氧化还原液流电池空闲状况，曲线630示出了氧化还原液流电池的温度，曲线640示出了电池电压，曲线650示出了DC电流，例如流过电耦合到电源模块的分流电阻器的DC电流。虚线612表示阈值充电/放电电解质流量，虚线614表示空闲阈值电解质流量。线632示出第二阈值电池温度，线634示出第一阈值电池温度。如图所示，第二阈值电池温度大于第一阈值电池温度。在一个示例中，第二阈值电池温度基本上等于氧化还原液流电池空闲模式之外的电池温度，并且第一阈值电池温度基本上等于氧化还原液流电池空闲模式期间的期望电池温度。线642描绘第一阈值电压，线644描绘第二阈值电压。第一阈值电压和第二阈值电压可以基本上类似于上面参考图5描述的那些。基于氧化还原液流电池***是处于充电还是放电模式，DC电流可以具有方向性。例如，正DC电流可以对应于在充电期间外部设备将电流流到电池，并且负DC电流可以对应于在放电期间电池将电流流到外部设备。因此，中性DC电流(例如，零电荷)可以对应于没有电流流入和流出电池。在一个示例中，正DC电流对应于充电模式，负DC电流对应于放电模式，并且中性DC电流对应于空闲模式。曲线图600测量沿水平轴的时间，其中时间从图的左侧到右侧增大。
在t1之前，电解质泵流量(曲线610)相对较高并且基本上等于阈值充电/放电电解质流量(线612)。如曲线620与“否”对齐所示，不满足电池空闲状况。氧化还原液流电池温度(曲线630)与大于第二阈值电池温度(线632)的温度相等。电源模块电压(曲线640)从相对高的电池电压向第二阈值电压(线644)减小。DC电流(线650)与负值对齐，表示电流从电池流向外部设备。这样，氧化还原液流电池可以在放电模式下运行。
在t1，满足氧化还原液流电池空闲状况，并且氧化还原液流电池从放电模式转换到空闲模式。DC电流与零和/或中性对准，因为基本上没有电流流入和/或流出氧化还原液流电池。如针对图4和图5所示的，在进入氧化还原液流电池空闲模式时，电力电子器件被停用。另外，将加热器调节到较低的设定点以将氧化还原液流电池加热到小于第一阈值电池温度(线634)的温度。此外，电解质泵停用(例如，关停)，如曲线610所示，与“0”对齐，并且电解质泵流量降低至小于空闲阈值电解质流量614的流量。这样，电解质不再流入氧化还原液流电池。可以启动第一计时器以开始跟踪对应于电解质泵停用的时长的时间。
在t1之后且在t2之前，氧化还原液流电池保持在空闲模式。氧化还原液流电池温度降低到基本上等于第一阈值电池温度的电池温度。在进入氧化还原液流电池空闲模式之后，电源模块电压继续降低并降低到小于第一阈值电压的电压。具体地，在小于第一阈值时长的时间长度之后，电压降低到小于第一阈值电压的电压。双头箭头602示出了第一阈值时长。作为响应，电解质泵被激活至小于阈值充电/放电流量612的空闲阈值电解质流量614。在一个示例中，电解质泵被激活至基本上等于阈值充电/放电流量612的5-10％的流量。尽管电解质泵被激活，但在空闲模式期间DC电流基本上保持等于零。这样，在氧化还原液流电池空闲模式期间，可以由外部电源为泵供电。附加地或可替代地，DC电流可以在空闲模式期间移动到略正和略负的位置。在充电和放电模式期间，略正和略负的位置分别小于正位置和负位置。以这种方式，随着新鲜电解质被输送到氧化还原液流电池，电源模块电压开始增大。
在t2，仍然满足电池空闲状况，并且氧化还原液流电池温度基本上等于第一阈值电池温度。电源模块电压继续增大并且增大到大于第一阈值电压而小于第二阈值电压的电压。这样，电解质泵在空闲阈值流量下保持激活(虚线614)。
在t2之后且在t3之前，电源模块电压继续向第二阈值电压增大。因此，电解质泵保持激活。在t3处，电源模块电压大于第二阈值电压并且电解质泵被停用。双头箭头604表示第二阈值时长，其基本上等于上面针对图4描述的第二阈值时长。以这种方式，电解质泵在氧化还原液流电池空闲模式期间激活的时间大于第二阈值时长。在电解质泵停用后，在t3启动第一计时器。
因此，在电源模块电压被监测并且电解质泵循环被计时的一些实施例中，补充电源模块电压可以取代固定时间周期。具体地，即使第一计时器小于第一阈值时长，也响应于电源模块电压降至第一阈值电压以下而启动电解质泵。另外，即使第二计时器大于第二阈值时长，如果电源模块电压小于第二阈值电压，则电解质泵可以保持激活。
在t3之后且在t4之前，电源模块电压降低到小于第二阈值电压并且大于第一阈值电压的电压。因此，电解质泵保持停用。在t4，第一计时器等于第一阈值时长。这样，控制器向电解质泵的致动器发出信号以将泵激活至空闲阈值流量614。这样，第二计时器被开启。在可选示例中，控制器可以发送信号以将电解质泵激活到小于空闲阈值流量的流量。这可能是由于电源模块电压大于第一阈值电压。这样，与电源模块电压小于第一阈值电压时相比，可能期望更少的充电。在一些示例中，尽管第一计时器超过第一阈值时长，但由于电源模块电压大于第一阈值电压，可能在t4不激活电解质泵。
在t4之后并且在t5之前，将第二计时器与第二阈值时长(双头箭头604)进行比较，并且由于第二计时器小于第二阈值时长，电解质泵保持激活。电源模块电压增大到大于第二阈值电压的电压。氧化还原液流电池温度基本上等于第一阈值电池温度。在t5，第二计时器基本上等于第二阈值时长。电源模块电压不再增大并且与大于第二阈值电压的电压相等。
在t5之后，满足氧化还原液流电池空闲状况一段时间，其中在电解质泵停用的时间段期间，氧化还原液流电池温度基本上等于第一阈值电池温度，并且电源模块电压向第二阈值电压降低。在t6，不再满足氧化还原液流电池空闲状况。这样，调节氧化还原液流电池加热器以将氧化还原液流电池加热到大于或等于第二阈值电池温度的温度。电解质泵被重新激活并被设定为基本上等于阈值充电/放电流量的流量。最后，电源模块电压开始增大到高于第二阈值电压的电压。这通过移动到正位置的DC电流进一步指示，其中外部源将电流流到氧化还原液流电池。这样，氧化还原液流电池处于充电模式并退出空闲模式。
现在转向图7，其示出了根据方法300、400和500运行图1的氧化还原液流电池***的时间曲线图700。时间曲线图700示出了由图1的氧化还原液流电池执行的方法300、400和500。示出了方法400和500彼此按顺序发生。这样，方法400和500不会在图7的实施例中同时发生。具体地，从t1到t3示出方法500，从t3到t5示出方法400。曲线710示出了电解质泵流量，曲线720示出了是否满足氧化还原液流电池空闲状况，曲线730示出了氧化还原液流电池的温度，曲线740示出了电源模块电压，曲线750示出了DC电流(例如，流过电耦合到电源模块的分流电阻器的DC电流)。线732示出第二阈值电池温度，线734示出第一阈值电池温度。如图所示，第二阈值电池温度大于第一阈值电池温度。在一个示例中，第二阈值电池温度基本上等于氧化还原液流电池空闲模式之外的电池温度，并且第一阈值电池温度基本上等于氧化还原液流电池空闲模式期间的期望电池温度。线742描绘第一阈值电压，线744描绘第二阈值电压。第一和第二阈值电压可以基本上类似于上面参考图5描述的那些。DC电流可以具有基于其电荷的方向性。例如，正DC电流可以对应于外部设备使电流流向电池，并且负DC电流可以对应于电池使电流流向外部设备。因此，中性DC电流(例如，零电荷)可以对应于没有电流流入和流出电池。在一个示例中，正DC电流对应于充电模式，负DC电流对应于放电模式，并且中性DC电流对应于空闲模式。曲线图700测量沿水平轴的时间，其中时间从图的左侧增大到右侧。
在t1之前，电解质泵流量(曲线710)相对较高并且基本上等于阈值充电/放电流量(线712)。如曲线720与“否”对齐所示，不满足电池空闲状况。氧化还原液流电池温度(曲线730)与大于第二阈值电池温度(线732)的温度相等。电源模块电压(曲线740)从相对高的电池电压向第二阈值电压减小(线744)。DC电流(线750)与负值对齐，表示电流从电池流向外部设备。这样，氧化还原液流电池可以在放电模式下运行。
在t1，满足氧化还原液流电池空闲状况，并且氧化还原液流电池从放电模式转换到空闲模式。如针对图4和图5所示，在进入氧化还原液流电池空闲模式时，电力电子器件被停用。另外，调节加热器以将氧化还原液流电池加热到低于第一阈值电池温度(线734)的温度。此外，电解质泵停用(例如，关停)，如示出的曲线710与“0”对齐并且电解质泵流量降低。这样，电解质不再流入氧化还原液流电池。由于仅监测电源模块电压，因此未激活第一计时器。
在t1之后且在t2之前，氧化还原液流电池保持在空闲模式。氧化还原液流电池温度降低到基本上与第一阈值电池温度相等的电池温度。在进入氧化还原液流电池空闲模式之后，电源模块电压继续减小并降低到小于第一阈值电压的电压。具体地，电压降低到小于第一阈值电压的电压。作为响应，电解质泵被激活到小于阈值充电/放电流量712的空闲阈值电解质流量714。在一个示例中，空闲阈值流量可以基本上与阈值充电/放电流量712的5-10％相等。尽管电解质泵被激活，但在空闲模式期间DC电流基本上保持等于零。这样，在氧化还原液流电池空闲模式期间，可以由外部电源为泵供电。附加地或可替代地，DC电流可以在空闲模式期间移动到略正和略负的位置。在充电和放电模式期间，略正和略负的位置分别小于正位置和负位置。以这种方式，随着新鲜电解质被输送到氧化还原液流电池，电源模块电压开始增大。
在t2，仍然满足电池空闲状况，并且氧化还原液流电池温度基本上与第一阈值电池温度相等。电源模块电压继续增大并且增大到大于第一阈值电压而小于第二阈值电压的电压。因此，电解质泵以空闲阈值流量保持激活。
在t2之后且在t3之前，电源模块电压继续向第二阈值电压增大。因此，电解质泵保持激活。在t3处，电源模块电压大于第二阈值电压并且电解质泵被停用。在电解质泵停用后，在t3开始第一计时器。这样，完成了方法500。在时间t3之后，曲线700示出了根据执行结合方法300和方法400运行氧化还原液流电池***。
在t3之后且在t4之前，电源模块电压降低到小于第二阈值电压并且大于第一阈值电压的电压。因此，电解质泵保持停用。在t4，第一计时器等于第一阈值时长(双头箭头702)。这样，控制器向电解质泵的致动器发出信号以将泵激活至空闲阈值流量。这样，第二计时器被开启。在可选示例中，控制器可以发送信号以将电解质泵激活到小于或大于空闲阈值流量的流量。
在t4之后并且在t5之前，将第二计时器与第二阈值时长(双头箭头704)进行比较，并且由于第二计时器小于第二阈值时长，电解质泵保持激活。电源模块电压增大到大于第二阈值电压的电压。氧化还原液流电池温度基本上等于第一阈值电池温度。在t5，第二计时器基本上等于第二阈值时长。电源模块电压不再增大且与大于第二阈值电压的电压相等。
在t5之后，满足氧化还原液流电池空闲状况一段时间，其中在电解质泵停用的时间段期间，氧化还原液流电池温度基本上等于第一阈值电池温度，并且电源模块电压向第二阈值电压降低。在t6，不再满足氧化还原液流电池的空闲状况。这样，调节氧化还原液流电池加热器以将氧化还原液流电池加热到大于或等于第二阈值电池温度的温度。电解质泵被重新激活并被设定为基本上等于阈值充电/放电流量的流量。最后，电源模块电压开始增大到高于第二阈值电压的电压。这通过DC电流移动到正位置进行进一步指示，其中外部源将电流流入氧化还原液流电池。这样，氧化还原液流电池处于充电模式并退出空闲模式。
因此，氧化还原液流电池***的示例可包括：电源模块，该电源模块包括多个氧化还原液流电池单元堆，每个氧化还原液流电池单元堆包括氧化还原液流电池单元；能够从电解质罐输送电解质至电源模块的电解质泵；以及具有控制器的电源控制***，其上包括可执行指令，将氧化还原液流电池***切换到空闲模式，其中空闲模式包括氧化还原液流电池***运行在充电模式之外和在放电模式之外，响应于切换到空闲模式，使电解质泵反复地在运行于小于充电阈值流量的空闲阈值流量和运行于停用阈值流量之间循环；以及响应于切换到充电模式，维持电解质泵运行在充电阈值流量。氧化还原液流电池***的第二示例可以可选地包括第一示例，并且还包括热耦合到电解质的加热器，其中可执行指令包括响应于切换到空闲模式而将电解质温度降低到空闲阈值温度。氧化还原液流电池***的第三示例可以可选地包括第一和第二示例中的一个或多个，并且还包括其中响应于氧化还原液流电池***的预期负载需求较高而升高空闲阈值温度，并且响应于氧化还原液流电池***的预期负载需求较低而降低空闲阈值温度。氧化还原液流电池***的第四示例可以可选地包括第一至第三示例中的一个或多个，并且还包括响应于切换到空闲模式而停用电力电子器件。氧化还原液流电池***的第五示例可以可选地包括第一至第四示例中的一个或多个，并且还包括其中空闲阈值温度对应于一温度，低于该温度则可能发生电解质沉淀。氧化还原液流电池***的第六示例可以可选地包括第一至第五示例中的一个或多个，并且还包括其中空闲阈值温度小于充电和放电模式期间的电解质温度。
以这种方式，氧化还原液流电池包括用于在氧化还原液流电池空闲模式期间基于经过的时间和/或电源模块电压来使电解质泵在开启和关闭位置之间循环的程序。在一个示例中，响应于电源模块电压降至第一阈值电压以下而激活电解质泵。附加地或可替代地，响应于第一计时器超过第一阈值时长而激活电解质泵，其中第一计时器测量在氧化还原液流电池空闲模式期间电解质泵停用的时间。无论如何，电解质泵被激活到比在氧化还原液流电池空闲模式之外的电解质泵流量低的流量。将电解质泵激活至降低的流量并使泵在开启和关闭位置之间循环的技术效果是，降低由于泵引起的寄生功率损耗并且减少氧化还原液流电池由于分流而遭受的功率容量损失。
注意，本文包括的示例控制和估计例程可以与各种电池和/或车辆***配置一起使用。本文公开的控制方法和程序可以作为可执行指令存储在非暂时性存储器中，并且可以由包括控制器的控制***结合各种传感器、致动器和其他电池硬件来执行。这里描述的特定例程可以表示任何数量的处理策略中的一个或多个，例如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。这样，所示的各种动作、操作和/或功能可以以所示顺序执行、并行执行、或者在某些情况下省略。同样地，处理顺序不一定是实现本文描述的示例实施例的特征和优点所必需的，而是为了便于说明和描述而提供的。可以根据所使用的特定策略重复执行所示动作、操作和/或功能中的一个或多个。此外，所描述的动作、操作和/或功能可以图形地表示要编程到氧化还原液流电池控制***中的计算机可读存储介质的非暂时性存储器中的代码，其中所描述的动作通过执行***中的指令来执行，所述***包括与电子控制器组合的各种电池硬件组件。
以下权利要求特别指出了被认为是新颖和非显而易见的某些组合和子组合。这些权利要求可以提到“一个”元件或“第一”元件或其等同物。这些权利要求应理解为包括一个或多个这样的元件的结合，既不要求也不排除两个或更多个这样的元件。所公开的特征、功能、元件和/或特性的其他组合和子组合可以通过修改本权利要求或通过在该申请或相关申请中提出新的权利要求来要求保护。这些权利要求，无论是否与原始权利要求的范围相比更宽、更窄、相同或不同，也被认为包括在本公开的主题内。

Claims (16)

1.一种运行氧化还原液流电池***的方法，包括：
将所述氧化还原液流电池***切换到空闲模式，其中所述空闲模式包括氧化还原液流电池***运行在充电模式之外和在放电模式之外，
响应于切换到所述空闲模式，使电解质泵反复地在运行在小于充电阈值流量的空闲阈值流量和运行在停用阈值流量之间循环，其中，所述空闲阈值流量和所述停用阈值流量均不为零，以及
响应于切换到所述充电模式，维持所述电解质泵运行在大于所述空闲阈值流量的所述充电阈值流量。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括，
响应于切换到所述放电模式，维持所述电解质泵运行在大于所述空闲阈值流量的放电阈值流量。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，
所述电解质泵运行在所述停用阈值流量被维持第一阈值时长，
所述电解质泵运行在所述空闲阈值流量被维持第二阈值时长，并且
所述第一阈值时长大于所述第二阈值时长。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述第二阈值时长小于所述第一阈值时长的20％。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，
响应于所述氧化还原液流电池***的预期负载需求较高，将所述空闲阈值流量调节得较高，并且
响应于所述氧化还原液流电池***的预期负载需求较低，将所述空闲阈值流量调节得较低。
6.如权利要求5所述的方法，其中，
响应于所述氧化还原液流电池***的预期负载需求较高，将所述第一阈值时长调节得较短，并且
响应于所述氧化还原液流电池***的预期负载需求较低，将所述第一阈值时长调节得较长。
7.如权利要求6所述的方法，其中，
响应于所述氧化还原液流电池***的预期负载需求较高，将所述第二阈值时长调节得较长，并且
响应于所述氧化还原液流电池***的预期负载需求较低，将所述第二阈值时长调节得较短。
8.一种运行氧化还原液流电池***的方法，包括：
在氧化还原液流电池***运行在充电模式之外以及在放电模式之外且直流DC电流保持为零的状况下，使所述氧化还原液流电池***以空闲模式运行；
在以所述空闲模式运行期间，使电解质泵反复地在运行在激活状态和运行在非激活状态之间循环，其中，所述激活状态包括以小于充电阈值流量的空闲阈值流量泵送电解质，并且所述非激活状态包括停用所述电解质泵；
响应于切换到所述放电模式，维持所述电解质泵运行在放电阈值流量；
响应于切换到所述充电模式，维持所述电解质泵运行在所述充电阈值流量；
其中，使所述电解质泵在运行在所述激活状态和运行在所述非激活状态之间循环，包括：
响应于电源模块电压增大到高于第二阈值电压，从所述激活状态切换到所述非激活状态，以及
响应于电源模块电压降低到低于第一阈值电压，从所述非激活状态切换到所述激活状态，所述第一阈值电压小于所述第二阈值电压。
9.如权利要求8所述的方法，其中，
响应于所述氧化还原液流电池***的预期负载需求较高，将所述空闲阈值流量调节得较高，并且
响应于所述氧化还原液流电池***的预期负载需求较低，将所述空闲阈值流量调节得较低。
10.如权利要求9所述的方法，其中，
响应于所述氧化还原液流电池***的预期负载需求较高，将所述第一阈值电压调节得较高，并且
响应于所述氧化还原液流电池***的预期负载需求较低，将所述第一阈值电压调节得较低。
11.如权利要求10所述的方法，其中，
响应于所述氧化还原液流电池***的预期负载需求较高，将所述第二阈值电压调节得较高，并且
响应于所述氧化还原液流电池***的预期负载需求较低，将所述第二阈值电压调节得较低。
12.一种氧化还原液流电池***，包括：
电源模块，包括多个氧化还原液流电池单元堆，每个所述氧化还原液流电池单元堆包括氧化还原液流电池单元；
能够从电解质罐输送电解质至所述电源模块的电解质泵；以及
具有控制器的电源控制***，其上包括可执行指令，以
将所述氧化还原液流电池***切换到空闲模式，其中，所述空闲模式包括所述氧化还原液流电池***运行在充电模式之外和在放电模式之外，
响应于切换到所述空闲模式，使所述电解质泵反复地在运行在小于充电阈值流量的空闲阈值流量和运行在停用阈值流量之间循环，其中，所述空闲阈值流量和所述停用阈值流量均不为零，以及
响应于切换到所述充电模式，将所述电解质泵的运行维持在所述充电阈值流量。
13.如权利要求12所述的***，还包括热耦合到所述电解质的加热器，其中所述可执行指令包括响应于切换到所述空闲模式而将电解质温度降低到空闲阈值温度。
14.如权利要求13所述的***，其中，
响应于所述氧化还原液流电池***的预期负载需求较高，升高所述空闲阈值温度，并且
响应于所述氧化还原液流电池***的预期负载需求较低，降低所述空闲阈值温度。
15.如权利要求14所述的***，其中，响应于切换到所述空闲模式而停用电力电子设备。
16.如权利要求15所述的***，其中，所述空闲阈值温度对应于一温度，低于此温度则会发生电解质沉淀。
CN201880027996.1A 2017-04-28 2018-04-27 用于电池的方法和*** Active CN110582881B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201762491954P 2017-04-28 2017-04-28
US62/491,954 2017-04-28
PCT/US2018/030007 WO2018201079A1 (en) 2017-04-28 2018-04-27 Methods and system for a battery

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110582881A CN110582881A (zh) 2019-12-17
CN110582881B true CN110582881B (zh) 2023-04-25

Family

ID=63916880

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201880027996.1A Active CN110582881B (zh) 2017-04-28 2018-04-27 用于电池的方法和***

Country Status (6)

Country Link
US (2) US11233257B2 (zh)
EP (1) EP3616249A4 (zh)
JP (1) JP7189887B2 (zh)
CN (1) CN110582881B (zh)
AU (1) AU2018256895B2 (zh)
WO (1) WO2018201079A1 (zh)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112042042A (zh) * 2018-04-27 2020-12-04 京瓷株式会社 液流电池、液流电池***和控制方法
CN112840491A (zh) 2018-08-10 2021-05-25 Ess技术有限公司 具有成本效益的高能量密度氧化还原液流电池
US10727553B1 (en) * 2019-07-01 2020-07-28 Baidu Usa Llc Thermal management system design for battery pack
AU2020376775A1 (en) * 2019-11-01 2022-05-26 Ess Tech, Inc. Method for iron preformation in redox flow batteries
US11664512B2 (en) 2020-05-15 2023-05-30 Ess Tech, Inc. Methods and system for redox flow battery idle state
CN117099231A (zh) * 2021-01-21 2023-11-21 伟流科技私人有限公司 液流电池***和方法
KR20230159881A (ko) 2021-03-24 2023-11-22 일렉트라스틸, 인크. 철 전환 시스템에서 불순물 제거
WO2023091940A1 (en) * 2021-11-16 2023-05-25 Quino Energy, Inc. System and process for rebalancing flow battery state of charge
US20230246218A1 (en) * 2022-02-03 2023-08-03 Ess Tech, Inc. Methods for short-term battery idle
DE102022113939B3 (de) * 2022-06-02 2023-08-31 Voith Patent Gmbh Verfahren zur Wiederherstellung der Leistungsfähigkeit
US20240162722A1 (en) * 2022-11-09 2024-05-16 Ess Tech, Inc. Power balance in battery systems
KR102642886B1 (ko) * 2022-12-27 2024-03-04 스탠다드에너지(주) 레독스 배터리의 동작 상태를 확인하는 방법 및 장치

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1131522A (ja) * 1997-07-09 1999-02-02 Sumitomo Electric Ind Ltd レドックスフロー電池およびその運転方法
US6692862B1 (en) * 2000-03-31 2004-02-17 Squirrel Holdings Ltd. Redox flow battery and method of operating it
JP2006012425A (ja) * 2004-06-22 2006-01-12 Sumitomo Electric Ind Ltd レドックスフロー電池の運転方法
JP2015156266A (ja) * 2014-02-19 2015-08-27 住友電気工業株式会社 レドックスフロー電池システム、及びレドックスフロー電池の運転方法
CN105742668A (zh) * 2014-12-09 2016-07-06 中国科学院大连化学物理研究所 一种全钒液流电池***电解液流量优化控制方法
CN106030883A (zh) * 2014-02-17 2016-10-12 住友电气工业株式会社 氧化还原液流电池***以及氧化还原液流电池的工作方法

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003079070A (ja) 2000-09-28 2003-03-14 Kansai Electric Power Co Inc:The 電力貯蔵システム
KR100740114B1 (ko) 2006-05-12 2007-07-16 삼성에스디아이 주식회사 배터리 관리 시스템 및 그 구동방법
US20130011704A1 (en) * 2008-07-07 2013-01-10 Enervault Corporation Redox Flow Battery System with Multiple Independent Stacks
US8877365B2 (en) * 2009-05-28 2014-11-04 Deeya Energy, Inc. Redox flow cell rebalancing
EP2678895B1 (en) * 2011-02-25 2017-12-27 Audi AG Controlling pem fuel cell voltage during power transitions and idling
WO2013027076A1 (en) 2011-08-23 2013-02-28 Squirrel Holdings Ltd. "in situ" production of electrolyte solution from vanadium pentoxide for use in a flow redox battery storage system
US9231268B2 (en) * 2011-12-20 2016-01-05 United Technologies Corporation Flow battery system with standby mode
US9276274B2 (en) 2012-05-10 2016-03-01 Imergy Power Systems, Inc. Vanadium flow cell
US9685651B2 (en) * 2012-09-05 2017-06-20 Ess Tech, Inc. Internally manifolded flow cell for an all-iron hybrid flow battery
US8993183B2 (en) * 2012-12-31 2015-03-31 Enervault Corporation Operating a redox flow battery with a negative electrolyte imbalance
JP6174233B2 (ja) * 2013-03-15 2017-08-02 ユナイテッド テクノロジーズ コーポレイションＵｎｉｔｅｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ 酸化溶液に曝すことによるフローバッテリ電極の再活性化
WO2014142963A1 (en) 2013-03-15 2014-09-18 United Technologies Corporation Flow battery flow field having volume that is function of power parameter, time parameter and concentration parameter
US20160093925A1 (en) 2013-05-22 2016-03-31 United Techologies Corporation In-situ electrolyte preparation in flow battery
US10181615B2 (en) 2013-06-07 2019-01-15 Ess Tech, Inc. Method and system for rebalancing electrolytes in a redox flow battery system
US10230125B2 (en) 2014-03-06 2019-03-12 Ess Tech, Inc. Method and system to maintain electrolyte stability for all-iron redox flow batteries
US9509011B2 (en) 2013-06-07 2016-11-29 Ess Tech, Inc. Method and system for rebalancing electrolytes in a redox flow battery system
WO2015099728A1 (en) * 2013-12-26 2015-07-02 United Technologies Corporation Rebalancing electrolyte concentration in flow battery using pressure differential
US20160006055A1 (en) 2014-07-07 2016-01-07 Unienergy Technologies, Llc Pump tub assembly for redox flow battery
JP2018037135A (ja) * 2015-01-23 2018-03-08 住友電気工業株式会社 レドックスフロー電池の運転方法、およびレドックスフロー電池
JP6403009B2 (ja) * 2015-02-09 2018-10-10 住友電気工業株式会社 レドックスフロー電池システム、及びレドックスフロー電池の運転方法
US9960444B2 (en) * 2015-06-17 2018-05-01 Institute of Nuclear Energy Research, Atomic Energy Council, Executive Yuan, R.O.C. Semi-vanadium redox flow battery using electrolytes of vanadium ions and iodine-vitamin C
WO2018201070A1 (en) * 2017-04-28 2018-11-01 Ess Tech, Inc. Integrated hydrogen recycle system using pressurized multichamber tank

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1131522A (ja) * 1997-07-09 1999-02-02 Sumitomo Electric Ind Ltd レドックスフロー電池およびその運転方法
US6692862B1 (en) * 2000-03-31 2004-02-17 Squirrel Holdings Ltd. Redox flow battery and method of operating it
JP2006012425A (ja) * 2004-06-22 2006-01-12 Sumitomo Electric Ind Ltd レドックスフロー電池の運転方法
CN106030883A (zh) * 2014-02-17 2016-10-12 住友电气工业株式会社 氧化还原液流电池***以及氧化还原液流电池的工作方法
JP2015156266A (ja) * 2014-02-19 2015-08-27 住友電気工業株式会社 レドックスフロー電池システム、及びレドックスフロー電池の運転方法
CN105742668A (zh) * 2014-12-09 2016-07-06 中国科学院大连化学物理研究所 一种全钒液流电池***电解液流量优化控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
US11233257B2 (en) 2022-01-25
CN110582881A (zh) 2019-12-17
JP2020518114A (ja) 2020-06-18
EP3616249A1 (en) 2020-03-04
US20220052363A1 (en) 2022-02-17
US20180316031A1 (en) 2018-11-01
AU2018256895B2 (en) 2023-12-07
JP7189887B2 (ja) 2022-12-14
WO2018201079A1 (en) 2018-11-01
EP3616249A4 (en) 2021-01-20
AU2018256895A1 (en) 2019-09-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110582881B (zh) 用于电池的方法和***
AU2018258693B2 (en) Flow battery cleansing cycle to maintain electrolyte health and system performance
US10680268B2 (en) Method and system to maintain electrolyte stability for all-iron redox flow batteries
US10680263B2 (en) Methods and systems for operating a redox flow battery system
US11664512B2 (en) Methods and system for redox flow battery idle state
US11749827B2 (en) Method for iron preformation in redox flow batteries
US20230246217A1 (en) Methods for short-term battery idle
US20230343980A1 (en) Methods and systems for operating redox flow battery

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant