CN116565267B - 一种大规模全钒液流储能电池*** - Google Patents

一种大规模全钒液流储能电池*** Download PDF

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Abstract

本发明涉及全钒液流储能电池技术领域，具体为一种大规模全钒液流储能电池***。分别包括电能输入端和中控单元，电能输入端通过功率采集器连接有N条并联的支路，电能输入端与功率采集器的连接处固定设置有断路器，每条支路均分别包括：M个相互串联的全钒液流电池单元、每个全钒液流电池单元的内部均安装有环境采集模块、SOC采集模块、自检模块和实时功率修正模块。本发明的有益效果是：通过环境采集模块、SOC采集模块、自检模块和实时功率修正模的设置，使本装置能够高效完成全钒液流储能电池的大规模充能作业，且本装置在充能作业时，能够依据各个全钒液流电池单元的环境工况、使用工况和损耗工况进行充能功率的智能和实时补偿调节。

Description

一种大规模全钒液流储能电池***
技术领域
本发明涉及全钒液流储能电池技术领域，具体为一种大规模全钒液流储能电池***。
背景技术
全钒氧化还原液流电池是一种新型的绿色环保储能电池，它具有耐大电流充放电，容量易于调整，可以实现瞬间充电，寿命长等诸多优点，因此在固定式储能方面具有广阔的前景，引起了许多研究机构和能源企业的关注。
由于钒电池是个电化学反应装置，其工作状态变化较大，原辅料又包含有毒害化学物质，为了满足负载对电池功率的要求，提供给负载性能稳定的电源，需要对电池的反应电解液的温度、压强、流量和储液罐液位等直接进行实时控制，才能保证钒电池可靠有效地运行，和电池堆运行安全，在模全钒液流储能电池工作过程中，需要利用相关电池控制***以实现对全钒液流储能电池的储能控制。
现有技术中，公开号为CN102487148B的专利文件公开了一种大规模全钒液流储能电池***及其控制方法和应用，该发明通过全钒液流储能电池单元***的耦合设计，建立大规模全钒液流储能电池柔性***，实现大规模全钒液流储能电池***不同功率、不同容量的需求，有利于延长电池模块和电解液的使用寿命，但是上述电池储能***不能依据电池的环境工况、使用工况和损耗工况进行充能功率的智能和实时补偿调节，继而导致储能***的充能效率和使用寿命较低，基于此，本发明提供了一种大规模全钒液流储能电池***以解决上述背景技术中提出的问题。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种大规模全钒液流储能电池***来解决现有电池储能***不能依据电池的环境工况、使用工况和损耗工况进行充能功率的智能和实时补偿调节，继而导致储能***的充能效率和使用寿命较低的问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种大规模全钒液流储能电池***，分别包括电能输入端和中控单元，所述电能输入端通过功率采集器连接有N条并联的支路，所述电能输入端与功率采集器的连接处固定设置有断路器，所述每条支路均分别包括：M个相互串联的全钒液流电池单元、每个所述全钒液流电池单元的内部均安装有环境采集模块、SOC采集模块、自检模块和实时功率修正模块。
本发明的有益效果是：
通过环境采集模块、SOC采集模块、自检模块和实时功率修正模的设置，使本装置能够高效完成全钒液流储能电池的大规模充能作业，且本装置在充能作业时，能够依据各个全钒液流电池单元的环境工况、使用工况和损耗工况进行充能功率的智能和实时补偿调节，通过上述智能及实时补偿调节功能的实现，从而有效提高全钒液流电池单元的充能效率和使用寿命。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，每个全钒液流电池单元均分别包括正极电解液储罐、负极电解液储罐、循环泵、阀门和全钒液流储能电池模块，所述全钒液流储能电池模块的电路端口安装有功率调节器，所述正极电解液储罐通过第一出液管与全钒液流储能电池模块的正极电解液入口连通，所述全钒液流储能电池模块正极电解液的出口端通过第一回液管与正极电解液储罐连通。
进一步，所述环境采集模块分别包括安装于正极电解液储罐和负极电解液储罐中的气压探头、温度探头和液位探头；
所述第一出液管和第二出液管的出液口处均安装有出液流量传感器；
所述第一回液管和第二回液管的出液口处均安装有回液流量传感器。
进一步，所述功率采集器实时采集电能输入端的电流输入值、电压输入值和电能输入端的输入总功率P；
所述功率调节器实时采集全钒液流储能电池模块的电流输入值、电压输入值并对电流输入值、电压输入值进行调节；
所述功率调节器实时计量全钒液流储能电池模块的输入功率。
进一步，所述N大于或等于2，所述M大于或等于2。
进一步，所述中控单元实时接收来自SOC采集模块、自检模块、功率采集器a和功率采集器b的数据反馈，所述中控单元依据SOC采集模块、环境采集模块、功率采集器a的数据反馈以控制循环泵和功率调节器的工作状态；
当所述电能输入端进行功率输出时，中控单元通过对各个全钒液流储能电池模块中的功率调节器控制，以调节各个全钒液流储能电池模块的输入功率。
进一步，所述自检模块实时接收环境采集模块的数据反馈，所述自检模块中分别预设一温度高温报警阈值、一温度低温报警阈值、一流量差报警阈值、一液位报警阈值、一气压低压报警阈值、一气压高压报警阈值；
所述自检模块实时计量出液流量传感器和液流量传感器的流量差值，当流量差值高于流量差报警阈值时，自检模块向中控单元发送报警信号；
当温度探头的监测值低于温度低温报警阈值或高于温度高温报警阈值时，自检模块向中控单元发送报警信号；
当气压探头的监测值低于气压低压报警阈值或气压探头的监测值高于气压高压报警阈值时，自检模块向中控单元发送报警信号；
当液位探头的监测值低液于位报警阈值时，自检模块向中控单元发送报警信号；
当中控单元接收到来自自检模块的报警信号后，中控单元关闭产生报警信号的全钒液流储能电池模块；
当报警信号消失时，中控单元将报警信号消失的全钒液流储能电池模块恢复开启。
进一步，所述全钒液流储能电池模块开启后，S0C采集模块采集全钒液流储能电池模块的初始SOC值；
各个全钒液流储能电池模块的初始SOC值采集完毕后，SOC采集模块对各个全钒液流储能电池模块的初始SOC值从大到小进行数据排列，数据排列后，SOC采集模块将采集到的最大SOC值作为SOC基准值，SOC基准值建立后，全钒液流储能电池模块进入预储能模式；
预储能模式下，功率调节器以全钒液流储能电池模块的可承受最大功率对各个全钒液流储能电池模块进行快速充能，当各个全钒液流储能电池模块的SOC实时值均到达SOC基准值后，全钒液流储能电池模块转入中储能模式；
中储能模式下，储能***首先预设一标准的参照计算时间T，参照计算时间T建立后，储能***向各个全钒液流储能电池模块中以额定最大功率进行快速充能作业，充能T时间后，各个全钒液流储能电池模块均具有一SOC实时计算值，各个SOC实时至采集后，SOC采集模块实时计算各个全钒液流储能电池模块单位时间内的SOC增速比值VS；
VS＝(SOC实时计算值-SOC基准值)/T
各个全钒液流储能电池模块的VC值测量后，储能***进入后储能模式；
后储能模式下，中控单元实时统计产生报警信号的所述全钒液流储能电池模块的总数量L；
所述实时功率修正模块依据SOC采集模块和中控单元的数据反馈以对各个全钒液流储能电池模块的输入功率实时修正并产生修正后输入各个全钒液流储能电池模块的功率值SP；
SP＝P/(M-L)*VS
后储能模式下，SP值实时更新；
当各个全钒液流储能电池模块的SOC值均到达满值后，断路器自动断路。
进一步，每个所述全钒液流储能电池模块均具有一标定最大储能功率BP，当BP≥SP时，全钒液流储能电池模块以标定最大储能功率BP进行充能作业。
附图说明
图1为本发明一种大规模全钒液流储能电池***的原理框图；
图2为本发明全钒液流电池单元的原理框图；
图3为本发明全钒液流电池单元的结构示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、电能输入端；2、中控单元；3、功率采集器；4、断路器；5、全钒液流电池单元；6、环境采集模块；7、SOC采集模块；8、自检模块；9、实时功率修正模块；10、正极电解液储罐；11、负极电解液储罐；12、循环泵；13、阀门；14、全钒液流储能电池模块；15、功率调节器。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
本发明提供了以下优选的实施例
如图1-3所示，一种大规模全钒液流储能电池***，分别包括电能输入端1和中控单元2，电能输入端1通过功率采集器3连接有N条并联的支路，N为10；
功率采集器3实时采集电能输入端1的电流输入值、电压输入值和电能输入端1的输入总功率P；
电能输入端1与功率采集器3的连接处固定设置有断路器4；
断路器4用于截断电能输入端1与支路的连通；
每条支路均分别包括：M个相互串联的全钒液流电池单元5、每个全钒液流电池单元5的内部均安装有环境采集模块6、SOC采集模块7、自检模块8和实时功率修正模块9，M为10；
每个全钒液流电池单元5均分别包括正极电解液储罐10、负极电解液储罐11、循环泵12、阀门13和全钒液流储能电池模块14，全钒液流储能电池模块14的电路端口安装有功率调节器15；
功率调节器15实时采集全钒液流储能电池模块14的电流输入值、电压输入值并对电流输入值、电压输入值进行调节，功率调节器15实时计量全钒液流储能电池模块14的输入功率；
正极电解液储罐10通过第一出液管与全钒液流储能电池模块14的正极电解液入口连通，全钒液流储能电池模块14正极电解液的出口端通过第一回液管与正极电解液储罐10连通。
环境采集模块6分别包括安装于正极电解液储罐10和负极电解液储罐11中的气压探头、温度探头和液位探头；
第一出液管和第二出液管的出液口处均安装有出液流量传感器；
第一回液管和第二回液管的出液口处均安装有回液流量传感器。
气压探头用于监测正极电解液储罐10和负极电解液储罐11的气密保持度；
中控单元2通过计算出液流量传感器和回液流量传感器的流量差，可计算第一出液管、第二出液管、第一回液管或第二回液管的管道堵塞度，继而辅助检测全钒液流电池单元5是否可持续稳定运行；
中控单元2实时接收来自SOC采集模块7、自检模块8、功率采集器3a和功率采集器3b的数据反馈，中控单元2依据SOC采集模块7、环境采集模块6、功率采集器3a的数据反馈以控制循环泵12和功率调节器15的工作状态；
当电能输入端1进行功率输出时，中控单元2通过对各个全钒液流储能电池模块14中的功率调节器15控制，以调节各个全钒液流储能电池模块14的输入功率。
自检模块8实时接收环境采集模块6的数据反馈，自检模块8中分别预设一温度高温报警阈值、一温度低温报警阈值、一流量差报警阈值、一液位报警阈值、一气压低压报警阈值、一气压高压报警阈值；
自检模块8实时计量出液流量传感器和回液流量传感器的流量差值，当流量差值高于流量差报警阈值时，自检模块8向中控单元2发送报警信号；
当温度探头的监测值低于温度低温报警阈值或高于温度高温报警阈值时，自检模块8向中控单元2发送报警信号；
当气压探头的监测值低于气压低压报警阈值或气压探头的监测值高于气压高压报警阈值时，自检模块8向中控单元2发送报警信号；
当液位探头的监测值低于液位报警阈值时，自检模块8向中控单元2发送报警信号；
当中控单元2接收到来自自检模块8的报警信号后，中控单元2关闭产生报警信号的全钒液流储能电池模块14；
当报警信号消失时，中控单元2将报警信号消失的全钒液流储能电池模块14恢复开启。
全钒液流储能电池模块14开启后，S0C采集模块采集全钒液流储能电池模块14的初始SOC值；
各个全钒液流储能电池模块14的初始SOC值采集完毕后，SOC采集模块7对各个全钒液流储能电池模块14的初始SOC值从大到小进行数据排列，数据排列后，SOC采集模块7将采集到的最大SOC值作为SOC基准值，SOC基准值建立后，全钒液流储能电池模块14进入预储能模式；
预储能模式下，功率调节器15以全钒液流储能电池模块14的可承受最大功率对各个全钒液流储能电池模块14进行快速充能，当各个全钒液流储能电池模块14的SOC实时值均到达SOC基准值后，全钒液流储能电池模块14转入中储能模式；
中储能模式下，储能***首先预设一标准的参照计算时间T，参照计算时间T建立后，储能***向各个全钒液流储能电池模块14中以额定最大功率进行快速充能作业，充能T时间后，各个全钒液流储能电池模块14均具有一SOC实时计算值，各个SOC实时至采集后，SOC采集模块7实时计算各个全钒液流储能电池模块14单位时间内的SOC增速比值VS；
VS＝(SOC实时计算值-SOC基准值)/T
各个全钒液流储能电池模块14的VS值测量后，储能***进入后储能模式；
后储能模式下，中控单元2实时统计产生报警信号的全钒液流储能电池模块14的总数量L；
实时功率修正模块9依据SOC采集模块7和中控单元2的数据反馈以对各个全钒液流储能电池模块14的输入功率实时修正并产生修正后输入各个全钒液流储能电池模块14的功率值SP；
SP＝P/(M-L)*VS
后储能模式下，SP值实时更新；
当各个全钒液流储能电池模块14的SOC值均到达满值后，断路器4自动断路。
每个全钒液流储能电池模块14均具有一标定最大储能功率BP，当BP≥SP时，全钒液流储能电池模块14以标定最大储能功率BP进行充能作业。
综上：本发明的有益效果具体体现在
通过环境采集模块、SOC采集模块、自检模块和实时功率修正模的设置，使本装置能够高效完成全钒液流储能电池的大规模充能作业，且本装置在充能作业时，能够依据各个全钒液流电池单元的环境工况、使用工况和损耗工况进行充能功率的智能和实时补偿调节，通过上述智能及实时补偿调节功能的实现，从而有效提高全钒液流电池单元的充能效率和使用寿命。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种大规模全钒液流储能电池***，其特征在于，分别包括电能输入端（1）和中控单元（2），所述电能输入端（1）通过功率采集器（3）连接有N条并联的支路，所述电能输入端（1）与功率采集器（3）的连接处固定设置有断路器（4），每条所述支路均分别包括：M个相互串联的全钒液流电池单元（5）、每个所述全钒液流电池单元（5）的内部均安装有环境采集模块（6）、SOC采集模块（7）、自检模块（8）和实时功率修正模块（9）;
每个全钒液流电池单元（5）均分别包括正极电解液储罐（10）、负极电解液储罐（11），所述正极电解液储罐（10）通过第一出液管与全钒液流储能电池模块（14）的正极电解液入口连通，所述全钒液流储能电池模块（14）正极电解液的出口端通过第一回液管与正极电解液储罐（10）连通；
所述负极电解液储罐（11）通过第二出液管与全钒液流储能电池模块（14）的负极电解液入口连通，所述全钒液流储能电池模块（14）负极电解液的出口端通过第二回液管与负极电解液储罐（11）连通，所述第一出液管和第二出液管的中部均安装有循环泵（12）和阀门（13）；
所述环境采集模块（6）分别包括安装于正极电解液储罐（10）和负极电解液储罐（11）中的气压探头、温度探头和液位探头；
所述第一出液管和第二出液管的出液口处均安装有出液流量传感器；
所述第一回液管和第二回液管的出液口处均安装有回液流量传感器；
N大于或等于2，M大于或等于2；
所述自检模块（8）实时接收环境采集模块（6）的数据反馈，所述自检模块（8）中分别预设一温度高温报警阈值、一温度低温报警阈值、一流量差报警阈值、一液位报警阈值、一气压低压报警阈值、一气压高压报警阈值；
所述自检模块（8）实时计量出液流量传感器和回液流量传感器的流量差值，当流量差值高于流量差报警阈值时，自检模块（8）向中控单元（2）发送报警信号；
当温度探头的监测值低于温度低温报警阈值或高于温度高温报警阈值时，自检模块（8）向中控单元（2）发送报警信号；
当气压探头的监测值低于气压低压报警阈值或气压探头的监测值高于气压高压报警阈值时，自检模块（8）向中控单元（2）发送报警信号；
当液位探头的监测值低于液位报警阈值时，自检模块（8）向中控单元（2）发送报警信号；
当中控单元（2）接收到来自自检模块（8）的报警信号后，中控单元（2）关闭产生报警信号的全钒液流储能电池模块（14）；
当报警信号消失时，中控单元（2）将报警信号消失的全钒液流储能电池模块（14）恢复开启；所述全钒液流储能电池模块（14）开启后，S0C采集模块采集全钒液流储能电池模块（14）的初始SOC值；
各个全钒液流储能电池模块（14）的初始SOC值采集完毕后，SOC采集模块（7）对各个全钒液流储能电池模块（14）的初始SOC值从大到小进行数据排列，数据排列后，SOC采集模块（7）将采集到的最大SOC值作为SOC基准值，SOC基准值建立后，全钒液流储能电池模块（14）进入预储能模式；
预储能模式下，功率调节器（15）以全钒液流储能电池模块（14）的可承受最大功率对各个全钒液流储能电池模块（14）进行快速充能，当各个全钒液流储能电池模块（14）的SOC实时值均到达SOC基准值后，全钒液流储能电池模块（14）转入中储能模式；
中储能模式下，储能***首先预设一标准的参照计算时间T，参照计算时间T建立后，储能***向各个全钒液流储能电池模块（14）中以额定最大功率进行快速充能作业，充能T时间后，各个全钒液流储能电池模块（14）均具有一SOC实时计算值，各个SOC实时实时计算值采集后，SOC采集模块（7）实时计算各个全钒液流储能电池模块（14）单位时间内的SOC增速比值VS；
VS＝（SOC实时计算值-SOC基准值）/T
各个全钒液流储能电池模块（14）的VS值测量后，储能***进入后储能模式；
后储能模式下，中控单元（2）实时统计产生报警信号的所述全钒液流储能电池模块（14）的总数量L；
所述实时功率修正模块（9）依据SOC采集模块（7）和中控单元（2）的数据反馈以对各个全钒液流储能电池模块（14）的输入功率实时修正并产生修正后输入各个全钒液流储能电池模块（14）的功率值SP；
SP＝P/（M-L）*VS
其中，P为电能输入端（1）的输入总功率；
后储能模式下，SP值实时更新；
当各个全钒液流储能电池模块（14）的SOC值均到达满值后，断路器（4）自动断路。
2.根据权利要求1所述的一种大规模全钒液流储能电池***，其特征在于，每个全钒液流电池单元（5）均分别包括正极电解液储罐（10）、负极电解液储罐（11）、循环泵（12）、阀门（13）和全钒液流储能电池模块（14），所述全钒液流储能电池模块（14）的电路端口安装有功率调节器（15）。
3.根据权利要求2所述的一种大规模全钒液流储能电池***，其特征在于，所述功率采集器（3）实时采集电能输入端（1）的电流输入值、电压输入值和电能输入端（1）的输入总功率P；
所述功率调节器（15）实时采集全钒液流储能电池模块（14）的电流输入值、电压输入值并对电流输入值、电压输入值进行调节；
所述功率调节器（15）实时计量全钒液流储能电池模块（14）的输入功率。
4.根据权利要求2所述的一种大规模全钒液流储能电池***，其特征在于，所述中控单元（2）实时接收来自SOC采集模块（7）、自检模块（8）、功率采集器（3）的数据反馈，所述中控单元（2）依据SOC采集模块（7）、环境采集模块（6）、功率采集器（3）的数据反馈以控制循环泵（12）和功率调节器（15）的工作状态；
当所述电能输入端（1）进行功率输出时，中控单元（2）通过对各个全钒液流储能电池模块（14）中的功率调节器（15）控制，以调节各个全钒液流储能电池模块（14）的输入功率。
5.根据权利要求1所述的一种大规模全钒液流储能电池***，其特征在于，每个所述全钒液流储能电池模块（14）均具有一标定最大储能功率BP，当BP≥SP时，全钒液流储能电池模块（14）以标定最大储能功率BP进行充能作业。
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