液流电池系统和方法与流程

本公开涉及一种液流电池和控制液流电池的方法。

背景技术：

1、钒氧化还原液流电池等液流电池由于其高安全性、长寿命和低维护，被认为是大规模可再生应用的一种很有前途的储能系统(ess)解决方案。快速的动态响应和高寿命周期确保了可再生能源间歇性缓解的高性能，且不会导致电池严重退化。另一方面，独立的电力和能源容量为不同电力和能源需求的灵活系统设计创造了机会。

2、然而，液流电池的标准运行效率为70％-80％，这是影响可再生能源经济效益的一个重大缺陷。近年来，在全球范围内降低燃料价格的背景下，用于可再生能源大规模应用的高效液流电池系统正在成为一种能够充分发掘可再生能源经济潜力的技术。

技术实现思路

1、本公开提供了具有改进的效率的液流电池系统。提供了具有多个平行电堆的液流电池系统，多个平行电堆包括主电堆和一个或多个备用电堆。液流电池系统的控制器监测电力负荷并根据电力负荷在运行模式之间切换。

2、根据本发明的第一方面，提供了一种液流电池系统。液流电池系统包括：包含正极电解液的正极电解液罐；包含负极电解液的负极电解液罐；包括由膜分离的正极多孔电极和负极多孔电极的主电堆，主电堆的正极多孔电极与主电堆的负极多孔电极耦合到电力总线；主电堆的正极电解液泵，其被配置为将正极电解液从正极电解液罐泵送通过主电堆的正电极；主电堆的负极电解液泵，其被配置为将负极电解液从负极电解液罐泵送通过主电堆的负电极；包括由膜分离的正极多孔电极和负极多孔电极的备用电堆，备用电堆的正极多孔电极与备用电堆的负极多孔电极耦合到电力总线；备用电堆的正极电解液泵，其被配置为将来自正极电解液罐的正极电解液泵送通过备用电堆的正电极；备用电堆的负极电解液泵，其被配置为将来自负极电解液罐的负极电解液泵送通过备用电堆的负电极；以及控制器，控制器被配置为基于在电力总线上检测到的电力负荷来激活和停用备用电堆的正极电解液泵和备用电堆的负极电解液泵。

3、液流电池系统的实施例具有比没有在模式之间智能切换的系统提高3％-5％的效率的优点。许多传统的液流电池系统缺乏智能泵管理系统，并且在这样的系统中，无论负荷情况如何，所有泵都始终运行。由于整个电池系统在任何运行条件下都必须承受3％-5％的泵功率消耗，这降低了系统效率(70％-80％)。本文描述的液流电池系统避免了这种功率消耗，因为一些泵可以在较低负载状态下停用。此外，当由于轻负载状态而不需要两个电堆来提供负载时，主电堆和备用电堆的设计能够启用经济模式。因此，包括智能泵和电堆管理的液流电池系统的实施例可以在不牺牲性能的情况下提供高达85％的改进效率。

4、在一个实施例中，备用电堆的正极多孔电极和备用电堆的负极多孔电极通过继电器耦合到电力总线，以及控制器被配置为基于检测到的电力总线上的电力负荷来控制继电器的切换。

5、在一个实施例中，控制器配置为，如果在电力总线上检测到的电力负荷大于第一阈值电力负荷，则激活备用电堆的正极电解液泵和备用电堆的负极电解液泵。第一阈值电力负荷可以在主电堆的额定功率的90％和100％之间。

6、在一个实施例中，控制器还被配置为，如果在电力总线上检测的电力负荷小于第二阈值电力负荷，则间歇地停用主电堆的正极电解液泵和主电堆的负极电解液泵。第二阈值可以在主电堆的额定功率的2％和10％之间。

7、在一个实施例中，控制器被配置为，如果在电力总线上检测到的电力负荷小于第二阈值电力负荷，则间歇地停用主电堆的正极电解液泵和主电堆的负极电解液泵，以使得在1个小时的时间段内，停用主电堆的正极电解液泵和主电堆的负极电解液泵至少50分钟。

8、停用泵的时间段可因系统设计而不同。例如，可以基于包含在电堆电极内部的总能量和不包括泵的电池管理系统部件的辅助功率损耗估计停用时间。

9、液流电池系统可配置为氧化还原液流电池系统。液流电池系统可以被配置为氧化还原钒氧化还原液流电池系统。

10、根据本公开的第二方面，提供了一种液流电池系统。液流电池系统包括：包含正极电解液的正极电解液罐；包含负极电解液的负极电解液罐；包括由膜分离的正极多孔电极和负极多孔电极的主电堆，主电堆的正极多孔电极与主电堆的负极多孔电极耦合到电力总线；主电堆的正极电解液泵，其被配置为将正极电解液从正极电解液罐泵送通过主电堆的正电极；主电堆的负极电解液泵，其被配置为将负极电解液从负极电解液罐泵送通过主电堆的负电极；以及控制器，控制器被配置为如果在电力总线上检测到的电力负荷小于第二阈值电力负荷，则间歇地停用主电堆的正极电解液泵和主电堆的负极电解液泵。

11、第二阈值可以在主电堆的额定功率的2％和10％之间。

12、在一个实施例中，控制器被配置为，如果在电力总线上检测到的电力负荷小于第二阈值电力负荷，则间歇地停用主电堆的正极电解液泵和主电堆的负极电解液泵，以使得在1个小时的时间段内，停用主电堆的正极电解液泵和主电堆的负极电解液泵至少50分钟。

13、液流电池系统可被配置为氧化还原液流电池系统。液流电池系统可被配置为氧化还原钒氧化还原液流电池系统。

14、根据本公开的第三方面，提供了一种控制液流电池系统的方法。液流电池系统包括：包含正极电解液的正极电解液罐；包含负极电解液的负极电解液罐；包括由膜分离的正极多孔电极和负极多孔电极的主电堆，主电堆的正极多孔电极与主电堆的负极多孔电极耦合到电力总线；主电堆的正极电解液泵，其被配置为将正极电解液从正极电解液罐泵送通过主电堆的正电极；主电堆的负极电解液泵，其被配置为将负极电解液从负极电解液罐泵送通过主电堆的负电极；包括由膜分离的正极多孔电极和负极多孔电极的备用电堆，备用电堆的正极多孔电极与备用电堆的负极多孔电极耦合到电力总线；备用电堆的正极电解液泵，其被配置为将来自正极电解液罐的正极电解液泵送通过备用电堆的正电极；备用电堆的负极电解液泵，其被配置为将来自负极电解液罐的负极电解液泵送通过备用电堆的负电极。该方法包括监测电力总线上的检测到的电力负荷；以及基于检测到的电力负荷来激活和停用备用电堆的正极电解液泵和备用电堆的负极电解液泵。

15、在一个实施例中，备用电堆的正极多孔电极和备用电堆的负极多孔电极通过继电器耦合到电力总线，该方法还包括基于在电力总线上检测到的电力负荷控制继电器的切换。

16、在一个实施例中，该方法包括如果在电力总线上检测到的电力负荷大于第一阈值电力负荷，则激活备用电堆的正极电解液泵和备用电堆的负极电解液泵。阈值电力负荷可以在主电堆的额定功率的90％和100％之间。

17、在一个实施例中，该方法还包括，如果在电力总线上检测到的电力负荷小于第二阈值电力负荷，则间歇地停用主电堆的正极电解液泵和主电堆的负极电解液泵。第二阈值可以在主电堆的额定功率的2％和10％之间。

18、在一个实施例中，如果在电力总线上检测到的电力负荷小于第二阈值电力负荷，则间歇地停用主电堆的正极电解液泵和主电堆的负极电解液泵包括：在1个小时的时间段内，停用主电堆的正极电解液泵和主电堆的负极电解液泵至少50分钟。

19、根据本公开的第四方面，提供了一种控制液流电池系统的方法。液流电池系统包括：包含正极电解液的正极电解液罐；包含负极电解液的负极电解液罐；包括由膜分离的正极多孔电极和负极多孔电极的主电堆，主电堆的正极多孔电极与主电堆的负极多孔电极耦合到电力总线；主电堆的正极电解液泵，其被配置为将正极电解液从正极电解液罐泵送通过主电堆的正电极；主电堆的负极电解液泵，其被配置为将负极电解液从负极电解液罐泵送通过主电堆的负电极。该方法包括：如果在电力总线上检测到的电力负荷小于第二阈值电力负荷，则间歇地停用主电堆的正极电解液泵和主电堆的负极电解液泵。

20、第二阈值可在主电堆的额定功率的2％和10％之间。

21、在一个实施例中，如果在所述电力总线上检测到的电力负荷小于第二阈值电力负荷，则间歇地停用主电堆的正极电解液泵和主电堆的负极电解液泵包括：在1个小时的时间段内，停用主电堆的正极电解液泵和主电堆的负极电解液泵至少50分钟。

22、根据本公开的第五方面，提供了一种液流电池系统的控制器，该控制器被配置为根据上述方法控制液流电池系统。