[发明专利]供能系统及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及能源应用领域，具体而言，涉及一种供能系统及其控制方法。

背景技术

全钒氧化还原液流电池是一种环境友好的新型储能系统和高效的能量转化装置，具有规模大、寿命长、成本低、效率高及环境友好的特点。钒电池可以作为发电系统中的大规模电能储存和高效转换设备使用，可以起到电网的削峰填谷和平衡负荷，起到提高电能供给质量及电站运行稳定性的作用。

钒电池分别以钒离子V2+/V3+和V4+/V5+作为电池的正负极氧化还原电对，将正负极电解液分别存储于两个储液罐中，由耐酸液体泵驱动活性电解液至反应场所(电池堆)再回至储液罐中形成循环液流回路，以实现充放电过程。但是钒电池在使用过程中需要实时充电，其供电时间有限，难以满足外接负载长时间的连续供电需求，此外，循环液流回路的电解液在使用过程中产生的大量的热能，现有技术对此热量并未加以利用，系统的能耗处于较高的水平。

燃料电池是一种环境友好、高效、长寿命的发电装置。以质子交换膜燃料电池为例，燃料气体从阳极侧进入，氢原子在阳极失去电子变成质子，质子穿过质子交换膜到达阴极，电子同时经由外部回路也到达阴极，在阴极质子、电子与氧气结合生成水。燃料电池采用非燃烧的方式将化学能转化为电能，由于不受卡诺循环的限制其直接发电效率可高达45％。以电池堆为核心发电装置，燃料电池系统集成了电源管理，热管理等模块，具有热、电、水、气统筹管理的特征。燃料电池系统产品从固定式电站，到移动式电源；从电动汽车，到航天飞船；从军用装备，到民用产品有着广泛的应用空间。燃料电池作为供电电源使用时，在一定的功率下工作具有最佳的工作状态。但外界负载具有非连续性和非稳定性，电池系统难以持续在最佳状态下工作，从而降低系统的能量利用率。

针对相关技术中供能系统的能耗高，能量利用率低的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种供能系统及其控制方法，以解决供能系统的能耗高，能量利用率低的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种供能系统。

根据本发明的供能系统包括：燃料电池子系统，包括燃料电池堆；液流电池子系统，包括液流电池堆；以及电源管理单元，与燃料电池堆和液流电池堆分别相连接，用于对燃料电池堆和液流电池堆产生的电能进行管理以控制燃料电池子系统和液流电池子系统混合供电。

进一步地，根据本发明的供能系统还包括：热管理单元，与燃料电池堆相连接，用于对燃料电池堆产生的热能进行管理以控制燃料电池子系统供热。

进一步地，液流电池子系统还包括：热交换器，与液流电池子系统相连接，用于使液流电池子系统中的电解液与外界的冷却介质进行换热，其中，热管理单元与热交换器相连接，用于对燃料电池堆和电解液产生的热能进行管理以控制燃料电池子系统和液流电池子系统混合供热。

进一步地，根据本发明的供能系统还包括：温度检测单元，用于检测第一温度和第二温度，其中，第一温度为燃料电池子系统的温度，第二温度为液流电池子系统的温度；以及调速单元，用于根据第一温度和/或第二温度调整热交换器内部的冷却介质的流速。

进一步地，根据第一温度和/或第二温度调整热交换器内部的冷却介质的流速包括：判断第一温度是否大于第一预设温度值和/或第二温度是否大于第二预设温度值；当第一温度大于第一预设温度值和/或第二温度大于第二预设温度值时，提高热交换器内部的冷却介质的流速；以及当第一温度小于或等于第一预设温度值和/或第二温度小于或等于第二预设温度值时，降低热交换器内部的冷却介质的流速。

进一步地，燃料电池子系统包括以下任意一种燃料电池系统：质子交换膜燃料电池系统、碱性燃料电池系统、磷酸燃料电池系统、熔融碳酸盐燃料电池系统和固体氧化物燃料电池系统。

进一步地，液流电池子系统包括全钒液流电池系统。

为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，提供了一种供能系统的控制方法。

根据本发明的供能系统的控制方法包括：控制供能系统中的燃料电池子系统和液流电池子系统混合供电，其中，供能系统包括燃料电池子系统和液流电池子系统。

根据本发明的供能系统的控制方法还包括：控制供能系统中的燃料电池子系统供热。

根据本发明的供能系统的控制方法还包括：控制供能系统中的燃料电池子系统和液流电池子系统混合供热，其中，供能系统包括热交换器，热交换器与液流电池子系统相连接，用于使液流电池子系统中的电解液与外界的冷却介质进行换热。