[发明专利]一种液流电池停机保护方法及液流电池系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种液流电池停机保护方法及一种具有停机保护功能的液流电池系统，属于液流电池领域。

背景技术

电能难以储存而又不可缺少，任何时刻它的生产都要满足用电需求，因此人们一直在寻找既经济又可行的储能技术，来解决供求之间的矛盾，使得电能的生产与需求脱钩。另外电能存储在电能管理、电网辅助服务、电压控制、可再生能源利用、大型不间断电源等方面有着重要作用，若与大型火力发电联合，可降低电站峰值容量、降低发电成本以及减小污染。若与风力、太阳能、潮汐能等可再生能源发电联合，可实现电能的连续平稳供给，满足用户需求。由于液流电池的具有循环寿命长、安全性好、功率与容量可独立设计的特点，操作方便等优点，逐渐成为最有前途的大中型规模电力存储设备的首选之一。其中，全钒液流电池备受青睐。

全钒液流电池电堆或电池系统在充放电结束后电池两端仍存在很高的电压，危害人身健康，且液流电池经历长时间的系统停止后，电池内部正负极电解液容易发生互串现象，造成电解液体积和活性物质价态失衡，从而降低电池系统的储能容量。后期为了恢复或者增加电池系统的容量，往往又增加了新的维护成本。为了避免由于电池内部自放电使电堆内部温度过高的问题，延长液流电池的使用寿命，降低电池系统停止运行后电堆内部的电压已经成为迫切需要解决的问题。中国专利CN102354731A提到当电池系统停止运行后，以连接负载的方式，将电池的残余电量放干净的措施。但是，采用此方法对负载电压等级要求较高，不同电压等级需要使用不同的负载，除此之外，放电负载需要频繁经历充放电循环，对负载寿命性能和寿命要求较高；另一方面，电池虽然执行了放电操作，但是电堆内的电解液在放电过程不经历动态运行，放电过程中产生的大量热量依旧无法带走，从而影响电堆的使用寿命。

发明内容

本发明的目的是提供一种液流电池停机保护方法。

一种液流电池停机保护方法，所述方法是将液流电池系统停机后电堆中的正极电解液和负极电解液于电堆外部至少一个容器内混合后再输送回液流电池系统电堆中。

全钒液流电池系统停机后，存在于电堆中的正负极电解液难以完全反应完毕，电堆中仍然残余正极和负极电解液，正极电解液为4价和5价混合的钒离子溶液，负极电解液为2价和3价混合的钒离子溶液，正负极不同价态电解液的存在是造成电堆内部电压过高，难以消除的主要原因。将残留在电堆中的电解液于电堆外部的容器内混合，在混合容器内：负极电解液发生反应：V²⁺+V⁴⁺→V³⁺，正极电解液发生反应：V⁵⁺+V³⁺→V⁴⁺，此时混合容器内仅有V³⁺、V⁴⁺价溶液，混合后的电解液为V³⁺/V⁴⁺溶液，将该电解液输送回电堆中，在电堆中发生如下反应：正极：V⁵⁺+V³⁺→V⁴⁺，负极：V²⁺+V⁴⁺→V³⁺，此时电堆中变为V³⁺、V⁴⁺价混合溶液，纯V³⁺、V⁴⁺价溶液的理论电势差只有0.2V，但由于电堆内部一定会存在V离子渗透，所以正负极是V³⁺、V⁴⁺价混合溶液，此时电势差基本上在0.1V以下，即可避免电堆内部电压过高的问题。

本发明所述发明正、负电解液的混合量可通过下述方法确定：以电池系统即电堆内电解液的SOC状态确定，本领域技术人员可以根据SOC的状态推算出正极V⁵⁺离子含量，负极V²⁺离子含量。电池经历多次充放电循环后，电池正负极两种离子含量的理论值相同，均假设为X，电堆内电解液存留体积为Y，则混合量所需体积=X*Y，其中正极电解液和负极电解液的混合体积相同，均为Y/2。

本发明所述液流电池停机保护方法一个优选的技术方案为：

所述方法是将液流电池系统停机后电堆中的正极电解液和负极电解液于电堆外部一个容器内混合后再输送回液流电池系统电堆中。

本发明的另一目的是提供一种具有停机保护功能的液流电池系统。

一种液流电池系统，所述电池系统包括电堆、正极电解液储罐、负极电解液储罐、正极电解液输送泵、负极电解液输送泵，和

至少一个用于混合正极电解液和负极电解液的容器，