[发明专利]钒电池正负极电解液荷电状态的原位监测方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及电池荷电状态监测领域，尤指一种钒电池正负极电解液荷电状态的原位监测方法及系统。

背景技术

现有电池荷电状态监测领域中主要有以下几种监测方法，其中美国专利中采用辅助电池，或在电堆端独立出一块电池，通过检测开路电压来确定电解液所处的荷电状态(SOC)，这种方法成本高，浪费大量的膜面积，而且当钒电池离子交换膜两侧电解液由于外界氧化或迁移导致不平衡时不能准确地描述出电解液所处的荷电状态(SOC)。

另一种快速在线检测全钒液流电池SOC状态的方法为用已知SOC状态的参比溶液与钒电池管路中流动的电解液用离子交换膜连接，组成一个电池，测量其电势差，用标准曲线插值即得到电解液所处的SOC状态；其次，是将正负极电解液通过旁路用离子交换膜连接，以石墨棒为电极，组成电池，通过检测电池的电势差，在标准曲线中插值，得到SOC值；该方案采用的参比溶液，需要长期稳定才能得到准确的测量结果。

最后一种是通过测定全钒离子氧化还原液流电池正极电解液的氧化还原电位(ORP)，依据能斯特方程，建立ORP与ln(1/SOC-1)线性关系方程，采用该方程计算SOC；该方案只建立了正极电解液SOC的原位监测技术，且其ORP值采集监测也较为繁琐，无法在工程上实现有效的实时在线监测。根据能斯特方程，在理论上，电解液的ORP电位与ln((1/SOC)-1))具有线性关系。但实际上，应用能斯特方程计算SOC时，由于代入方程的离子活度均由浓度代替，而导致了氧化还原电位与ln((1/SOC)-1))的关系偏离了线性关系，据此线性方程计算实际电解液的SOC值误差会比较大。

发明内容

为了克服上述问题，本发明目的在于提供一种新的钒电池荷电状态监测方法及系统，使得电池电解液荷电状态的监测方法更为准确和全面，监测系统更为方便于工程安装及应用，通过进一步采集正负极电解液的相关参数，以此弱化电池荷电状态计算过程中不必要的误差，最终测量获得电池电解液的荷电状态。

为达上述目的，本发明具体提供一种钒电池正负极电解液荷电状态的原位监测方法，所述方法包含：分别测量电池正负极电解液的氧化还原电位(ORP电位)并获取电池正负极电解液的荷电状态(SOC)；根据所述ORP电位与所述SOC，建立电池正负极电解液的ORP电位与SOC的关系式；根据实时测量获得的电池正极电解液的ORP电位或负极电解液的ORP电位，通过所述ORP电位与SOC的关系式实时获得电池正极电解液的SOC或负极电解液的SOC。

在上述钒电池正负极电解液荷电状态的原位监测方法中，优选的，所述获取电池正负极电解液的荷电状态包含：利用电位滴定法分别测定正极电解液中四价(VO²⁺)和五价(VO₂⁺)钒离子的浓度与负极电解液中二价(V²⁺)和三价(V³⁺)钒离子的浓度，获得正负极电解液的SOC。

在上述钒电池正负极电解液荷电状态的原位监测方法中，优选的，所述根据所述ORP电位与所述SOC，建立电池正极电解液的ORP电位与SOC的关系式包含：根据电池正极电解液在充电过程的ORP电位与SOC的关系和放电过程中的ORP电位与SOC的关系，通过曲线拟合分别建立第一正极关系式和第二正极关系式。

在上述钒电池正负极电解液荷电状态的原位监测方法中，优选的，所述第一正极关系式包含第一正极拟合关系式；其中第一正极拟合关系式包含：

SOCa=11+exp(596.1489-ORPa2.7901-6.4437);]]>

在上式中，SOC_a为电池充电过程正极电解液的荷电状态，ORP_a为电池充电过程正极电解液的氧化还原电位。