[发明专利]液流电池的SOC的测试方法、系统及电池储能系统

说明书

本发明公开了一种液流电池的SOC的测试方法、系统及电池储能系统，测试方法包括以下步骤：通过测试建立液流电池的导电率与液流电池的荷电状态的线性关系式；实时测量液流电池的电解液的当前状态下的导电率值；基于线性关系式计算得到导电率值对应的液流电池的当前状态下的SOC值。本发明通过提前测试获得液流电池的导电率与荷电状态的线性关系式，然后根据需要动态测量液流电池的电解液的电导率值，并基于测得的电导率值根据电导率与电解液的荷电状态的线性关系式计算得到液流电池的当前状态下的SOC值。本发明能够实现液流电池的荷电状态的实时获取，获取的SOC值的准确度高，易于实现且成本低。

技术领域

本发明属于液流电池电源管理领域，特别涉及一种液流电池的SOC(state ofcharge，荷电状态)的测试方法、系统及电池储能系统。

背景技术

液流电池储能系统适用于大规模储能应用场景，尤其是大型风力发电或者光伏发电场，可以解决风光等新能源发电存在的间断性、不稳定性问题，并可帮助新能源发电平稳入网。

全钒液流电池作为一种常用的液流电池，在充放电过程中，电能与化学能相互转变，而能量存储的介质为电解液，因此具有功率和容量独立的优势。全钒液流电池正负极之间由隔膜分开，商业化的全钒液流电池隔膜的首选材料是全氟磺酸质子交换膜，但是受限于其对钒离子的选择性，无法实现完全阻隔钒离子在正负极之间的传输，其最直接的结果是全钒液流电池的库伦效率无法到达100％。因此，全钒液流电池储能系统存在电解液容量衰减的现象。通常解决电解液容量衰减的方法有两种，一是更换电解液，二是对电解液进行再生。这些全钒液流电池的特性导致其运行过程中SOC的采集方法与其他电池体系存在差异。

现有的电池荷电状态常用采集方法包括安时积分法(又叫做计时电量法)和开路电压法。而多数电池系统采用计时电量法获取荷电状态信息，用于电池系统的能量管理。但是安时积分法在实际应用中存在的问题是：实际的充放电电流存在波动，并非等于设定的电流，因此以设定的电流值对时间积分时，获取的荷电状态值与实际的荷电状态值之间存在误差，而且，该误差随着时间的增长会更加明显。

另外一个常用的荷电状态获取方法是电池正负极电解液之间的开路电压，即在电池系统外部增加一个小型单电池，该电池不进行充放电测试，仅用于测量正负极电解液的电位差，这样获取的电位差反应了正负极电解液之间在未充放电状态下的电压，因此该电压可认为是正负极电解液处于平衡状态下的电压，即开路电压。而依据能斯特方程，可以建立开路电压与荷电状态之间的运算关系，来获取荷电状态的信息。该方法需要在系统中增设管路和电池，并需要对应的在电池管理系统中增加数据采集功能，增加了系统成本和复杂程度。

中国专利公开号CN104656030B的专利申请文件公开了一种适合液流电池SOC-OCV曲线标定的方法，其基于能斯特方程，提出了一种以小电流充放电过程中，固定间隔获取的OCV(Open Circuit Voltage，开路电压)作为基础，以MATLAB(一种商业数学软件)进行数据处理后再以OCV反推SOC值的方法。该方法不足之处在于：1)该方法虽然简单，但是在获取SOC-OCV工作曲线过程中，仅认为工作曲线与温度有关，而忽略其与电池工作电流(或者功率)的关系。2)由于全钒液流电池的特性，库伦效率往往小于100％，引起其降低的原因包括钒离子的渗透、正负极钒离子电化学反应自身可逆性的差异以及副反应等，这些因素所占的权重不同。在小电流(低功率)下充放电时，由钒离子渗透现象导致的库伦效率降低的权重增加，并不能真实反映其他电流密度充放电的情况。3)并未指出电池系统工作过程中如何获取OCV值，并用于SOC的监控。4)并未考虑由于电解液容量衰减引起的OCV与SOC值的偏差。