一种液流电池用停机控制系统的制作方法

1.本实用新型涉及液流电池技术领域，具体涉及一种液流电池用停机控制系统。


背景技术：

2.为了缓解可再生能源发电对电网的冲击，提高电网对可再生能源发电的接纳能力，需要通过大容量储能装置进行调峰调频，平滑输出、计划跟踪等，缓解可再生能源发电的间歇性和不稳定性，减少大规模可再生能源发电对电网的冲击，因此大规模储能技术是解决可再生能源发电普及应用的关键技术。
3.液流电池是电化学储能的一种，其正极和负极的储能活性物质电解液储存于电池外部的储液罐中，通过电解液循环泵和管路输送到电堆内部并在电极上实现充放电反应，具有电池输出功率和储能容量相互独立、可深度放电、无安全隐患、寿命长等特点。现阶段开发了多种液流电池体系，而应用于兆瓦级以上工程化和产业化储能电站主要是全钒液流电池储能技术。
4.液流电池系统是由多个电堆串并联构成的，运行过程中，电解液不断在电堆和电解液储液罐之间循环。液流电池停机后，电堆中还存有相当数量的电解液，电堆内部电化学反应仍然继续，产生电流和热量，处理不好会对电堆和电解液造成影响。


技术实现要素：

5.针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种液流电池用停机控制系统，可简洁有效的判定电堆中剩余电量，将电堆中多余的电量放电至电网，解决了上述背景技术中提出的问题。
6.为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
7.本技术公开了一种液流电池用停机控制系统，包括液路结构和电路结构，所述液路结构由多个电堆和正极电解液储罐、负极电解液储罐组成，所述正极电解液储罐与电堆的正极液路进出口连接，所述负极电解液储罐与电堆的负极液路进出口连接；在电堆和正极电解液储罐之间、以及电堆和负极电解液储罐之间的液路管路上设有阀门和电解液循环泵，所述电路结构由多个电堆、储能变流器pcs、电池管理系统bms、能量管理系统ems组成，所述储能变流器pcs的正负极分别与电堆的两级对应连接，所述的电池管理系统bms、能量管理系统ems、储能变流器pcs之间互相通讯连接。
8.作为优选，所述正极电解液储罐的出液口与电堆的液路进口之间设有正极出液管路，所述正极出液管路上设有阀门和电解液循环泵；所述正极电解液储罐的进液口与电堆的液路出口之间设有正极进液管路，所述正极进液管路上设有换热器。
9.作为优选，所述正极出液管路与正极进液管路之间设有正极回路辅管路，所述正极回路辅管路上设有阀门。
10.作为优选，所述负极电解液储罐的出液口与电堆的液路进口之间设有负极出液管路，所述负极出液管路上设有阀门和电解液循环泵；所述负极电解液储罐的进液口与电堆
的液路出口之间设有负极进液管路，所述负极进液管路上设有换热器。
11.作为优选，所述负极出液管路与负极进液管路之间设有负极回路辅管路，所述负极回路辅管路上设有阀门。
12.作为优选，所述电池管理系统bms与储能变流器pcs、能量管理系统ems进行信息传递，电池管理系统bms用于检测电堆电压和温度信号、评估电池的荷电状态以及控制阀门、换热器、电解液循环泵的运行。
13.作为优选，所述能量管理系统ems用于监控和管理电池储能设备以及涉及的发电电源、负载、并网点环节，并根据预先设计的应用运行模式，控制系统内设备正常运行，实现统一调度。
14.作为优选，所述储能变流器pcs通过变压器连接电网。
15.作为优选，所述电池管理系统bms、能量管理系统ems、储能变流器pcs之间通过有线或无线的方式进行通讯。
16.本实用新型的有益效果：
17.本实用新型一种液流电池用停机控制系统，通过电池管理系统bms、能量管理系统ems、储能变流器pcs之间的互相配合，实时监测电池中剩余电荷的可用状态soc，可简洁有效的判定电堆中剩余电量；通过监测电堆电压并调控电堆系统中各个循环泵、管路阀门、换热器的工作状态，进入小循环流程后，将电堆中多余的电量放电至电网，解决了电池剩余电量偏高时，因电堆自放电导致的电能浪费和电堆内部温度过高问题，大大提高了储能电站运行的安全性、系统效率和经济性。
18.本实用新型的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。
附图说明
19.图1是本实用新型一种液流电池用停机控制系统的连接示意图；
20.其中：1-液路结构、2-电路结构、3-正极回路辅管路、4-负极回路辅管路。
具体实施方式
21.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。但是应该理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限制本实用新型的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本实用新型的概念。
22.实施例：
23.参阅图1，本实用新型一种液流电池用停机控制系统，包括液路结构1（细实现连接部分）和电路结构2（虚线连接部分），其特征在于：所述液路结构1由多个电堆和正极电解液储罐、负极电解液储罐组成，所述正极电解液储罐与电堆的正极液路进出口连接，所述负极电解液储罐与电堆的负极液路进出口连接；在电堆和正极电解液储罐之间、以及电堆和负极电解液储罐之间的液路管路上设有阀门和电解液循环泵，所述电路结构2由多个电堆、储能变流器pcs、电池管理系统bms、能量管理系统ems组成，所述储能变流器pcs的正负极分别与电堆的两级对应连接，所述的电池管理系统bms、能量管理系统ems、储能变流器pcs之间互相通讯连接。
24.所述电池管理系统bms可与外部系统如储能变流器pcs、能量管理系统ems信息传递；电池管理系统bms可用于检测电堆电压、温度信号；电池管理系统bms可用于评估电池的荷电状态（soc）；电池管理系统bms可控制阀门、换热器上的冷却水循环泵和电解液循环泵的运行；
25.所述能量管理系统ems用于监控和管理电池储能设备以及涉及的发电电源、负载、并网点等环节，并根据预先设计的应用运行模式，做出合理的判断，控制系统内各设备正常运行，实现统一调度；
26.所述正极电解液储罐的出液口与电堆的液路进口之间设有正极出液管路，所述正极出液管路上设有阀门和电解液循环泵；所述正极电解液储罐的进液口与电堆的液路出口之间设有正极进液管路，所述正极进液管路上设有换热器；所述正极出液管路与正极进液管路之间设有正极回路辅管路3（粗实线），所述正极回路辅管路3上设有阀门。
27.所述负极电解液储罐的出液口与电堆的液路进口之间设有负极出液管路，所述负极出液管路上设有阀门和电解液循环泵；所述负极电解液储罐的进液口与电堆的液路出口之间设有负极进液管路，所述负极进液管路上设有换热器；所述负极出液管路与负极进液管路之间设有负极回路辅管路4（粗实线），所述负极回路辅管路4上设有阀门。
28.所述储能变流器pcs通过变压器连接电网；所述电池管理系统bms、能量管理系统ems、储能变流器pcs之间通过有线或无线的方式进行通讯。
29.实施过程：
30.储能变流器pcs开机运行过程中，电池管理系统bms接收到能量管理系统ems停机指令或储能变流器pcs出现系统报错故障时停机，电池管理系统bms给储能变流器pcs的充、放电功率阈值都设为0，判断储能变流器pcs已停止充放电后，进入停机流程；
31.进入停机流程后，bms优先实时监测电池中剩余电荷的可用状态（soc），并设定停机阈值，当低于停机阈值，说明电堆系统内电量不多，不会对电堆及管路系统造成损坏，可直接停机。高于停机阈值，说明电堆内电量较多，需要进入小循环停机控制系统进一步将电堆内剩余电量放电至电网；
32.当电池中剩余电荷的可用状态（soc）低于“停机阈值30%”时，电解液循环泵直接停运，终止电解液循环流动，关闭正极出液管路和负极出液管路上的阀门；
33.当电池中剩余电荷的可用状态（soc）高于“停机阈值30%”，进入小循环停机放电系统：保持电解液循环泵运行状态，先打开正极回路辅管路和负极回路辅管路上的阀门，再关闭正极出液管路和负极出液管路上的阀门；bms给pcs放电功率，bms将放电功率限值由0提升到额定功率的1/2，pcs将根据电网可放功率在bms功率限值范围内的功率进行放电，放电过程中实时监测电解液温度，如果温度高于“冷却系统阈值”45℃，bms控制启动换热器上的冷却水循环泵给电解液降温；
34.当bms检测到单电堆电压低于“放电阈值”200v时， pcs的放电功率限值设置为0，pcs停止放电；放电停止后，bms实时监测电解液温度，温度低于“冷却系统阈值”45℃，关闭换热器上的冷却水循环泵，关闭电解液循环泵，终止电堆内电解液流动，关闭正极回路辅管路和负极回路辅管路上的阀门。
35.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本实用新型
的保护范围之内。

技术特征：
1.一种液流电池用停机控制系统，包括液路结构（1）和电路结构（2），其特征在于：所述液路结构（1）由多个电堆和正极电解液储罐、负极电解液储罐组成，所述正极电解液储罐与电堆的正极液路进出口连接，所述负极电解液储罐与电堆的负极液路进出口连接；在电堆和正极电解液储罐之间、以及电堆和负极电解液储罐之间的液路管路上设有阀门和电解液循环泵，所述电路结构（2）由多个电堆、储能变流器pcs、电池管理系统bms、能量管理系统ems组成，所述储能变流器pcs的正负极分别与电堆的两级对应连接，所述的电池管理系统bms、能量管理系统ems、储能变流器pcs之间互相通讯连接。2.如权利要求1所述的一种液流电池用停机控制系统，其特征在于：所述正极电解液储罐的出液口与电堆的液路进口之间设有正极出液管路，所述正极出液管路上设有阀门和电解液循环泵；所述正极电解液储罐的进液口与电堆的液路出口之间设有正极进液管路，所述正极进液管路上设有换热器。3.如权利要求2所述的一种液流电池用停机控制系统，其特征在于：所述正极出液管路与正极进液管路之间设有正极回路辅管路（3），所述正极回路辅管路（3）上设有阀门。4.如权利要求1所述的一种液流电池用停机控制系统，其特征在于：所述负极电解液储罐的出液口与电堆的液路进口之间设有负极出液管路，所述负极出液管路上设有阀门和电解液循环泵；所述负极电解液储罐的进液口与电堆的液路出口之间设有负极进液管路，所述负极进液管路上设有换热器。5.如权利要求4所述的一种液流电池用停机控制系统，其特征在于：所述负极出液管路与负极进液管路之间设有负极回路辅管路（4），所述负极回路辅管路（4）上设有阀门。6.如权利要求3或5所述的一种液流电池用停机控制系统，其特征在于：所述电池管理系统bms与储能变流器pcs、能量管理系统ems进行信息传递，电池管理系统bms用于检测电堆电压和温度信号、评估电池的荷电状态以及控制阀门、换热器、电解液循环泵的运行。7.如权利要求6所述的一种液流电池用停机控制系统，其特征在于：所述能量管理系统ems用于监控和管理电池储能设备以及涉及的发电电源、负载、并网点环节，并如预先设计的应用运行模式，控制系统内设备正常运行。8.如权利要求1所述的一种液流电池用停机控制系统，其特征在于：所述储能变流器pcs通过变压器连接电网。9.如权利要求1所述的一种液流电池用停机控制系统，其特征在于：所述电池管理系统bms、能量管理系统ems、储能变流器pcs之间通过有线或无线的方式进行通讯。

技术总结
本实用新型公开了一种液流电池用停机控制系统，包括液路结构和电路结构，所述液路结构由多个电堆和正极电解液储罐、负极电解液储罐组成，所述正极电解液储罐与电堆的正极液路进出口连接，所述负极电解液储罐与电堆的负极液路进出口连接，所述电路结构由多个电堆、储能变流器PCS、电池管理系统BMS、能量管理系统EMS组成，本实用新型通过BMS监测电池中剩余电荷的可用状态，简洁有效的判定电堆中剩余电量，通过控制电堆系统中各部件的工作状态，实现电解液在管路及电堆内的循环，实现将电堆中多余的电量放电至电网，解决了电池剩余电量偏高时，因电堆自放电导致的电能浪费和电堆内部温度过高问题，大大提高了储能电站运行的安全性和经济性。性和经济性。性和经济性。


技术研发人员：熊仁海 王宇 付建伟 陈广新
受保护的技术使用者：杭州德海艾科能源科技有限公司
技术研发日：2023.04.05
技术公布日：2023/7/19