全钒液流电池储能电站储液罐气体在线控制装置及方法与流程

本发明涉及电池储能技术领域，特指全钒液流电池储能电站储液罐气体在线控制装置及方法。

背景技术：

全钒液流电池是一种新型大容量储能电池，具有能量转换效率高、运行安全、功率和容量可独立设计、使用寿命长等优点，可作为电网抽水蓄能调峰储能装置的补充，在新能源接入、智能电网建设等领域具有广阔的应用前景。

全钒液流电池是将不同价态的钒离子溶液分别作为正极和负极的活性物质，储存在各自的电解液储罐中。正极电解液是v(v)和v(iv)的硫酸溶液，负极电解液是v(iii)和v(ii)的硫酸溶液。在电池运行过程中，电解液中的空气敏感离子易被氧化，造成正、负极电解液钒离子综合价态升高，使电池充电容量下降，电池循环寿命缩短。

专利cn101989660b公开了一种全钒液流储能电池封闭式电解液储液罐的排气系统，该系统用管路沟通封闭式正、负极电解液储液罐上部气室，使其压力平衡。在管路中间设置压力表和气体释放阀，当储液罐上部气室压力超过设定值，气体释放阀会自动打开，向大气排气，使封闭式电解液储液罐的上部气室的压力不再升高，保证电解液储液罐安全可靠地工作，但随着充放电过程的进行，储液罐内产生的o2、h2和co2等敏感气体会随着电解液流动循环，聚集在储液罐上部气室内，将电解液中空气敏感离子氧化，而且采用封闭式储液罐，上部气室压力的不断升高会对罐体强度产生不利影响。

专利cn105428680a公开了一种钒电池电解液储存装置，该装置包括：正极电解液储存罐和负极电解液储液罐，一个内部充有惰性气体的气压平衡装置，气压平衡装置连接设置一个气压感应控制开关，该发明的积极效果：用惰性气体平衡装置来平衡正负极电解液之间的气压，同时，惰性气体保护电解液中的钒离子不被氧化，但由于缺乏对惰性气体的精细化控制，存在大量保户气体浪费的问题，而且在运行过程中，存在o2、h2和co2等敏感气体析出，无法将其从储液罐排除。

专利cn206002504u公开了一种用于全钒液流电池储液罐的气体在线检测装置，通过连接在储液罐上的气体在线检测机构，能在通入惰性保护气体驱赶储液罐内空气的过程中，对罐中气体进行检测与分析，准确控制保护气体的用量，避免气体浪费。但该专利提供的方法是通过手动控制储液罐上阀门开闭进行排气，在大容量全钒液流电池储能电站应用中，由于储液罐数量较多，难以实现对电站内每个储液罐的手动控制。在实际全钒液流电池储能电站应用工况中，还是采用惰性气体对储液罐电解液进行保护，但是要对惰性气体的用量实现精细化的自动控制，因此还需要先进的气体在线控制方法及装置。

技术实现要素：

针对以上问题，本发明提供了全钒液流电池储能电站储液罐气体在线控制装置及方法，采用气体检测装置在线检测储液罐内敏感气体含量，并通过控制系统实现进气阀和出气阀的自动控制，准确控制保护气体用量，避免惰性气体浪费，并能更好地保护电解液，提高全钒液流电池的能量效率，延长使用寿命，从而降低全钒液流电池储能电站的运维成本，提高运行经济性。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

全钒液流电池储能电站储液罐气体在线控制装置，包括控制系统、惰性气体气站、正极储液罐、负极储液罐、正极气体检测装置与负极气体检测装置，正极储液罐与负极储液罐上分别设有进气管路与出气管路，进气管路连接于惰性气体气站，正极储液罐上的进气管路上设有正极进气阀，负极储液罐上的进气管路上设有负极进气阀，正极储液罐上的出气管路上设有正极出气阀，负极储液罐上的出气管路上设有负极出气阀，正极气体检测装置与正极储液罐对应设置，负极气体检测装置与负极储液罐对应设置，正极气体检测装置、负极气体检测装置、正极进气阀、负极进气阀、正极出气阀与负极出气阀分别连接于控制系统。

进一步而言，所述正极气体检测装置安装于正极储液罐内壁上，负极气体检测装置安装于负极储液罐内壁上。

进一步而言，所述正极气体检测装置与负极气体检测装置均包括氧气含量检测单元、氢气含量检测单元与二氧化碳含量检测单元。

进一步而言，所述正极进气阀、负极进气阀、正极出气阀与负极出气阀均采用电动阀。

进一步而言，所述惰性气体气站的惰性气体采用高纯氮气或高纯氩气或高纯氖气或高纯氮气、高纯氩气与高纯氖气的混合气体作为保护气。

全钒液流电池储能电站储液罐气体在线控制装置的控制方法，步骤如下：

步骤一，采用正极气体检测装置与负极气体检测装置在线检测正极储液罐与负极储液罐内敏感气体含量；

步骤二，正极气体检测装置与负极气体检测装置将采集到的气体含量信号转换为电信号传输至控制系统；

步聚三，控制系统将采集到的电信号与设定的敏感气体含量阈值进行比较；

步骤四，当敏感气体含量超过预设的阈值，控制系统向正极进气阀、负极进气阀、正极出气阀与负极出气阀发出开启指令；

步骤五，惰性气体气站通过进气管路向正极储液罐与负极储液罐内通入惰性气体驱赶罐内敏感气体；

步骤六，直至控制系统采集到正极储液罐与负极储液罐内敏感气体含量低于设定的阈值时，控制系统向正极进气阀、负极进气阀、正极出气阀与负极出气阀发出关闭指令；

步骤七，依次循环步骤一至步骤六。

本发明有益效果：

本发明采用气体检测装置在线检测储液罐内敏感气体含量，实时获取储液罐内气体状态信息，通过控制系统实现进气阀和出气阀的自动控制，准确控制惰性气体用量，避免了气体浪费，同时能更好的保护储液罐中的电解液，从而提高全钒液流电池的能量效率，延长使用寿命，降低全钒液流电池储能电站的运维成本，提高运行经济性。

附图说明

图1是本发明整体结构示意图；

图2是本发明工作原理示意图。

1.控制系统；2.惰性气体气站；3.正极储液罐；4.负极储液罐；5.正极气体检测装置；6.负极气体检测装置；7.正极进气阀；8.负极进气阀；9.正极出气阀；10.负极出气阀；11.进气管路；12.出气管路。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明的技术方案进行说明。

如图1所示，本发明所述全钒液流电池储能电站储液罐气体在线控制装置，包括控制系统1、惰性气体气站2、正极储液罐3、负极储液罐4、正极气体检测装置5与负极气体检测装置6，正极储液罐3与负极储液罐4上分别设有进气管路11与出气管路12，进气管路11连接于惰性气体气站2，正极储液罐3上的进气管路11上设有正极进气阀7，负极储液罐4上的进气管路11上设有负极进气阀8，正极储液罐3上的出气管路12上设有正极出气阀9，负极储液罐4上的出气管路12上设有负极出气阀10，正极气体检测装置5与正极储液罐3对应设置，负极气体检测装置6与负极储液罐4对应设置，正极气体检测装置5、负极气体检测装置6、正极进气阀7、负极进气阀8、正极出气阀9与负极出气阀10分别连接于控制系统1。以上所述构成本发明基本结构。

本发明采用这样的结构设置，采用正极气体检测装置5与负极气体检测装置6在线检测正极储液罐3与负极储液罐4内的敏感气体含量，实时获取正极储液罐3与负极储液罐4内的气体状态信息，通过控制系统1实现对正极进气阀7、负极进气阀8、正极出气阀9与负极出气阀10的自动控制，准确控制惰性气体用量，避免了气体浪费，同时能更好的保护正极储液罐3与负极储液罐4中的电解液，从而提高全钒液流电池的能量效率，延长使用寿命，降低全钒液流电池储能电站的运维成本，提高运行经济性。其工作原理：在全钒液流电池储能电站工作前，通过控制系统1开启正极进气阀7、负极进气阀8、正极出气阀9与负极出气阀10，然后惰性气体气站2通过进气管路11向正极储液罐3与负极储液罐4通入惰性气体进行保护，驱赶正极储液罐3与负极储液罐4内的空气，通过正极气体检测装置5与负极气体检测装置6实时检测正极储液罐3与负极储液罐4内的敏感气体含量，并将检测到的气体含量信号转换为电信号传输给控制系统1(如图2所示)，控制系统1将接收到的电信号与设定的敏感气体含量阈值进行比较，当气体含量低于阈值时，关闭正极进气阀7、负极进气阀8、正极出气阀9与负极出气阀10，启动全钒液流电池，在全钒液流电池运行过程中，通过正极气体检测装置5与负极气体检测装置6实时检测正极储液罐3与负极储液罐4内的敏感气体含量，当控制系统1采集到的正极储液罐3与负极储液罐4内的敏感气体含量高于设定的阈值时，重新开启正极进气阀7、负极进气阀8、正极出气阀9与负极出气阀10，向正极储液罐3与负极储液罐4内通入惰性气体进行保护，直至控制系统1采集到的敏感气体含量低于设定的阈值时关闭正极进气阀7、负极进气阀8、正极出气阀9与负极出气阀10。

更具体而言，所述正极气体检测装置5安装于正极储液罐3内壁上，负极气体检测装置6安装于负极储液罐4内壁上。采用这样的结构设置，能巧妙利用正极储液罐3与负极储液罐4的内部空间，减少储能系统占地面积。

更具体而言，所述正极气体检测装置5与负极气体检测装置6均包括氧气含量检测单元、氢气含量检测单元与二氧化碳含量检测单元。采用这样的结构设置，通过正极气体检测装置5与负极气体检测装置6检测正极储液罐3与负极储液罐4内部的氧气含量、氢气含量以及二氧化碳含量。

更具体而言，所述正极进气阀7、负极进气阀8、正极出气阀9与负极出气阀10均采用电动阀设置。采用这样的结构设置，正极进气阀7、负极进气阀8、正极出气阀9与负极出气阀10能接受控制系统1发出的电信号，并能完成相应的动作指令。

更具体而言，所述惰性气体气站2的惰性气体采用高纯氮气或高纯氩气或高纯氖气或高纯氮气、高纯氩气与高纯氖气的混合气体作为保护气。

全钒液流电池储能电站储液罐气体在线控制装置的控制方法，步骤如下：

步骤一，采用正极气体检测装置5与负极气体检测装置6在线检测正极储液罐3与负极储液罐4内敏感气体含量；

步骤二，正极气体检测装置5与负极气体检测装置6将采集到的气体含量信号转换为电信号传输至控制系统1；

步聚三，控制系统1将采集到的电信号与设定的敏感气体含量阈值进行比较；

步骤四，当敏感气体含量超过预设的阈值，控制系统1向正极进气阀7、负极进气阀8、正极出气阀9与负极出气阀10发出开启指令；

步骤五，惰性气体气站2通过进气管路11向正极储液罐3与负极储液罐4内通入惰性气体驱赶罐内敏感气体；

步骤六，直至控制系统1采集到正极储液罐3与负极储液罐4内敏感气体含量低于设定的阈值时，控制系统1向正极进气阀7、负极进气阀8、正极出气阀9与负极出气阀10发出关闭指令；

步骤七，依次循环步骤一至步骤六。

以上结合附图对本用新型的实施例进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。