一种液流电池在线监控管理系统的制作方法

本实用新型涉及一种电池监控系统，尤其涉及一种液流电池在线监控管理系统。

背景技术：

液流电池功率和容量可独立设计、使用寿命长、充放电性能好，能应用于风能、太阳能等可再生能源发电的储能系统，也能用来对电网进行削峰填谷，还可以作为应急电源系统和备用电站等，被认为是最具商业化前景的储能技术之一。

液流电池系统是由电堆、储液罐、液体循环管道、泵和电池管理系统组成，其中电池管理系统是电池系统的关键部件之一，其关系到液流电池的长期稳定、可靠运行。常见的电池管理系统，能监测电池电压、充放电电流、单电池内阻、温度等参数，可以产生并保存电压、电流、内阻、温度等记录和报警事件记录，并可以启动保护机构，多用于铅酸电池、锂离子电池等。但由于铅酸电池、锂电池等与液流电池的结构和工作原理差异较大，仅这些功能对于液流电池的运行管理是不够的，采用此种电池管理系统对液流电池进行运行管理具有很大的局限性。

以钒电池为例，研究表明钒电池的库仑效率随着充放电电流的增大而增大，电池的能量效率随着充放电电流的增加而减小。电解液钒溶液在过充及贮存过程中容易析出钒(V)沉淀，特别是钒溶液过充后，析出的钒(V)黄色结晶会堵塞泵，阻碍电解液的循环，也会大量附着在碳毡上，降低充放电效率，严重时甚至会造成电堆损坏。充电电流大小、充电深度、电解液温度以及流量均会影响钒电池的性能，而一般的电池管理系统不具备这些参数的检测功能。

技术实现要素：

本实用新型为了解决上述技术问题，提供一种液流电池在线监控管理系统，其能够实时监测电池系统电压、电流、温度、流量、绝缘电阻、充放电等状态参数，并能根据情况自动控制电解液的输送及电能的输出，使整个电池系统安全、可靠地工作在最佳状态。

本实用新型的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本实用新型包括电解液泵、电流传感器、直流接触器、电磁流量计、主控单元和显示单元，液流电池电堆的正极及负极上均连接有进液管和出液管，连接电堆正极的进液管及出液管伸入到正极储液罐中，连接电堆负极的进液管及出液管伸入到负极储液罐中，电堆的正极进液管、负极进液管上均设有所述的电解液泵和电磁流量计，电堆的正极经所述的直流接触器和电气主回路的正极输入端相连，电堆的负极经所述的电流传感器和电气主回路的负极输入端相连，所述的电流传感器、电磁流量计、电解液泵、直流接触器及显示单元分别和所述的主控单元电连接。电磁流量计用来检测电解液泵是否正常输送电解液，电流传感器测量电气主回路的电流，直流接触器作为电气主回路通断电的控制开关。系统正常运行时，主控单元通过控制电解液泵的启停来分别输送正、负极储液罐中的电解液给电堆的正、负极，通过控制直流接触器的开闭来管理电堆充电、放电、待机或开路。通过显示单元实现电池系统的就地监控，便于对电池系统进行监测、调试和维护。

作为优选，所述的正极储液罐、负极储液罐中均设有液位仪，液位仪和所述的主控单元电连接。液位仪用于检测正、负极储液罐中电解液的液位，测得的液位参数输送给主控单元进行处理和显示，以实时监测储液罐的状态。

作为优选，所述的正极储液罐、负极储液罐中均设有温度传感器，温度传感器和所述的主控单元电连接。温度传感器用于检测正、负极储液罐中电解液的温度，测得的温度参数输送给主控单元进行处理和显示，以实时监测储液罐的状态。

作为优选，所述的液流电池在线监控管理系统包括电动阀组，电动阀组设在电堆的正极出液管及负极出液管上，并且电动阀组连接电堆的正极出液管和负极出液管，所述的电动阀组和所述的主控单元电连接。电动阀组用来控制正、负极出液管中电解液的流向。如钒电池的混液操作，可以通过控制电动阀组的开闭来实现。

作为优选，所述的主控单元包括单片机模块、采集模块、安全检测模块、运行控制模块和通信模块及为整个主控单元提供工作电压的电源模块，采集模块、安全检测模块、运行控制模块及通信模块分别和所述的单片机模块相连，所述的电流传感器、电磁流量计的输出端分别和所述的采集模块的输入端相连，所述的电解液泵、直流接触器的控制端分别和所述的运行控制模块的输出端相连。

作为优选，所述的主控单元包括单片机模块、采集模块、安全检测模块、运行控制模块和通信模块及为整个主控单元提供工作电压的电源模块，采集模块、安全检测模块、运行控制模块及通信模块分别和所述的单片机模块相连，所述的电流传感器、电磁流量计、液位仪、温度传感器的输出端分别和所述的采集模块的输入端相连，所述的电解液泵、直流接触器、电动阀组的控制端分别和所述的运行控制模块的输出端相连。

采集模块通过采集线束分别连接至电堆的正负极、电流传感器、温度传感器、电磁流量计和液位仪，分别获得电堆电压、电气主回路电流、正负电解液温度、正负电解液流量、正负储液罐液位等电池系统参数，并传送给单片机模块进行处理，实现对电池系统状态的实时在线监测。安全检测模块检测电池系统的绝缘电阻和电解液泄露情况并传送给单片机模块进行处理，防止系统出现漏电和环境污染问题。一旦电池系统达到临界状态或出现异常时单片机模块启动报警机构发出报警并及时启动保护机制，保持电池系统正常工作。单片机模块负责处理采集模块发送来的电池状态参数信息，计算电池系统荷电状态、充放电电量、充放电功率、充放电能量等状态参量，处理安全检测模块发送的检测数据，根据预设的控制策略计算系统运行状态，生成和发送报警和保护信息，存储系统运行数据，接收和下发控制指令，内部存储器上储存了控制主程序和相关的驱动程序。运行控制模块接收单片机模块下发的指令，实现对电解液泵的启停和直流接触器通断的控制，达到控制液流电池系统正常充放电运行和安全保护目的。

本实用新型的有益效果是：能够实时监测电池系统电压、电流、温度、流量、绝缘电阻及充放电等多种状态参数，并能根据情况自动控制电解液的输送及电能的输出，实现对液流电池系统的实时监测和控制，确保电池系统能正常充放电运行，在电堆、储液罐、管路系统及其他部件出现异常时能及时提供报警和保护，确保电池系统安全、可靠地工作在最佳状态。

附图说明

图1是本实用新型的一种系统连接结构示意图。

图2是本实用新型中主控单元的一种电路原理连接结构框图。

图中1.电堆，2.进液管，3.出液管，4.正极储液罐，5.负极储液罐，6.电解液泵，7.电流传感器，8.直流接触器，9.电磁流量计，10.主控单元，11.显示单元，12.液位仪，13.温度传感器，14.电动阀组，21.单片机模块，22.采集模块，23.安全检测模块，24.运行控制模块，25.通信模块，26.电源模块，27.地址模块，30.电气主回路。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：本实施例的一种液流电池在线监控管理系统，如图1所示，包括主控单元10、显示单元11、电流传感器7、直流接触器8、电动阀组14、两个电磁流量计9、两个电解液泵6、两个液位仪12和两个温度传感器13。液流电池电堆1的正极及负极上均连接有进液管2和出液管3，连接电堆1正极的进液管2及出液管3分别伸入到正极储液罐4中，连接电堆1负极的进液管2及出液管3分别伸入到负极储液罐5中，电堆1的正极进液管、负极进液管上均安装有电解液泵6和电磁流量计9，电磁流量计会于电解液泵的出液端，正极储液罐中的电解液经电解液泵、电磁流量计流入电堆的正极容腔，负极储液罐中的电解液经电解液泵、电磁流量计流入电堆的负极容腔。电堆1的正极通过连接导线和直流接触器8的一端相连，直流接触器8的另一端和电气主回路30的正极输入端相连。电堆1的负极通过连接导线和电流传感器7的一端相连，电流传感器7的另一端和电气主回路30的负极输入端相连。电动阀组14安装在电堆1的正极出液管及负极出液管上，并且电动阀组14连接电堆1的正极出液管和负极出液管。正极储液罐4、负极储液罐5中均装有液位仪12和温度传感器13。本实施例中的各传感器都做了防腐蚀处理，以增加模拟信号采集的可靠性和延长传感器使用寿命。

如图2所示，主控单元10包括单片机模块21、采集模块22、安全检测模块23、运行控制模块24、通信模块25和地址模块27及为整个主控单元10提供工作电压的电源模块26，单片机模块的核心是单片机，本实施例采用MC9S12XE单片机，采集模块22、安全检测模块23、运行控制模块24、通信模块25及地址模块27分别和单片机模块21相连，电堆1正负极、电流传感器7、电磁流量计9、液位仪12及温度传感器13的输出端分别通过连接导线和采集模块22的输入端相连，采集模块22的输出端分别和单片机模块21的输入端相连，单片机模块21的输出端分别和运行控制模块24的输入端相连，运行控制模块24的输出端分别通过连接导线和电解液泵6、直流接触器8及电动阀组14的控制端相连。显示单元11通过通信线束和通信模块25相连。

液位仪用于检测正、负极储液罐中电解液的液位，温度传感器检测电解液温度。电磁流量计用来检测电解液泵是否正常输送电解液，电动阀组用来控制电解液流向。电流传感器测量电气主回路的电流，直流接触器作为电气主回路通断电的控制开关。

采集模块通过采集线束分别连接至电堆的正负极、电流传感器、温度传感器、电磁流量计和液位仪，分别获得电堆电压、电气主回路电流、正负电解液温度、正负电解液流量、正负储液罐液位等电池系统参数的模拟信号，然后由A/D转换芯片和辅助电路转换为数字信号传送给单片机模块进行处理，实现对电池系统状态的实时在线监测。电压采集线串接了防止短路的保险丝，提高可靠性。

安全检测模块检测电池系统的绝缘电阻和电解液泄露，将检测到的模拟信号通过A/D转换芯片和辅助电路转换为数字信号传送给单片机模块进行处理，防止系统出现漏电和环境污染问题。一旦电池系统达到临界状态或出现异常时单片机模块启动报警机构发出报警并及时启动保护机制，保持电池系统正常工作。

单片机模块负责处理采集模块发送来的电池状态参数信息，计算电池系统荷电状态、充放电电量、充放电功率、充放电能量等状态参量，处理安全检测模块发送的检测数据，根据预设的控制策略计算系统运行状态，生成和发送报警和保护信息，存储系统运行数据，接收和下发控制指令，内部存储器上储存了控制主程序和相关的驱动程序。

通信模块具有RS485接口、CAN总线和工业以太网等多种通信接口，能够与显示单元、PC机调试软件、功率变换系统(PCS)、储能监控系统(EMS)等实现本地或远程通信，达到整体协同控制的目标。地址模块用于通信和液流电池系统扩展。通讯线采用抗电磁干扰的屏蔽线，提高系统可靠性。

运行控制模块利用输入/输出接口和控制线束，实现对电解液泵的启停和直流接触器通断的控制，达到控制液流电池系统正常充放电运行和安全保护。另外，在特殊情况下，如钒电池的混液操作，通过控制电动阀组的开闭来实现。

主控单元还外接了温度传感器，温度传感器的输出端和采集模块的输入端相连，用于检测环境温度。本监控管理系统还能实现手动和自动两种控制模式，可按需自由切换。

显示单元包括主控制芯片及控制电路、通信模块、输入/输出接口、触控屏和电源模块，结合内嵌的操作系统，实现电池系统状态参数的实时显示、报警及保护状态显示、参数阈值设置、控制状态设置等功能。状态参数显示和系统控制参数输入通过触控屏来实现，操作方便。显示单元与主控单元间采用RS485通信，通信速度快，抗干扰能力强。

系统正常运行时，主控单元通过控制电解液泵的启停来分别输送正、负极储液罐中的电解液给电堆的正、负极，通过控制直流接触器的通电来管理电堆充电、放电、待机或开路。在电池系统达到临界状态或出现异常时发出报警，并及时启动保护机制，保持电池系统正常工作。通过显示单元实现电池系统的就地监控，便于对电池系统进行监测、调试和维护。

本实用新型能够实时监测电池系统电压、电流、温度、流量、绝缘电阻及充放电等多种状态参数，并能根据情况自动控制电解液的输送及电能的输出，实现对液流电池系统的实时监测和控制，确保电池系统能正常充放电运行，在电堆、储液罐、管路系统及其他部件出现异常时能及时提供报警和保护，确保电池系统安全、可靠地工作在最佳状态。