一种基于双边供液模块化锌镍单液流储能系统的制作方法

本发明涉及一种锌镍单液流电池，特别涉及一种基于双边供液模块化锌镍单液流储能系统。

背景技术：

锌镍单液流电池是一种新型电能储存和高效转化装置，具有结构简单、循环寿命长、能量转换效率高、材料成本低和不存在双液流电池离子交叉污染等特点，适合于在非并网风力发电、太阳能发电等场合中作为大规模电能储存和高效转化设备使用。

传统锌镍单液流电池，每一个单体电池都采用单泵体系，中国发明专利公开号cn201220674492.9中就提出了一种一体式锌镍单液流电池，其提出了采用一体式结构，没有外部储液罐，电堆及电解液均处于壳体之中，有效解决了电堆中的漏液问题，同时，有效避免了多次充放电过程中从负极脱落的沉积锌在电堆底部不断累积，造成电堆内部流道堵塞、正负电极短接等问题。在小规模储能系统中其主要优点：每个单体电池互不影响、功率增减可灵活设置、更换方便等。而针对大规模储能系统缺点尤为突出：单电池数量较多、泵长时间运行导致损坏的几率增大、安全性降低、经济可靠性下降。此外，中国专利文献公开号cn201210465209.6公开了钒电池堆进液流量的均衡方法及装置，控制系统通过流量计直接测量钒电池堆进液流量，并根据测量数据与标准流量值比较进而控制所有电堆的进液流量基本一致，显然设计该流量控制策略的核心指导思想在于保证电堆进液流量的均一性和精确度，但是对如何确保模块化储能系统中循环泵的最佳工作区域及储能系统单元的经济效益并没有做进一步优化。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种基于双边供液模块化锌镍单液流储能系统，能够保证各电堆进液流量均等同时，使泵工作在最佳工况区，以提高系统的可靠性和规模储能装置的经济效益。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种基于双边供液模块化锌镍单液流储能系统，其创新点在于：包括

一储能单元，所述储能单元包括一电解液储液罐，该电解液储液罐具有一进液口、一出液口；

一循环单元，所述循环单元包括一进液机构、一出液机构及一暂存机构，所述进液机构包括一电解液总管进水管，所述回液机构包括一电解液总管出水管，所述暂存机构包括数组并列分布的单电池电堆简化模型组，每组单电池电堆简化模型组由一对分布在电解液总管进水管及电解液总管出水管两端单电池电堆简化模型共同组成，单电池电堆简化模型具有一进液口、一出液口，其中，其进液口通过单电池支管进水管与电解液总管进水管连接，其出液口通过单电池支管出水管与电解液总管出水管连接，电解液总管出水管的出液口与电解液储液罐的进液口相连；

一驱动单元，所述驱动单元包括一循环泵，该循环泵具有一进液口、一出液口，且其进液口与电解液储液罐的进液口相连，其出液口与电解液总管进水管的进液口相连。

进一步的，所述循环泵为单级单吸大流量微型循环泵。

进一步的，所述单电池电堆简化模型组一共有三组。

本发明的优点在于：在本发明中，采用一个储液罐及供液泵以双边供液导流管路对多个电池电堆供给电解液的管路系统装置，使用一个大流量微型循环泵代替多个微型水泵，解决了单泵单电池在储能系统中带来的诸多问题，从而简化了模块化锌镍单液流储能系统模型，便于大规模储能系统单元的规划和布置。

本发明通过对不同泵、总管管径和支管管径搭配方案进行对比优化分析，实现模块化锌镍单液流储能系统管路特性曲线与泵特性曲线的匹配，同时实现各电池电堆进液流量的一致配平，从而充分发挥电堆及循环泵的工作潜力，提高了整个模块化电堆系统的效率。

解决了锌镍单液流电池电堆进液流量/流速均衡的问题，而且还能优化电池电堆的工作状态，降低极化，从而为延长电池寿命提供了很好的保障，这样的设计装置在工程应用中便于实现标准化。

针对模块化锌镍单液流储能系统经济性指标，2kw锌镍单液流储能系统原单泵单电堆装置需要6个微型直流水泵总功率为36w，而改进后的单元模块系统仅需15w的大流量微型交流循环泵泵即可适用，在满足模块化储能系统稳定工作的状态下，系统经济性提高58%，有效提高模块化储能系统的经济性。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明的基于双边供液模块化锌镍单液流储能系统的示意图。

图2为本发明中单级单吸大流量微型循环泵的性能曲线图。

图3为本发明中单电池电堆简化模型流量仿真结果示意图。

具体实施方式

下面的实施例可以使本专业的技术人员更全面地理解本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

如图1所示的一种基于双边供液模块化锌镍单液流储能系统，包括

一储能单元，该储能单元包括一电解液储液罐1，该电解液储液罐1具有一进液口、一出液口。

一循环单元，该循环单元包括一进液机构、一出液机构及一暂存机构，进液机构包括一电解液总管进水管3，回液机构包括一电解液总管出水管4，暂存机构包括三组并列分布的单电池电堆简化模型组，每组单电池电堆简化模型组由一对分布在电解液总管进水管及电解液总管出水管两端单电池电堆简化模型共同组成，分别为处于同一组的单电池电堆简化模型a5、单电池电堆简化模型b6，处于同一组的单电池电堆简化模型c7、单电池电堆简化模型d8，处于同一组的单电池电堆简化模型e9、单电池电堆简化模型f10，单电池电堆简化模型具有一进液口、一出液口，其中，其进液口通过单电池支管进水管与电解液总管进水管3连接，单电池支管进水管一共有六个，分别为与各个单电池电堆简化模型一一对应的单电池支管进水管a11、单电池支管进水管b14、单电池支管进水管c12、单电池支管进水管d15、单电池支管进水管e13、单电池支管进水管f16，单电池电堆简化模型的出液口通过单电池支管出水管与电解液总管出水管4连接，单电池支管出水管一共有六个，分别为与各个单电池电堆简化模型一一对应的单电池支管出水管a17、单电池支管出水管b20、单电池支管出水管c18、单电池支管出水管d21、单电池支管出水管e19、单电池支管出水管f22，电解液总管出水管4的出液口与电解液储液罐1的进液口相连。

一驱动单元，该驱动单元包括一循环泵2，该循环泵2具有一进液口、一出液口，且其进液口与电解液储液罐1的进液口相连，其出液口与电解液总管进水管3的进液口相连。

本发明基于双边供液管路设计方案，搭建了锌镍单液流电池储能单元模块化系统仿真分析模型，采用软件模拟分别对不同泵、总管管径和支管管径搭配方案进行对比分析，以实现流量/流速配平为目标优化不同匹配方案，在使循环泵工作在最佳工况区域条件下实现各电池电堆的进液流量/流速均等，并由此确定了本发明方案中与循环泵工作相匹配的模块化系统总管和支管最佳匹配管径。

最佳方案为：

循环泵为单级单吸大流量微型循环泵，其性能曲线如图2所示，其性能参数为：额定流量30l/min；额定扬程1m；最大流量46l/min；最大扬程1.8m；输出功率15w。

各个总管与支管的选用为：选用pvc软管，其特点广泛应用于给水管路系统，管质轻、耐酸碱腐蚀、抗老化、耐弯曲，保养方便。根据标准直径要求选取不同管段长度，通过三通阀和弯管等将系统连接；而各个总管与支管的管径的布置方案为：电解液总管进水管3的直径为22mm，与单电池电堆简化模型a5对应的单电池支管进水管a11、单电池支管出水管a17的直径为14mm，与单电池电堆简化模型b6对应的单电池支管进水管b14、单电池支管出水管b20的直径为14mm，与单电池电堆简化模型c7对应的单电池支管进水管c12、单电池支管出水管c18的直径为15mm，与单电池电堆简化模型d8对应的单电池支管进水管d15、单电池支管出水管d21的直径为15mm，与单电池电堆简化模型e9对应的单电池支管进水管e13、单电池支管出水管e19的直径为16mm，与单电池电堆简化模型f10对应的单电池支管进水管f16、单电池支管出水管f22的直径为16mm，各个总管与支管的管长的布置方案为：位于电解液总管进水管3的同一侧边的相邻单电池支管进水管之间的距离与相邻的单电池支管出水管之间的距离均为200mm，单电池支管进水管的长度为100mm，单电池支管出水管与单电池电堆简化模型的出液口之间通过一过渡连接管连接，且单电池支管出水管与过渡连接管之间呈l形分布，过渡连接管的长度为50mm，电解液储液罐1的规格为5dm×5dm×2dm，其内存储有40l的电解液，该电解液由1mol/lzno以及饱和的10mol/l氢氧化钾溶液制备而成。

单电池电堆简化模型采用第一代锌镍单液流电池，其具体性能参数：额定电压1.6v；额定容量216ah；充放电电流密度40ma/cm²；充电容量25mah/cm²；外形尺寸（w*l*h）206*255*380mm。

工作原理：启动循环泵2从电解液储液罐1的底部吸取电解液，驱动电解液至电解液总管进水管3，同时分流到各支路电池电堆，最初情况下单电池电堆简化模型a5、单电池电堆简化模型b6、单电池电堆简化模型c7、单电池电堆简化模型d8、单电池电堆简化模型e9、单电池电堆简化模型f10六个单电池进液流量并不均匀，当工作一段时间，各电堆内部及进出总管支管处于满流条件下，即可保证支路进液流量趋向均匀，其仿真结果如图3，之后汇入电解液总管出水管22流入电解液储液罐1中，实现电池充放电循环过程，通过模拟仿真实现稳定工作时泵效率达到0.56。

本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。