一种低旁路电流的全钒电池系统的制作方法

本发明涉及全钒电池，具体的说，是一种低旁路电流的全钒电池系统。

背景技术：

1、全钒液流电池是一种以钒为活性物质呈循环流动液态的氧化还原电池。钒电池电能以化学能的方式存储在不同价态钒离子的硫酸电解液中，通过外接泵把电解液压入电池堆体内，在机械动力作用下，使其在不同的储液罐和半电池的闭合回路中循环流动，采用质子交换膜作为电池组的隔膜，电解质溶液平行流过电极表面并发生电化学反应，通过双电极板收集和传导电流，从而使得储存在溶液中的化学能转换成电能。

2、然而，在实际运行中，电堆的旁路电流会对电池的性能和寿命产生不利影响，因而需要对旁路电流进行有效的控制。

3、而且，全钒液流电池关键部件主要有电堆、电解液、离子交换膜、电极和bms电池管理系统。

4、在降低旁路电流对结构进行全新布局后，如何防止电池出现过充和过放的现象，同时监控电池的状态，确保电池的使用寿命，也是关键技术。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种低旁路电流的全钒电池系统，以实现通过结构和控制系统的共同改进，降低全钒电池系统运行过程中旁路电流的目的。

2、为了解决上述问题，本发明采用以下技术手段：

3、一种低旁路电流的全钒电池系统，包括电池机构和用于控制所述电池机构的控制系统；

4、所述电池机构包括第一电池系统和第二电池系统，所述第一电池系统内第一总电堆的负极端与所述第二电池系统内第二总电堆的正极端串联，所述第一总电堆的正极端与所述第二总电堆的负极端分别与pcs逆变器对应连通，所述第一电池系统与所述第二电池系统内的电堆液路均并联设置；

5、所述控制系统包括控制模组、显示模组、无线通信模组、配电模组以及电池信号采集模组；

6、所述配电模组分别通过不同的继电器与所述控制模组和所述电池信号采集模组连通；

7、所述控制模组包括液泵控制模块、cpu供电模块、触摸屏模块、现场仪表模块、电磁阀蜂鸣器模块；

8、所述电池信号采集模组包括与所述配电模块以三相系统相连的pcs逆变器，所述pcs逆变器的正/负端子分别与反应电堆的正/负极相连；

9、所述第一总电堆与所述第二总电堆串联作为所述反应电堆；

10、所述pcs逆变器与所述反应电堆之间设有直流断路器。

11、作为优选的，所述第一电池系统包括第一正极液罐和第一负极液罐；

12、所述第一正极液罐的出液端连通有第一正极泵，所述第一正极泵的出液端通过第一正极进液管连通第一总电堆的正极液进液端，所述第一总电堆的正极液出液端通过第一正极回液管与所述第一正极液罐的回液端连通；

13、所述第一负极液罐的出液端连通有第一负极泵，所述第一负极泵的出液端通过第一负极进液管连通第一总电堆的负极液进液端，所述第一总电堆的负极液出液端通过第一负极回液管与所述第一负极液罐的回液端连通；

14、所述第一总电堆由若干第一电堆相互串联形成；

15、所述第一电堆的正极液进液端通过第一正极进液支管与所述第一正极进液管连通，所述第一电堆的正极液出液端通过第一正极回液支管与所述第一正极回液管连通；

16、所述第一电堆的负极液进液端通过第一负极进液支管与所述第一负极进液管连通，所述第一电堆的负极液出液端通过第一负极回液支管与所述第一负极回液管连通；

17、头端的所述第一电堆的正极端作为所述第一总电堆的正极端，尾端的所述第一电堆的负极端作为所述第一总电堆的负极端；

18、所述第一正极进液管上依次连通有第一换热器和第一正极过滤器；

19、所述第一负极进液管上连通有第一负极过滤器。

20、更进一步的，所述第二电池系统包括第二正极液罐和第二负极液罐；

21、所述第二正极液罐的出液端连通有第二正极泵，所述第二正极泵的出液端通过第二正极进液管连通第二总电堆的正极液进液端，所述第二总电堆的正极液出液端通过第二正极回液管与所述第二正极液罐的回液端连通；

22、所述第二负极液罐的出液端连通有第二负极泵，所述第二负极泵的出液端通过第二负极进液管连通第二总电堆的负极液进液端，所述第二总电堆的负极液出液端通过第二负极回液管与所述第二负极液罐的回液端连通；

23、所述第二总电堆由若干第二电堆相互串联形成；

24、所述第二电堆的正极液进液端通过第二正极进液支管与所述第二正极进液管连通，所述第二电堆的正极液出液端通过第二正极回液支管与所述第二正极回液管连通；

25、所述第二电堆的负极液进液端通过第二负极进液支管与所述第二负极进液管连通，所述第二电堆的负极液出液端通过第二负极回液支管与所述第二负极回液管连通；

26、头端的所述第二电堆的正极端作为所述第二总电堆的正极端，尾端的所述第二电堆的负极端作为所述第二总电堆的负极端；

27、所述第二正极进液管上依次连通有第二换热器和第二正极过滤器；

28、所述第二负极进液管上连通有第二负极过滤器。

29、更进一步的，所述液泵控制模块包括若干独立的正极泵或负极泵，所述正极泵或负极泵通过三相电路与所述配电模组连通，所述三相电路上连接有断路器。

30、更进一步的，所述cpu供电模块、触摸屏模块、现场仪表模块、电磁阀蜂鸣器模块均通过两相直流电路与所述配电器连通，所述两相直流电路上连接有断路器。

31、更进一步的，所述配电模组通过进线电缆与外部电源连通。

32、更进一步的，所述cpu供电模块用于向cpu模块供电，所述现场仪表模块用于向监测仪表供电，所述电磁阀蜂鸣器模块用于向进/排气电磁阀和蜂鸣报警器供电；

33、所述cpu模块通过rs-总线与所述监测仪表通讯连通；

34、所述监测仪表包括电堆电压传感器、逆功率检测仪、总电源进线功能表、光伏出线侧多功能表、pcs侧多功能表、bms侧多功能表；

35、所述cpu模块还与若干所述独立的正极泵或负极泵通讯连通，用于控制所述正极泵/负极泵的启停。

36、更进一步的，所述cpu模块与plc主站集合设置，所述plc主站的数字量输入端与外部控制信号模块通讯连通，所述plc主站的模拟量输入端分别与电磁阀蜂鸣器模块、压力/温度/流量传感仪表模块以及电堆状态检测模块。

37、更进一步的，所述显示模组通过以太网交换机与所述cpu模块通讯连通，所述显示模组为触摸屏。

38、本发明在使用的过程中，具有以下有益效果：

39、将一个整体的全钒电池，分割为两个电池系统部分，其中第一电池系统内的第一总电堆与第二电池系统内的第二总电堆串联设置，然后每个电池系统部分中均设置独立的电解液循环系统，从而形成总体电堆串联设置，分体式独立电解液循环模式，并且对于每个独立的电解液循环系统中，第一电池系统与第二电池系统内的电解液液路又是并联设置。从而通过形成小液路并联(单一电池系统中)大小电路串联(单一总电堆以及第一总电堆和第二总电堆)大液路独立(第一电池系统和第二电池系统均通过独立的电解液循环系统运行)的布局结构，来对全钒电池的旁路电流进行降低。

40、同时，通过对控制系统的优化，检测电堆和电堆模块的电压、电流及运行环境温度，室内氢气浓度，能对电池的荷电状态(soc)进行估算，能够计算、实时显示并上报循环次数及运行天数，自动计算充放电的能量效率、库伦效率及电压效率，综合计算dc-dc系统的系统效率；电池管理系统能对电堆进行故障诊断，根据电堆运行状态进行充放电深度判断及保护。