氧化还原液流电池系统、泵控制单元和用于操作氧化还原液流电池的方法技术方案

一种氧化还原液流电池系统，包括：泵，其将电解液循环供应到电池单元；泵控制单元，其控制所述泵的流量；SOC测量单元，其测量所述电解液的充电状态；以及端子电压测量单元，其测量所述电池单元的端子电压。所述泵控制单元包括：基准流量获取单元，其获取与所述电解液的充电状态对应的所述泵的基准流量；端子电压确定单元，其确定所述电池单元的端子电压是否达到预定电压范围的下限或上限；以及泵流量设置单元，其在所述端子电压没有达到所述预定电压范围的上限或下限的情况下设置所述泵的所述基准流量，并且在所述端子电压达到所述预定电压范围的上限或下限的情况下设置通过将预定流量与所述泵的所述基准流量相加而得到的流量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及氧化还原液流电池系统、泵控制单元和用于操作氧化还原液流电池的方法。更特别地，本专利技术涉及可减少泵损失并且可以进行稳定操作的氧化还原液流电池系统、泵控制单元和用于操作氧化还原液流电池的方法。
技术介绍
氧化还原液流电池具有诸如(1)高安全性、(2)长充电-放电周期寿命、(3)易于增加容量、以及(4)能够恒定监测充电状态(SOC)的特性，并且可用于各种应用。例如，氧化还原液流电池可用于负载均衡、用于电压下降补偿和应急电源、以及用于对天然能源的输出进行平滑化，所述天然能源诸如为正大规模引入的太阳能发电或风力发电。在氧化还原液流电池中，正电极电解液和负电极电解液被循环供应到包括正电极、负电极和设置在这两个电极之间的隔膜的电池单元，并且通过电力转换器(例如，AC-DC转换器等)执行充电和放电。使用包含其价位因氧化-还原而改变的金属离子(活性材料)的水溶液作为电解液。熟知的示例包括其中使用Fe离子作为正电极活性材料并且使用Cr离子作为负电极活性材料的基于铁(Fe2+/Fe3+)-铬(Cr3+/Cr2+)的氧化还原液流电池，和其中使用V离子作为用于正电极和负电极的活性材料的基于钒(V2+/V3+-V4+/V5+)的氧化还原液流电池。通常，氧化还原液流电池需要用于将电解液循环到电池单元的泵。因此，出现泵损失。当氧化还原液流电池一直以恒定泵流量(电解液流量)进行操作时，在一些情况下泵损失会增加并且电池效率会降低。因此，在现有的氧化还原液流电池中，在调节泵流量使其对应于电解液的充电状态(也可被称为“充电深度”)的同时，电解液被供应到电池单元，从而减少泵损失(例如，参照PTL 1)。PTL1提出了通过减少泵损失来提高电池效率的技术。具体地，根据单元端子电压、开路电压和负载电流的测量结果来计算单元电阻值，并且基于该单元电阻值，以对应于充电深度(开路电压)的最佳电解液流量来控制泵的操作。引用列表专利文献PTL1：日本未经审查的专利申请公开No.2006-114359
技术实现思路
技术问题在氧化还原液流电池中，为了减少泵损失，例如，如图3中所示，在放电期间和充电二者期间，在电解液的充电状态从放电结束(例如，充电状态：15％)到完全充电(例如，充电状态：90％)的范围内，设置对应于充电状态的泵流量。图3的曲线图示出在放电期间和充电二者期间的电解液的充电状态(SOC)和泵流量(Q)之间的关系(在曲线图中，实线代表在放电期间，虚线代表在充电期间)，其中，水平轴指示电解液的充电状态(SOC)，垂直轴指示泵流量(Q)。在这个示例中，充电状态被阶梯式地划分成多个范围，并且针对各范围设置泵流量。在放电期间，在电池单元中发生放电反应，并且电池单元中的电解液的充电状态减小。在将被供应到电池单元的电解液的充电状态低的范围中，泵流量增加，以防止充电状态降至低于放电结束并且变成电池单元中的过度放电(放电停止)。在电解液的充电状态高的情况下，泵流量减小至不发生过度放电的这种程度。另一方面，在充电期间，在电池单元中发生充电反应，并且电池单元中的电解液的充电状态增大。在将被供应到电池单元的电解液的充电状态高的范围中，泵流量增加，以防止充电状态超过完全充电并且变成过度充电(过电压)。在电解液的充电状态低的情况下，泵流量减小至不发生过度充电的这种程度。以这种方式，通过设置对于泵的对应于电解液的充电状态的所需最小流量，相比于泵流量被设置成恒定的情况，可减少泵损失。然而，已经发现，在氧化还原液流电池的操作期间，在响应于电解液的充电状态控制泵流量的情况下，电池单元的端子电压可根据操作条件而立刻变化，因此，即使当电解液的充电状态在能够充电和放电的范围内时，电池单元的端子电压可降至低于包括AC-DC转换器的电力转换器的操作电压范围的下限或者超过其上限，并且在一些情况下可停止充电和放电。因此，期望开发出一种可稳定操作的氧化还原液流电池，其中，当电池单元处于能够充电和放电的状态时，可连续执行充电和放电，而不必停止充电和放电。已经在这些情形下实现了本专利技术，并且本专利技术的目的是提供可减少泵损失并且可以进行稳定操作的氧化还原液流电池系统、泵控制单元和用于操作氧化还原液流电池的方法。问题的解决方案根据本专利技术的一种氧化还原液流电池系统包括：电池单元；电解液储槽；循环管，其将电解液从所述电解液储槽循环供应到所述电池单元；泵，其使所述电解液经过所述循环管循环；以及电力转换器，其被连接到所述电池单元并且控制充电和放电。根据本专利技术的氧化还原液流电池系统还包括：泵控制单元，其控制所述泵的流量；SOC测量单元，其测量所述电解液的充电状态；以及端子电压测量单元，其测量所述电池单元的端子电压。所述泵控制单元包括以下将描述的基准流量获取单元、端子电压确定单元和泵流量设置单元。基准流量获取单元获取与所述电解液的充电状态对应的所述泵的基准流量。端子电压确定单元确定所述电池单元的端子电压是否达到预定电压范围的下限或上限。泵流量设置单元在所述端子电压没有达到所述预定电压范围的上限或下限的情况下设置所述泵的基准流量，并且在所述端子电压达到所述预定电压范围的上限或下限的情况下设置通过将预定流量与所述泵的所述基准流量相加而得到的流量。根据本专利技术的一种泵控制单元将安装在氧化还原液流电池系统上。所述氧化还原液流电池系统包括：电池单元；电解液储槽；循环管，其将电解液从所述电解液储槽循环供应到所述电池单元；泵，其使所述电解液经过所述循环管循环；电力转换器，其被连接到所述电池单元并且控制充电和放电；SOC测量单元，其测量所述电解液的充电状态；以及端子电压测量单元，其测量所述电池单元的端子电压。所述泵控制单元控制所述泵的流量。所述泵控制单元包括：基准流量获取单元，其获取与所述电解液的充电状态对应的所述泵的基准流量；端子电压确定单元，其确定所述电池单元的端子电压是否达到预定电压范围的下限或上限；以及泵流量设置单元，其在所述端子电压没有达到所述预定电压范围的上限或下限的情况下设置所述泵的基准流量，并且在所述端子电压达到所述预定电压范围的上限或下限的情况下设置通过将预定流量与所述泵的所述基准流量相加而得到的流量。在根据本专利技术的一种用于操作氧化还原液流电池系统的方法中，通过泵将电解液从所述电解液储槽循环供应到电池单元，并且通过电力转换器执行充电和放电，所述根据本专利技术的操作氧化还原液流电池的方法包括以下将描述的SOC测量步骤、端子电压测量步骤、基准流量获取步骤、端子电压确定步骤和泵流量设置步骤。在SOC测量步骤中，测量所述电解液的充电状态。在端子电压测量步骤中，测量所述电池单元的端子电压。在基准流量获取步骤中，获取与所述电解液的充电状态对应的所述泵的基准流量。在端子电压确定步骤中，确定所述电池单元的所述端子电压是否达到预定电压范围的下限或上限。在泵流量设置步骤中，在所述端子电压没有达到所述预定电压范围的上限或下限的情况下，对于所述泵来设置所述基准流量，并且在所述端子电压达到所述预定电压范围的上限或下限的情况下，对于所述泵来设置通过将预定流量与所述基准流量相加而得到的流量。本专利技术的有利效果在根据本专利技术的氧化还原液流电池系统、泵控制单元和用于操作氧化还原液流电池的方法中，可减少泵损失并且可以进行稳定操作。附图说明[本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氧化还原液流电池系统，其包括：电池单元；电解液储槽；循环管，其将电解液从所述电解液储槽循环供应到所述电池单元；泵，其使所述电解液经过所述循环管循环；电力转换器，其被连接到所述电池单元并且控制充电和放电；泵控制单元，其控制所述泵的流量；SOC测量单元，其测量所述电解液的充电状态；以及端子电压测量单元，其测量所述电池单元的端子电压，其中，所述泵控制单元包括：基准流量获取单元，其获取与所述电解液的充电状态对应的所述泵的基准流量；端子电压确定单元，其确定所述电池单元的端子电压是否达到预定电压范围的下限或上限；以及泵流量设置单元，其在所述端子电压没有达到所述预定电压范围的上限或下限的情况下设置所述泵的所述基准流量，并且在所述端子电压达到所述预定电压范围的上限或下限的情况下设置通过将预定流量与所述泵的所述基准流量相加而得到的流量。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.02.09 JP 2015-0237081.一种氧化还原液流电池系统，其包括：电池单元；电解液储槽；循环管，其将电解液从所述电解液储槽循环供应到所述电池单元；泵，其使所述电解液经过所述循环管循环；电力转换器，其被连接到所述电池单元并且控制充电和放电；泵控制单元，其控制所述泵的流量；SOC测量单元，其测量所述电解液的充电状态；以及端子电压测量单元，其测量所述电池单元的端子电压，其中，所述泵控制单元包括：基准流量获取单元，其获取与所述电解液的充电状态对应的所述泵的基准流量；端子电压确定单元，其确定所述电池单元的端子电压是否达到预定电压范围的下限或上限；以及泵流量设置单元，其在所述端子电压没有达到所述预定电压范围的上限或下限的情况下设置所述泵的所述基准流量，并且在所述端子电压达到所述预定电压范围的上限或下限的情况下设置通过将预定流量与所述泵的所述基准流量相加而得到的流量。2.根据权利要求1所述的氧化还原液流电池系统，其中，所述端子电压的所述预定电压范围是基于所述电力转换器的操作电压来被设置的。3.根据权利要求1或2所述的氧化还原液流电池系统，其中，所述SOC测量单元通过测量所述电池单元的开路电压来测量所述电解液的充电状态。4.一种泵控制单元，其用于被安装在氧化还原液流电池系统上，所述氧化还原液流电池系统包括：电池单元；电解液储槽；循环管，其将电解液从所述电解液储槽循环供应到所述电池单元；泵，其使所述电解液经过所述循环管循环；电力转换器，其被连接到所述电池单元并且控制充电和放电；SOC测量单元，其测量所述电解液的充电状态；以及端子电压测量单元，其测量所述电池单元的端子电压，用于控制所述泵的流量的所述泵控制单元包括：基准流量获取单元，其获取与所述电解液的充电状态对应的所述泵的基准流量；端子电压确定单元，其确定所述电池单元的端子电压是否达到预定电压范围的下限或上限；以及泵流量设置单元，其在所述端子电压没有达到所述预定电压范围的上限或下限的情况下设置所述泵的所述基准流量，并且在所述端子电压达到所述预定电压范围的上限或下限的情况下设置通过将预定流量与所述泵的所述基准流量相加而得到的流量。5.根据权利要求4所述的泵控制单元，其中，所述端子电压的所述预定电压范围是基于所述电力转换器的操作电压来被设置的。6....

【专利技术属性】
技术研发人员：隈元贵浩，藤川一洋，山西克也，
申请(专利权)人：住友电气工业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP