液流电池系统及其用途技术方案

本发明专利技术提供一种液流电池系统及其用途。液流电池系统包括：一个或多个电堆，电堆包括正极室、分隔件以及负极室；正极电解液储液装置；负极电解液储液装置；连接电堆正极室与正极电解液储液装置的正极循环管路；连接所述电堆负极室与负极电解液储液装置的负极循环管路；其中，一个或多个电堆的正极室的总容积为V1、负极室的总容积为V2；正极电解液储液装置的容积为V

【技术实现步骤摘要】
液流电池系统及其用途


[0001]本专利技术涉及一种液流电池系统及其用途，属于电池领域。

技术介绍

[0002]为了实现可持续发展，改善能源环境，人类开始大规模利用风能、太阳能等新能源，然而，由于新能源发电的不稳定性，在并网时对电网冲击较大。因此，一种可以用来平复电力波动，维持功率平衡的大规模储能系统也成为急迫的需要。
[0003]已知的是，液流电池技术有大规模储能的天然优势：储电量的大小与电解液体积成线性正比，充放电功率由电堆尺寸及数量决定，所以能按照需求，设计出从kW到MW级别不同的充放电功率，可持续放电1小时到数天的不同储能体量的液流电池。基于常用无机酸，无机盐的电解液化学成分稳定，储存方便，对环境影响小，自放电系数极低，适合长期的电能储存。电池反应温度为常温常压，电解液流动过程是自然的水基循环散热系统，安全性能极高，事故影响远低于其他大型储能方案。由于其稳定可靠的充放电循环，理论充放电次数没有上限。
[0004]通常的液流电池中，包括正极、负极、隔膜以及正、负极电解液的存储装置。并且，电解液的存储量直接决定着作为储能设备的液流电池系统的电能存储量。在已知的各种液流电池的应用和市场实践中，通常在液流电池设备中存储更多的电解液以提高储备能力是主要关心的内容，因为，显然这对于商业应用以及电能调度是十分有利的。
[0005]另外已知的是，在一些特殊的电力应用领域中，例如：大型船舶对于启动瞬间的功率要求非常高，希望可以用船底压舱物来部分解决启动时的功率供给。对于船底密闭空间，希望电池的体积尽可能紧凑，同时功率
‑
容量按需配给，尽量不浪费；而且要求安全性极高，不能有任何燃烧爆炸风险。通常在这样的场合下，是通过临时的石化能源发电来提供瞬时启动所需要电力。

技术实现思路

[0006]专利技术要解决的问题
[0007]在申请人长期的对于储能设备的研究中，遇到了这样的问题。如上文所述，在一些电力应用领域中，例如大型机械装置的启动(如上文所述的大型远洋货轮)、大型电力系统的启动(例如变电站的启动)中，通常使用燃油发电系统提供瞬时、大功率的电力。
[0008]然而，随着人们环保意识的逐渐加强，对于这些场合，也新提出了取代燃油电力系统的需求。
[0009]显然，这属于一个全新的技术课题。针对这样的需求，原则上可替代的电力装置需要满足：能够在短时间提供足够大的输出功率、具有较小的空间体积、具有不会明显衰减的重复工作效率以及极强的安全性和使用便利性。
[0010]事实上，满足上述全部要求的可替代储能设备在设计上是非常困难的。例如，在进一步的研究中，也提出了使用锂离子二次电池作为一种替换的选择。尽管锂离子二次电池
具有体积相对可控、能够提供高输出功率等有点，但其不足也是明显的，例如在提供高输出功率的相对剧烈的工作条件下，电池或电池组的输出特性衰减将更为明显，另外，目前的技术条件下，锂二次电池的工作安全性仍然不能具备充分的可信赖性，尤其是考虑到一旦在上述大型机械装置中出现安全问题，其任何结果，无论从经济上还是从人身安全上均是无法接受的。因此，这方面研究已经遇到明显的阻力。
[0011]另一方面，在申请人长期研究的液流电池领域中，如前所述的，追求高容量已经是一件自然而然的事情，然而，这样的前提下，通常需要配备体积可观的大型储液装置，这导致了整个储能体系的空间占用面积较大，例如液流电池的储能应用场景为一组电堆(几个到十几个不等)配一对正负极电解液大型储液罐(容积为十几立方到上百立方不等)。另外，液流电池由于功率模块和容量模块可以独立设计，可以最大限度的满足设计需求。最常见的液流电池应用场景是长时间储能领域，比如容量与功率的比例大于等于4:1 的情况，即容量为1MWh
‑
4MWh。这种设计及应用在目前的储能市场较为常见，但大容量需要大型的储液罐的使用。因此，表面上这样的状况与上文所提及的电力应用领域中要求体积相对较小存在矛盾。
[0012]进一步，申请人也发现，对于液流电池而言，对于提供大功率的启动电流而言，是容易做到的，这与储液罐的大小并没有直接的关联，即使储液罐很小，也足以提供再短时间内提供大功率的启动电流。
[0013]另外，观察到，对于液流电池，例如一个常规的设计中，假设，从满足储能要求的方面(足够的容量)考虑，需要给电池系统的正负极各配置一个 80立方米左右的储液罐，两个共160立方米的储液罐。然而当系统开始运行后，电解液被循环泵(3、4)打入电堆内部进行循环，假设电堆整体可以容纳100立方米的电解液，有40立方米的电解液会留在储液罐内，平均每罐内留有20立方米。这样的设计，由80立方米的储液罐容纳20立方米电解液从按照提高功率和容量比情况进行配置方面，是没有问题的。但申请人在这样的状况的基础上，获得了一种新颖的思路。即申请人提出：
[0014]电堆在正常工作状态下，电堆内部是充满电解液的，并且，只要电堆内部存有电解液，并且这些电解液能够在启动所需极短时间内提供所需要的大功率，则就有可能将液流电池系统用于与大功率启动的场景中。
[0015]例如，假如船舶需要电池系统提供2分钟的100MW功率；按计算，系统只需要配置3500KWh的电池容量，折合常规电解液，体积约为140立方米，即正负极电解液各需要70立方米。如果系统采用单个功率为40KW的电堆，则共需2500个电堆来满足100MW功率。单个电堆内部可容纳电解液约40L，则所有电堆内部容纳电解液总量为100立方米，电堆内部正负极各自容纳50立方米。由此可知，当电池正常运行时，电堆内部的电解液总量为100立方米，系统总电解液量为140立方米，则系统储液罐内剩余40 立方米，即正负极罐内各20立方米。那么，只要很小的储液罐，以满足2 分钟的工作需要即可，另外，也试想，如果电堆内部(包括管路)的电解液足以应对启动时的需要，则可以完全无需储液罐的使用。
[0016]因此，上述构思，为将原本认为由于占地过大而并不合适与瞬间大功率启动所使用的液流电池设备用于上述场景的可能。
[0017]鉴于现有技术中存在的技术问题，本专利技术首先提供一种液流电池系统，其对正极电解液储液装置和负极电解液储液装置的体积进行了极大优化，大大降低了系统整体体
积，提高了系统功率密度。
[0018]用于解决问题的方案
[0019]本专利技术提供如下技术方案：
[0020][1]、一种液流电池系统，其所述液流电池系统包括：
[0021]一个或多个电堆，所述电堆包括正极室、分隔件以及负极室；
[0022]正极电解液储液装置；
[0023]负极电解液储液装置；
[0024]连接所述电堆正极室与正极电解液储液装置的正极循环管路；
[0025]连接所述电堆负极室与负极电解液储液装置的负极循环管路；
[0026]其中，
[0027]所述一个或多个电堆的正极室的总容积为V1、负极室的总容积为V2；
[0028]所述正极电解液本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种液流电池系统，其特征在于，所述液流电池系统包括：一个或多个电堆，所述电堆包括正极室、分隔件以及负极室；正极电解液储液装置；负极电解液储液装置；连接所述电堆正极室与正极电解液储液装置的正极循环管路；连接所述电堆负极室与负极电解液储液装置的负极循环管路；其中，所述一个或多个电堆的正极室的总容积为V1、负极室的总容积为V2；所述正极电解液储液装置的容积为V
a
，所述负极电解液储液装置的容积为V
b
，所述正极循环管路的容积为V
La
，所述负极循环管路的容积为V
Lb
，则存在如下关系：V
a
≥0，V
b
≥0；V
a
+V
La
≦5V1；V
b
+V
Lb
≦5V2。2.根据权利要求1所述的液流电池系统，其特征在于，存在如下关系：0.5V1≦V
a
+V
La
≦1.5V1；0.5V1≦V
b
+V
Lb
≦1.5V2...

【专利技术属性】
技术研发人员：王瑾，郑晓昊，祖革，
申请(专利权)人：液流储能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：