[发明专利]一种全钒液流储能电池输送电解液的循环泵系统

说明书

所属技术领域：

本发明专利提供了一种全钒液流储能电池输送电解液的循环泵系统。它属于自动控制技术领域，它可应用于全钒液流储能电池之中。

背景技术：

全钒液流储能电池是最近发展起来的新颖储能电池，它是通过不同价态的钒离子相互转化，实现电能的储存和释放。从原理上避免了正负半电池间不同种类活性物质相互渗透产生的交叉污染。由于它具有能量转换效率高，储电容量大，工作寿命长，可以超深度放电而不引起电池不可逆的损伤，系统设计灵活，电池的功率和容量可以任意组合等优点，深受电池行业的青睐。全钒液流储能电池的电解液为1.6mol/L的V₂O₅和3mol/L的H₂SO₄混合溶液，具有较强腐蚀性。目前使用电解液循环泵为离心泵，它选用耐酸耐腐蚀的高分子材料和陶瓷材料制成，而且采用磁力驱动技术，使整台泵组处于全密封状态，无外露输出轴，不存在泄漏，是输送腐蚀介质比较理想的工具。但它大多是由二相交流电机驱动，功率稍大些才采用小功率三相电机驱动，虽然能满足液流储能电池工作的需求，但已经暴露出两个不足之处。首先是驱动循环泵的电机效率低下。因为循环泵机组是从液流储能电池自身系统中汲取能量，若循环泵机组耗功太大会影响液流储能电池的输出功率，也就是降低电池能量转换效率。此外，液流储能电池在充放电过程中在电极附近会出现浓差极化现象，随着充放电电流的增加，此现象将会变得严重，其后果是降低电池充放电能量转换效率。减少电极浓差极化现象的一种办法是增大通过液流储能电池电解液的流量，使电极附近的电解液能及时被“新鲜”电解液所替换，使浓差极化现象得到改善，提高液流储能电池的能量转换效率。但效率的提高是有限度，当电解液流量增加到一定的程度，其效率就不再增加，这个流量上限值与电池堆充放电电流大小有关，不管充放电电流的大小，过多增加电解液流量，使循环泵机组功耗增加，有部分功率白白被浪费，同样会降低液流储能电池能量转换效率。

发明内容

为了提高液流储能电池能量转换效率，本发明专利提供一种全钒液流储能电池输送电解液的循环泵系统，它不仅能提高循环泵机组效率，又能改善电极浓差极化现象，从而提高了电池能量转换效率。

本发明专利解决技术问题所采用的技术方案是：

1.采用高效率直流永磁无刷电机替代二相交流电机或小功率三相电机作为电解液循环泵的驱动电机。该电机具有以下特点：

(1).采用永久磁铁代替励磁绕组，使该电机的综合性能大大提高。效率超过小功率三相电机，比二相交流电机高出30％以上。

(2).无刷化。一般直流电机由于存在电刷和换相器，由于接触不可靠、跳火等给直流电机带来一系列致命的缺点，使电机寿命短，需要经常维护等。由于实现无刷后，使无刷电机的可靠性大大提高。

(3).具有良好的调速特性。为实施电池堆充放电电流与电解液循环泵转速协同调节创造条件。

(4)体积小，结构简单。

2.用液流储能电池自身储存的直流电能通过DC-DC转换器，向直流永磁无刷电机供电。

3.利用直流永磁无刷电机具有良好的调速特性，改变无刷电机驱动器调速指令电压，便能调节无刷电机的转速，此时由它驱动的循环泵输出流量相应变化，达到了调节电解液流量的目的，使液流储能电池电极附近浓差极化现象得到改善。

4.研发电流-转速函数发生器。它是以微控制器芯片为基础的电子组件，实施信号处理和转换。其具体的功能是把电池堆的充放电电流信号转换为控制无刷电机的转速信号，进而控制循环泵的流量。以最小能耗达到有效改善电池堆电极浓差极化现象，从而提高电池能量转换效率。通过试验，获得电池堆充放电电流与无刷电机转速之间最佳函数关系，并把这种最佳函数关系储存在电流-转速函数发生器.的记亿存储器中。在工作时，由电流传感器采集电池堆充放电电流值，把此信号送入电流-转速函数发生器中，通过微控制器的运作，寻找出最佳的无刷电机转速信号，并由D/A转换器输出至相应的无刷电机驱动器调速指令端，控制无刷电机的转速。

本发明专利的有益效果：

本发明专利提供的全钒液流储能电池输送电解液的循环泵系统，它供电方式设计合理，选用高效率、调速特性优良的直流永磁无刷电机，研发新颖的电流-转速函数发生器，采取电解液优化调节，使系统的能耗降低，电池堆的电极浓差极化现象得到改善，能有效提高电池能量转换效率。它的实施无疑对全钒液流储能电池的发展具有促进作用。

附图说明

下面结合附图对本发明专利进一步说明。

图1为全钒液流储能电池输送电解液的循环泵系统原理图；