[发明专利]连到公共DC总线的ZnBr液流电池的可反转极性操作和切换方法

说明书

本申请涉及连到公共DC总线的ZnBr液流电池的可反转极性操作和切换方法。本发明提供了一种改进的电解质电池，其包括：适于保持一定量的阳极电解液和阴极电解液的槽组件；可操作地连接到槽组件上的多个电池单元堆，每个电池单元堆都由设置在端盖之间的多个液流框架和可操作地连接到电池单元堆上的多个电力变换器形成。该电池单元堆形成有多个液流框架，每个液流框架都包括用于阳极电解液和阴极电解液流体的各自的入口和出口及设置在液流框架之间的分离器，其限定了每对液流框架之间的阳极和阴极半电池单元。电力变换器被配置成将具有正向或反向极性的电池连接到DC电源例如，DC总线上。阳极和阴极半电池单元根据电池连接到DC电源上的极性切换。

本申请是申请日为2012年08月22日，申请号为201280040547.3，发明名称为“连到公共DC总线的ZnBr液流电池的可反转极性操作和切换方法”的申请的分案申请。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2011年8月22日提交的、标题为“Power Systems Formed with CellStacks Including a Number of Flowing Electrolyte Batteries and Methods ofOperation”的、序列号为61/526,146的美国临时申请的优先权。该申请也是于2011年7月19日提交的、标题为“Method and Apparatus for Controlling a Hybrid Power System”的、序列号为13/185,862的美国专利申请的部分继续申请，其进而又是于2009年1月16日提交的、标题为“Method and Apparatus for Controlling a Hybrid Power System”的、序列号为12/355,169的美国专利申请的部分继续申请，其于2011年8月30日公布为第8,008,808号美国专利。每一个上述申请的全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明一般涉及供电系统，并且更具体地涉及包括流动电解质电池的供电系统。

发明背景

用于某些现有技术的独立的供电系统的电池通常是铅酸电池。然而，铅酸电池在性能和环境安全方面存在局限性。典型的铅酸电池通常在炎热的气候条件下具有极短的寿命，特别是当它们有时候完全放电时。铅酸电池也是危害环境的，因为铅是铅酸电池的主要组分，并且在制造和处理期间也会导致严重的环境问题。

流动电解质电池(例如，锌-溴电池、锌-氯电池和钒液流电池)提供了克服铅酸电池的上述局限性的潜能。特别地，流动电解质电池的可用寿命并不受深度放电应用的影响，并且流动电解质电池的能量重量比比铅酸电池高六倍。

然而，制造流动电解质电池可能比制造铅酸电池更加困难。流动电解质电池，像铅酸电池一样，包括电池单元堆，用于产生高于单个电池单元电压的特定电压。但与铅酸电池不同的是，流动电解质电池中的电池单元通过电解质循环路径被液压地连接。这会导致问题，因为分路电流从一节串联连接的电池单元到另一电池单元时可流经电解质循环路径，会引起电池单元的单独的充电状态中的能量损耗和不平衡。为防止或减少这种分路电流，流动电解质电池需要电池单元之间的足够长的电解质循环路径，从而增加电池单元之间的电阻。

流动电解质电池的另一问题是在每个电池单元中需要均匀的电解质流速，以便将化合物均匀地供应到电池单元内部。为了达到通过电池单元的均匀流速，流动电解质电池限定了复杂的流体分布区域。然而，因为电解质通常具有油性、水性和气态的多相特性，并且由于电池单元的结构限制，通常并不能达到均匀的流速。

这些类型的电池(其中电池使用电池单元堆的阵列)中的另一个问题是这些堆共享共用的流动电解质。由于这些堆共享电解质，堆两端的开路电压的测量仅仅表示该堆是否存储一定的非零电荷量，而并非表示该堆相对于系统中的其它堆的电荷状态。此外，堆间的开路电压差通常用于表示改变堆的内电阻的一些内部异常。