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CN103606693A - 一种液流电池用热处理装置及其控制方法 - Google Patents

一种液流电池用热处理装置及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种液流电池用热处理装置及其控制方法，所述热处理装置包括设置有外壳、安装在外壳内的换热器和冷干机、第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第一风机和第二风机；所述换热器包括入口主管道和出口主管道；所述入口主管道与电解液出口相连接；所述出口主管道与电解液入口相连接；电解液从液流电池系统的电解液出口流出，经第三温度传感器检测后通过入口主管道进入换热器，然后通过出口主管道进入液流电池系统的电解液入口；还包括与第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第一风机、第二风机和冷干机相连接的控制器；本发明结构简单，自动化程度高、能耗低、电解液不易被污染、适于广泛推广。

Description

一种液流电池用热处理装置及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种液流电池用热处理装置及其控制方法。
背景技术
液流电池是大规模储能应用的首选技术之一，其与其它电池一样，在充放电过程中产生热量，该热量需要及时释放，否则液流电池工作温度的升高，将会导致液流电池关键材料的损害，与其它电池不同的，液流电池功率和容量独立设计，电解液存放在电堆外部的电解液储罐内，电解液流经电堆实现电能的储存与释放，因此液流电池在进行电能的储存与释放过程中产生的热量与电解液一起从电堆内带出，而在电解液中的热量的处理可以变换为腐蚀性液体的热处理过程。常见的腐蚀性液体的热处理方式包括水冷和风冷两种方式，其中水冷方式多采用石墨换热器和聚四氟乙烯换热器，由于石墨换热器具有导电性，进而通过冷却介质水将导致漏电的发生而不能使用，同时由于换热器的可靠性问题，导致水冷换热器一旦损坏，将造成电解液的污染，因此液流电池的热处理倾向于风冷方式；由于风冷换热系数较低，现有技术中用于液流电池的风冷方式的热处理装置，往往通过体积较大的换热设备来获得较大的换热面积，且风冷效果受环境温度影响较大。
发明内容
本发明针对以上问题的提出，而研制一种液流电池用热处理装置及其控制方法。
本发明的技术手段如下：
一种液流电池用热处理装置，应用于包括电解液入口和电解液出口的液流电池系统，
包括设置有进风口和出风口的外壳、安装在外壳内的换热器和冷干机、用于实时检测外壳内温度的第一温度传感器、用于实时检测外壳外温度的第二温度传感器、用于检测电解液温度的第三温度传感器、安装在进风口内的第一风机和安装在出风口内的第二风机；所述换热器包括入口主管道和出口主管道；所述入口主管道与液流电池系统的电解液出口相连接；所述出口主管道与液流电池系统的电解液入口相连接；电解液从液流电池系统的电解液出口流出，经第三温度传感器检测后通过入口主管道进入换热器，然后通过出口主管道进入液流电池系统的电解液入口；
还包括与第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第一风机、第二风机和冷干机相连接，用于判断第三温度传感器所检测的电解液温度是否大于温度上限，并根据电解液温度大于温度上限的判断结果对第一温度传感器所检测的外壳内温度是否大于第二温度传感器所检测的外壳外温度进行判断，当外壳内温度大于外壳外温度时控制第一风机和第二风机启动，当外壳外温度大于外壳内温度时控制冷干机启动，并在启动第一风机、第二风机或冷干机后判断电解液温度是否小于温度下限，当电解液温度小于温度下限时关闭第一风机、第二风机或关闭冷干机的控制器；
进一步地，所述进风口和出风口上分别安装有防尘网；
进一步地，所述换热器还包括与入口主管道和出口主管道相连接的多个结构相同的换热结构，每一换热结构包括两个分别设置在入口主管道和出口主管道上的相互平行的一级分支管道；两个一级分支管道之间设置有相互平行的二级分支管道，所述二级分支管道两端分别与两个一级分支管道相连接；
进一步地，所述入口主管道和出口主管道分别设置有与控制器相连接的第一电磁阀和第二电磁阀。
进一步地，所述换热器由聚氯乙烯或聚丙烯材料制成；
一种液流电池用热处理装置的控制方法，包括如下步骤：
S1：第一温度传感器实时检测外壳内温度、第二温度传感器实时检测外壳外温度、第三温度传感器实时检测电解液温度，执行S2；
S2：控制器判断电解液温度是否大于温度上限，是则执行S3，否则执行S2；
S3：控制器判断外壳内温度是否大于外壳外温度，是则执行S4，否则执行S5；
S4：控制器启动第一风机、第二风机，执行S6；
S5：控制器启动冷干机，执行S6；
S6：控制器判断电解液温度是否小于温度下限，是则执行S7，否则执行S3；
S7：控制器关闭第一风机、第二风机或关闭冷干机。
由于采用了上述技术方案，本发明提供的一种液流电池用热处理装置及其控制方法，利用液流电池系统在进行电能的储存和释放过程中产生的热量由电解液带出电堆的特点，通过利用风冷方式的换热器对电解液进行散热处理，且同时监测电解液温度、外壳内温度和外壳外温度，并根据各温度参数的变化和大小比较，实现了当电解液温度大于温度上限时开始执行风冷，当电解液温度小于温度下限时停止风冷，在电解液温度大于温度上限同时外壳内温度大于外壳外温度时控制第一风机和第二风机启动，在电解液温度大于温度上限同时外壳外温度大于外壳内温度时控制冷干机启动完成强制制冷，避免了当外壳外温度大于外壳内温度时仍然采用第一风机和第二风机利用流动气体带走热量而不能有效散热，实现了根据不同的外壳外温度即环境温度的变化来切换不同的冷却方式，结构简单，自动化程度高、能耗低、电解液不易被污染、适于广泛推广。
附图说明
图1是本发明所述装置的结构示意图；
图2是本发明所述换热器的结构示意图；
图3是本发明所述控制方法的流程图。
图中：1、液流电池系统，2、电解液入口，3、第二电磁阀，4、第一风机，5、冷干机，6、外壳，7、出口主管道，8、一级分支管道，9、二级分支管道，10、第二风机，11、防尘网，12、出风口，13、第一温度传感器，14、第二温度传感器，15、控制器，16、第三温度传感器，17、入口主管道，18、第一电磁阀，19、电解液出口，20、进风口。
具体实施方式
如图1、图2所示的一种液流电池用热处理装置，应用于包括电解液入口2和电解液出口19的液流电池系统1，包括设置有进风口20和出风口12的外壳6、安装在外壳6内的换热器和冷干机5、用于实时检测外壳6内温度的第一温度传感器13、用于实时检测外壳6外温度的第二温度传感器14、用于检测电解液温度的第三温度传感器16、安装在进风口20内的第一风机4和安装在出风口12内的第二风机10；所述换热器包括入口主管道17和出口主管道7；所述入口主管道17与液流电池系统1的电解液出口19相连接；所述出口主管道7与液流电池系统1的电解液入口2相连接；电解液从液流电池系统1的电解液出口19流出，经第三温度传感器16检测后通过入口主管道17进入换热器，然后通过出口主管道7进入液流电池系统1的电解液入口2；还包括与第一温度传感器13、第二温度传感器14、第三温度传感器16、第一风机4、第二风机10和冷干机5相连接，用于判断第三温度传感器16所检测的电解液温度是否大于温度上限，并根据电解液温度大于温度上限的判断结果对第一温度传感器13所检测的外壳6内温度是否大于第二温度传感器14所检测的外壳6外温度进行判断，当外壳6内温度大于外壳6外温度时控制第一风机4和第二风机10启动，当外壳6外温度大于外壳6内温度时控制冷干机5启动，并在启动第一风机4、第二风机10或冷干机5后判断电解液温度是否小于温度下限，当电解液温度小于温度下限时关闭第一风机4、第二风机10或关闭冷干机5的控制器15；进一步地，所述进风口20和出风口12上分别安装有防尘网11；进一步地，所述换热器还包括与入口主管道17和出口主管道7相连接的多个结构相同的换热结构，每一换热结构包括两个分别设置在入口主管道17和出口主管道7上的相互平行的一级分支管道8；两个一级分支管道8之间设置有相互平行的二级分支管道9，所述二级分支管道9两端分别与两个一级分支管道8相连接；进一步地，所述入口主管道17和出口主管道7分别设置有与控制器15相连接的第一电磁阀18和第二电磁阀3；进一步地，所述换热器由聚氯乙烯或聚丙烯材料制成。
如图3所示的一种液流电池用热处理装置的控制方法，包括如下步骤：
S1：第一温度传感器13实时检测外壳6内温度、第二温度传感器14实时检测外壳6外温度、第三温度传感器16实时检测电解液温度，执行S2；
S2：控制器15判断电解液温度是否大于温度上限，是则执行S3，否则执行S2；
S3：控制器15判断外壳内温度是否大于外壳外温度，是则执行S4，否则执行S5；
S4：控制器15启动第一风机4、第二风机10，执行S6；
S5：控制器15启动冷干机5，执行S6；
S6：控制器15判断电解液温度是否小于温度下限，是则执行S7，否则执行S3；
S7：控制器15关闭第一风机4、第二风机10或关闭冷干机5。
使用本发明所述的一种液流电池用热处理装置及其控制方法，所述换热器、第一风机、第二风机和冷干机通过固定件固定，所述外壳具备室外放置的条件要求，其可以由铸铁、不锈钢、聚丙烯或工程塑料材料制成，可以防雨、防雷以及防震，外壳的绝缘等级要求满足电气设备的绝缘等级要求，所述进风口和出风口可以分别设置在外壳的对面两侧，也可以进风口在两侧，出风口在顶部，或者进风口在底侧，出风口在两侧，还可以进风口在底侧，出风口在顶部，其设计要求是保证外壳内部的空气流动充分和通畅；所述换热器是由主管道和分支管道组成的多级换热管道，其包括与入口主管道和出口主管道相连接的多个结构相同的换热结构，每一换热结构包括两个分别设置在入口主管道和出口主管道上的相互平行的一级分支管道；两个一级分支管道之间设置有相互平行的二级分支管道，所述二级分支管道两端分别与两个一级分支管道相连接，增加了电解液在管道内的流动路径截面积，降低了设备进口与出口的压力差，延长了电解液在换热器内部的停留时间，充分实现了热量交换，增大了换热面积，减小了换热器的体积，换热器的换热面积由换热量、电解液流量、换热管道的导热系数、换热管道的排列方式以及它们之间的距离等参数决定，该计算过程是本领域技术人员熟练掌握的，所述温度上限的取值范围为30～60℃；所述温度下限的取值范围为28～58℃；所述液流电池系统是包括若干个液流电池电堆、电解液储液罐、循环泵、液体管路、检测仪表、连接电缆等的能够独立工作的液流电池系统，利用液流电池系统的循环泵提供压力推动电解液循环，例如250kW液流电池系统，可以分别在正极电解液和负极电解液各设置一台本发明的热处理装置，换热功率为20kW，电解液流量为35m3/h，换热管选用高性能聚丙烯（PPH）材料，热导率为0.21W/（m.k），温度上限设定45℃，温度下限设定40℃，结合电解液的各项物理参数，得到每台换热器的换热面积为110m2，环境温度为28.4℃，正极电解液和负极电解液起始温度均为42.6℃，关闭第一电磁阀和第二电磁阀，使电解液通过旁路直接回到电解液储罐，开启液流电池系统，以200kW恒功率运行，经过一个完整充放电循环，正极电解液温度升至48.3℃，负极电解液温度升至48.7℃，打开第一电磁阀和第二电磁阀，并关闭旁路阀门，使电解液通过本发明所述的热处理装置，经过一个完整充放电循环，正极电解液温度降至43.3℃，负极电解液温度降至43.5℃，换热器由聚氯乙烯或聚丙烯材料制成，具有较高的耐腐蚀性和绝缘性能，本发明提供的一种液流电池用热处理装置及其控制方法，利用液流电池系统在进行电能的储存和释放过程中产生的热量由电解液带出电堆的特点，通过利用风冷方式的换热器对电解液进行散热处理，无需提供水源及冷却水循环系统，且同时监测电解液温度、外壳内温度和外壳外温度，并根据各温度参数的变化和大小比较，实现了当电解液温度大于温度上限时开始执行风冷，当电解液温度小于温度下限时停止风冷，在电解液温度大于温度上限同时外壳内温度大于外壳外温度时控制第一风机和第二风机启动，在电解液温度大于温度上限同时外壳外温度大于外壳内温度时控制冷干机启动完成强制制冷，避免了当外壳外温度大于外壳内温度时仍然采用第一风机和第二风机利用流动气体带走热量而不能有效散热，实现了根据不同的外壳外温度即环境温度的变化来切换不同的冷却方式，避免了现有技术中用于液流电池的风冷方式的热处理装置其风冷效果受环境温度影响较大的问题，结构简单，自动化程度高、能耗低、电解液不易被污染、适于广泛推广。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种液流电池用热处理装置，应用于包括电解液入口（2）和电解液出口（19）的液流电池系统（1），其特征在于：
包括设置有进风口（20）和出风口（12）的外壳（6）、安装在外壳（6）内的换热器和冷干机（5）、用于实时检测外壳（6）内温度的第一温度传感器（13）、用于实时检测外壳（6）外温度的第二温度传感器（14）、用于检测电解液温度的第三温度传感器（16）、安装在进风口（20）内的第一风机（4）和安装在出风口（12）内的第二风机（10）；所述换热器包括入口主管道（17）和出口主管道（7）；所述入口主管道（17）与液流电池系统（1）的电解液出口（19）相连接；所述出口主管道（7）与液流电池系统（1）的电解液入口（2）相连接；电解液从液流电池系统（1）的电解液出口（19）流出，经第三温度传感器（16）检测后通过入口主管道（17）进入换热器，然后通过出口主管道（7）进入液流电池系统（1）的电解液入口（2）；
还包括与第一温度传感器（13）、第二温度传感器（14）、第三温度传感器（16）、第一风机（4）、第二风机（10）和冷干机（5）相连接，用于判断第三温度传感器（16）所检测的电解液温度是否大于温度上限，并根据电解液温度大于温度上限的判断结果对第一温度传感器（13）所检测的外壳（6）内温度是否大于第二温度传感器（14）所检测的外壳（6）外温度进行判断，当外壳（6）内温度大于外壳（6）外温度时控制第一风机（4）和第二风机（10）启动，当外壳（6）外温度大于外壳（6）内温度时控制冷干机（5）启动，并在启动第一风机（4）、第二风机（10）或冷干机（5）后判断电解液温度是否小于温度下限，当电解液温度小于温度下限时关闭第一风机（4）、第二风机（10）或关闭冷干机（5）的控制器（15）。
2.根据权利要求1所述的一种液流电池用热处理装置，其特征在于所述进风口（20）和出风口（12）上分别安装有防尘网（11）。
3.根据权利要求1所述的一种液流电池用热处理装置，其特征在于所述换热器还包括与入口主管道（17）和出口主管道（7）相连接的多个结构相同的换热结构，每一换热结构包括两个分别设置在入口主管道（17）和出口主管道（7）上的相互平行的一级分支管道（8）；两个一级分支管道（8）之间设置有相互平行的二级分支管道（9），所述二级分支管道（9）两端分别与两个一级分支管道（8）相连接。
4.根据权利要求1所述的一种液流电池用热处理装置，其特征在于所述入口主管道（17）和出口主管道（7）分别设置有与控制器（15）相连接的第一电磁阀（18）和第二电磁阀（3）。
5.根据权利要求1所述的一种液流电池用热处理装置，其特征在于所述换热器由聚氯乙烯或聚丙烯材料制成。
6.一种液流电池用热处理装置的控制方法，其特征在于包括如下步骤：
S1：第一温度传感器（13）实时检测外壳（6）内温度、第二温度传感器（14）实时检测外壳（6）外温度、第三温度传感器（16）实时检测电解液温度，执行S2；
S2：控制器（15）判断电解液温度是否大于温度上限，是则执行S3，否则执行S2；
S3：控制器（15）判断外壳内温度是否大于外壳外温度，是则执行S4；否则执行S5；
S4：控制器（15）启动第一风机（4）、第二风机（10），执行S6；
S5：控制器（15）启动冷干机（5），执行S6；
S6：控制器（15）判断电解液温度是否小于温度下限，是则执行S7，否则执行S3；
S7：控制器（15）关闭第一风机（4）、第二风机（10）或关闭冷干机（5）。
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