一種全釩液流儲能電池輸送電解液的循環泵系統的製作方法

2023-05-14 07:44:21 3

專利名稱：一種全釩液流儲能電池輸送電解液的循環泵系統的製作方法
技術領域：
本發明專利提供了一種全釩液流儲能電池輸送電解液的循環泵系統。它屬於自動 控制技術領域，它可應用於全釩液流儲能電池之中。
背景技術：
全釩液流儲能電池是最近發展起來的新穎儲能電池，它是通過不同價態的釩離子 相互轉化，實現電能的儲存和釋放。從原理上避免了正負半電池間不同種類活性物質相互 滲透產生的交叉汙染。由於它具有能量轉換效率高，儲電容量大，工作壽命長，可以超深度 放電而不引起電池不可逆的損傷，系統設計靈活，電池的功率和容量可以任意組合等優點， 深受電池行業的青睞。全釩液流儲能電池的電解液為1. 6mol/L的V2O5和3mol/L的H2SO4混 合溶液，具有較強腐蝕性。目前使用電解液循環泵為離心泵，它選用耐酸耐腐蝕的高分子材 料和陶瓷材料製成，而且採用磁力驅動技術，使整臺泵組處於全密封狀態，無外露輸出軸， 不存在洩漏，是輸送腐蝕介質比較理想的工具。但它大多是由二相交流電機驅動，功率稍大 些才採用小功率三相電機驅動，雖然能滿足液流儲能電池工作的需求，但已經暴露出兩個 不足之處。首先是驅動循環泵的電機效率低下。因為循環泵機組是從液流儲能電池自身系 統中汲取能量，若循環泵機組耗功太大會影響液流儲能電池的輸出功率，也就是降低電池 能量轉換效率。此外，液流儲能電池在充放電過程中在電極附近會出現濃差極化現象，隨著 充放電電流的增加，此現象將會變得嚴重，其後果是降低電池充放電能量轉換效率。減少電 極濃差極化現象的一種辦法是增大通過液流儲能電池電解液的流量，使電極附近的電解液 能及時被「新鮮」電解液所替換，使濃差極化現象得到改善，提高液流儲能電池的能量轉換 效率。但效率的提高是有限度，當電解液流量增加到一定的程度，其效率就不再增加，這個 流量上限值與電池堆充放電電流大小有關，不管充放電電流的大小，過多增加電解液流量， 使循環泵機組功耗增加，有部分功率白白被浪費，同樣會降低液流儲能電池能量轉換效率。

發明內容
為了提高液流儲能電池能量轉換效率，本發明專利提供一種全釩液流儲能電池輸 送電解液的循環泵系統，它不僅能提高循環泵機組效率，又能改善電極濃差極化現象，從而 提高了電池能量轉換效率。本發明專利解決技術問題所採用的技術方案是1.採用高效率直流永磁無刷電機替代二相交流電機或小功率三相電機作為電解 液循環泵的驅動電機。該電機具有以下特點(1).採用永久磁鐵代替勵磁繞組，使該電機的綜合性能大大提高。效率超過小功 率三相電機，比二相交流電機高出30%以上。(2).無刷化。一般直流電機由於存在電刷和換相器，由於接觸不可靠、跳火等給直 流電機帶來一系列致命的缺點，使電機壽命短，需要經常維護等。由於實現無刷後，使無刷 電機的可靠性大大提高。
(3).具有良好的調速特性。為實施電池堆充放電電流與電解液循環泵轉速協同調 節創造條件。(4)體積小，結構簡單。2.用液流儲能電池自身儲存的直流電能通過DC-DC轉換器，向直流永磁無刷電機機 3.利用直流永磁無刷電機具有良好的調速特性，改變無刷電機驅動器調速指令電 壓，便能調節無刷電機的轉速，此時由它驅動的循環泵輸出流量相應變化，達到了調節電解 液流量的目的，使液流儲能電池電極附近濃差極化現象得到改善。4.研發電流-轉速函數發生器。它是以微控制器晶片為基礎的電子組件，實施信 號處理和轉換。其具體的功能是把電池堆的充放電電流信號轉換為控制無刷電機的轉速信 號，進而控制循環泵的流量。以最小能耗達到有效改善電池堆電極濃差極化現象，從而提高 電池能量轉換效率。通過試驗，獲得電池堆充放電電流與無刷電機轉速之間最佳函數關係， 並把這種最佳函數關係儲存在電流-轉速函數發生器.的記億存儲器中。在工作時，由電 流傳感器採集電池堆充放電電流值，把此信號送入電流-轉速函數發生器中，通過微控制 器的運作，尋找出最佳的無刷電機轉速信號，並由D/A轉換器輸出至相應的無刷電機驅動 器調速指令端，控制無刷電機的轉速。本發明專利的有益效果本發明專利提供的全釩液流儲能電池輸送電解液的循環泵系統，它供電方式設計 合理，選用高效率、調速特性優良的直流永磁無刷電機，研發新穎的電流_轉速函數發生 器，採取電解液優化調節，使系統的能耗降低，電池堆的電極濃差極化現象得到改善，能有 效提高電池能量轉換效率。它的實施無疑對全釩液流儲能電池的發展具有促進作用。


下面結合附圖對本發明專利進一步說明。圖1為全釩液流儲能電池輸送電解液的循環泵系統原理圖；圖2為電流_轉速函數發生器原理圖。圖中1.充放電控制器，2.電池堆，3.儲液罐，4.儲液罐，5.循環泵，6.循環泵， 7.直流永磁無刷電機，8.直流永磁無刷電機，9.無刷電機驅動器，10.無刷電機驅動器， 11.電流傳感器，12.電流-轉速函數發生器，13. DC-DC轉換器，14. 380V三相電源線，15.導 線，16.導線，17.導線，18.導線，19.導線，20.導線，21.導線，22.導線，23.導線，24.電纜， 25.電纜，26.管路，27.管路，28.管路，29.管路，30.管路，31.管路，32. A/D轉換器，33. D/ A轉換器，34. D/A轉換器，35.記億存儲器，36.中央處理器。
具體實施例方式1.充放電控制器(1)與380V三相電源線(14)用導線(15)相連接，充放電控制 器⑴正極與電池堆⑵正極用導線(16)相連接，充放電控制器⑴的負極與電流傳感器的正極用導線(17)相連接，電流傳感器(11)的負極與電池堆(2)的負極用導線(18) 相連接。完成上述連接構成了電池堆(2)的充放電迴路。電池堆(2)的充放電過程由充放 電控制器(1)控制，充放電電流由電流傳感器(11)檢測。2.正極電解液儲存在儲液罐(3)內，儲液罐(3)用管路(26)與循環泵(5)的進口相連接，循環泵(5)的出口用管路(30)與電池堆(2)正極電解液進液A 口相連接，電池堆⑵正極電解液出液B 口用管路(28)與儲液罐(3)的回油口相連接。正極電解液由循 環泵(5)從儲液罐(3)抽出，由A 口輸入至電池堆(2)，然後由B 口排出至儲液罐(3)，完成 正極電解液流動循環。3.負極電解液儲存在儲液罐(4)內，儲液罐(4)用管路(27)與循環泵(6)的進 口相連接，循環泵(6)的出口用管路(31)與電池堆⑵負極電解液進液C 口相連接，電池 堆(2)負極電解液出液D 口用管路(29)與儲液罐(4)的回油口相連接。負極電解液由循 環泵(6)從儲液罐(4)抽出，由C 口輸入至電池堆(2)，然後由D 口排入至儲液罐(4)，完成 負極電解液流動循環。4.直流永磁無刷電機(7)與循環泵(5)直連，無刷電機(7)用電纜(24)與無刷 電機驅動器(9)相連接，DC-DC轉換器(13)用導線(19)與充放電控制器⑴相連接。此 時電池堆⑵的輸出電壓通過DC-DC轉換器(13)轉換為無刷電機(7)所需的電壓，用導 線(20)與無刷電機驅動器(9)相連接，無刷電機驅動器(9)的調速指令控制端E 口用導線 (22)與電流-轉速函數發生器(12)相連接，E 口的電壓由電流-轉速函數發生器(12)所 控制。5.直流永磁無刷電機⑶與循環泵(6)直連，無刷電機⑶用電纜(25)與無刷電機 驅動器(10)相連接，無刷電機驅動器(10)用導線(20)與DC-DC轉換器(13)相連接。無 刷電機驅動器(10)的調速指令控制端F 口用導線(23)與電流-轉速函數發生器(12)相 連接，F 口的電壓由電流-轉速函數發生器(12)所控制。6.電流-轉速函數發生器(12)是以微控制器晶片為基礎實施信號處理和轉換的 電子組件，它由中央處理器(36)、A/D轉換器(32)、D/A轉換器(33)、D/A轉換器(34)、記億 存儲器(3」組成。A/D轉換器(32)、D/A轉換器(33)、D/A轉換器(34)、記億存儲器(35)用 總線方式與中央處理器(36)相連接。它的輸入信號為電池堆的充放電電流，由電流傳感器 (11)採集獲得，用導線(21)與電流-轉速函數發生器(12)的A/D轉換器(32)相連接，A/ D轉換器(32)將電流模擬量轉換成對應數字量提供給中央處理器(36)，中央處理器(36) 利用已存儲在記億存儲器(35)中的電流-轉速函數關係式，可獲得二個無刷電機的轉速信 號，分別通過D/A轉換器輸出。D/A轉換器(33)的輸出口通過導線(22)與無刷電機驅動 器(9)的E 口相連接，D/A轉換器(34)的輸出口通過導線(23)與無刷電機驅動器(10)的 F 口相連接，完成信號轉換迴路的連接。
權利要求
一種全釩液流儲能電池輸送電解液的循環泵系統，其特徵是輸送正極電解液的循環泵(5)與直流永磁無刷電機(7)直接連接，並由直流永磁無刷電機(7)驅動，直流永磁無刷電機(7)用電纜(24)與無刷電機驅動器(9)相連接，由它控制和驅動，無刷電機驅動器(9)用導線(20)與DC-DC轉換器(13)相連接，電池堆(2)用導線(19)與DC-DC轉換器(13)相連接，電池堆(2)的輸出電壓通過DC-DC轉換器(13)被轉換為直流永磁無刷電機(7)所需要的電壓，向它供電；電流-轉速函數發生器(12)用導線(22)與無刷電機驅動器(9)調速指令端E口相連接；E口電壓值是由電流-轉速函數發生器(12)提供，調節E口電壓則能控制直流永磁無刷電機(7)轉速；輸送負極電解液的循環泵(6)與直流永磁無刷電機(8)直接連接，並由直流永磁無刷電機(8)驅動，直流永磁無刷電機(8)用電纜(25)與無刷電機驅動器(10)相連接，由它控制和驅動，無刷電機驅動器(10)用導線(20)與DC-DC轉換器(13)相連接，電池堆(2)用導線(19)與DC-DC轉換器(13)相連接，電池堆(2)的輸出電壓通過DC-DC轉換器(13)被轉換為直流永磁無刷電機(8)所需要的電壓，向它供電；電流-轉速函數發生器(12)用導線(23)與無刷電機驅動器(10)調速指令端F口相連接；F口電壓值是由電流-轉速函數發生器(12)提供，調節F口電壓則能控制直流永磁無刷電機(8)轉速；轉速電流傳感器(11)用導線(21)與電流-轉速函數發生器(12)相連接，由電流傳感器(11)採集電池堆充放電電流值，並輸入至電流-轉速函數發生器(12)，通過信號處理和轉換，向無刷電機驅動器(9)調速指令端E口電和無刷電機驅動器(10)調速指令端F口輸出相應的信號。
2.如權利要求1.所述的一種液流儲能電池輸送電解液的循環泵系統，其特徵是電 流-轉速函數發生器(12)是以微控制器晶片為基礎，實施信號處理和轉換的電子器件，它 由中央處理器(36)、A/D轉換器(32)、D/A轉換器(33)、D/A轉換器(34)、記億存儲器(35) 組成；A/D轉換器(32)、D/A轉換器(33)、D/A轉換器(34)、記億存儲器(35)用總線方式與 中央處理器(36)相連接；它的輸入信號為電池堆的充放電電流，由電流傳感器(11)採集 獲得，用導線(21)與電流-轉速函數發生器(12)的A/D轉換器(32)相連接，A/D轉換器 (32)將電流模擬量轉換成對應數字量提供給中央處理器(36)，中央處理器(36)利用已存 儲在記億存儲器(35)中的電流-轉速函數關係式，可獲得二個無刷電機的轉速信號，分別 通過D/A轉換器輸出；D/A轉換器(33)的輸出口通過導線(22)與無刷電機驅動器(9)的 E 口相連接，D/A轉換器(34)的輸出口通過導線(23)與無刷電機驅動器(10)的F 口相連 接，完成信號轉換迴路的連接。
全文摘要
本發明提供一種全釩液流儲能電池輸送電解液的循環泵系統。該系統由循環泵、直流永磁無刷電機、無刷電機驅動器、DC-DC轉換器、電流-轉速函數發生器、電流傳感器組成。它採用高效率直流永磁無刷電機作為循環泵的驅動電機，以電池堆自動儲存的直流電源通過DC-DC轉換器向它供電，並由無刷電機驅動器驅動和控制。利用無刷電機良好的調速特性和電流-轉速函數發生器的功能，可根據電池堆的充放電的電流大小來調節循環泵的轉速，使通過電池堆的電解液流量能與電池堆充放電的電流相適應，在改善電極濃差極化現象的同時又能降低循環泵機組的能耗。上述技術措施的實施可提高液流儲能電池的能量轉換效率。
文檔編號H01M2/40GK101859884SQ20091004890
公開日2010年10月13日 申請日期2009年4月7日 優先權日2009年4月7日
發明者夏嘉琪 申請人:夏嘉琪