本發(fā)明涉及屬于儲能電池領域，更具體涉及一種液流電池系統(tǒng)的自放電特性評價方法。

背景技術：

液流電池技術在安全性、效率和經(jīng)濟性等方面取得顯著進展，產(chǎn)業(yè)化應用條件日趨成熟，成為適合用于大規(guī)模蓄電應用的儲能技術之一。

由于可再生能源發(fā)電的波動性和間歇性特征，液流電池系統(tǒng)除了滿足需求的充放電狀態(tài)外，還存在輸出功率為零的熱備用狀態(tài)。液流電池的正負極活性物質(zhì)分別存儲于電堆體外，當用于熱備用狀態(tài)時，要求液流系統(tǒng)的電泵開啟并保證正負極電解液始終處于循環(huán)流動狀態(tài)，隨時應對投切，但流經(jīng)電堆內(nèi)部的電解液通過離子交換膜發(fā)生離子滲透及化學反應而造成有效反應物濃度減小，以及支路電流損耗等，從而引起系統(tǒng)實際輸出能力降低。因此，需要針對存在熱備用應用場合的液流電池系統(tǒng)的自放電特性進行評價。

液流電池功率輸出和能量儲存部分相互獨立，容量取決于外部儲罐中電解液的容量和濃度，功率決定于電堆的數(shù)量，電解液在泵的作用下，由外部儲罐通過液路循環(huán)流過電堆，集成系統(tǒng)的特性將不再是單體電池特性的簡單線性疊加。申請?zhí)枮?01410240476.2的專利申請?zhí)峁┝艘环N液流電池系統(tǒng)的控制系統(tǒng)及其方法，通過控制各電堆組工作狀態(tài)，以使處于運行狀態(tài)的電堆組數(shù)量與所需電堆組數(shù)量相等的控制單元不必每個電堆都流入電解液，減小了電解液通過離子交換膜互竄遷移造成的自放電現(xiàn)象，該方法提出了一種減少自放電的方法，未明顯涉及不同容量等級自放電特性的評價方法。申請?zhí)? 為cn201110319504.6的專利提供了一種評價磷酸鐵鋰電池自放電一致性的方法，通過在恒壓恒流下測量電池充電結(jié)束后的開路電壓和高溫擱置后的開路電壓，計算電池的電壓降，判斷電壓降在規(guī)格上限以內(nèi)的電池自放電一致性好，該方法提出了一種磷酸鐵鋰電池自放電一致性的評價方法，能有效提高了磷酸鐵鋰電池成組的一致性，但未明顯涉及與液流電池系統(tǒng)、電堆、單體和反應面積等方面相關的不同容量等級自放電特性的評價方法。

本申請從實際應用所關注的重點性能出發(fā)，提出了一種液流電池系統(tǒng)的自放電特性評價方法。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種液流電池系統(tǒng)的自放電特性評價方法，能夠快速、準確、從液流電池系統(tǒng)的各個層次有針對性的評估自放電特性。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案：一種液流電池系統(tǒng)的自放電特性評價方法，包括：

將液流電池系統(tǒng)放電至放電截止條件，然后再將其充電至充電截止條件，記錄充電容量qc；

在熱備用狀態(tài)下，所述液流電池系統(tǒng)運行在運行管理模式若干時間，記錄該運行時間tself_d；

將所述液流電池系統(tǒng)放電至截止條件，記錄電池剩余容量qr；

計算并分析所述液流電池系統(tǒng)的特性參數(shù)，通過自放電評價指標進行評價。

所述評價指標包括液流電池系統(tǒng)的自放電率、電堆自放電率、單體自放 電率、單位面積自放電率和自放電系數(shù)。

所述自放電率通過下式確定：

自放電率＝(qc-qr)/tself_d。

所述電堆自放電率通過下式確定：

電堆自放電率＝(qc-qr)/(tself_d×nstack)

其中，nstack為電堆數(shù)量。

所述單體自放電率通過下式確定：

單體自放電率＝(qc-qr)/(tself_d×ncell)

其中，ncell為電池單體數(shù)量。

所述單位面積自放電率通過下式確定：

單位面積自放電率＝(qc-qr)/(tself_d×scell)

其中，scell為電池單體中離子膜的面積。

所述自放電系數(shù)通過下式確定：

自放電系數(shù)＝(qc-qr)/(tself_d×ps)

其中，ps為系統(tǒng)額定功率。

所述截止條件通過剩余電量soc、電壓、電流和溫度中的一種或幾種確定。

運行管理模式為電網(wǎng)為液流電池系統(tǒng)輔機供電模式。

和最接近的現(xiàn)有技術比，本發(fā)明提供技術方案具有以下優(yōu)異效果

1、本發(fā)明技術方案可定量的分析與系統(tǒng)、電堆、單體和反應面積等結(jié) 構(gòu)相關的不同廠商、不同容量等級的液流電池的自放電特性；

2、本發(fā)明技術方案可用于系統(tǒng)規(guī)模擴展時，通過自放電性能的評價系統(tǒng)集成技術，易于工程人員操作和實現(xiàn)；

3、本發(fā)明技術方案能確定電池系統(tǒng)的實際輸出能力，有助于提高其輸出能力；

4、本發(fā)明技術方案使得液流電池在安全性、效率和經(jīng)濟性有更好的進步。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例的方法流程圖；

圖2為本發(fā)明實施例的1.25kw電堆自放電開路電壓曲線圖；

圖3為本發(fā)明實施例的10kw電堆自放電開路電壓曲線圖。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例對發(fā)明作進一步的詳細說明。

實施例1：

本例的發(fā)明提供一種液流電池系統(tǒng)的自放電特性評價方法，對5kw和100kw液流電池開展自放電特性測試，液流電池規(guī)格見表1所示，充放電的截止條件vcell＝1～1.55v，或soc＝0～100％。5kw和100kw系統(tǒng)為相同材料，相同工藝和集成方式構(gòu)建。測試條件：室溫25度；380v電源供電。

測試過程如圖1所示，包括：

步驟1、5kw、100kw液流電池放電至單體電池電壓vcell＝0.65v；

步驟2、充電至soc＝100％，記錄充電容量qc，包括安時容量和瓦時容量；

步驟3、在液流電池系統(tǒng)充放電功率為零的熱備用狀態(tài)，液流電池系統(tǒng)在電池為輔機系統(tǒng)供電的運行管理模式下運行一段時間，記錄運行時間tself_d，電池開路電壓(vocv)；

步驟4、單體電池電壓降至vcell＝0.65v，記錄電池剩余容量qr。

步驟5、計算并分析液流電池系統(tǒng)的特性參數(shù)，通過自放電評價指標：系統(tǒng)自放電率、電堆自放電率、單體自放電率、單位面積自放電率和自放電系數(shù)進行評價。在測試過程前還需要啟動被測液流電池系統(tǒng)；熱備用狀態(tài)是液流電池系統(tǒng)充放電功率為零的運行狀態(tài)。

系統(tǒng)自放電率：系統(tǒng)自放電率＝(qc-qr)/tself_d

電堆自放電率：電堆自放電率＝(qc-qr)/(tself_d×nstack)其中：nstack為電堆數(shù)量。

單體自放電率：單體自放電率＝(qc-qr)/(tself_d×ncell)其中：ncell為電池單體數(shù)量。

單位面積自放電率：單位面積自放電率＝(qc-qr)/(tself_d×scell)其中：scell為電池單體中離子膜的面積。

自放電系數(shù)：自放電系數(shù)＝(qc-qr)/(tself_d×ps)其中：ps為系統(tǒng)額定功率。

1.25kw和10kw的電堆開路電壓(vocv)分別如圖2和圖3所示。測得實驗結(jié)果見表2所示。充電電量qc分別為3.5kwh和121.8kwh。運行時間tself_d分別為29.3h和52.5h。兩套系統(tǒng)自放電測試的起始條件相同，單體電池電壓vcell分別為0.628和0.659v，當單體電池電壓vcell降至0.65結(jié)束， 剩余容量qr＝0。分別計算5kw、100kw液流電池的系統(tǒng)、電堆、單體和反應面積各級自放電率和自放電系數(shù)，如表3所示。

5kw、100kw液流電池系統(tǒng)自放電率分別為0.12kw和2.32kw，100kw系統(tǒng)自放電率是5kw系統(tǒng)自放電率的19.3倍，近似等于功率等級的倍數(shù)20倍。液流電池系統(tǒng)的功率取決于電堆的數(shù)量和大小，計算單電堆自放電率分別為30w/堆和232w/堆，其中5kw電池系統(tǒng)由4個1.25kw電堆構(gòu)成，100kw電池系統(tǒng)由10個10kw電堆構(gòu)成。10kw電堆的自放電率是1.25kw電堆自放電率的7.7倍，近似等于電堆功率等級的倍數(shù)8倍，可見液流電池的自放電與功率相關。

液流電池電堆功率取決于串聯(lián)的單體電池數(shù)量和反應面積大小，計算單體電池自放電率分別為5.8w/cell和2w/cell，單位面積自放電率分別為2.2mw//cm²和2.1mw//cm²，其中單體電池的膜面積分別約為900cm²和2800cm²，兩個不同功率、容量等級的液流電池的單位面積自放電率相同。

液流電池的自放電系數(shù)是與系統(tǒng)的功率、容量無關的一個無量綱的數(shù)值。可有效用于同一工藝體系下，不同功率和容量的液流電池系統(tǒng)的自放電率性能的評估。

表1

表2

表3

最后應當說明的是：以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非對其限制，所屬領域的普通技術人員盡管參照上述實施例應當理解：依然可以對本發(fā)明的具體實施方式進行修改或者等同替換，這些未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，均在本發(fā)明的權利要求保護范圍之內(nèi)。