液流电池水迁移量的检测装置和方法与流程

本技术主要涉及液流电池领域，尤其涉及一种液流电池水迁移量的检测装置和方法。

背景技术：

1、全钒液流电池(简称钒电池，vrfb)的安全性、可靠性、循环寿命等性能优异，在新能源发电和智能电网建设等领域，具有较为广阔的应用前景。相比其他液流电池技术，钒电池由于正、负极电解质溶液采用的是种类相同，仅是价态不同的钒离子(正极是v4+和v5+，负极是v2+和v3+)作为电解质活性物质，很大程度上避免了正、负极电解质活性物质的污染。但是，在电池系统长期运行过程中，质子膜正负极的水分子、钒离子会在渗透压的作用下透过膜进行跨膜传输，从而造成正、负极电解质溶液体积和价态的失衡。除此之外，钒电池充电达到一定程度，负极﹢2价的钒离子浓度较高会与电解液的氢离子发生析氢反应，反应式如下所示：

2、v2++h+→v3++h2↑。

3、钒离子的跨膜传输和负极发生的析氢反应会导致系统的放电容量减少，因此工程应用中通常采用混液的方法来恢复钒电池的容量，这个再生持续利用的优势可以大幅度降低钒电池储能系统全生命周期的成本。但是在实际运行过程中钒电池水分子的迁移量很难被实时检测到，因而无法及时地进行混液操作以恢复电解质溶液的体积和价态。亟需一种能够实时、动态、直观地检测水分子迁移量的检测装置和检测方法。

技术实现思路

1、本技术针对现有技术中无法实时检测液流电池水分子迁移量的技术问题，提供一种液流电池的检测装置和方法，能够直观地在不同充放电阶段检测液流电池的水迁量。

2、为解决上述技术问题，本技术提供了一种液流电池水迁移量的检测装置和方法。

3、本技术为解决上述技术问题，提供一种液流电池水迁移量的检测装置，包括：反应单元、分离单元和测量单元，其中，

4、反应单元包括液流电池，液流电池具有电解液入口和电解液出口；分离单元具有第一腔体，第一腔体上设置有第一液体入口、第一液体出口、第一气体入口和第二气体出口，第一液体入口与电解液出口连接，第一气体入口用于将吹扫气体通入第一腔体，第二气体出口用于排出第一腔体内的气体；

5、测量单元具有第二腔体和观测管，第二腔体上开设有第二液体入口和第二液体出口，第二液体入口与第一液体出口连接，第二液体出口与电解液入口连接，观测管具有第一端和第二端，第一端与第二腔体连通，第二端与大气环境连通。

6、在本技术的一实施例中，第二液体出口和电解液入口通过第一管道连接，第一管道上设置有第一流量计；第一液体出口和第二液体入口通过第二管道连接，第二管道上设置有第二流量计。

7、在本技术的一实施例中，第一管道上还设置有第一泵，第一泵用于驱动电解液从第二液体出口流向电解液入口；第二管道上还设置有第二泵，第二泵用于驱动电解液从第一液体出口流向第二液体入口。

8、在本技术的一实施例中，第一液体入口与电解液出口通过第三管道连接，第三管道上设置有第一压力计。

9、在本技术的一实施例中，第一腔体上设置有第二压力计，第二压力计用于测量第一腔体内部的压力。

10、在本技术的一实施例中，第一腔体内设置有搅拌装置，搅拌装置用于搅拌第一腔体内的电解液，以使电解液中的气体逸出。

11、在本技术的一实施例中，观测管是透明直管，观测管上设置有刻度。

12、在本技术的一实施例中，反应单元还包括充放电设备，充放电设备与液流电池连接，用于控制液流电池的充放电。

13、在本技术的一实施例中，液流电池具有正极和负极，电解液入口包括第一电解液入口和第二电解液入口，电解液出口包括第一电解液出口和第二电解液出口，其中，第一电解液入口和第一电解液出口设置在正极，第二电解液入口和第二电解液出口设置在负极；其中，第一组分离单元和测量单元设置在负极，第二组分离单元和测量单元设置在正极。

14、在本技术的一实施例中，在第一组的第一液体出口和第二组的第一液体入口之间设置有第一混合管道，在第一混合管道上设置有第一阀；在第一组的第一液体入口和第二组的第一液体出口之间设置有第二混合管道，在第二混合管道上设置有第二阀。

15、在本技术的一实施例中，观测管具有第一容积，第二腔体有第二容积，第一容积占第二容积的10％～20％。

16、本技术为解决上述技术问题，还提供一种液流电池水迁移量的检测方法，应用如前所述的检测装置，该检测方法包括以下步骤：

17、使第一组的第二腔体和第二组的第二腔体中都充满电解液；

18、使第二腔体中的电解液通过电解液入口流入液流电池，电解液充满液流电池并通过电解液出口流回至第二腔体；

19、关闭第一管道上的第一泵和第二管道上的第二泵，其中，第一管道用于连接第二液体出口和电解液入口，第二管道用于连接第一液体出口和第二液体入口；

20、通过观测管向第二腔体中注入电解液，使第一组的观测管中的初始液位与第二组中的观测管中的初始液位相等；

21、开启第一泵和所述第二泵，对液流电池进行充放电；

22、在充放电过程中，记录第一组的观测管中的当前液位和第二组的观测管中的当前液位，当满足下面公式时，表示液流电池的水迁移达到平衡：

23、||v10-v11|-δ|v20-v21||<th；

24、其中，v10表示第一组的观测管中的初始液位，v20表示第二组的观测管中的初始液位，v11表示第一组的观测管中的当前液位，v21表示第二组的观测管中的当前液位，th表示一预设阈值。

25、在本技术的一实施例中，在充放电过程中，逐步提高电流密度，并且在每个电流密度下，循环执行若干次充放电。

26、在本技术的一实施例中，开启第一泵和第二泵之后，还包括：调节第一泵和第二泵的转速，用于测量液流电池在电解液的不同体积流量下的水迁移平衡。

27、在本技术的一实施例中，开启第一泵和第二泵之后，还包括：通过第一气体入口向第一腔体输入所述吹扫气体。

28、在本技术的一实施例中，关闭第一管道上的第一泵和第二管道上的第二泵时，还包括：关闭第一阀和第二阀；其中，在第一组的第一液体出口和第二组的第一液体入口之间设置有第一混合管道，第一阀设置在第一混合管道上；在第一组的第一液体入口和第二组的第一液体出口之间设置有第二混合管道，第二阀设置在第二混合管道上。

29、在本技术的一实施例中，开启第一泵和第二泵时，还包括：保持第一阀和第二阀关闭。

30、本技术的检测装置通过设置分离单元，能够将电解液中的气体分离出来，防止内部气体影响后续测量，测量单元操作简单，通过观测管易于添加电解液和直观地观测水迁移量的情况。技术效果是该检测装置设计灵活，操作简单不易出差错，可以根据实际工况改变液流电池的规格和结构，调节电解液的流量，实时、动态、直观地检测不同充放电阶段的水迁移量。根据所述装置，提出了与之适用的检测方法，所述检测方法的数据获取便利，计算过程简单，对工程化应用具有启发性的借鉴意义。