[發明專利]釩電池管理系統

有效

• 申請號: 201210319476.2
• 申請日: 2012-08-31
• 公開（公告）號: CN103683339A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 陳暉;孫猛
• 申請（專利權）人: 沈陽華鼎能源技術有限公司
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所 21234
• 代理人: 張志偉

技術領域：

本發明涉及釩電池領域，具體為一種釩電池管理系統，尤其是針對釩電池的運行管理系統。

背景技術：

釩電池管理系統是一種將風能、太陽能等能源與化學能進行能量轉換和儲存的系統，管理系統的主要單元是釩電池。與鉛酸電池等傳統電池相比，在電池的內外部結構和運行模式上具有獨特性，在性能上更適用于風能、太陽能等大規模儲能電站及智能電網調峰等應用場合。電池電堆是根據所需電功率大小，由數量不一的單電池按順序排列組裝而成。電池電堆的輸出功率由電池電板的總面積決定，電池的容量由電解溶液的總容量決定。

普通蓄電池管理裝置僅可測量電池電壓、單電內阻、溫度、充放電電流等數據，可對生成的數據進行存儲，內阻和報警事件可以超限報警，但這些功能遠遠不能滿足釩電池運行管理的需要。

釩電池（VRB）是一種可以流動的電池，目前正在逐步進入商用化階段。VRB作為一種化學的能源存儲技術，和傳統的鉛酸電池、鎳鎘電池相比，它在設計上有許多獨特之處，性能上也適用于多種工業場合，比如：可以替代油機、備用電源等。釩電池將存儲在電解液中的能量轉換為電能，這是通過兩個不同類型的、被一層隔膜隔開的釩離子之間交換電子來實現的。電解液是由硫酸和釩混合而成的，酸性和傳統的鉛酸電池一樣。由于這個電化學反應是可逆的，所以VRB電池既可以充電，也可以放電。充放電時，隨著兩種釩離子濃度的變化，電能和化學能相互轉換。VRB電池由兩個電解液池和一層層的電池單元組成。電解液池用于盛兩種不同的電解液，每個電池單元由兩個“半單元”組成，中間夾著隔膜和用于收集電流的電極。兩個不同的“半單元”中盛放著不同離子形態的釩的電解液。每個電解液池配有一個泵，用于在封閉的管道中為每一個“半單元”輸送電解液。當帶電的電解液在一層層的電池單元中流動時，電子就流動到外部電路，這就是放電過程。當從外部將電子輸送到電池內部時，相反的過程就發生了，這就是給電池單元中的電解液充電，然后再由泵輸送回電解液池。在VRB中，電解液在多個電池單元間流動，電壓是各單元電壓串聯形成的，標稱電壓是1.2V。電流密度由電池單元內電流收集極的表面積決定，但是電流的供應取決于電解液在電池單元間的流動，而不是電池層本身。VRB電池技術的一個最重要的特點是：峰值功率取決于電池層總的表面積，而電池的電量則取決于電解液的多少。在傳統的鉛酸和鎳福電池中，電極和電解液被放置到一塊，功率和能量強烈地依賴于極板面積和電解液的容量。但VRB電池不是這樣，它的電極和電解液不一定必須放到一塊，這就意味著能量的存放可以不受電池外殼的限制。從電力上來講，不同等級的能量可以為電池層中不同的電池單元或單元組中通過提供足夠的電解液來得到，給電池層充電和放電不一定需要相同的電壓。例如，VRB電池可以用串聯電池層的電壓放電，而充電則可以在電池層的另一部分用不同的電壓進行。

研究顯示，釩電池組的庫侖效率隨充放電電流的增大而增大，電池級能量隨著放電電流的增加而減小。更多的數據和實驗表明，包括充電電流大小、充電深度、電解液溫度以及流量均會影響釩電池的性能，而普通蓄電池管理系統不具備多種參數的檢測功能。

發明內容：

為了彌補現有電池管理系統的不足，本發明提供一種更全面更完備的釩電池管理系統，解決普通蓄電池管理系統不具備多種參數檢測功能等問題。并期望通過測控和管理電池的電壓、電堆總電壓、充放電電流、電解液液面高度、流量、壓力、溫度等參數，并對采集的數據進行實時監控和對比分析，保證及時對電池工作狀態和工作指數進行調整，自動控制，使釩電池處于最佳工作狀態。

本發明解決技術問題采用如下技術方案：

一種釩電池管理系統，釩電池管理系統主要包括：電池管理主控制器，以及分別與電池管理主控制器相連的與電壓采集單元、電解液檢測單元、控制單元、報警單元和通訊單元。

所述的釩電池管理系統，電壓采集單元包括電池堆1至電池堆N，N≤20。

所述的釩電池管理系統，每個電池堆分別通過IO接口與單體電壓采集和均衡模塊相連，單體電壓采集和均衡模塊之間通過SPI串行外設接口連接，電壓采集單元的電池堆通過單體電壓采集和均衡模塊與電池管理主控制器相連，單體電壓采集和均衡模塊經轉換器進行電池單體電壓的數據采集，經轉換獲得電池單體電壓的數據和信號。

所述的釩電池管理系統，在每個單體電壓采集和均衡模塊中設置電池管理芯片，通過電池管理芯片，單體電壓采集和均衡模塊串聯設置，用于對每個電池的電壓進行測量及欠壓和過壓監控，并對過度充電進行放電。