[發明專利]釩離子濃度監測方法、釩電池SOC監測方法、設備及介質

有效

• 申請號: 202110701089.4
• 申請日: 2021-06-22
• 公開（公告）號: CN113437334B
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發明（設計）人: 汪保國;鄒志青;李盼;王國樑;楊輝
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海高等研究院
• 主分類號: H01M8/0444
• 分類號: H01M8/0444;H01M8/04537;H01M8/18;G01D21/02
• 代理公司: 上海光華專利事務所(普通合伙) 31219
• 代理人: 劉逸瀟

1.一種釩離子濃度監測方法，其特征在于，用于監測釩電池充放電過程中各價釩離子濃度，所述釩電池包括正負極存儲單元，所述正負極存儲單元的形狀相同，且分別對應存儲有正負極電解液；其中，正極電解液包含四價和五價釩離子；負極電解液中包含二價和三價釩離子；所述釩離子濃度監測方法包括：

獲取所述釩電池中釩離子的總初始濃度；

于一監測時刻，分別采集所述正負極電解液的液位信息、電位信息和溫度信息；同時，于所述正負極電解液中分別對應采集相同體積的正負極電解液樣本進行混合，以獲得混合電解液樣本，并采集所述混合電解液樣本的電位信息和溫度信息；

根據所述釩離子的總初始濃度，和所述正負極電解液的液位置信息、電位信息、溫度信息，以及所述混合電解液樣本的電位信息和溫度信息，通過構建方程組解算獲得所述監測時刻下各價釩離子的濃度信息，包括；

基于所述釩離子的總初始濃度和所述正負極電解液的液位置信息，構建正負極電解液的濃度方程；

基于所述監測時刻下的所述正極電解液的電位信息和溫度信息，構建正極電解液的能斯特方程，和基于所述監測時刻下的所述負極電解液的電位信息和溫度信息，構建所述負極電解液的能斯特方程；

根據所述監測時刻下的所述混合電解液樣本的電位信息和溫度信息，構建混合電解液樣本的能斯特方程；以及，

基于所述混合電解液樣本中釩離子的綜合價態和所述正負極電解液的綜合價態相同，構建釩離子綜合價態方程；

通過聯和解算所述正負極電解液的濃度方程、所述正極電解液的能斯特方程、所述負極電解液的能斯特方程、所述混合電解液樣本的能斯特方程和所述釩離子綜合價態方程，獲得所述監測時刻下各價釩離子的濃度信息。

2.根據權利要求1所述的釩離子濃度監測方法，其特征在于，于所述正負極電解液采集的所述電解液樣本的總容積不大于所述監測時刻下所述正負極電解液總容積的10‰。

3.根據權利要求1所述的釩離子濃度監測方法，其特征在于，所述正負極電解液的濃度方程，為：

其中，和分別為所述監測時刻下所述二價釩離子、所述三價釩離子、所述四價釩離子和所述五價釩離子的濃度信息，D_p、D_n分別對應為所述監測時刻下正極和負極電解液的液位，為所述釩電池中釩離子的總初始濃度；

所述正極電解液的能斯特方程，為：

其中，E⁺為所述監測時刻下的正極電解液的電位；E^θ(+)為正極電解液的標準電位；T⁺為所述監測時刻下的正極電解液的溫度；R為氣體常數，8.314J/(mol*K)；F為法拉第常數，96485C/mol；

所述負極電解液的能斯特方程，為：

其中，E^-為所述監測時刻下的負極電解液的電位；E^θ(-)為負極電解液的標準電位；T^-為所述監測時刻下的負極電解液的溫度；

所述混合電解液樣本的能斯特方程，為：

其中，E′為所述監測時刻下的所述混合電解液的電位；E^θ(′)為所述監測時刻下的所述混合電解液的標準電位；T′所述監測時刻下的所述混合電解液的溫度；為所述監測時刻下所述混合電解液中四價釩離子的濃度；所述監測時刻下所述混合電解液中三價釩離子的濃度；

所述釩離子綜合價態方程，為：

其中，V_III′所述監測時刻下所述混合電解液中三價釩離子的濃度。

4.一種釩電池SOC監測方法，其系特征在于，用于獲得與權利要求1至3中任一項所述釩離子濃度監測方法中所述監測時刻對應的釩電池SOC值；所述釩電池SOC監測方法包括：

利用權利要求1至3中任一項所述釩離子濃度監測方法獲取各價態釩離子濃度和所述正負極電解液的液位信息；

基于所述各價態釩離子濃度和包含所述各價態釩離子的正/負極電解液的液位信息，獲取各價態釩離子相對量；

比較所述正負極電解液中相配對釩離子對應的所述釩離子相對量的大小，基于比較結果確定SOC的計算方法，以獲得所述監測時刻下所述釩電池的SOC值。