[发明专利]结合多个电解液储液器的钒氧化还原电池

说明书

技术领域

本发明涉及氧化还原液流电池技术，具体地，涉及用于提供能够进行 有效操作和模块容量扩展的氧化还原液流电池的系统和方法。

附图说明

在以下多个实施例的描述和附图中，通过实例描述了本发明的各个方 面和优点。应该理解，附图仅示出了典型实施例，因此不应认为其限制了 本发明的范围。将参照附图具体详细地描述和解释本发明的实施例，其中：

图1是根据本发明教导的钒氧化还原电池能量存储系统的一个实施 例的框图；

图2是根据本发明教导的钒氧化还原电池能量存储系统的一个实施 例的框图；

图3是示出用于更改根据本发明教导的钒氧化还原电池能量存储系 统的容量的处理方法的流程图；

图4是根据本发明教导的钒氧化还原电池能量存储系统的一个实施 例的示图；以及

图5是可被使用以可将中型散装容器用作本发明中的第二电解液储 液器的帽机构(cap mechanism)的实施例。

具体实施方式

诸如可充电电池的能量存储系统是电力系统，尤其是通过风力涡轮发 电机、光伏阵列等提供的电力系统的重要部分。能量存储系统还可以用在 以下方面：能够在非高峰时期进行买卖电力的能量套利应用；不间断电源 (UPS)；提供备份电源；与主电源结合的电力质量应用。

钒氧化还原液流电池能量存储系统(以下称为“VRB-ESS”)用于这 些应用中是理想的，这是因为它们可以对改变负载作出快速响应(如UPS 和电力质量应用所要求的)，以及可以被配置为具有大容量(如主电源应 用所需要的)。在Skyllas-Kazacos等人的美国专利4,786,567中描述了全 钒氧化还原电池，其结合于此作为参考。

VRB-ESS典型地通过经由一个或多个单元(cell)传送阳极电解液和 阴极电解液溶液来生成电力。VRB-ESS可包括任意数目和配置的单元， 这取决于系统的瞬时功率要求。类似地，VRB-ESS可具有可应用于其的 取决于系统需要的能量容量的可变量的电解质溶液。VRB-ESS内单元的 数量和截面积可以确定VRB-ESS能够产生的瞬时功率量，并且可用于 VRB-ESS的阳极电解液和阴极电解液的容量可以限定VRB-ESS的电源 存储和生成容量。在Pellegri等人的美国专利6,475,661中描述了具有单 元堆叠的VRB-ESS，其结合于此作为参考。

当用作UPS或任意其他低容量应用时，可以期望减少通过VRB-ESS 循环的电解液的量。这样由于电解液自放电而使电解液中的功率损耗最 小，并且减少了通过系统抽取电解质溶液的能量损耗。然而，在高容量应 用(即，主电源应用)中，可能需要通过经由较大的电解液储液器向 VRB-ESS提供附加电解质溶液来增加VRB-ESS电力存储容量。此外， 即使在低容量UPS应用中，VRB-ESS也可能在主电源故障的情况下需要 附加能量容量。

即使在这些低容量和高容量模式中，各种VRB-ESS应用也会具有广 泛不同的容量需求。例如，用作办公大楼单层的UPS的VRB-ESS会比用 作整个大楼或楼群的UPS的VRB-ESS需要小很多的容量。这样，难以产 生具有能够有效提供用于这些广泛改变的容量需求的电解液储液器的 VRB-ESS。这在UPS应用中尤其确切，其中，使用限制量的电解液使 VRB-ESS非常有效地工作，但是需要针对主电源的长期故障的可能性来 提供大量的电解液。

对操作改变容量需求的这种需要将迫使消费者使用具有比所需容量 大很多的容量的VRB-ESS，从而导致更低效的工作。类似地，被限定空 间约束的消费者可能需要购买定制大小的电解液储液器，这显著增加了系 统成本。此外，即使在非常高容量的UPS应用中，优选在待机操作期间 以尽可能少的电解质来运行VRB-ESS，以在主电源故障的情况下提高效 率并保存未使用电解质的电荷。