阅读说明：本技术 液流电池系统 (Flow battery system ) 是由 赵明 郭威 许贤昶 黄峰 陈奇 于 2020-07-09 设计创作，主要内容包括：本申请提供了一种液流电池系统,该液流电池系统包括多个电池罐和多组电池堆,每个电池罐分别对应一组电池堆,同一组电池堆中的各液流电池堆共同连接该组电池堆对应的电池罐,其中,同一组电池堆中的各液流电池堆分属不同的电池簇,同一电池簇中的液流电池堆依次串联连接；所述液流电池系统以电池簇为能量单元,与外界进行能量交换。本申请的有益效果在于：通过将不同电池罐对应的液流电池对进行串联,显著提升液流电池系统的电压等级；在相同电流下,能极大提升液流电池系统容量；同时降低了现有技术中电池堆串联效率损失大的现状,提升液流电池充放电转换效率。(The application provides a flow battery system, which comprises a plurality of battery tanks and a plurality of groups of battery stacks, wherein each battery tank corresponds to one group of battery stacks, each flow battery stack in the same group of battery stacks is connected with the battery tank corresponding to the group of battery stacks, each flow battery stack in the same group of battery stacks belongs to different battery clusters, and the flow battery stacks in the same battery cluster are sequentially connected in series; the flow battery system takes the battery cluster as an energy unit and exchanges energy with the outside. The beneficial effect of this application lies in: the flow battery pairs corresponding to different battery tanks are connected in series, so that the voltage level of the flow battery system is remarkably improved; under the same current, the system capacity of the flow battery can be greatly improved; meanwhile, the current situation of high loss of series efficiency of the cell stack in the prior art is reduced, and the charge-discharge conversion efficiency of the flow battery is improved.)

液流电池系统

技术领域

本申请涉及储能技术领域，具体涉及液流电池系统。

背景技术

液流电池是储能领域中应用比较广泛的一种电化学储能方式，液流电池技术具有长寿期、环境友好、安全可靠性高、适应性强、成本低等诸多优点，输出功率为数千瓦至数十兆瓦，储能容量可达数小时以上，是一种规模化固定储能场合，是大规模储能的技术路线之一。

但目前的液流电池还存在着许多不足之处，如由于液流电池电压低，相同电流等级下，液流电池容量低；在低电压、大电流系统下，液流电池储能效率低下；液流电池中的单个电池堆功率小，数量多，在隔离电池堆时需要变压器数量多、造成液流电池总体体积大，占地面积多；现有液流电池的电路连接形式有形成共模环流的风险，共模环流的存在不仅产生额外的损耗，影响变换效率，而且电磁干扰严重，影响各类设备正常运行。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本申请以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的液流电池系统。

依据本申请的一方面，提供了一种液流电池系统，包括多个电池罐和多组电池堆，每个电池罐分别对应一组电池堆，同一组电池堆中的各液流电池堆共同连接该组电池堆对应的电池罐，其中，同一组电池堆中的各液流电池堆分属不同的电池簇，同一电池簇中的液流电池堆依次串联连接；

所述液流电池系统以电池簇为能量单元，与外界进行能量交换。

优选的，在上述的液流电池系统中，各液流电池堆具有组号和簇号。

优选的，在上述的液流电池系统中，各组电池堆中的液流电池堆数量均相同。

优选的，在上述的液流电池系统中，液流电池系统还包括与电池簇一一对应的多个电力电子变换器，每个电池簇分别连接一个电力电子变换器的直流端。

优选的，在上述的液流电池系统中，电力电子变换器为DC/AC变换器，或者为DC/DC变换器和DC/AC变换器的组合。

优选的，在上述的液流电池系统中，液流电池系统还包括变压器，电力电子变换器的交流端与所述变压器相连。

优选的，在上述的液流电池系统中，变压器为移相变压器。

优选的，在上述的液流电池系统中，电力电子变换器的交流端与移相变压器的二次侧绕组连接，移相变压器的二次侧绕组数量不小于电池簇的数量。

优选的，在上述的液流电池系统中，移相变压器用于降低变压器高压侧的电流谐波，提高液流系统的电能质量。

优选的，在上述的液流电池系统中，液流电池系统还包括开关柜，开关柜与所述变压器连接。

本申请提供了一种液流电池系统，包括多个电池罐和多组电池堆，每个电池罐分别对应一组电池堆，同一组电池堆中的各液流电池堆共同连接该组电池堆对应的电池罐，其中，同一组电池堆中的各液流电池堆分属不同的电池簇，同一电池簇中的液流电池堆依次串联连接；所述液流电池系统以电池簇为能量单元，与外界进行能量交换。本申请的有益效果在于：通过将不同电池罐对应的液流电池进行串联，显著提升液流电池系统的电压等级，相同电流下就可以极大提升液流电池系统容量，同时降低了现有技术中电池堆串联效率损失大的问题，提升液流电池充放电转换效率。

上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的

具体实施方式

。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了根据本申请一个实施例的液流电池系统的结构示意图；

图2示出了根据本申请一个实施例的铁铬液流电池系统的结构示意图；

图3示出了根据现有技术中的一种液流电池系统的电路结构示意图；

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本申请的示例性实施例。虽然附图中显示了本申请的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本申请而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本申请，并且能够将本申请的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本申请的构思在于，针对现有技术中液流电池的电压较小，如果将同一个电池罐下的电池堆进行串联，会导致电化学液体回流，从而产生转换效率损失的现状，提出了一种液流电池系统，该系统通过将不同电池罐对应的电池堆进行串联，显著提升液流电池系统的电压等级，相同电流下就可以极大提升液流电池系统容量，同时降低了现有技术中同一电池罐的电池堆串联效率损失大的问题，提升液流电池充放电转换效率。

图1示出了根据本申请一个实施例的液流电池系统的结构示意图，该液流电池系统包括多个电池罐和多组电池堆，每个电池罐分别对应一组电池堆，同一组电池堆中的各液流电池堆共同连接该组电池堆对应的电池罐，其中，同一组电池堆中的各液流电池堆分属不同的电池簇，同一电池簇中的液流电池堆依次串联连接；所述液流电池系统以电池簇为能量单元，与外界进行能量交换。

液流电池发电基本原理是通过化学氧化还原反应的得失电子实现电荷交换形成电势和电流，以铁铬液流电池举例说明如下：

图2示出了根据本申请一个实施例的铁铬液流电池系统的结构示意图，从图2中可以看出，液流电池主要包括电池罐和电池堆，电池罐为两个，其中一个为正极电池罐，一个为负极电池罐，在实际情况中，通常情况下一个电池罐可同时为多个电池堆提供液态电子流，液流电池的一个明显特点就是电压低，一般单个电池堆的电压在200V以下。

储能介质，即电解质溶液，存储在电池对外部的电解液电池罐中，电池内部正负极之间由离子交换膜分隔成彼此相互独立的两室，即正极侧室与负极侧室，电池工作时正负极电解液由各自的送液泵强制通过各自反应室循环流动，参与电化学反应。以正极为例，正极电解液溶液被泵送至正极侧室，在电极上发生氧化反应。充电时电池外接电源，将电能转化为化学能，储存在电解质溶液中；放电时电池外接负载，将储存在电解质溶液中的化学能转化为电能，供负载使用。

本申请中对液流电池的种类不限制，可为现有技术中的任意一种，或满足液流电池反应体系的均可，如铁铬体系液流电池、铁钛体系液流电池、全钒体系液流电池、钒溴体系液流电池、钒镉体系液流电池、铁钒体系液流电池、多硫化钠溴体系液流电池等。

图3示出了根据现有技术中的一种液流电池系统的电路结构示意图，从图3可以看出，电池罐母线连接若干个液流电池堆，同时向各液流电池堆供给电解液，图3示出的液流电池系统中，各个液流电池堆的关系为并联关系，这种连接关系存在的问题是液流电池的电压较小，通常都在200V以下，在相同的电流大小下，液流电池系统的容量较小；且在大电流的情况下，液流电池系统的工作效率是比较低下的。针对这种情况，现有技术中采用将各个液流电池堆进行串联以提高液流电池的电压，但是，这种办法会导致电化学液体回流，从而产生转换效率损失的现状；此外，这种办法由于同一个电池罐下的所有电池堆不隔离，交流侧最终汇入一点，因此不同电池堆对应的变换器无法直接并联，一般需要通过高共模阻抗并联，以减少回路共模电流。通常的高阻抗方式有隔离(包括工频隔离和高频隔离)或者共模电感，之所采取高阻抗并联的原因是电力电子变换器都从在共模电压，如果共模阻抗小，则会形成共模环流，不仅产生额外的损耗，影响变换效率，而且电磁干扰严重，影响各类设备正常运行。

针对上述情况，本申请提供了一种液流电池系统，其电路结构示意图如图1所述，该液流电池系统包括多个电池罐和多组电池堆，每个电池罐分别对应一组电池堆，同一组电池堆中的各液流电池堆共同连接该组电池堆对应的电池罐，其中，同一组电池堆中的各液流电池堆分属不同的电池簇，同一电池簇中的液流电池堆依次串联连接；所述液流电池系统以电池簇为能量单元，与外界进行能量交换。

为了方便说明，在本申请的液流电池系统中，对各液流电池堆可设置有有组号和簇号。

本申请中的液流电池系统包括多个电池罐，编号为1#罐、2#罐、直至M#罐；每一个电池罐对应一组电池堆，该组电池堆包含多个液流电池堆，如1#罐的母线连接有1-1#液流电池堆、1-2#液流电池堆、直至M-N#液流电池堆；其中，M和N均为正整数。来自不同的电池罐对应的液流电池堆组成电池簇，在电池簇中，各液流电池堆位之间为串联关系，如1-1#液流电池堆、2-1#液流电池堆、直至M-1#液流电池堆组成了第一电池簇，1-2#液流电池堆、2-2#液流电池堆、直至M-2#液流电池堆组成了第二电池簇。

在本申请中对各电池簇之间的连接关系不加限制，液流电池系统优选以电池簇为能量单元，与外界进行能量交换。

由图1所述的液流系统可以看出，本申请通过将不同电池罐对应的液流电池进行串联，显著提升液流电池系统的电压等级，相同电流下就可以极大提升液流电池系统容量，同时降低了现有技术中电池堆串联效率损失大的问题，提升液流电池充放电转换效率。

在本申请的一个实施例中，在上述的液流电池系统中，各组电池堆中的液流电池堆数量均相同。

在本申请中，各组电池堆中的液流电池堆数量可以不同，也可以相同，本申请推荐各组电池堆中的液流电池堆数量相同为一种优选方案，这样各电池簇中的液流电池堆的数量是相同，更加方便的使用，如液流电池电压的调整、直流电交流电的转换。

在本申请的一个实施例中，在上述的液流电池系统中，液流电池系统还包括与电池簇一一对应的多个电力电子变换器，每个电池簇分别连接一个电力电子变换器的直流端。

本申请的液流电池系统的输出端可直接连接用电设备，也可将液流电池输出的电能转换成需要的电能形式。如在本实施例中，液流电池系统还包括与电池簇一一对应的多个电力电子变换器，电力电子变换器包括但不限于直流斩波器、逆变器等，每个电池簇分别连接一个电力电子变换器的直流端。本申请中液流电池输出的电能形式为直流电，可通过电力电子变换器进行转换，如采用直流斩波器将固定的直流电能转换成可调的直流电能，又如通过逆变器将直流电能转换成交流电能。

在本申请的一个实施例中，在上述的液流电池系统中，电力电子变换器为DC/AC变换器，或者为DC/DC变换器和DC/AC变换器的组合，即输入端为直流端，输出端为交流端的变换器均可，通过电力电子变换器将直流电能转换成交流电能。

本申请推荐单级DC/AC变换器作为一种优选方案，在本申请的液流电池系统下，使用单级DC/AC变换器，直流电压比现有技术高，控制稳定性也更高。

在本申请的一个实施例中，在上述的液流电池系统中，液流电池系统还包括变压器，电力电子变换器的交流端与所述变压器相连。在实际应用过程中，220V的家用电压、380V的生产电压是最常用的电压，可通过变压器将电力电子变换器的交流端输出的交流电能装换成220V或380V的电能。

此外，在本申请的一个实施例中，上述的液流电池系统还可以连接到电网，用于进行电网负荷的削峰填谷(Peak cut)。削峰填谷是调整用电负荷的一种措施，随着用电量的增大，电力系统出现负荷峰谷值越来越大，单纯的对输配电线路进行升级扩容，不仅耗资大、效率低。而采用储能电池系统对配电网削峰填谷，在降低峰谷差值的同时，实现巨大的经济效益。

在现有技术中，如图3所示，各电力电子变换器分别连接有一个变压器，这样液流电池堆的数量庞大，因此需要的变压器数量也很多，导致液流电池系统总体体积很大，占地面积多。

本申请中，可将多个电力电子变换器的交流端连接至一个变压器上，推荐变压器采用移相变压器，如图1所示。

移相变压器是整流变压器的一种，整流变压器是整流设备的电源变压器，整流设备的特点是输入侧输入交流电能，而输出侧通过整流原件后输出直流电能。

整流设备的单相导电作用，引起整流变压器交变磁场波形的畸变，畸变的大小决定于直流容量占电网容量的比例和流入电网中的谐波电流的频率，及谐波次数。

在本申请的一个实施例中，在上述的液流电池系统中，电力电子变换器的交流端与移相变压器的二次侧绕组连接，移相变压器的二次侧绕组数量不小于电池簇的数量。

也就是电力电子变换器的输出端与移相变压器的输入端连接，具体的，与移相变压器的二次侧绕组接连，且移相变压器的二次侧绕组数量不小于电池簇的数量，每个电池簇对应的电力电子变换器的交流端分别连接在一个二次侧绕组上，即移相变压器的二次侧绕组数量与电池簇数量相等时，确保了每个电池簇都连接到一个二次侧绕组；当移相变压器的二次侧绕组数量大于电池簇数量相等时，可以进行容灾，所谓“容灾”，广义上指是指在相隔较远的异地，建立两套或多套功能相同的系统，互相之间可以进行健康状态监视和功能切换，当一处系统因意外停止工作时，整个应用系统可以切换到另一处，使得该系统功能可以继续正常工作。这本实施例中，如果出现一个二次侧绕组损坏的情况，可以将损坏的二次侧绕组对应的电力电子变换器的交流端切换至剩余的二次侧绕组上，这样设置，当出现故障时，维修简单，不用频繁更换设备。

抑制谐波的有效办法之一是通过对整流变压器高压侧进行移相，这种办法可以基本上消除幅值较大的低次谐波。即在本申请中，移相变压器可用于降低变压器高压侧的电流谐波，提高液流系统的电能质量。

在本申请的一个实施例中，在上述的液流电池系统中，液流电池系统还包括开关柜，开关柜与所述变压器连接，开关柜内装有开关可用于控制液流电池是并入电网，以供该电网连接的用户使用。也就是说本申请中的液流电池系统可以作为一种并网储能系统，如可电气连接至本地电网，成为其中的一部分。

综上所述，本申请提供了一种液流电池系统，包括多个电池罐和多组电池堆，每个电池罐分别对应一组电池堆，同一组电池堆中的各液流电池堆共同连接该组电池堆对应的电池罐，其中，同一组电池堆中的各液流电池堆分属不同的电池簇，同一电池簇中的液流电池堆依次串联连接；所述液流电池系统以电池簇为能量单元，与外界进行能量交换。本申请的有益效果在于：通过将不同电池罐对应的液流电池进行串联，显著提升液流电池系统的电压等级，相同电流下就可以极大提升液流电池系统容量，同时降低了现有技术中电池堆串联效率损失大的问题，提升液流电池充放电转换效率。

需要说明的是：

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本申请的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本申请并帮助理解各个申请方面中的一个或多个，在上面对本申请的示例性实施例的描述中，本申请的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本申请要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，申请方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本申请的单独实施例。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本申请的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

应该注意的是上述实施例对本申请进行说明而不是对本申请进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本申请可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。