一种钒电池SOC平衡系统的制作方法

一种钒电池soc平衡系统
技术领域
1.本技术涉及钒电池的领域，尤其是涉及一种钒电池soc平衡系统。


背景技术：

2.钒电池是一种蓄电池，能够利用钒离子在不同氧化态下的不同化学势能保存能量。钒电池具有充放电效率高、电解液可以循环使用等优点。
3.可以了解的是，一个正极电解液罐与一个负极电解液罐之间可以连接很多个电堆，所有电堆串联在一起能够提高电池容量，所有电堆并联在一起能够提高功率，因此采用先串联再并联的方式能够形成性能较好的蓄电池，不过会使得管路损耗较大，同时管路电流增大，容易造成电堆破坏。但是，一旦将液路断开，划分为几组并联的电堆，并为每一组电堆配置有一个正极电解液罐与一个负极电解液罐，经过长时间运行后，可能会出现soc不平衡的问题，进而影响电池容量。


技术实现要素：

4.为了改善soc不平衡的问题，本技术提供了一种钒电池soc平衡系统。
5.本技术提供的一种钒电池soc平衡系统采用如下的技术方案：一种钒电池soc平衡系统，包括检测模块、控制模块、负载模块和多个钒电池模块；多个所述钒电池模块依次串联；所述检测模块用于检测多个钒电池模块的soc值并输出；所述控制模块连接检测模块，用于接收多个soc值，并根据多个soc值的大小将所述负载模块接入多个钒电池模块中的一个钒电池模块中。
6.通过采用上述技术方案，检测模块能够检测多个钒电池模块的soc值，控制模块能够根据多个soc值的大小将负载接入其中一个钒电池模块中，使得接入负载模块的钒电池模块能够通过负载模块放电，进而降低该钒电池模块的soc值，以使得多个钒电池模块的soc值平衡。
7.可选的，所述钒电池模块设置有两个，分别为第一钒电池模块、第二钒电池模块；所述第一钒电池模块与第二钒电池模块串联；所述检测模块用于检测所述第一钒电池模块的soc值，输出soc1值，并用于检测所述第二钒电池模块的soc值，输出soc2值；所述控制模块连接检测模块，用于接收所述soc1值和soc2值，并根据所述soc1值和soc2值的差值将所述负载模块接入所述第一钒电池模块或第二钒电池模块中。
8.通过采用上述技术方案，检测模块能够检测第一钒电池模块和第二钒电池模块的soc值，控制模块能够根据soc1值和soc2值的差值将负载接入第一钒电池模块或者第二钒电池模块中，使得第一钒电池模块和第二钒电池模块能够通过负载模块放电，进而达到soc1值与soc2值接近，以使得第一钒电池模块与第二钒电池模块的soc值平衡。
9.可选的，所述负载模块分别并联于所述第一钒电池模块和第二钒电池模块，且所
述负载模块与所述第一钒电池模块和第二钒电池模块连接的回路上分别设置有至少一个可控开关；所述控制模块用于在soc1值与soc2值的差值大于第一预设值时，输出第一闭合信号，并用于在soc1值与soc2值的差值小于第二预设值时，输出第二闭合信号；位于所述负载模块与第一钒电池模块连接的回路上的至少一个可控开关用于在接收到第一闭合信号时闭合；位于所述负载模块与第二钒电池模块连接的回路上的至少一个可控开关用于在接收到第二闭合信号时闭合。
10.通过采用上述技术方案，当soc1值与soc2值的差值大于第一预设值时第一钒电池模块接入负载模块放电。当soc1值与soc2值的差值小于第二预设值时第二钒电池模块接入负载模块放电，以将soc1值与soc2值的差值控制在允许范围内，进而使得soc平衡。
11.可选的，所述第一钒电池模块和第二钒电池模块均包括一个正极电解液罐、一个负极电解液罐和多个并联的电堆；所述正极电解液罐通过管道分别与每个电堆的正极和负极连通，所述负极电解液罐通过管道分别与每个电堆的正极和负极连通；所述负载模块并联于第一钒电池模块的电堆以及第二钒电池模块的电堆。
12.可选的，所述负载模块与第一钒电池模块连接的回路以及所述负载模块与第二钒电池模块连接的回路具有公共支路，位于所述负载模块与第一钒电池模块连接的回路上的至少一个可控开关以及位于所述负载模块与第二钒电池模块连接的回路上的至少一个可控开关组成双刀双掷可控开关。
13.可选的，与所述正极电解液罐连接的管路以及与所述负极电解液罐连接的管路上均设置有循环泵。
14.通过采用上述技术方案，循环泵能够将正极电解液和负极电解液泵送至每一个电堆。
15.可选的，所述控制模块包括处理单元和控制单元；所述处理单元连接检测模块，用于接收所述soc1值和soc2值，用于计算所述soc1值与soc2值的差值，并用于输出所述soc1值与soc2值的差值；所述控制单元连接处理单元，用于接收所述soc1值与soc2值的差值，并用于在所述soc1值与soc2值的差值大于所述第一预设值时，输出所述第一闭合信号，并用于在所述soc1值与soc2值的差值小于所述第二预设值时，输出所述第二闭合信号。
16.可选的，所述第一钒电池模块中的正极电解液罐和负极电解液罐之间以及所述第二钒电池模块中的正极电解液罐和负极电解液罐之间还连接有平衡管，所述平衡管上均设置有可控平衡阀；还包括液位检测装置，所述液位检测装置用于检测每个正极电解液罐和每个负极电解液罐中的液位，输出液位检测信号；所述控制单元还连接液位检测装置，用于接收液位检测信号，并用于在所述液位检测信号所反映的液位值的差值小于差值预设值时，输出启动信号；还用于在所述液位检测信号所反映的液位值的差值大于差值预设值时，输出调节信号；所述可控平衡阀连接所述控制单元，用于在接收到所述调节信号时开启；
所述检测模块还用于在接收到启动信号时对所述第一钒电池模块和第二钒电池模块进行检测。
17.通过采用上述技术方案，当正极电解液与负极电解液的液位差过大时，需要先开启平衡阀平衡正极电解液和负极电解液的液位，然后再对第一钒电池模块的soc值和第二钒电池模块的soc值进行检测。
18.综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：1.检测模块能够检测第一钒电池模块和第二钒电池模块的soc值，控制模块能够根据soc1值和soc2值的差值将负载接入第一钒电池模块或者第二钒电池模块中，使得第一钒电池模块和第二钒电池模块能够通过负载模块放电，进而达到soc1值与soc2值接近，以使得第一钒电池模块与第二钒电池模块的soc值平衡。
附图说明
19.图1是本技术实施例的钒电池soc平衡系统的系统示意图。
20.图2是本技术实施例的钒电池soc平衡系统的一种电路示意图。
21.图3是本技术实施例的钒电池soc平衡系统的另一种电路示意图。
22.附图标记说明：1、检测模块；2、控制模块；21、处理单元；22、控制单元；3、第一钒电池模块；31、正极电解液罐；32、负极电解液罐；33、电堆；4、第二钒电池模块；5、负载模块；6、管道；7、循环泵；8、可控平衡阀；9、液位检测装置。
具体实施方式
23.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图1-3及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
24.本技术实施例公开一种钒电池soc平衡系统。参照图1和图2，钒电池soc平衡系统包括检测模块1、控制模块2、负载模块5和多个钒电池模块。通过检测模块1对多个钒电池模块的soc值进行检测，使得控制模块2能够根据soc值的大小控制负载模块5接入其中一个钒电池模块中，以消耗该钒电池模块的电能，进而使得多个钒电池模块的soc值达到平衡。
25.具体的，钒电池模块可以设置有两个。当本技术的钒电池soc平衡系统中有两个钒电池模块时，为了进行区分，两个钒电池模块分别为第一钒电池模块3和第二钒电池模块4。进一步的，检测模块1对第一钒电池模块3和第二钒电池模块的soc值进行检测使得控制模块2能够根据第一钒电池模块3和第二钒电池模块4的soc值的差值控制第一钒电池模块3或第二钒电池模块4接入负载模块5以消耗电能，进而使得第一钒电池模块3和第二钒电池模块4的soc值达到平衡。
26.第一钒电池模块3与第二钒电池模块4串联。其中，第一钒电池模块3与第二钒电池模块4均包括一个正极电解液罐31和一个负极电解液罐32以及多个并联的电堆33，两组并联的电堆33串联在一起。由于第一钒电池模块3与第二钒电池模块4的连接方式相同，故本技术实施例中以第一钒电池模块3为例进行介绍。
27.第一钒电池模块3中的正极电解液罐31和负极电解液罐32分别与每个电堆33的正极和负极通过管道6连通，且与正极电解液罐31连通的管道6上以及与负极电解液罐32连通
的管道6上还设置有循环泵7，以使得正极电解液能够在正极电解液罐31与每个电堆33之间流通，同样的，也使得负极电解液能够在负极电解液罐32与每个电堆33之间流通。
28.不仅如此，正极电解液罐31和负极电解液罐32之间还设置有平衡管，平衡管使得正极电解液罐31和负极电解液罐32连通。当然，平衡管上还设置有可控平衡阀8，以在正极电解液罐31和负极电解液罐32内的液位差较大时通过控制可控平衡阀8开启使得正极电解液管和负极电解液罐32内的液位一致。
29.负载模块5分别并联于第一钒电池模块3和第二钒电池模块4。具体来说，负载模块5包括负载电阻器r，负载电阻器r分别并联于第一钒电池模块3的电堆33和第二钒电池模块4的电堆33。其中，负载电阻器r与第一钒电池模块3和第二钒电池模块4连接的回路上分别设置有至少一个可控开关。通过控制这些可控开关的闭合状态使得负载电阻器r能够接入第一钒电池模块3或者第二钒电池模块4中。
30.值得说明的是，负载电阻器r与第一钒电池模块3和第二钒电池模块4连接的回路上设置的可控开关的数量取决于负载电阻器r与第一钒电池模块3和第二钒电池模块4的连接方式。其中，负载电阻器r与第一钒电池模块3和第二钒电池模块4连接的回路上可以分别设置一个可控开关，也可以分别设置两个可控开关。
31.参照图3，具体的，负载电阻器r与一个可控开关k1串联，负载电阻器r和可控开关k1分别与第一钒电池模块3中的电堆33以及第二钒电池模块4中的电堆33并联。同时，第一钒电池模块3中的电堆33与可控开关k1连接的支路上或者与负载电阻器r连接的支路上还设置有可控开关k2。同理，第二钒电池模块4中的电堆33与可控开关k1连接的支路上或者与负载电阻器r连接的支路上还设置有可控开关k3。显而易见地，同时将可控开关k1与可控开关k2闭合，将可控开关k3断开，即可使负载电阻器r接入第一钒电池模块3中；相应地，同时件可控开关k1与可控开关k3闭合，将可控开关k2断开，即可使负载电阻器r接入第二钒电池模块4中。当然，同时将可控开关k1、可控开关k2和可控开关k3都断开，即不接入负载电阻器r。
32.参照图2，进一步的，在本技术中，除负载电阻器r所在的支路外，负载电阻器r与第一钒电池模块3和第二钒电池模块4连接的回路还具有公共支路。与此同时，负载电阻器r与第一钒电池模块3和第二钒电池模块4连接的回路上分别设置有一个可控开关。优选的，可将负载电阻器r与第一钒电池模块3和第二钒电池模块4连接的回路上分别设置的可控开关当作同一个可控开关k4，可控开关k4为双刀双掷开关。具体来说，可控开关k4的两个固定端分别与负载电阻器r的两端连接。公共支路以及负载电阻器r与第一钒电池模块3和第二钒电池模块4连接的回路上除公共支路外均设置有一个连接端。可控开关4的两个活动端能够与上述公共支路上的连接端连接，并和负载电阻器r与第一钒电池模块3及第二钒电池模块4连接的回路上除公共支路外的任一连接端连接以形成回路，使得负载电阻器r接入第一钒电池模块3或第二钒电池模块4。当然，可控开关4的两个活动端均不与上述三个接线端连接，则负载电阻器r不接入第一钒电池模块3和第二钒电池模块4。
33.参照图1和图2，一般的，在对两组正极电解液罐31和负极电解液罐32进行soc检测之前，首先需要使得两组正极电解液罐31和负极电解液罐32中的液位达到一致。因此，本技术的钒电池soc平衡系统还包括液位检测装置9。
34.液位检测装置9用于检测每个正极电解液罐31和每个负极电解液罐32中的液位，
输出液位检测信号。优选的，液位检测装置9为液位传感器。当然，还可以采用诸如液位计等具有测量液位功能的测量仪表。
35.控制模块2连接液位检测装置9，用于接收液位检测信号，并用于在液位检测信号所反映的液位值的差值小于差值预设值时，输出启动信号；还用于在液位检测信号所反映的液位值的差值大于差值预设值时，输出调节信号。其中，控制模块2包括处理单元21和控制单元22。
36.控制单元22连接液位检测装置9，用于接收液位检测信号，并用于在液位检测信号所反映的液位值的差值小于差值预设值时，输出启动信号；还用于在液位检测信号所反映的液位值的差值大于差值预设值时，输出调节信号。
37.值得说明的是，在对两组正极电解液罐31和负极电解液罐32进行soc检测之前，两组正极电解液罐31和负极电解液罐32之间的液位差可能为零，也可能较小，还可能较大。通常，两组正极电解液罐31和负极电解液罐32初始的液位值相差较小是可以被允许的，即不会对后期soc平衡等操作产生较大影响。故，在液位检测信号所反映的液位值的差值小于差值预设值时，控制单元22即可输出启动信号。具体的，上述液位差为同一组的正极电解液罐31和负极电解液罐32之间的液位的差值。在本技术中，差值预设值为20cm。当然，差值预设值可以根据实际情况进行适应性调整。
38.可控平衡阀8连接控制单元22，用于接收调节信号，并在接收到调节信号时开启。此时，同一组的正极电解液罐31和负极电解液罐32连通，并且液位较高的一个电解液罐中的液体会向另一个电解液罐流动，使得两个电解液罐的液位相同。当对两个电解液罐中的液体完成调整后，可控平衡阀8关闭。具体的，可以由液位检测装置9对正极电解液罐31和负极电解液罐32的液位进行检测，当正极电解液罐31和负极电解液罐32的液位相同时，控制单元22控制可控平衡阀8关闭。当然，也可以为可控平衡阀8设定开启时间，当控制单元22控制可控平衡阀8开启后，并开启预设时长后，可控平衡阀8自动关闭。上述仅提供了两种控制方式作为参考，并不对其他控制方式进行限定。相应的，在可控平衡阀8关闭后，控制单元22输出启动信号。
39.检测模块1连接控制单元22，用于接收启动信号，并在接收到启动信号时对第一钒电池模块3和第二钒电池模块4进行检测。具体的，检测模块1用于检测第一钒电池模块3的soc值，输出soc1值；并用于检测第二钒电池模块4的soc值，输出soc2值。值得说明的是，检测模块1在检测第一钒电池模块3的soc1值和第二钒电池模块4的soc2值时并不能直接检测，故检测模块1实际检测的是第一钒电池模块3或第二钒电池模块4上两极之间的开路电压即ocv，进而将开路电压转换为相应的soc值。
40.进一步的，处理单元21连接检测模块1，用于接收soc1值和soc2值，并用于计算soc1值与soc2值的差值，输出soc1值与soc2值的差值。
41.控制单元22连接处理单元21，用于接收soc1值与soc2值的差值，并用于在soc1值与soc2值的差值大于第一预设值时，输出第一闭合信号，并用于在soc1值与soc2值的差值小于第二预设值时，输出第二闭合信号。其中，第一闭合信号用于控制位于负载电阻器r与第一钒电池模块3连接的回路上的至少一个可控开关闭合，同时控制其他可控开关断开，第二闭合信号用于控制位于负载电阻器r与第二钒电池模块4连接的回路上的至少一个可控开关闭合，同时控制其他开关断开。
42.可以了解的是，soc1值与soc2值的差值大于第一预设值能够说明第一钒电池模块3的soc1值大于第二钒电池模块4的soc2值，且soc1值与soc2值的差值大于第一预设值。此时，控制单元22需要控制位于负载电阻器r与第一钒电池模块3连接的回路上的至少一个可控开关闭合，同时控制其他可控开关断开，使得负载电阻器r接入第一钒电池模块3，以通过负载电阻器r消耗第一钒电池模块3的能量，从而降低soc1值。
43.同样的，soc1值与soc2值的差值小于第二预设值能够说明第一钒电池模块3的soc1值小于第二钒电池模块4的soc2值，且soc1值与soc2值的差值小于第二预设值，这里需要注意的是，第二预设值是负数。此时，控制单元22需要控制位于负载电阻器r与第二钒电池模块4连接的回路上的至少一个可控开关闭合，同时控制其他可控开关断开，使得负载模块5接入第二钒电池模块4，以通过负载电阻器r消耗第二钒电池模块4的能量，从而降低soc2值，以达到平衡第一钒电池模块3和第二钒电池模块4的soc值的效果。
44.除此之外，当soc1值与soc2值的差值大于第二预设值且小于第一预设值时说明第一钒电池模块3的soc1值与第二钒电池模块4的soc2值之间的差值处于被允许的范围内。此时，控制单元22控制所有的可控开关断开，使得负载电阻器r不接入第一钒电池模块3和第二钒电池模块4中。
45.在本技术中，第一预设值为2%，第二预设值为-2%，当然，第一预设值和第二预设值可根据实际情况进行适应性设计。上述所提及的液位检测过程、soc检测过程和soc平衡过程为钒电池soc平衡系统开启和预处理阶段的过程。
46.进一步的，当soc平衡系统进入正常工作状态后，第一预设值改为5%，第二预设值改为-5%，即当soc1值与soc2值的差值大于5%时，负载电阻器r接入第一钒电池模块3，当soc1值与soc2值的差值小于-5%时，负载电阻器r接入第二钒电池模块4，当soc1值与soc2值的差值大于-5%且小于5%时，负载电阻器r与第一钒电池模块3和第二钒电池模块4的连接状态保持不变。
47.另外，在本领域中，检测模块1和控制模块2通常采用ems控制器。
48.当本技术钒电池soc平衡系统中有三个或三个以上的钒电池模块时，与具有两个钒电池模块的的钒电池soc平衡系统的区别仅在于：多个钒电池模块依次串联。同样的，由每个钒电池模块中并联的电堆依次串联在一起。
49.此时，负载电阻器r分别并联于每个钒电池模块的电堆。其中，负载电阻器r与每个钒电池模块连接的回路上分别设置有至少两个可控开关。通过控制这些可控开关的的闭合状态使得负载电阻器r能够接入至其中一个钒电池模块中。负载电阻器r与多个钒电池模块的连接方式具体可参照上述负载电阻器r与第一钒电池模块3和第二钒电池模块4的连接方式。值得说明的是，与负载电阻器r串联的可控开关为负载电阻器r与每个钒电池模块连接的回路中的公共可控开关。
50.处理单元21用于接收所有的soc值，并用于比较所有soc值的大小，以确定其中最大的soc值和最小的soc值，而后计算最大的soc值和最小的soc值的差值并输出。
51.控制单元22用于接收上述最大的soc值与最小的soc值的差值，并用于在该差值大于第一预设值时，输出第三闭合信号。第三闭合信号用于控制最大的soc值所对应的钒电池模块与负载电阻器r连接的回路上的两个可控开关闭合，同时控制其他可控开关断开，使得负载电阻器r接入与最大的soc值对应的钒电池模块，以通过负载电阻器r消耗该钒电池模
块的能量，从而降低其soc值。
52.当最大的soc值与最小的soc值的差值小于第一预设值时说明任意两个钒电池模块的soc值的差值都处于被允许的范围内。此时，控制单元22控制所有的可控开关断开，使得负载电阻器r不接入任一钒电池模块中。
53.同样的，当soc平衡系统进入正常工作状态后，第一预设值改为5%，即最大的soc值与最小的soc值的差值大于5%时，负载电阻器r接入与最大的soc值对应的钒电池模块中，当最大的soc值与最小的soc值的差值小于5%时，负载电阻器r与多个钒电池模块的连接状态保持不变。
54.本技术实施例一种钒电池soc平衡系统的实施原理为：将负载模块5同时与多个钒电池模块连接，并在负载模块5与每个钒电池模块连接的回路上设置可控开关。通过检测模块1对多个钒电池模块的soc值进行检测，并且控制模块2根据多个soc值的大小将负载模块5接入其中一个钒电池模块中，使得该钒电池模块能够通过负载模块5消耗能量，进而达到soc值平衡。
55.以上均为本技术的较佳实施例，并非依此限制本技术的保护范围，本说明书（包括摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或者具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。