一种钒电池SOC平衡系统结构及其控制方法与流程

一种钒电池soc平衡系统结构及其控制方法
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平衡系统结构及其控制方法。


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，为了提高钒电池的使用寿命，在设计钒电池系统的时候，通常需要要求钒电池的soc尽量达到持续平衡的状态。一般的，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，但此时流入电堆的电流会引起电化学破坏。为此，可以设置成多组并联的电堆，并为每一组电堆配置一个正极电解液罐与一个负极电解液罐，虽然通过将液路断开的方式能够减少流入电堆的电流对电化学反应的影响，但同时也会造成soc的不平衡。


技术实现要素：

4.为了同时缓解钒电池soc不平衡和产生的电化学破坏对钒电池使用寿命的影响，本技术提供了一种钒电池soc平衡系统结构及其控制方法。
5.第一方面，本技术提供一种钒电池soc平衡系统结构，采用如下的技术方案：一种钒电池soc平衡系统结构，包括soc检测模块、状态检测模块、控制模块和多个串联的钒电池模块；每个钒电池模块均包括一个正极电解液罐和一个负极电解液罐，任意两个钒电池模块的正极电解液罐之间、负极电解液罐之间以及正极电解液罐与负极电解液罐之间都设置有供电解液流动的平衡管道，每个平衡管道上都设置有可控开关；所述soc检测模块用于检测每个钒电池模块的soc值并输出；所述状态检测模块用于检测多个钒电池模块的充放电状态并输出；所述控制模块分别连接所述soc检测模块和所述状态检测模块，用于在任意两个钒电池模块的soc差值大于预设值时，控制多个钒电池模块停止充放电，还用于在任意两个钒电池模块的soc差值均小于预设值时，根据充放电状态和soc差值控制相应的可控开关的启闭状态。
6.通过采用上述技术方案，当任意两个钒电池模块的soc出现不平衡时，若soc差值过大，则自动停止充放电，以便于对多个钒电池模块进行检查，当soc差值较小时，可以通过控制可控开关开启，使得两个钒电池模块的两个正极电解液罐之间和两个负极电解液罐之间的液位达到平衡，以使得两个钒电池模块的soc值达到平衡。同时，当可控开关开启时，两个钒电池模块的正极电解液罐之间、负极电解液罐之间以及正极电解液罐与负极电解液罐之间的平衡管道还能够减小流入电堆的电流，进而同时缓解钒电池soc不平衡和流入电堆的电流对钒电池使用寿命的影响。
7.可选的，每个钒电池模块还包括多个并联的电堆，所述多个并联的电堆依次串联。
8.通过采用上述技术方案，不仅能够提高功率也能够提高电池容量。
9.可选的，所述平衡管道的阻值不小于电阻阈值。
10.可选的，所述控制模块包括处理单元和控制单元；所述处理单元连接所述soc检测模块，用于计算任意两个钒电池模块的soc差值并输出；所述控制单元分别连接状态检测模块和处理单元，用于在任意两个钒电池模块的soc差值大于预设值时，控制多个钒电池模块停止充放电，还用于在任意两个钒电池模块的soc差值均小于预设值时，根据充放电状态和soc差值控制相应的可控开关的启闭状态。
11.可选的，所述控制单元被进一步配置为：获取每个钒电池模块soc值；根据任意两个钒电池模块的soc值计算soc差值；判断soc差值是否超过预设值，若是，则输出停止信号，所述停止信号用于控制所有钒电池模块停止充放电，若否，则获取充放电状态；当多个钒电池模块处于充电状态时，判断多个钒电池模块的soc值是否超过危险阈值，若是，则输出关闭信号，若否，则判断每两个相连的钒电池模块的soc差值是否小于差值阈值，若是，则输出关闭信号，若否，则输出开启信号；当多个钒电池模块处于放电状态，判断任意两个钒电池模块的soc差值是否小于差值阈值，若是，则输出关闭信号，若否，则输出开启信号。
12.通过采用上述技术方案，当钒电池模块的soc值达到危险阈值时，开启可控开关会造成电化学破坏，进而缩短钒电池模块的使用寿命，因此在充电过程中，soc值超过危险阈值时，可控开关的状态需要切换至关闭状态。
13.可选的，所述soc检测模块、所述状态检测模块和所述控制模块为ems控制器。
14.可选的，每个正极电解液罐和每个负极电解液罐都分别设置有主管道，每个主管道远离正极电解液罐或负极电解液罐的端部分别设置有多个支路管道，每个支路管道都与一个同组的电堆连接，与每个正极电解液罐连接的主管道上设置有第一循环泵，与每个负极电解液罐连接的主管道上设置有第二循环泵。
15.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。
16.第二方面，本技术提供一种钒电池soc平衡系统结构的控制方法，采用如下的技术方案：一种钒电池soc平衡系统结构的控制方法，包括获取每个钒电池模块的soc值；根据任意两个钒电池模块的soc值计算soc差值；判断soc差值是否超过预设值，若是，则输出停止信号，所述停止信号用于控制所有钒电池模块停止充放电，若否，则获取充放电状态；当多个钒电池模块处于充电状态时，判断多个钒电池模块的soc值是否超过危险阈值，若是，则输出关闭信号，若否，则判断任意两个钒电池模块的soc差值是否小于差值阈值，若是，则输出关闭信号，若否，则输出开启信号；当多个钒电池模块处于放电状态，判断任意两个钒电池模块的soc差值是否小于
差值阈值，若是，则输出关闭信号，若否，则输出开启信号。
17.可选的，所述预设值为3%~15%内任意一个值，所述危险阈值为30%~80%内任意一个值，所述差值阈值为2%。
18.综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：1.根据所有钒电池模块当前的充放电状态和任意两个钒电池模块的soc值及其差值能够控制相应平衡管道上的可控开关的启闭状态，使得在soc差值较小时调整两个钒电池模块的两个正极电解液罐之间、两个负极电解液罐之间以及正极电解液罐和负极电解液罐之间的液位，进而达到soc值平衡，同时，当可控开关开启时，两个钒电池模块的正极电解液罐之间、负极电解液罐之间以及正极电解液罐与负极电解液罐之间的平衡管道还能够减小流入电堆的电流，进而同时缓解钒电池soc不平衡和流入电堆的电流对钒电池使用寿命的影响；2.当钒电池模块的soc值达到危险阈值时，开启可控开关会造成电化学破坏，进而缩短钒电池模块的使用寿命，因此在充电过程中，soc值超过危险阈值时，可控开关的状态需要切换至关闭状态。
附图说明
19.图1是本技术实施例的钒电池soc平衡系统结构的系统示意图。
20.图2是本技术实施例的钒电池soc平衡系统结构的电路示意图。
21.附图标记说明：1、soc检测模块；2、状态检测模块；3、控制模块；31、处理单元；32、控制单元；4、钒电池模块；41、正极电解液罐；42、负极电解液罐；43、电堆；5、支路管道；6、主管道；7、第一循环泵；8、第二循环泵；9、平衡管道；91、可控开关。
具体实施方式
22.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1-2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。
23.本技术实施例公开一种钒电池soc平衡系统结构，能够同时缓解钒电池soc不平衡和流入电堆的电流对钒电池使用寿命的影响。
24.参照图1和图2，钒电池soc平衡系统结构包括soc检测模块1、状态检测模块2、控制模块3和多个串联的钒电池模块4。
25.参照图2，具体的，每个钒电池模块4都包括一个正极电解液罐41和一个负极电解液罐42以及多个并联的电堆43。其中，钒电池模块4中的正极电解液罐41和负极电解液罐42分别与每个电堆43的正极和负极通过支路管道5连通。具体来说，正极电解液罐41和负极电解液罐42上分别设置有主管道6，并且正极电解液罐41和负极电解液罐42分别与对应的主管道6连通。每个主管道6远离正极电解液罐41或负极电解液罐42的端部都设置有多个支路管道5，并且分别与相对应的多个支路管道5连通。每个支路管道5都与每个电堆43的正极和负极连通，以供正极电解液罐41和负极电解液罐42中的电解液流动。在与正极电解液罐41连通的主管道6上还设置有第一循环泵7，在与负极电解液罐42连通的主管道6上还设置有第二循环泵8，使得正极电解液能够在正极电解液罐41与每个电堆43之间流通，同样的，也
使得负极电解液能够在负极电解液罐42与每个电堆43之间流通。
26.为了使得所有钒电池模块4所形成的电池容量尽可能得大，在本技术中，多个钒电池模块4依次串联，其中每个钒电池模块4中的多个并联的电堆43依次串联。
27.不仅如此，任意两个钒电池模块4中的两个正极电解液罐41之间、两个负极电解液罐42之间以及正极电解液罐41与负极电解液罐42之间都设置有平衡管道9，以使得两个钒电池模块4的两个正极电解液罐41连通、两个负极电解液罐42连通以及同一钒电池模块4中的正极电解液罐41和负极电解液罐42连通。同时，在平衡管道9上还设置有可控开关91，以在两个钒电池模块4的soc差值较大时，通过控制可控开关91开启使得两个正极电解液罐41的液位以及两个负极电解液罐42的液位达到一致，进而消除两个钒电池模块4之间的soc差值。当然，在正极电解液罐41和负极电解液罐42内的液位差较大时，也可通过控制可控开关91开启使得正极电解液罐41和负极电解液罐42内的液位一致，进而减小钒电池模块4在充电或放电过程中造成的更严重的soc不平衡。其中，可控开关91优选为电磁阀。
28.值得说明的是，每个钒电池模块4都包括多个并联的电堆43，每个电堆43两端的电压值为u。由于流经多个并联电堆43的电流过大会造成电化学破坏，故流经多个并联电堆43的电流的最大值不能超过最大可容忍电流i。为此，本技术通过增加主管道6的长度，以增加钒电池模块4接入的电阻值，进而降低流经并联电堆43的电流。
29.可以了解的是，当可控开关91处于开启状态时，平衡管道9不仅能够平衡钒电池模块4中的两个正极电解液罐41的液位和两个负极电解液罐42的液位，同时，平衡管道9采用导电材料制成，还能够作为一个电阻器使得流经并联电堆43的电流减小。为了使流经并联电堆43的电流不超过最大可容忍电流i，平衡管道9的阻值应该不低于电阻阈值r，即电阻阈值r=u/i。具体来说，可以通过增加平衡管道9的长度或厚度等方式增大平衡管道9的阻值。
30.参照图1和图2，进一步的，soc检测模块1用于检测每个钒电池模块4的soc值并输出。由于在检测钒电池模块4的soc值时并不能直接进行检测，故soc检测模块1实际检测的是每个钒电池模块4上两极之间的开路电压ocv，进而将开路电压转换为相应的soc值。
31.状态检测模块2用于检测所有钒电池模块4的充放电状态并输出。
32.控制模块3分别连接soc检测模块1和状态检测模块2，用于任意两个钒电池模块4的soc差值大于预设值时，控制所有钒电池模块4停止充放电，还用于在任意两个钒电池模块4的soc差值都小于预设值时，根据所有钒电池的充放电状态soc差值控制相应的可控开关91的启闭状态。
33.具体的，控制模块3包括处理单元31和控制单元32。
34.其中，处理单元31连接soc检测模块1，用于接收每个钒电池模块4的soc值，计算任意两个钒电池模块4的soc差值并输出。具体可以采用减法运算器芯片，由于其技术属于相关领域技术人员的常规技术手段，故此处不再作过多说明。
35.控制单元32分别连接状态检测模块2和处理单元31，用于在任意两个钒电池模块4的soc差值大于预设值时，控制多个钒电池模块4停止充放电，还用于在任意两个钒电池模块4的soc差值都小于预设值时，根据所有钒电池的充放电状态soc差值控制相应的可控开关91的启闭状态。
36.控制单元32在控制可控开关91的启闭状态以达到平衡钒电池模块4的soc值时，其具体过程为：
首先，获取由处理单元31计算得到的所有任意两个钒电池模块4之间的soc差值。
37.而后，判断每一个soc差值是否超过预设值，若有一个soc差值超过预设值，则输出停止信号，以控制所有钒电池模块4停止充放电，以便于进行检测，进而降低所有钒电池模块4产生故障的几率。反之，若所有soc差值都未超过预设值，则继续获取由状态检测模块2检测到的所有钒电池模块4当前的充放电状态。
38.当所有钒电池模块4都处于放电状态时，逐一判断所有的soc差值是否高于差值阈值，若是，则输出开启信号，以控制与该soc差值所对应的两个钒电池模块4之间的平衡管道9上的可控开关91开启，通过平衡与该soc差值相对应的钒电池模块4的两个正极电解液罐41之间的液位和两个负极电解液罐42之间的液位，以达到两个钒电池模块4soc平衡。反之，若soc差值未高于差值阈值，则说明与soc差值对应的两个钒电池模块4的soc差值处于被允许的范围内，不再需要通过开启平衡管道9对正极电解液罐41之间的液位以及负极电解液罐42之间的液位进行平衡，即控制单元32此时输出关闭信号，以控制与该soc差值所对应的两个钒电池模块4之间的平衡管道9上的可控开关91关闭。
39.同样的，当所有钒电池模块4都处于充电状态时，逐一判断所有的soc差值上是否高于差值阈值，若是，则输出开启信号，反之，若soc差值未高于差值阈值，则输出关闭信号。
40.值得说明的是，在控制单元32控制所有可控开关91启闭的过程中，当所有可控开关91都处于关闭状态时，任意两个钒电池模块4之间的液路都处于断开状态，此时所有钒电池模块4中所有管道的功耗最小。一旦有可控开关91开始切换至开启状态时，随着可控开关91开启的数量逐渐增加，接入两个钒电池模块4之间的平衡管道9的数量也逐渐增加，进而导致所有管道的功耗增加，直至所有可控开关91都处于开启状态时，所有管道的功耗达到最大值。由此可知，当所有钒电池模块4处于充电过程中且有可控开关91处于开启状态时，所有管道的功耗增大容易造成电化学破坏，因此当所有钒电池模块4在充电状态时，需要在任一钒电池模块4的soc值达到危险阈值时控制相对应的可控开关91关闭。
41.换言之，当所有钒电池模块4在充电状态时，首先需要逐一判断钒电池模块4的soc值是否超过危险阈值，若有钒电池模块4的soc值超过危险阈值时，则控制单元32输出关闭信息。反之，则继续判断任意两个钒电池模块4的soc差值是否小于差值阈值。
42.上述提及的预设值可以为3%~15%内的任意一个值，在本技术中，优选为5%；上述提及的危险阈值可以为30%~80%内的任意一个值，在本技术中，优选为70%；上述提及的差值阈值在本技术中优选为2%。
43.另外，本技术的soc检测模块1、状态检测模块2和控制模块3优选采用ems控制器。
44.本技术实施例一种钒电池soc平衡系统结构及其控制方法的实施原理为：通过在任意两个钒电池模块4之间设置平衡管道9，并在每个平衡管道9上设置可控开关91，使得在根据充放电状态和soc差值控制可控开关91开启时，平衡与soc差值对应的钒电池模块4的两个正极电解液罐41之间的液位和两个负极电解液罐42之间的液位以及正极电解液罐41和负极电解液罐42之间的液位，以达到soc平衡。当可控开关91处于开启状态时，本技术的钒电池soc平衡结构能够平衡soc，当可控开关91处于关闭状态时，能够降低系统损耗，进而从两个方面提高整个钒电池的使用寿命。
45.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。