一种评估液流电池电解液健康状况的方法与流程

1.本发明属于液流电池技术领域，尤其涉及一种评估液流电池电解液健康状况的方法。


背景技术：

2.能源存储系统通过吸收然后释放电力，可以达成电力可以在一个时间点产生，在另一个时间点使用，这种能源存储系统的优点显而易见：第一，可以用于电流量的平滑，由此电流量不会在不可预测的情况下增加或减少；第二，电力存储一旦被整合进电力系统，就可以提供备用电力服务，提高电力系统的稳定性；第三，能源存储系统可以提高整个电力系统的电力利用率；第四，在电力价格波动的情况下，能源存储有助于平滑成本。在日益发展壮大的能源存储系统中，电池储能技术在现今能源存储行业中独树一帜，而作为电池储能系统中逐渐成长的新一代存储技术，液流电池在绿色环保、安全高效方面颇具潜力。基于对能源存储行业的基本要求，电池储能往往会面临因为电池老化以及电解液健康程度下降导致整体储能电池组运行效率快速降低，从而在安全性和可靠性上对电池储能提出一定程度的挑战。而液流电池的健康程度往往很大程度上取决于电解液的健康程度，因此对从便于电池运行管理、维护的角度出发，需要对电池的状态进行检测、评估。目前较为常见的是对电池的荷电状态(state of charge,soc)和健康状态(state of health,soh)的在线评估技术。其中健康状态的评估技术主要是以电池系统为考察对象，评估电池的当前运行状态，通过与初始状态对比，判断电池健康程度，为电池储能系统的运行管理、维护及检修提供依据和判断标准。目前电池的健康状态还没有统一的表述，多数是指在一定条件下，电池所能充入或者放出电量(电池当前的容量值)与电池标称容量的百分比。soh往往能够表征使用中的电池的容量保持率。对刚刚完成装配的液流电池系统，其soh值为100％，随着电池循环使用，电池的容量逐渐下降，电池的soh值也随之相应下降。根据ieee标准规定，当电池容量下降到80％时，认定为电池寿命结束不能够继续使用，应当被及时替换。
3.电池老化，尤其是电解液的健康程度下降是影响液流电池在储能行业广泛应用的主要因素之一。然而对于液流电池系统，可以重整电池容量，使电池soh恢复至100％。因此及时测得液流电池的soh，并根据soh的数值进行对电解液的重整动作，对恢复液流电池容量，保持液流电池储能系统的稳定性和可靠性意义非凡。现阶段，一般电池估算soh的方法有以下几种：1.直接放电测容量法，这种方法是对soh测量最为可靠的方法，缺点则是只能离线测量，无法做到在线测量；2.电化学阻抗法，这种方法一般会作为实验室研究中的常规方法，测量分析结果针对性较强，但是成本较高，数据分析处理较为麻烦；3.电压曲线模型法，通过这种方法通过对充放电过程中端电压和soh的关系建立数学模型，拟合曲线进行后续电池soh的估算，虽然这种方法建模周期短，过程不复杂，但是对soh的估算十分粗糙，不够精确。以上种种对soh的测量方法手段均为根据电池容量的衰减状况判断电池的健康程度，并不能表现出液流电池中电解液的真实健康状况的问题，对于液流电池来说，电池的健康程度不仅由电池容量衰减绝对相关，在运行过程中电解液的杂质离子浓度，活性物质的
浓度等参数均应当作为电解液健康程度的表现，由此也可以作为液流电池的健康程度的表现。


技术实现要素：

4.本发明提供一种评估液流电池电解液健康状况的方法，旨在解决现有soh的测量方法手段仅仅为电池运行过程中衰减容量的比率，并不能表现出液流电池中电解液的真实健康状况的问题。
5.本发明是这样实现的，一种评估液流电池电解液健康状况的方法，包括如下步骤：
6.1)在全新安装的液流电池中装配电解液，并取样进行icp-oes测试，分别记录阳极电解液中的活性物质离子浓度以及各类杂质离子浓度，以及阴极电解液中的活性物质离子浓度以及各类杂种离子浓度，并且记录此时阳极电解液和阴极电解液的体积，将之作为之后进行此类表征的基准线；
7.2)在电池运行过程中通过电化学手段将电池的电量放至0％soc，在此时取样进行icp-oes测试，分别记录此时阳极电解液中的活性物质离子浓度以及各类杂质离子浓度，以及阴极电解液中的活性物质离子浓度以及各类杂质离子浓度，并且记录此时阳极电解液和阴极电解液的体积；
8.3)通过活性物质离子浓度，以及对应电解液的体积计算得到活性物质的总量，将电池运行过程中得到的测试结果与基准线进行比对，得到目前电池中可用容量与装配初期容量的比值作为soh的值。
9.优选地，步骤3)还包括通过对杂质离子含量的分析，与液流电池电解液杂质离子标准表的比对，对电解液中的杂质离子含量进行定量判断，判断其是否超标，得到是否需要对电解液进行维护处理的结论。
10.与现有技术相比，本技术实施例主要有以下有益效果：
11.本发明所提供的评估液流电池电解液健康状况的方法通过icp-oes测试，阶段性的检测电解液，将测试结果与基准线进行比对，与液流电池电解液杂质离子标准表的比对，判断评估电解液整体的健康状况，为液流电池的电解液重整和维护提供依据。
具体实施方式
12.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中在申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本技术；本技术的说明书和权利要求书中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。本技术的说明书和权利要求书的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。
13.在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本技术的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
14.本发明实施例提供了一种评估液流电池电解液健康状况的方法，包括如下步骤：
15.1)在全新安装的液流电池中装配电解液，并取样进行icp-oes测试，分别记录阳极
电解液中的活性物质离子浓度以及各类杂质离子浓度，以及阴极电解液中的活性物质离子浓度以及各类杂种离子浓度，并且记录此时阳极电解液和阴极电解液的体积，将之作为之后进行此类表征的基准线，具体的，icp-oes属于现有技术，是指电感耦合等离子体发射光谱仪，可用于地质、环保、化工、生物、医药、食品、冶金、农业等方面样品中七十多种金属元素和部分非金属元素的定性、定量分析；
16.2)在电池运行过程中通过电化学手段将电池的电量放至0％soc，在此时取样进行icp-oes测试，分别记录此时阳极电解液中的活性物质离子浓度以及各类杂质离子浓度，以及阴极电解液中的活性物质离子浓度以及各类杂质离子浓度，并且记录此时阳极电解液和阴极电解液的体积；
17.3)通过活性物质离子浓度，以及对应电解液的体积计算得到活性物质的总量，将电池运行过程中得到的测试结果与基准线进行比对，得到目前电池中可用容量与装配初期容量的比值作为soh的值。
18.较佳的，步骤3)还包括通过对杂质离子含量的分析，与液流电池电解液杂质离子标准表的比对，对电解液中的杂质离子含量进行定量判断，判断其是否超标，得到是否需要对电解液进行维护处理的结论。
19.另一方面，本发明的方法不适用于日常维护，尤其是考虑到液流电池拥有通过电化学手段重整的特性，与锂电池的不可逆容量损失相比，对soh的要求较低，相反较为注重杂质粒子含量是否超标，是否电解液存在影响库伦效率以及能量效率的可能。
20.综上所述，本发明的工作原理为：通过icp-oes测试，阶段性的检测电解液，将测试结果与基准线进行比对，与液流电池电解液杂质离子标准表的比对，判断评估电解液整体的健康状况，为液流电池的电解液重整和维护提供依据。
21.需要说明的是，对于前述的各实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可能采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。
22.本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置，可通过其他的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如上述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元之间的间接耦合或通信连接，可以是电信或者其它的形式。
23.上述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
24.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对发明的保护范围进行限制。显然，所描述的实施例仅仅是本发明部分实施例，而不是全部实施例。基于这些实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明所
要保护的范围。尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域普通技术人员依然可以在不冲突的情况下，不作出创造性劳动对本发明各实施例中的特征根据情况相互组合、增删或作其他调整，从而得到不同的、本质未脱离本发明的构思的其他技术方案，这些技术方案也同样属于本发明所要保护的范围。