結合多個電解液儲液器的釩氧化還原電池的制作方法

文檔序號：6890074閱讀：326來源：國知局

專利名稱：結合多個電解液儲液器的釩氧化還原電池的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及氧化還原液流電池技術，具體地，涉及用于提供能夠進行有效操作和模塊容量擴展的氧化還原液流電池的系統(tǒng)和方法。

在以下多個實施例的描述和附圖中，通過實例描述了本發(fā)明的各個方面和優(yōu)點。應該理解，附圖僅示出了典型實施例，因此不應認為其限制了
本發(fā)明的范圍。將參照附圖具體詳細地描述和解釋本發(fā)明的實施例，其中
圖1是根據本發(fā)明教導的釩氧化還原電池能量存儲系統(tǒng)的一個實施例的4匡圖2是根據本發(fā)明教導的釩氧化還原電池能量存儲系統(tǒng)的一個實施例的才匡圖3是示出用于更改根據本發(fā)明教導的釩氧化還原電池能量存儲系統(tǒng)的容量的處理方法的流程圖4是根據本發(fā)明教導的釩氧化還原電池能量存儲系統(tǒng)的一個實施例的示圖；以及
圖5是可被使用以可將中型散裝容器用作本發(fā)明中的第二電解液儲液器的帽機構(cap mechanism)的實施例。
具體實施例方式
諸如可充電電池的能量存儲系統(tǒng)是電力系統(tǒng)，尤其是通過風力渦輪發(fā) 電機、光伏陣列等提供的電力系統(tǒng)的重要部分。能量存儲系統(tǒng)還可以用在以下方面能夠在非高峰時期進行買賣電力的能量套利應用；不間斷電源 (UPS);提供^^電源；與主電源結合的電力質量應用。
釩氧化還原液流電池能量存儲系統(tǒng)(以下稱為"VRB-ESS")用于這些應用中是理想的，這是因為它們可以對改變負載作出快速響應(如UPS
和電力質量應用所要求的)，以及可以被配置為具有大容量(如主電源應
用所需要的)。在Skyllas-Kazacos等人的美國專利4,786,567中描述了全釩氧化還原電池，其結合于此作為參考。
VRB-ESS典型地通過經由一個或多個單元(cell)傳送陽極電解液和陰極電解液溶液來生成電力。VRB-ESS可包括任意數(shù)目和配置的單元，這取決于系統(tǒng)的瞬時功率要求。類似地，VRB-ESS可具有可應用于其的取決于系統(tǒng)需要的能量容量的可變量的電解質溶液。VRB-ESS內單元的數(shù)量和截面積可以確定VRB-ESS能夠產生的瞬時功率量，并且可用于 VRB-ESS的陽極電解液和陰極電解液的容量可以限定VRB-ESS的電源存儲和生成容量。在Pellegri等人的美國專利6,475,661中描述了具有單元堆疊的VRB-ESS，其結合于此作為參考。
當用作UPS或任意其他低容量應用時，可以期望減少通過VRB-ESS 循環(huán)的電解液的量。這樣由于電解液自放電而使電解液中的功率損耗最小，并且減少了通過系統(tǒng)抽取電解質溶液的能量損耗。然而，在高容量應用(即，主電源應用)中，可能需要通過經由較大的電解液儲液器向 VRB-ESS提供附加電解質溶液來增加VRB-ESS電力存儲容量。此外，即使在低容量UPS應用中，VRB-ESS也可能在主電源故障的情況下需要附加能量容量。
即使在這些低容量和高容量模式中，各種VRB-ESS應用也會具有廣泛不同的容量需求。例如，用作辦公大樓單層的UPS的VRB-ESS會比用作整個大樓或樓群的UPS的VRB-ESS需要小很多的容量。這樣，難以產生具有能夠有效提供用于這些廣泛改變的容量需求的電解液儲液器的 VRB-ESS。這在UPS應用中尤其確切，其中，使用限制量的電解液使 VRB-ESS非常有效地工作，但是需^4f對主電源的長期故障的可能性來提供大量的電解液。對操作改變容量需求的這種需要將迫使消費者使用具有比所需容量大很多的容量的VRB-ESS,從而導致更低效的工作。類似地，被限定空間約束的消費者可能需要購買定制大小的電解液儲液器，這顯著增加了系
統(tǒng)成本。此外，即使在非常高容量的ups應用中，優(yōu)選在待機^Mt期間
以盡可能少的電解質來運行VRB-ESS,以在主電源故障的情況下提高效率并保存未使用電解質的電荷。
VRB-ESS的運輸和安裝對于最終用戶來i兌^l耗時且危險的工作。用在VRB-ESS中的電解質溶液已被聯(lián)合國("UN")和美國交通運輸部 ("DoT")分類為危險材料。因此，用在VRB-ESS中的陽極電解質溶液和陰極電解質溶液必需在被認證的容器中運輸?shù)阶罱K用戶安裝地點。這些容器在本領域中通常被稱作中型散裝容器(以下被稱為"IBC")。這種容器通常必需被認證，以用于危險材料。IBC可在DoT和/或UN的規(guī)則下被認證用于危險液體的運輸。IBC的認證過程將是嚴格的，通常需要數(shù)月的工作以及數(shù)百小時的測試。整個IBC必需被測試和認證，包括IBC上的任意帽狀機構。
由于VRB-ESS的電解質溶液會對最終用戶造成巨大的健康風險，所以可以期望使最終用戶與電解質直接接觸的量最小化。在大多數(shù) VRB-ESS系統(tǒng)中，陽極電解質溶液和陰極電解質溶液必需從用于運輸?shù)?IBC傳送到VRB-ESS儲液器。這種傳送對最終用戶來說是危險的，并引起使?jié)撛谖ｋU材料灑到環(huán)境中的風險。然而，由于VRB-ESS不能使用容納在標準IBC容器中的電解質溶液，所以這種傳送是必需的。此外，因為IBC上的經認證的運輸帽狀機構不能夠建立可接受的密封來使電解液安全且可靠地流到IBS/從IBC中安全且可靠地流出，所以這種傳送是必需的。
本發(fā)明公開了用于解決許多這些問題的系統(tǒng)和方法。描述了能夠模塊化地結合附加電解液儲液器來增加系統(tǒng)的能量容量的VRB-ESS。本發(fā)明的VRB-ESS可以使用第一容量的電解質溶液有效地進行操作，同時維持第二容量的電解質溶液以當需要附加容量時對VRB-ESS來說可用的。此夕卜，本發(fā)明的VRB-ESS可以結合工業(yè)標準IBC容器，避免了對危險流體傳送的需要，增加了 VRB-ESS的安全性和靈活性。圖1是結合本發(fā)明教導的VRB-ESS 100的一個實施例的框圖。 VRB-ESS的實施例100可包括一個或多個單元10。每個單元10均可包 ^i殳置在負極隔室14中的負電極12和設置在正極隔室22中的正電極20。適合的電極包括現(xiàn)有技術中已知的任意數(shù)量的部件，并且可包括根據 Zhong等人的美國專利第5，665，212號的教導所制造的電極，該專利結合于此作為參考。
負極隔室14可包括與負電極12連通的陽極電解質溶液16。陽極電解質溶液16可以是含有氧化還原離子的電解質，其中，這些離子可以處于還原狀態(tài)并且將在單元10的放電過程期間被氧化，或者處于氧化狀態(tài) 并且將在單元10的充電過程期間被還原，或者是已還原的離子與將還原的離子的混合物。
通過實例，在VRB-ESS 100中，可通過等式1.1來表示發(fā)生在陽極電解質溶液16中的負電極12處的充放電氧化還原反應
V2+SV3++e_ 等式l.l
正極隔室22可包括與正電極20連通的陰極電解質溶液24。陰極電解質溶液24可以是包含指定氧化還原離子的電解液，其中，這些離子可以處于氧化狀態(tài)并且將在單元10的放電過程期間被還原或者處于還原狀態(tài)并且將在單元10的充電過程期間被氧化，或者是這些已氧化的離子與將氧化的離子的混合物。作為實例，可通過等式1.2來表示發(fā)生在陰極電解質溶液24中的正電極20處的充放電氧化還原反應
v4+i^V5++e_ 等式1.2
陽極電解質溶液16和陰極電解質溶液24可根據美國專利第 4,786,567號、第6,143,443號、第6，468，688號和第6，562，514號的教導來制備，或者通過在現(xiàn)有技術中已知的其他技術來制備，這些專利結合于此作為參考。
每個單元10均可包拾沒置在單元10的正極隔室22和負極隔室14 之間的電離傳導隔膜11。隔膜11可以與陰極電解質溶液24和陽極電解質溶液16流體接觸，以提供它們之間的離子連通。隔膜ll可用作質子交換隔膜。隔室11可以被具體化為陰離子隔膜或陽離子隔膜，并且可包括可被全氟化的碳材料。
陽極電解質溶液16可被保持在第一陽極電解液儲液器52中。陽極電解液儲液器52可被具體化為罐(tank)、嚢(bladder )、 IBC或者現(xiàn)有技術中已知的能夠保持陽極電解液的其他容器。第一陽極電解液儲液器52 可以經由第一陽極電解液供應連接30和第一陽極電解液回流連接32與負極隔室14流體連通。在實施例100中，包含在第一陽極電解液儲液器52 中的陽極電解質溶液可經由第一陽極電解液供應連接30流入單元10的負極隔室14，或者可經由第一陽極電解液回流連接32從單元10的負極隔室14流出到第一陽極電解液儲液器52。第一陽極電解液供應連接30和第一陽極電解液回流連接32可包括現(xiàn)有技術中已知的能夠包含陽極電解質溶液的任意類似的流體導管。
陰極電解質溶液24可被保持在第一陰極電解液儲液器62中。第一陰極電解液儲液器62可被具體化為罐、嚢、IBC或者現(xiàn)有技術中已知的能夠保持陰極電解液的其他容器。第一陰極電解液儲液器62可以經由第一陰極電解液供應連接34和第一陰極電解液回流連接36與正極隔室22流體連通。在實施例100中，包含在第一陰極電解液儲液器62中的陰極電解質溶液可經由第一陰極電解液供應連接34流入單元10的正極隔室22，或者可經由第一陰極電解液回流連接36從單元10的正極隔室22流出到第一陰極電解液儲液器62。第一陰極電解液供應連接34和第一陰極電解液回流連接36可包括現(xiàn)有技術中已知的能夠包含陰極電解質溶液的任意類似的流體導管。
在實施例100中，第一陽極電解液供應連接30可以與陽極電解液泵 50流體連通。陽極電解液泵50可以調節(jié)第一陽極電解液儲液器52內的陽極電解質溶液的流動并使該陽極電解質溶液能夠通過第一陽極電解液供應連接30流入負極隔室14。陽極電解液泵50可以進一步調節(jié)陽極電解液16并使陽極電解液16能夠從負極隔室14通過第一陽極電解液回流連接32流入陽極電解液儲液器52。陽極電解液泵50可以是可變流速泵，其中，陽極電解液泵50的速率確定陽極電解液16通過負極隔室14的流速。陽極電解液泵50可以連通地耦合至系統(tǒng)控制器80。在實施例100中，系統(tǒng)控制器80可通過控制陽極電解液泵50的流速來調節(jié)陽極電解液通過負極隔室14的流動。
在實施例100中，第一陰極電解液供應連接34可以與陰極電解液泵 60流體連通。陰極電解液泵60可以調節(jié)第一陰極電解液儲液器62內的陰極電解質溶液的流動并能夠使該陰極電解質溶液通過陰極電解液供應連接34流入正極隔室22。陰極電解液泵60可以進一步調節(jié)陰極電解液 24并能夠使陰極電解液24從正極隔室22通過第一陰極電解液回流連接 36流入陰極電解液儲液器62。陰極電解液泵60可以是可變;^1泵，其中，陰極電解液泵60的速率確定陰極電解液24通iiiE極隔室22的流速。陰極電解液泵60可以連通地耦合至系統(tǒng)控制器80。在實施例100中，系統(tǒng)
隔室22的流動。
實施例100可包括第二陽極電解液儲液器54。第二陽極電解液儲液器54可被具體化為罐、嚢、IBC或者現(xiàn)有技術中已知的能夠保持陽極電解液的其他容器。第二陽極電解液儲液器54可以經由第二陽極電解液供應配管連接31與第一陽極電解液儲液器52流體連通。第二陽極電解液儲液器54還可以經由第二陽極電解液回流配管連接33與負極隔室14流體連通。
實施例100還包括第二陰極電解液儲液器64。第二陰極電解液儲液器64可被具體化為罐、嚢、IBC或者現(xiàn)有技術中已知的能夠保持陰極電解液的其他容器。第二陰極電解液儲液器64可以經由第二陰極電解液供應配管連接35與第一陰極電解液儲液器62流體連通。第二陰極電解液儲液器64還可以經由第二陰極電解液回流配管連接37與正極隔室22流體連通。
負電極12和正電極20可與切換模塊70電連通。切換模塊70能夠將負電極12和正電極20電耦合至電源72 (未示出)或負載74 (未示出)。切換模塊70可串聯(lián)地設置在電源72和每個負電極12之間。切換模塊70 還可以串聯(lián)地設置在負載74和每個負電極12之間。該電路配置使切換模塊70將VRB-ESS 100選擇性地連接至電源72或負載74。在實施例100 中，切換模塊70連通地耦合至系統(tǒng)控制器80，使系統(tǒng)控制器80選擇性地連接單元10與電源72或負載74。本領域的技術人員應該理解，可選電路布局和構造也是可能的，因此僅以示例性目的提供圖1的實施例。
實施例100可被配置為僅使容納在第一陽極電解液儲液器52和第一陰極電解液儲液器62中的電解液循環(huán)。當這樣配置時，實施例100的 VRB-ESS可以被稱為在"低容量"才莫式下進行操作?？蛇x地，實施例100 可被配置為使容納在第一和第二陽極電解液儲液器52、 54以及第一和第二陰極電解液儲液器62、 64中的電解質溶液循環(huán)。當這樣配置時，實施例100的VRB-ESS可以被稱為在"全容量"模式下進行操作。
如這里所使用的，諸如第二陽極電解液供應配管連接31、第二陽極電解液回流配管連接33、第二陰極電解液供應配管連接35和第二陰極電解液回流配管連接37的配管連接，或者諸如陽極電解液供應連接30、陽極電解液回流連接32、陰極電解液供應連接34和陰極電解液回流連接36 的流體連接可以由能夠保持電解質溶液的任意流體導管構成。這種流體導管可包括編織加固塑料管、纖維加固橡膠管、多層組合軟管、聚乙烯管、加固橡膠管等。本領域的技術人員應該理解，在不背離本發(fā)明的教導的情況下，可以使用任意數(shù)量的不同流體導管材料。
為了將實施例100配置為"全容量"模式，第一陽極電解液回流閥 59和第一陰極電解液回流閥69可以^MLi殳置為關閉狀態(tài)。這可以防止經由連接32從單元10的負極隔室14流出的陽極電解液i"到第一陽極電解液儲液器52中；替換地，在該配置中，流過第一陽極電解液回流連接32 的陽極電解液經由第二陽極電解液回流配管連接33流入第二陽極電解液儲液器54。隨著陽極電解液流入第二陽極電解液儲液器54，第二陽極電解液儲液器54可以填充，創(chuàng)建第二陽極電解液儲液器54內的溢出條件。該溢出M會使陽極電解液從第二陽極電解液儲液器54流出經由第二陽極電解液供應配管連接31流入到第一陽極電解液儲液器52中。在可選實施例中，可以通過打開流體連接31中的陽極電解液供應閥(未示出)，以及通過將流體連接31定位于臨近儲液器54底部以使其無論儲液器有多滿總是與陽極電解液接觸，來將VRB-ESS配置為"全容量"模式。
在"全容量"模式下，第一陰極電解液回流岡69的關閉會防止從單元22的正極隔室22經由連接36流出的陰極電解液it^到第一陰極電解液儲液器62中；替換地，在該配置中，流過第一陰極電解液回流連接36 的陰極電解液經由第二陰極電解液回流配管連接37 ;i^第二陰極電解液儲液器64。隨著陰極電解液^"第二陰極電解液儲液器64，第二陰極電解液儲液器64可以填充，創(chuàng)建第二陰極電解液儲液器64內的溢出^Hf 。該溢出*會使陰極電解液從第二陰極電解液儲液器64流出經由第二陰極電解液供應配管連接35流入第一陰極電解液儲液器62。因此，在"全容量"模式下，第二陽極電解液儲液器54中的陽極電解液會連續(xù)地流過第一陽極電解液儲液器52,以及第二陰極電解液儲液器64中的陰極電解液會連續(xù)地流過第一陰極電解液儲液器62。因此，在"全容量"模式下，容納在儲液器52、 54、 62、 64內的所有電解質可以通過VRB-ESS100進行循環(huán)。
為了將實施例100配置為"低容量"模式，可以打開第一陽極電解液回流閥59和第一陰極電解液回流閥69。在該配置中，從單元10的負極隔室14經由陽極電解液回流連接32流出的陽極電解液會流入第一陽極電解液儲液器52。在一個實施例中，第二陽極電解液回流配管連接33可相對于第一陽極電解液回流連接32或單元10抬高。這種差異可以防止在第一陽極電解液回流閥59處于打開位置時，從負極隔室14經由第一陽極電解液回流連接32流出的陽極電解液流入第二陽極電解液儲液器54。在可選實施例中，第二陽極電解液回流配管連接33可包括第二陽極電解液回流閥(未示出)，以防止在"低容量"模式下陽極電解液流入第二陽極電解液儲液器54。因此，在"低容量"模式下，不會在第二陽極電解液儲液器54內創(chuàng)建溢出M。這樣，在"低容量"模式下，陽極電解液不會經由第二陽極電解液供應配管連接31從第二陽極電解液儲液器54流入第一陽極電解液儲液器52。
在"低容量"模式下，經由陰極電解液回流連接36從單光10的正極隔室22流出的陰極電解液會流入到第一陰極電解液儲液器62中。在一個實施例中，第二陰極電解液回流配管連接37可相對于第一陰極電解液回流連接36或單元10抬高。這種差異可以防止在第一陰極電解液回流閥 69處于打開位置時，經由第一陰極電解液回流連接36從正極隔室22流出的陰極電解液$^到第二陰極電解液儲液器64中。在可選實施例中，第二陰極電解液回流配管連接35可包括第二陰極電解液回流閥(未示出)，以防止在"低容量"模式下陰極電解液流入到第二陰極電解液儲液器64中。因此，在"低容量"模式下，不會在第二陰極電解液儲液器64 內創(chuàng)建溢出M。這樣，在"低容量"模式下，陰極電解液不會經由第二陰極電解液供應配管連接35從第二陰極電解液儲液器64流入第一陰極電解液儲液器62。因此，在"低容量"模式下，容納在第二陽極電解液儲液器54和第二陰極電解液儲液器64中的電解質溶液可以與VRB-ESS 100 充分隔離。
VRB-ESS 100的陽極電解液溶液和陰極電解液溶液可通過配置切換模塊70來將電源72 (未示出)連接至單元10的負電極12和正電極20 來進行充電。通過負電極12傳送的電能可以在陽極電解液溶液16中產生二價釩離子，如等式1.3所示
V3 + e—V2+ 等式1.3
通過正電極20傳送的電能可以在陰極電解液24中產生4價釩離子，如等式1.4所示
V5+e—— V4+ 等式1.4
當進行充電時，每個單元10都可以在25C處提供約為1.41 V的開路電壓。切換模塊70可以被配置為通過將單元10連接至負載74 (未示出) 來從單元10中提取電能。這使得負載74 (未示出)從負極隔室14中的陽極電解質溶液16和正極隔室22中的陰極電解質溶液24中提取電能。這種電能的提取可以在陽極電解液溶液16中產生三價釩離子，如等式1.5 所示；以及在正極隔室22中的陰極電解液24內產生五價釩離子，如等式 1.6所示。
V2+—V3++e- 等式1.5 V4+—V5++e— 等式1.5
隨著從單元IO中提取電能，負極隔室14內的陽極電解液16和正極隔室22內的陰極電解液24可以放電。這樣，陽極電解液泵50可用于經由第一陽極電解液供應連接30將附加陽極電解液循環(huán)進入負極隔室14, 經由第一陽極電解液回流連接32排出負極隔室14內的陽極電解液16。
極隔室22,迫使正極隔室22中的陰極電解液24經由第一陰極電解液回流連接36流出正極隔室22。
圖2示出了本發(fā)明的另一個實施例200,其中，圖l的第一陽極電解液儲液器52由儲液器52a和52b組成。在該實施例200中，第一陽極電解液儲液器52a可容納被充分充電的陽極電解液，以及第一陽極電解液儲液器52b可容納被充分放電的陽極電解液。類似地，圖1的儲液器62由兩個儲液器62a和62b組成。在該實施例中，第一陰極電解液儲液器62a 可容納被充分充電的陰極電解液，以及第一陰極電解液儲液器62b可容納被充分放電的陰極電解液。
以類似的方式，圖1的第二陽極電解液儲液器54由儲液器54a和54b 組成，其中，第二陽極電解液儲液器54a可容納被充分充電的陽極電解液，以及第二陽極電解液儲液器54b可容納被充分放電的陽極電解液。類似地，圖1的第二陰極電解液儲液器64由儲液器64a和64b組成，其中，第二陰極電解液儲液器64a可容納被充分充電的陰極電解液，以及第二陰極電解液儲液器64b可容納被充分放電的陰極電解液。與實施例100類似，實施例200的VRB-ESS可以以"低容量"才莫式進行操作，其中，只有容納在第一陽極電解液儲液器52a、 52b和第一陰極電解液儲液器62a、 62b內的電解質溶液才可以流過單元IO?？蛇x地，實施例200的VRB-ESS可以以"全容量，，模式進行操作，其中，容納在第一陽極電解液儲液器52a、 52b、第二陽極電解液儲液器54a、 54b、第一陰極電解液儲液器62a、 62b和第二陰極電解液儲液器64a、 64b內的電解質溶液可以循環(huán)流過單元10。
通過使切換模塊70將單元10連接至電源72 (未示出)，在電源72 與單元10的負電極12和正電極20之間創(chuàng)建電連接，可以將電能存儲在實施例200的VRB-ESS中。在該配置中，如上面參照圖1所描述的，負極隔室14內的陽極電解液16和正極隔室22內的陰極電解液24可以被充電。為了對附加電解液進行充電，可以采用可逆陽極電解液泵51來將陽極電解液循環(huán)進入單元10的負極隔室14，以及可以采用可逆陰極電解液泵61來將陰極電解液循環(huán)i^單元10的正極隔室22。通過可逆陽極電解液泵51引起的流體移動會使第一充分放電的陽極電解液儲液器52b、 54b內的陽極電解質溶液轉移至第一充分充電的陽極電解液儲液器52a、 54b。類似地，通過可逆陰極電解液泵61引起的陰極電解液的流體移動會使第一充分放電的陰極電解液儲液器62b、 64b內的陰極電解質溶液轉移至第一充分充電的陰極電解液儲液器62a、 64a。在一個實施例中，通過可逆陽極電解液泵51和可逆陰極電解液泵61創(chuàng)建的流動可根據 VRB-ESS 200是在充電還是在放電來反轉。
通過使切換模塊70將單元10連接至負載74 (未示出)，在負載74 與單元10的負電極12和正電極20之間建立電連接，可以從實施例200 的VRB-ESS中提取電能。在該配置中，如上面參照圖l所描述的，從負極隔室14內的陽極電解液16和正極隔室22內的陰極電解液24中提取出能量。一JS^陽極電解液16和陰極電解液24中提取出電力，就可能要求附加電能。為了4^供該電能，附加電解液可^L循環(huán)通過系統(tǒng)?？梢圆捎每?逆陽極電解液泵51以將陽極電解液循環(huán)i^單元10的負極隔室14,以及可以釆用可逆陰極電解液泵61以將陰極電解液循環(huán)ii^正極隔室22。通過可逆陽極電解液泵51引起的流體移動可以使在第一充分充電的陽極電解液儲液器52a、 54a內的陽極電解液通過陽極電解液供應連接30流入單元10的負極隔室14，該流動還可以使負極隔室14內的陽極電解液'16 通過陽極電解液回流連接32流出單元10。通過可逆陰極電解液泵61引起的流體移動可以使第一充分充電的陰極電解液儲液器62a、 64a內的陰極電解液通過陰極電解液供應連接34流入單元10的正極隔室22，該流動還可以使正極隔室22內的陰極電解液24通過陰極電解液回流連接36 流出單元10。
實施例200的VRB-ESS可以僅使用第一陽極電解液儲液器52a、 52b 以及第一陰極電解液儲液器62a、 62b進行操作。該配置可以被稱作實施例200的"低容量"模式?？商鎿Q地，實施例200可使用第一和第二陽極電解液儲液器52a、 52b、 54a、 54b以及第一和第二陰極電解液儲液器62a、 62b、 64a、 64b進行操作。該配置可以被稱為實施例200的"全容量"模式。在一個實施例200中，第二陽極電解液儲液器54a、 54b的容量可以遠大于第一陽極電解液儲液器52a、 52b的容量，以及第二陰極電解液儲液器64a、64b的容量可以遠大于笫一陰極電解液儲液器62a、62b的容量。在這種配置中，VRB-ESS 200可以以"低容量，，模式進行有效地操作，使由于電解液自放電和泵運能量而引起的損失最小，同時維持需要時所使用的電解液充分大的容量。
通過將第二陽極電解液供應閥56、第二陽極電解液回流閥58、第二陰極電解液供應閥66和第二陰極電解液回流閥68置于關閉位置以及將第一陽極電解液回流閥59和第一陰極電解液回流閥69置于打開位置，可以將實施例200置于"低容量"模式。在這種配置中，防止容納在第二充分充電的陽極電解液儲液器54a中的陽極電解液流入第一充分充電的陽極電解液儲液器52a或單元10的負極隔室14，以及防止容納在第二充分充電的陰極電解液儲液器64a中的陰極電解液^^第一充分充電的陰極電解液儲液器62a或單元10的正極隔室22。此外，在這種配置中，防止從單元10的負極隔室14中流出的陽極電解液流入第二充分放電的陽極電解液儲液器54b,以及防止從單元10的正極隔室22中流出的陰極電解液流入第二充分放電的陰極電解液儲液器64b。
'通過將第二陽極電解液供應閥56、第二陶極電解液回流閥58、第二陰極電解液供應閥66和第二陰極電解液回流閥68置于打開位置，可將實施例200置于"全容量，，模式。在該配置中，容納在第二充分充電的陽極電解液儲液器54a內的陽極電解液可以流入第一充分充電的陽極電解液儲液器52a和單元10的負極隔室14，以及容納在第二充分充電的陰極電解液儲液器64a內的陰極電解液可以流入第一充分充電的陰極電解液儲液器62a和單元10的正極隔室22。此外，在該配置中，第一陽極電解液回流閥59和第一陰極電解液回流閥69可以被置于關閉位置，而第二陽極電解液回流閥58和第二陰極電解液回流閥68可被置于打開位置。在該配置中，從單元10的負極隔室14流出的陽極電解液流入第二充分放電的陽極電解液儲液器54b，以及從單元10的正極隔室22流出的陰極電解液流入第二充分放電的陰極電解液儲液器64b。
在實施例200中，第一陽極電解液儲液器52a、 52b、第二陽極電解液儲液器54a、 54b、第一陰極電解液儲液器62a、 62b和第二陰極電解液儲液器64a、 64b可以連通地與系統(tǒng)控制器80耦合，使得系統(tǒng)控制器80 可以監(jiān)控每個儲液器52、 54、 62、 64的容量水平。在該實施例中，系統(tǒng) 控制器80可確定容納在第一陽極電解液儲液器52a、 52b、第一陰極電解液儲液器62a、 62b、第二陽極電解液儲液器54a、 54b和第二陰極電解液儲液器64a、 64b中的電解液的容量。
在該實施例中，在VRB-ESS 200以"全容量"模式進行充電時，系統(tǒng)控制器80可使第一陽極電解液回流閥59置于打開狀態(tài)以及使第二陽極電解液回流閥58置于關閉狀態(tài)，直到容納在第一充分放電的陽極電解液儲液器52b中的基本所有陽極電解液都循環(huán)通過單元10的負極隔室14。一M測到該^H中，系統(tǒng)控制器80就使第一陽極電解液回流閥59置于關閉位置，以及使第二陽極電解液回流閥58置于打開位置，使得第二充分放電的陽極電解液儲液器54b內的陽極電解液流過單元10的負極隔室 14。類似地，在"全容量"模式充電期間，系統(tǒng)控制器80可以使第一陰極電解液回流閥69置于打開狀態(tài)，以及使第二陰極電解液回流閥68置于關閉狀態(tài)，直到容納在第一充分放電的陰極電解液儲液器62b內的基本所有陰極電解液都循環(huán)通過單元10的正極隔室22。一_5^測到該#^卜，系統(tǒng)控制器80就使第一陰極電解液回流閥69置于關閉位置，以及使第二陽極電解液回流閥58置于打開位置，使得在第二充分放電的陰極電解液儲液器64b內的陰極電解液流過單元10的正極隔室22。
在實施例200中，在VRB-ESS 200以"全容量"模式進行充電時，系統(tǒng)控制器80可使第一陽極電解液回流閥59置于打開位置以及使第二陽極電解液回流閥58置于關閉位置，直到第一充分放電的陽極電解液儲液器52b容納了基本等于最初容納在第一充分充電的儲液器52a內的陽極電解液的容量。一M測到該條件，系統(tǒng)控制器80可以使第一陽極電解液回流閥59置于關閉位置，以及使第二陽極電解液回流閥58置于打開位置，使得陽極電解液流入第二充分放電的陽極電解液儲液器54b。類似地，系統(tǒng)控制器80可以使第一陰極電解液回流閥69置于打開位置，以及使第二陽極電解液回流閥58置于關閉位置，直到第一充分放電的陰極電解液儲液器62b容納了基本等于最初容納在第一充分充電的陰極電解液儲液器 62a內的陰極電解液的容量。一M測到該^Ht,系統(tǒng)控制器80就使第一陰極電解液回流閥69置于關閉位置，以及使第二陽極電解液回流閥58 置于打開位置，使得陰極電解液流入第二充分放電的陰極電解液儲液器 64b。
現(xiàn)在轉到圖3，如上所述，實施例100和200可以被配置為以"低容量"和"全容量"模式進行操作。在一個實施例中，與第二陽極電解液儲液器和第二陰極電解液儲液器54和64的容量相比，陽極電解液儲液器和陰極電解液儲液器52和62的容量將相對較小。在該配置中，本發(fā)明的 VRB-ESS可以使用相對較小容量的電解質溶液("低容量")模式有效地進行操作，同時維持根據需要的大容量的電解液。VRB-ESS 100的"低容量，，操作可以使由于電解液自放電和抽取所引起的功耗最小化。此夕卜，
"低容量"操作可以使容納在第二電解液儲液器54、 64內的任意電解液維持在如果需要所使用的電荷的高水平。
如上所述，實施例100、 200的系統(tǒng)控制器80可以連通地耦合至單元 10。在該配置中，系統(tǒng)控制器80可以監(jiān)控單元10的電化學狀態(tài)。這種監(jiān) 控可以包括測量由單元10生成的電壓；測量流入或流出單元10的電流；測量單元10的溫度；和/或測量單元10內的電解液的電荷水平。在^Mt 期間，系統(tǒng)控制器80可以監(jiān)控單元10，并響應于單元10內的*改變對VRB-ESSIOO、 200的配置。此外，系統(tǒng)控制器80可以基于外部生成的控制信號來改變VRB-ESS 100、 200的配置。流程圖300提供了并入本發(fā)明教導的監(jiān)控和配置VRB-ESS的一種方法的流程圖。
在步驟310中，系統(tǒng)控制器可以監(jiān)控VRB-ESS中的每個單元10的一個或多個電化學特性。310處執(zhí)行的測量可以是周期性的，使得測量310 可以以規(guī)律安排的間隔發(fā)生。在一個實施例中，該監(jiān)控周期可以根據 VRB-ESS的操作模式而改變，或者可以響應于外部生成的控制信號而改變。在步驟320中，流程可以根據VRB-ESS的當前操作模式而進行分支。在一個實施例中，步驟320可以根據VRB-ESS當前以"低容量"還是"全容量"模式進行操作來進行分支。在步驟320中，如果VRB-ESS以"低容量，，模式進行^Mt,則流程繼續(xù)到330，而如果VRB-ESS以"全容量" 模式進行操作，則流程繼續(xù)到340。
在330中，可執(zhí)行"低容量"比較332。"低容量"比較332可以將在310處測量的單元10的電化學狀態(tài)與閾值IHf進行比較。例如，在一個實施例中，在VRB-ESS放電期間，該比較可包括將由單元10生成的電壓與閾值電壓進行比較。在該實施例中，如果比較332確定在310處測量的單元電壓大于332的閾值電壓，則流程可以在310處繼續(xù)。然而，在該實施例中，如果比較332確定在310處測量的單元電壓小于332的閣值電壓，則流程可進行到334。在另一個實施例中，"低容量"比較332可以將從單元10流出的電流或單元10內的電解液的電荷狀態(tài)與閾值進行比較。在該實施例中，如果從單元10流出的電流大于閾值，或者單元10 內的電解液的電荷狀態(tài)已經下降到低于閾值，則流程可繼續(xù)到334。在一個實施例中，比較332可以包括時間分量，使得如果在310中測量的單元 IO的電化學狀態(tài)已經維持了特定時間段，則流程將僅進行到334。此夕卜，比較332可以響應外部生成的控制信號，所述信號使流程進行到334。在 334中，系統(tǒng)控制器可以將VRB-ESS配置為以"全容量，，模式進行操作。在進行334的配置之后，流程可以繼續(xù)到310。
在340中，可執(zhí)行"全容量，，比較342。"全容量"比較342可以將在310中測量的單元10的電化學狀態(tài)與閾值M進行比較。例如，在一個實施例中，在VRB-ESS充電期間，該比較可包括將由單元10生成的電壓與閾值電壓進行比較。在該實施例中，如果比較342確定在310中測量的單元電壓小于342的閾值電壓，則流程可以繼續(xù)到310處；而如果比較342確定在310中測量的單元電壓大于342的閾值電壓，則流程可進行到344。在另一個實施例中，"全容量，，比較342可以將流入單元10的電流或單元IO內的電解液的電荷狀態(tài)與閾值進行比較。在該實施例中，如果流入單元10的電流低于閾值，或者單元10內的電解液的電荷狀態(tài)已經上升到大于闊值，則流程可繼續(xù)到344。在一個實施例中，比較342還可以包括時間分量，使得如果在310中測量的單元10的電化學狀態(tài)已經維持了特定時間段，則流程將僅進行到344。此外，比較342可以響應外部生成的控制信號，所述信號使流程進行到344。在344中，系統(tǒng)控制器可以將VRB-ESS配置為以"低容量"模式進行操作。在進行344的配置之后，流程可以繼續(xù)到310。
圖4示出了根據本發(fā)明教導的VRB-ESS 400的另一個實施例。在實施例400中，系統(tǒng)模塊405可以包括單元堆疊410、陽極電解液泵50、陰極電解液泵60、第一陽極電解液儲液器52、第一陰極電解液儲液器62、切換模塊70和系統(tǒng)控制器80。系統(tǒng)模塊408可以設置在外殼406內。
在實施例400中，第二陽極電解液儲液器54可設置在外殼406外。第二陽極電解液儲液器54可以經由第二陽極電解液供應配管連接431外殼406內的第一陽極電解液儲液器52流體連通。第二陽極電解液儲液器54可以經由第二陽極電解液回流配管連接433與單元堆疊410流體連通。第二陽極電解液供應配管連接431和第二陽極電解液回流配管連接 433可以包括柔性管，使得第二陽極電解液儲液器54與外殼406分離設置。
在圖4的實施例中，單元410和第一陽極電解液儲液器52之間的流體連接包括第一陽極電解液回流閥59 (未示出)。此外，在圖4的實施例中，單元410和第一陰極電解液儲液器62之間的流體連接包括第一陰極電解液回流閥69 (未示出)。第一陽極電解液回流閥59和第一陰極電解液回流閥69可以，沒置在外殼406內，并連通地耦合至系統(tǒng)控制器80。
通過關閉第一陽極電解液回流閥59 (未示出)和第一陰極電解液回流閥69(未示出)，可以將VRB-ESS400配置為"全容量"。如上面參照圖1所討論的，在該配置中，可以防止從單元10流出的陽極電解液流入第一陽極電解液儲液器52,而是代替地使其可以經由第二陽極電解液回流配管連接433流入第二陽極電解液儲液器54。隨著陽極電解液流入第二陽極電解液儲液器54中，其可以填充，創(chuàng)建第二陽極電解液儲液器54 內的溢出*#。第二陽極電解液儲液器54內的該溢出^可以使陽極電解液經由第二陽極電解液供應配管連接431從第二陽極電解液儲液器54 流入第一陽極電解液儲液器52。類似地，在該配置中，可以防止從單元 10流出的陰極電解液流入第一陰極電解液儲液器52，而是代替地使其可以經由第二陰極電解液回流配管連接437流入第二陰極電解液儲液器64。隨著陰極電解液力認第二陰極電解液儲液器64中，其可以填充，創(chuàng)建第二陰極電解液儲液器64內的溢出M。第二陰極電解液儲液器64內的該溢出IHf可以使陰極電解液經由第二陰極電解液供應配管連接435從第二陰極電解液儲液器64流入第一陰極電解液儲液器62。因此，在"全容量"模式下，陽極電解液可以串聯(lián)流過第一陽極電解液儲液器52和第二陽極電解液儲液器54，以及陰極電解液可以串聯(lián)流過第一陰極電解液儲液器62和第二陰極電解液儲液器64。通過打開第一陽極電解液回流閥59 (未示出)和第一陰極電解液回流閥69 (未示出)，可以將VRB-ESS 400配置為"低容量"模式。如上面參照圖l所討論的，在該配置中，從單元10流出的陽極電解液可以流入第'一陽極電解液儲液器52，以及從單元10流出的陰極電解液可以流入第一陰極電解液儲液器62。在實施例400中，第二陽極電解液回流配管連接433可以設置在單元10和第一陽極電解液儲液器52的流體水平面上方。這樣，當?shù)谝魂枠O電解液回流閥59處于打開位置時，陽極電解液不會流入第二陽極電解液儲液器54。類似地，在實施例400中，第二陰極電解液回流配管連接437可以設置在單元10和笫一陰極電解液儲液器62 的流體水平面上方。這樣，當?shù)谝魂帢O電解液回流岡69處于打開位置時，陰極電解液不會流入第二陰極電解液儲液器64。因此，在"低容量"模式下，第二陽極電解液儲液器54和第二陰極電解液儲液器64中的電解質溶液與系統(tǒng)模塊405充分隔離。在VRB-ESS 400的可選實施例中，第二陽極電解液回流配管連接433可包括第二陽極電解液回流閥58(未示出)，以及第二陰極電解液回流配管連接437可包括第二陰極電解液回流閥68 (未示出)。在該實施例中，在"低容量"模式下，通過閥58、 69可以防止電解液流入第二陽極電解液儲液器54和第二陰極電解液儲液器64。
在一個實施例中，第二陽極電解液供應配管連接431和第二陽極電解液回流配管連接433可包括柔性管，其可以使第二陽極電解液儲液器54 與系統(tǒng)模塊405和外殼406分離設置。類似地，第二陰極電解液供應管道連接435和第二陰極電解液回流配管連接437可包括柔性管，其可以使第二陰極電解液儲液器64與系統(tǒng)模塊405和外殼406分離設置.
在一個實施例中，配管連接431、 433、 435、 437可包括能夠流體地傳送電解質溶液的任意流體導管。這種流體導管可包括:編織加固塑料管；纖維加固橡膠管；多層組合軟管；聚乙烯管；加固橡膠管等。本領域的技術人員應該理解，在不背離本發(fā)明的教導的情況下，可以使用任意數(shù)量的不同流體導管材料。此外，在一個實施例中，配管連接431、 433、 435、 437、第二陽極電解液儲液器54以及第二陰極電解液儲液器64可4艮據美國專利第11/701,573的教導來進行自排出，其結合于此作為參考。
在一個實施例中，到第二陽極電解液儲液器54的配管連接431、 433 以及到第二陰極電解液儲液器64的配管連接435、 437可以設置在所述儲液器54、 65的頂部Z在該配置中，通it^頂部安裝的連接轉移流體來4吏電解液流體通過儲液器54、 64進行循環(huán)，通過確保在配管連接431、 433、 435、 437中泄露、系統(tǒng)控制器80故障、泵50、 60中故障或者如圖1、 2 的30、 32、 34、 36的任意內部流體連接中泄露的情況下不會抽取電解液來提高安全性。
在一個實施例中，配管連接431和433可以在第二陽極電解液儲液器正常流體水平面424上方連接至第二陽極電解液儲液器54，以及配管連接435、 437可以在第二陰極電解液儲液器正常流體水平面434上方連接至第二陰極電解液儲液器64。在該配置中，當不使用第二儲液器54、 64 時，配管連接431、 433、 435、 437自排出并保持為空。此外，當將配管連接431、 433、 435、 437連接至第二電解液儲液器54、 64或與其斷開時，該配置確保沒有電解液需要,皮處理或者可被溢出。
在實施例400中，第二陽極電解液儲液器54和第二陰極電解液儲液器64可以經由配管連接431、 433、 435、 437與外殼406分離地配置。這種柔性配置可以使實施例400以任意數(shù)量的不同結構來布置，能夠使 VRB-ESS 400配置在具有受限或不規(guī)則空間限制的位置中。
此外，VRB-ESS400的外殼406可以經由配管連接431、 433、 435、 437連接至實際上為任意大小的第二電解液儲液器54 、 64 。這樣,VRB-ESS 400可以模塊化地廣泛地為各種不同的容量需要進行定制。通過實例，圖 4是示出了每個均具有約135加侖容量的兩個較小儲液器454、 464。因此，當使用VRB-ESS 400時，儲液器454、 464可存儲約10kWh的能量?？?替換地，圖3示出了儲液器454、 464 (儲液器經由配管連接431、 433、 435、 437進行連接)。儲液器454、 464的每一個都保持大約275加侖的電解液，向 -ESS 400提供20 kWh的能量存儲。最后，儲液器470 可以與VRB-ESS 400組合使用。儲液器770可保持550加侖的電解液，提供具有40kWh的能量存儲容量的VRB-ESS 400。
現(xiàn)在轉到圖5，由VRB-ESS系統(tǒng)使用的電解液通常被聯(lián)合國("UN") 和美國交通運輸部("DoT")分類為危險材料。因此，VRB-ESS的電解質溶液必需在已經被測試并認證用'于運輸危險材料的中型散裝容器 ("IBC")中進行運輸。IBC可在DoT和/或UN規(guī)則下被認證用于危險材料的運輸。用于這種IBC的認證過程是很嚴格的，通常需要數(shù)月的工作以及數(shù)百小時的測試。整個IBC必需被測試和認證，包括IBC上的任意帽狀機構。
在一個實施例中，本發(fā)明的VRB-ESS的第二電解液儲液器可包括 IBC。例如，在圖4的實施例中，儲液器54、 64、 454、 464、 470的任意一個都可以是IBC容器。在一個實施例中，用在VRB-ESS中的IBC可以是與用于將電解液運輸至安裝地點相同的IBC。在這種配置中， VRB-ESS的最終用戶不需要將電解液從運輸IBC轉移到各個VRB-ESS 容器。這是期望的，因為這使得VRB-ESS的最終用戶必需與潛在危險的電解質溶液的接觸最小化。將運輸IBC用作第二電解液儲液器也是有利的，因為這排除了任何危險電解液在M輸IBC轉移到第二電解液儲液器期間溢出到環(huán)境中的可能性。此外，將運輸IBC用作電解液儲液器消除了運輸單獨容器部件的需要，這可以充分減少VRB-ESS的總的運輸步級
用于運輸?shù)腎BC必需安裝有允許液體轉移到IBC中或從IBC中轉移出來的帽機構。如上面論述的，IBC帽必需被認證用于運輸危險材料，并且這種認證是長時間且昂貴的過程。然而，包括在運輸IBC上的風口蓋不允許安全附接至用在本發(fā)明的VRB-ESS中的配管連接。例如,許多IBC 帽都包括以國家管螺紋("NPT")螺紋標準進行螺紋連接的一個或多個端口。使用NPT的問題在于它們通常被形成為IBC帽的一部分，這樣，IBC 帽的旋轉改變了端口的旋轉定向。此外，可能不知道帽和端口的旋轉定向，直到IBC帽被安裝。帽和NPT端口之間的旋轉相互依賴性會為安裝者引起問題，這是因為緊固IBC帽會影響VRB-ESS的配管。通過限制可以限制第二儲液器相對于系統(tǒng)模塊的可能位置的其配管連接的可能定向，這種
相互依賴性減小了 VRB-ESS的設置靈活性。此外，NPT端口要求較高的熟練度來安裝并且不了解密封的可靠性，產生危險電解液將泄漏到環(huán)境中的危險。
現(xiàn)在轉到圖5，圖5示出了可與標準IBC結合^f吏用的帽機構500的一個實施例。帽機構500將危險材fl"i人證的IBC 510用作VRB-ESS中的第二電解液儲液器。一旦IBC 510到達就位，就可以代替IBC 510上被認證的運輸帽(未示出)而使用帽機構500。這樣，帽^ 500就不需要如標準IBC 510帽一樣被認證用于危險材料的運輸，避免了對帽機構500的昂貴且耗時的認證過程的需要。
帽機構500可使用IBC 510上的帽插孔512而固定至IBC 510。在實施例500中，壓縮環(huán)520的內徑和螺紋圖案522被配置為與^:置在IBC 510 上的帽插孔512上的帽螺紋514相一致。壓縮環(huán)520可包括邊緣524以壓縮地與密封板530接合。在實施例500中，密封板530可包括沿著其外徑的凹槽部532。凹槽部532可適于接受o形環(huán)墊圏534。在該實施例中，隨著壓縮環(huán)520被緊固在IBC螺紋514上，o形環(huán)墊圏534可建立在密封板530和IBC帽插孔512之間的密封。
密封板530還可以包括流體出口凸起540和550。流體出口凸起540 和550可密封地附接至密封板530,或者可以與其整體地形成。出口凸起 540可包括凸fe^伸部544，以當將帽安S^ IBC 510上時延伸ii^ IBC 510的內部。在實施例500中，凸^/f申部544的長度將足以使凸起540 與容納在IBC510內的電解液流體連通。因此，當帽機構500安裝在IBC 510上時，凸起延伸部544可延伸到IBC 510的正常液面516之下。
帽機構500可進一步包括流體連接器560和570。流體連接器560和 570可包括密封機構562、 572來與出口凸起540和550密封地掩^。在實施例500中，出口凸起540可包括缺口 542，以及出口凸起550可包括缺口 552。在該實施例中，密封構件562、 572可用于在缺口 542、 552處密封地#出口凸起540和550。本領域的技術人員應該理解，可以使用任意數(shù)量的密封構件562、 572來創(chuàng)建凸起540、 550與流體連接器560、 570之間的密封。
在實施例500中，流體連接器560、 570可包括配管附接部564、 574。配管附接部564、 574可包括脊部566、 576以與附接的配管連接的內部相接合。在一些實施例中，脊部566、 576可與壓縮套管(未示出)結^M吏用，以密封地將配管附接至配管附接部564、 574。
在實施例500中，帽機構500的所有部件都可以^^t置在IBC 510 的正常液面516上方。這樣，帽機構500可以安裝在IBC510的插孔512 上，而無需安裝者與IBC 510內的任意液體相觸摸或接觸。由于容納在 IBC510內的電解液可能A^險的，所以這提供了顯著安全的優(yōu)點。
在實施例500中，具有附接的出口凸起540和550的密封板530可以獨立于壓縮環(huán)520進行旋轉。在該實施例中，安裝者可確定出口凸起540、 550以;M目關聯(lián)流體連接器560、 570的旋轉定向，該旋轉定向獨立于壓縮環(huán)520的旋轉。這樣，實施例500將能夠進行IBC 510的靈活安裝配置。
本領域的技術人員應該明白，在不背離本發(fā)明主要原理的情況下，可以對上述實施例進行細節(jié)上的修改。因此，本發(fā)明的范圍應僅由以下權利要求來確定。
權利要求
1.一種氧化還原液流電池，包括系統(tǒng)模塊，包括第一陽極電解液儲液器；第一陰極電解液儲液器；和單元，與所述第一陽極電解液儲液器和所述第一陰極電解液儲液器流體連通；第二陽極電解液儲液器，與所述第一陽極電解液儲液器流體連通；以及第二陰極電解液儲液器，被設置為與所述第一陰極電解液儲液器流體連通。
2. 根據權利要求1所述的氧化還原液流電池，其中，所述單元包括正極隔室和負極隔室，以及其中，所述第一陽極電解液儲液器與所述負極隔室流體連通，以及所述第一陰極電解液儲液器與所述正極隔室流體連通。
3. 根據權利要求2所述的氧化還原液流電池，其中，所述第一陽極電解液儲液器和所述負極隔室之間的所述流體連通包括第一陽極電解液供應連接和第一陽極電解液回流連接，以及其中，所述第一陰極電解液儲液器和所述正極隔室之間所述流體連通包括第一陰極電解液供應連接和第一陰極電解液回流連接。
4. 根據權利要求3所述的氧化還原液流電池，其中，所述第一陽極電解液回流連接包括第一陽極電解液回流岡，以及其中，所述第一陰極電解液回流連接包括第一陰極電解液回流閥。
5. 根據權利要求4所述的氧化還原液流電池，其中，所述第一陽極電解液儲液器和所述第二陽極電解液儲液器之間的所述流體連通包括第二陽極電解液供應配管連接，以及其中，所述第一陰極電解液儲液器和所述第二陰極電解液儲液器之間的所述流體連通包括第二陰極電解液供應配管連接。
6. 根據權利要求5所述的氧化還原液流電池，其中，所述第二陽極電解液供應配管連接和所述陰極電解液供應配管連接包括從編織加固塑料管、纖維加固橡膠管、多層組合軟管、聚乙烯管和加固橡膠管組成的組中所選取的一個。
7. 根據權利要求5所述的氧化還原液流電池，其中，所述第二陽極電解液供應B;管連接和所述第二陰極電解液供應配管埠接是自排出的。
8. 根據權利要求1所述的氧化還原液流電池，其中，所述第二陽極電解液供應儲液器是自排出的，以及其中，所述第二陰極電解液儲液器是自排出的。
9. 根據權利要求5所述的氧化還原液流電池，其中，所述第二陽極電解液儲液器與所述負極隔室流體連通，以及其中，所述第二陰極電解液儲液器與所述正極隔室流體連通。
10. 根據權利要求9所述的氧化還原液流電池，其中，所述第二陽極電解液儲液器和所述負極隔室之間的所述流體連通包括第二陽極電解液回流配管連接，以及其中，所述第二陰極電解液儲液器和所述正極隔室之間的所述流體連通包括第二陰極電解液回流配管連接。
11. 根據權利要求10所述的氧化還原液流電池，還包括陽極電解液泵，與所述第一陽極電解液儲液器和所述負極隔室流體連通；以及陰極電解液泵，與所述第一陰極電解液儲液器和所述正極隔室流體連通。
12. 根據權利要求11所述的氧化還原液流電池，其中，當所述第一陽極電解液回流閥處于關閉位置時，防止從所述負極隔室流出的陽極電解液流入所述第一陽極電解液儲液器，而是流入所述第二陽極電解液儲液器，所述流動使得所述第二陽極電解液儲液器內的陽極電解液經由所述第二陽極電解液供應配管連接流入所述第一陽極電解液儲液器。
13. 根據權利要求12所述的氧化還原液流電池，其中，流入所述第二陽極電解液儲液器創(chuàng)建所述第二陽極電解液儲液器內的溢出4Ht，以及其中，所述溢出IHt使得陽極電解液從所述第二陽極電解液儲液器流入所述第一陽極電解液儲液器。
14. 根據權利要求11所述的氧化還原液流電池，其中，當所述第一陰極電解液回流閥處于關閉位置時，防止從所述正極隔室流出的陰極電解液流入所述第一陰極電解液儲液器，而是流入所述第二陰極電解液儲液器，所述流動使得所述第二陰極電解液儲液器內的陰極電解液經由所述第二陰極電解液供應配管連接流入所述第一陰極電解液儲液器。
15. 根據權利要求14所述的氧化還原液流電池，其中，流入所述第二陰極電解液儲液器創(chuàng)建所述第二陰極電解液儲液器內的溢出IH牛，以及其中，所述溢出^H吏得陰極電解液從所述第二P月極電解液儲液器;^v所述第一陰極電解液儲液器。
16. 根據權利要求11所球的氧化還原液流電池，其中，當所述第「陽極電解液回流閥處于打開位置時，陽極電解液從所述負極隔室流入所述第一陽極電解液儲液器，以及其中，基本防止了所述陽極電解液流流入所述第二陽極電解液儲液器。
17. 根據權利要求11所述的氧化還原液流電池，其中，當所述第一陰極電解液回流閥處于打開位置時，陰極電解液從所述正極隔室流入所述第一陰極電解液儲液器，以及其中，基本防止了所述陰極電解液流^"所述第二陰極電解液儲液器。
18. 根據權利要求l所述的氧化還原液流電池，其中，所述系統(tǒng)模塊還包括系統(tǒng)控制器。
19. 根據權利要求4所述的氧化還原液流電池，其中，所述系統(tǒng)控制器連通地耦合至所述第一陽極電解液回流閥和所述第一陰極電解液回流閥。
20. 根據權利要求12所述的氧化還原液流電池，其中，所述第二陽極電解液供應配管連接流體地連接至所述第二陽極電解液儲液器的頂部，以及其中，所述第二陽極電解液回流配管連接流體地連接至所述第二陽極電解液儲液器的頂部。
21. 根據權利要求20所述的氧化還原液流電池，其中，所述第二陽極電解液供應配管連接和所述第二陽極電解液回流配管連接被設置在所述單元的流體水平面上方。
22. 根據權利要求12所述的氧化還原液流電池，其中，所述第二陰極電解液供應配管連接流體地連接至所述第二陰極電解液儲液器的頂部，以及其中，所述第二陰極電解液回流配管連接流體地連接至所述第二陰極電解液儲液器的頂部。
23. 根據權利要求22所述的氧化還原液流電池，其中，所述第二陰極電解液供應配管連接和所述第二陰極電解液回流配管連接設置在所述單元的流體水平面上方。
24. 根據權利要求l所述的氧化還原液流電池，其中，所述第二陽極電解液儲液器包括中型散裝容器。
25. 根據權利要求l所述的氧化還原液流電池，其中，所述第二陰極電解液儲液器包括中型散裝容器。
26. 根據權利要求l所述的氧化還原液流電池，還包括外殼，其中，所述系統(tǒng)模塊設置在所述外殼內。，
27. 根據權利要求26所述的氧化還原液流電池，其中，所述第二陽極電解液儲液器被設置為距離所述外殼至少5米。
28. 根據權利要求27所述的氧化還原液流電池，其中，所述第二陰極電解液儲液器被設置為距離所述外殼至少5米。
29. 根據權利要求26所述的氧化還原液流電池，還包括第二陽極電解液泵，與所述第二陽極電解液儲液器和所述第一陽極電解液儲液器流體連通，所述第二陽極電解液泵用于將陽極電解液從所述第二陽極電解液儲液器傳輸至所述第一陽極電解液儲液器。
30. 根據權利要求28所述的氧化還原液流電池，還包括第二陰極電解液泵，與所述第二陰極電解液儲液器和所述第一陰極電解液儲液器流體連通，所述第二陰極電解液泵用于將陰極電解液從所述第二陰極電解液儲液器傳輸至所述第一陰極電解液儲液器。
31. —種氧化還原液流電池，包括外殼；系統(tǒng)模塊，設置在所述外殼內，包括系統(tǒng)控制器，單元，包括負極隔室、正極隔室和設置在它們之間的隔膜，第一陽極電解液儲液器，與所述負極隔室流體連通，所述流體連通包括第一陽極電解液回流閥，第一陰極電解液儲液器，與所述正極隔室流體連通，所述流體連通包括第一陰極電解液回流閥，陽極電解液泵，與所述第一陽極電解液儲液器和所述負極隔室流體連通，陰極電解液泵，與所述第一陽極電解液儲液器和所述正極隔室流體連通；第二陽極電解液儲液器，所述第二陽極電解液儲液器包括中型散裝容器，其中，所述第二陽極電解液儲液器與所述第一陽極電解液儲液器流體連通，以及其中，所述第二陽極電解液儲液器與所述負極隔室流體連通；以及第二陰極電解液銬液器，所述第二陰極電解液儲液器包括中型散裝容器，其中，所述第二陰極電解液儲液器與所述第一陰極電解液儲液器流體連通，以及其中，所述第二陰極電解液儲液器與所述正極隔室流體連通。
32. —種用于自適應地改變氧化還原液流電池的容量的方法，所述氧化還原液流電池具有單元，所述方法包括提供具有低容量模式和全容量模式的氧化還原液流電池；監(jiān)控所述單元的電化學特性；檢測所述單元內的第一電化學^Ht;檢測所述單元內的第二電化學*^;響應于所述第一電化學條件的檢測將所述氧化還原液流電池配置為所述全容量模式；以及響應于所述第二電化學條件的檢測將所述氧化還原液流電池配置為所述低容量模式。
33. 根據權利要求32所述的方法，所述電化學特性對應于由所述單元生成的電壓。
34. 根據權利要求32所述的方法，所述電化學特性對應于由所述單元生成的電流。
35. 根據權利要求32所述的方法，所述電化學特性對應于由所述單元接收的電流。
36. 根據權利要求32所述的方法，所述電化學特性對應于所述單元內的電解液的電荷水平。
37. 根據權利要求32所述的方法，還包括:響應于外部生成的信號將所述氧化還原液流電池配置為所述全容量模式。
38. 根據權利要求32所述的方法，還包括響應于外部生成的信號將所述氧化還原液流電池配置為所述低容量模式。
39. —種帽，使中型散裝容器能夠用作氧化還原液流電池中的電解液儲液器，所述帽包括:壓縮環(huán)，所述壓縮環(huán)具有適于被所述中型散裝容器上帽插孔所容納的直徑和螺紋圖案，所述壓縮環(huán)包括壓縮環(huán)邊緣，設置在所述壓縮環(huán)的頂部上，所述壓縮環(huán)邊緣具有比所id^縮環(huán)的內徑更小的內犖；密封板，具有比所述壓縮環(huán)的內徑更小的外徑，其中，所述密封板的所述外徑大于所述壓縮環(huán)邊緣的所述內徑，允許所述密封板承受來自所述壓縮環(huán)邊緣的壓縮力，所述密封板包括在所述密封板的外徑中的凹槽，所述凹槽適于容納o形環(huán)，所述o形環(huán)適于在所述密封板和所述帽插孔之間創(chuàng)建密封，出口凸起，設置在所述密封板的頂部上，所述出口凸起具有允許iiX所述中型散裝容器內部的開口；以及流體耦合，密封地可附接至所述出口凸起。
全文摘要
公開了一種釩氧化還原電池能量存儲系統(tǒng)(“VRB-ESS”)，能夠模塊地結合附加電解液儲液器來增加能量容量，同時允許進行有效的低容量操作。本發(fā)明的VRB-ESS可以使用電解質溶液的第一容量進行有效操作，同時維持電解質溶液的第二容量以在需要附加能量存儲容量時可對于VRB-ESS是可用的。此外，公開了使本發(fā)明的VRB-ESS采用工業(yè)標準IBC容器作為第二電解液儲液器的帽機構。
文檔編號H01M2/36GK101589486SQ200780050201
公開日2009年11月25日申請日期2007年6月18日優(yōu)先權日2007年3月26日
發(fā)明者加里·萊普, 安迪·克拉森, 蒂莫西·大衛(wèi)·約翰·亨尼西, 馬修·艾伯特·麥克倫南·哈佩爾申請人:Jd控股有限公司

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