專利名稱：一種全釩離子液流電池電解液智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，更具體地說是一種針對(duì)全釩離子液流電池電解液的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
釩電池具有功率大、容量大、效率高、壽命長(充放電可達(dá)十萬次以上)、綠色環(huán)保等一系列獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，可以在風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、電動(dòng)汽車供電、電網(wǎng)調(diào)峰等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。釩電池系統(tǒng)主要由電堆、電解質(zhì)溶液、電解質(zhì)儲(chǔ)存輸送體系、充放電管理系統(tǒng)組成。其中，電解液的穩(wěn)定性決定著釩電池運(yùn)行的可靠性和使用壽命，因此必須對(duì)電解液進(jìn)行有效的監(jiān)控。已有技術(shù)中的儲(chǔ)能設(shè)備監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要是監(jiān)測(cè)電池電壓、單電池內(nèi)阻、室內(nèi)溫度、充電電流、放電電流等參數(shù)，尚無針對(duì)釩電池電解液的在線監(jiān)控設(shè)備。研究表明釩電解液在過充及長期貯存在一個(gè)持續(xù)升溫環(huán)境下，正極電解液五價(jià)釩離子會(huì)慢慢地析出黃色V(V)結(jié)晶，析出的V(V)結(jié)晶會(huì)堵塞泵，阻礙電解液的循環(huán)，也會(huì)大量附著在碳?xì)稚希档统浞烹娦?。五價(jià)釩離子沉淀速率和程度取決于釩離子濃度、溫度和硫酸的濃度，電解液的流量大小對(duì)多孔電極內(nèi)部傳質(zhì)有較大影響，流量過小，多孔電極內(nèi)部濃差極化嚴(yán)重，電壓效率低。綜上所述，運(yùn)行中釩電池的電解液流量、壓力、濃度、是否漏液，均會(huì)影響釩電池的性能，而已有的蓄電池監(jiān)測(cè)裝置不具備這些參數(shù)的檢測(cè)功能。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型是為避免上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足之處，提供一種全釩離子液流電池電解液智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以保證釩電池的優(yōu)良性能的有效發(fā)揮。本實(shí)用新型解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案本實(shí)用新型全釩離子液流電池電解液智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特點(diǎn)是設(shè)置包括有電解液流量監(jiān)測(cè)單元、電解液液面位置監(jiān)測(cè)單元、電解液壓力監(jiān)測(cè)單元、電解液濃度監(jiān)測(cè)單元、電解液泄漏監(jiān)測(cè)單元和溫度監(jiān)測(cè)單元在內(nèi)的電解液監(jiān)測(cè)單元；設(shè)置由MCU電池運(yùn)行控制器和PC監(jiān)控管理單元構(gòu)成的控制系統(tǒng)；所述電解液監(jiān)測(cè)單元輸出的電流檢測(cè)信號(hào)至MCU電池運(yùn)行控制器，在所述MCU電池運(yùn)行控制器中經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換和濾波處理后作為監(jiān)測(cè)參數(shù)通過以太網(wǎng)接口發(fā)送到PC監(jiān)控管理單元；在所述PC監(jiān)控管理單元中，以監(jiān)測(cè)參數(shù)與設(shè)定的報(bào)警閾值相比較，在監(jiān)測(cè)參數(shù)異常時(shí)給出報(bào)警信號(hào)。本實(shí)用新型全釩離子液流電池電解液智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特點(diǎn)也在于在所述電解液流量監(jiān)測(cè)單元中采用電磁流量計(jì)，在所述電解液液面位置監(jiān)測(cè)單元中采用超聲波液位儀，在所述電解液壓力監(jiān)測(cè)單元中采用陶瓷電容壓力變送器，在所述電解液濃度監(jiān)測(cè)單元中采用濃度變送器；在所述電解液泄漏監(jiān)測(cè)單元中采用漏液檢測(cè)器，在所述溫度監(jiān)測(cè)單元中采用溫度變送器。[0012]與已有技術(shù)相比，本實(shí)用新型有益效果體現(xiàn)在I、本實(shí)用新型實(shí)時(shí)獲得運(yùn)行中釩電池的電解液流量、液面高度、壓力、濃度、是否存在漏液以及溫度等監(jiān)測(cè)參數(shù)，并通過信號(hào)處理和比較，在出現(xiàn)監(jiān)測(cè)參數(shù)異常時(shí)給出報(bào)警信號(hào)，從而保證了電解液的穩(wěn)定性，極大地提高了釩電池運(yùn)行的可靠性，延長其使用壽命，保證釩電池的優(yōu)良性能的充分發(fā)揮。2 、本實(shí)用新型中各單元中特定種類傳感器的設(shè)置使系統(tǒng)具有了測(cè)量精度高、抗干擾能力強(qiáng)、防爆、防水、防塵、防振、防腐、能實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)等綜合技術(shù)效果。

圖I為本實(shí)用新型系統(tǒng)原理框圖。
具體實(shí)施方式
參見圖1，本實(shí)施例中的全釩離子液流電池電解液智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式是設(shè)置包括有電解液流量監(jiān)測(cè)單元、電解液液面位置監(jiān)測(cè)單元、電解液壓力監(jiān)測(cè)單元、電解液濃度監(jiān)測(cè)單元、電解液泄漏監(jiān)測(cè)單元和溫度監(jiān)測(cè)單元在內(nèi)的電解液監(jiān)測(cè)單元；設(shè)置由MCU電池運(yùn)行控制器和PC監(jiān)控管理單元構(gòu)成的控制系統(tǒng)；電解液監(jiān)測(cè)單元輸出的電流檢測(cè)信號(hào)通過信號(hào)輸出接口傳送至MCU電池運(yùn)行控制器，在MCU電池運(yùn)行控制器中經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換和濾波處理后作為PC監(jiān)測(cè)參數(shù)通過以太網(wǎng)接口發(fā)送到監(jiān)控管理單元；在？(監(jiān)控管理單元中，以監(jiān)測(cè)參數(shù)與設(shè)定的報(bào)警閾值相比較，在監(jiān)測(cè)參數(shù)異常時(shí)給出報(bào)警信號(hào)。I、對(duì)釩電池電解液流量的監(jiān)測(cè)電解液的流量反應(yīng)釩電池電解液的循環(huán)狀態(tài)，如果出現(xiàn)結(jié)晶會(huì)大量附著在碳?xì)稚匣蚨氯茫璧K電解液的循環(huán)，降低充放電效率。對(duì)于電解液的流量進(jìn)行監(jiān)測(cè)可以判斷釩電池的運(yùn)行狀態(tài)是否正常。電磁流量計(jì)是基于法拉第電磁感應(yīng)定律，當(dāng)電解液體流過包圍在磁場(chǎng)中的測(cè)量管時(shí)，在流速和磁場(chǎng)二者相垂直的方向就會(huì)產(chǎn)生與平均流速V成正比的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)Eo，磁場(chǎng)強(qiáng)度B是一常數(shù)(由線圈電流控制)、檢測(cè)電極之間的距離D也是固定的，因此液體流速V是感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E的唯一變量，電磁流量計(jì)的輸出信號(hào)與流量呈線性關(guān)系。本實(shí)施例中采用SLON 2000型電磁流量計(jì)，其技術(shù)參數(shù)為供電電源24VDC，功耗< 12W，環(huán)境溫度-20-60°C，流速測(cè)量范圍可測(cè)量范圍0. I-IOm/s ;量程上限范圍0. 5_10m/s精度可達(dá)到0.25%FS。其優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在(1)測(cè)量結(jié)果不受液體的壓力、溫度、密度、電導(dǎo)率等物理參數(shù)影響，其測(cè)量精度高、工作可靠；(2)電磁流量計(jì)的內(nèi)襯采用聚全氟乙丙烯，耐腐蝕、耐熱、耐磨損；內(nèi)壁光滑、無阻流件，壓力損失為零；(3)量程比大，尤其適用在流量變化幅度較大的場(chǎng)合；直接顯示正、反向瞬時(shí)流量、累積流量、百分比流量和流速；(4)帶液晶四行背光顯示，4-20mA及頻率輸出，雙向RS485接口，防爆等級(jí)Exd(ib)ibq IIBT5。2、對(duì)釩電池電解液液面位置的監(jiān)測(cè)釩電池的電解液儲(chǔ)存在兩個(gè)儲(chǔ)液罐中，通過對(duì)兩個(gè)儲(chǔ)液罐的液位變化來判斷電解液的狀態(tài)是否正常。本實(shí)施例中采用S0NIC-121型的超聲波液位儀，是一種由微處理器控制的數(shù)字液位儀表，技術(shù)參數(shù)為工作溫度-20°C -+55°C ;量程0-3m ;精度0. 25% ;分辨率1mm ;電源24VDC ;輸出4_20mA，RS-485，兩路繼電器控制；防護(hù)等級(jí)IP65 ;顯示方式16位LCD X 2。其超聲波液位儀的基本原理是脈沖聲波由傳感器發(fā)出，經(jīng)物體表面反射折回部份回波被同一傳感器接收，轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。在脈沖發(fā)送和接收之間的時(shí)間即代表了距離。由于采用非接觸測(cè)量，被測(cè)介質(zhì)幾乎不受限制，儀表現(xiàn)場(chǎng)安裝方便、調(diào)整簡單、維護(hù)量少?？?廣泛用于各種液體的液位高度的測(cè)量。其優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在(I)采用SMD技術(shù)，具有自動(dòng)功率調(diào)整，增益控制，溫度補(bǔ)償?shù)龋岣吡藘x器可靠性；(2)采用新型的波形計(jì)算技術(shù)，提高了儀表的測(cè)量精度；(3)具有干擾回波的抑制功能保證測(cè)量數(shù)據(jù)的真實(shí)；(4)傳感器采用四氟乙烯材料，可用于各種腐蝕性場(chǎng)合；(5)多種輸出形式可編程繼電器輸出、高精度4-20mA電流輸出、RS-485數(shù)字通信輸出。3、對(duì)釩電池電解液壓力監(jiān)測(cè)通過對(duì)釩電池電解液的壓力進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以判斷電池系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。本實(shí)施例中采用A0920型陶瓷電容壓力變送器作為電解液壓力監(jiān)測(cè)傳感元件，它采用無中介液的干式壓力測(cè)量技術(shù)，具有優(yōu)異的技術(shù)性能，包括(I)抗過載和抗沖擊能力強(qiáng)，過壓可達(dá)量程的數(shù)倍至百倍；(2)精度高，重復(fù)性好穩(wěn)定性高；(3)由于取消了測(cè)量元件的中介液，因而使傳感器獲得了很高的測(cè)量精度，且受溫度影響??；⑷抗干擾能力強(qiáng)；(5)防水、防塵、防振、防爆、防腐。其工作原理是被測(cè)介質(zhì)的壓力直接作用于傳感器的陶瓷膜片上，使膜片產(chǎn)生與介質(zhì)壓力成正比的微小位移，正常工作狀態(tài)下，膜片最大位移不大于O. 025毫米，電子線路檢測(cè)這一位移量后，即把這一位移量轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)于這一壓力的標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)測(cè)量信號(hào)。4、對(duì)釩電池電解液濃度監(jiān)測(cè)釩電池電解液濃度是決定釩離子是否會(huì)結(jié)晶的關(guān)鍵因素之一，直接影響著釩電池的性能。對(duì)電解液濃度的監(jiān)測(cè)可以及早發(fā)現(xiàn)故障隱患，調(diào)整釩電池的運(yùn)行狀態(tài)。本實(shí)施例中采用NDM-99型濃度變送器檢測(cè)釩電池電解液濃度。該濃度變送器是通過無接觸式電極來測(cè)量溶液電導(dǎo)值，從而確定濃度的流程儀表，它可以在線連續(xù)檢測(cè)釩電池運(yùn)行過程中電解液的濃度。其測(cè)量原理為在一定范圍內(nèi)，電解液的濃度與其電導(dǎo)率的大小成比例關(guān)系，被測(cè)介質(zhì)作為液體導(dǎo)體使得兩個(gè)分離的感應(yīng)線圈在電磁場(chǎng)中產(chǎn)生藕合，激勵(lì)線圈產(chǎn)生一個(gè)連續(xù)的交變磁場(chǎng)，并在液體中產(chǎn)生感應(yīng)電壓，液體中的離子形成與離子濃度成比例的電流，感應(yīng)線圈上的電流傳送到測(cè)量儀表進(jìn)行濃度的測(cè)量。其優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在(I)無電極，感應(yīng)式傳感，模塊化電子單元，抗震防潮，無分布電容和電磁波影響，抗干擾能力強(qiáng)；(2)解決了高電導(dǎo)情況下電極極化、電極污染、常數(shù)不穩(wěn)和測(cè)量漂移等技術(shù)難題；(3)無須維護(hù)，在無結(jié)晶與沉淀情況下可長期連續(xù)工作；(4)具有防過載保護(hù)電路，當(dāng)被測(cè)溶液超標(biāo)，變送器輸出過載時(shí)，最大電流不超過30mA。5、對(duì)釩電池電解液泄漏監(jiān)測(cè)釩電池電解液泄漏會(huì)導(dǎo)致釩電池的性能快速下降，本實(shí)施例中采用K71-F03漏液檢測(cè)器。當(dāng)電解液泄漏到檢測(cè)器上后，漏液檢測(cè)器發(fā)出報(bào)警信號(hào)。其優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在(I)根據(jù)電極間電阻的檢測(cè)方式，能穩(wěn)定地檢測(cè)50ΜΩ的高阻抗液體；(2)采用三芯電纜的噪聲消除電路提高了抗噪聲能力；(3)檢測(cè)出斷線后，消除了因斷線部位再接觸引起的不穩(wěn)定性，保持檢測(cè)出斷線后的動(dòng)作；(4)具有高度的抗化學(xué)品腐蝕能力；(5)通過交流檢測(cè)方式，防止了電蝕引起電極老化。6、電解液溫度監(jiān)測(cè)[0032]電池充放電過程中產(chǎn)生熱量，電池溫度逐漸升高，如果不加以監(jiān)控，會(huì)影響電池的使用壽命，電池的溫度需控制在40°C以內(nèi)，本實(shí)施例中采用PT100溫度變送器，由溫度傳感器和信號(hào)轉(zhuǎn)換器組成、貼片式溫度探頭受溫度影響產(chǎn)生電阻或電勢(shì)效應(yīng)，經(jīng)轉(zhuǎn)換產(chǎn)生一個(gè)電壓信號(hào)，此信號(hào)經(jīng)過內(nèi)部運(yùn)放放大，再經(jīng)過電壓-電流變換，輸出4-20mA電流信號(hào)。其優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在(I) 二線制傳送，信號(hào)轉(zhuǎn)換器供電的兩根導(dǎo)線同時(shí)也傳送輸出信號(hào)；(2)信號(hào)轉(zhuǎn)換器用環(huán)氧樹脂封裝成模塊，抗震動(dòng)、耐腐蝕、防潮濕；(3)熱電偶的毫伏信號(hào)經(jīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換器直接轉(zhuǎn)換成4 20mA電流輸出、用普通電纜線傳送信號(hào)，可省去價(jià)格昂貴的補(bǔ)償導(dǎo)線；
(4)輸出恒流信號(hào)(4 20mA)?？垢蓴_能力強(qiáng)、遠(yuǎn)傳性 能好。
權(quán)利要求1.一種全釩離子液流電池電解液智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征是 設(shè)置包括有電解液流量監(jiān)測(cè)單元、電解液液面位置監(jiān)測(cè)單元、電解液壓力監(jiān)測(cè)單元、電解液濃度監(jiān)測(cè)單元、電解液泄漏監(jiān)測(cè)單元和溫度監(jiān)測(cè)單元在內(nèi)的電解液監(jiān)測(cè)單元； 設(shè)置由MCU電池運(yùn)行控制器和PC監(jiān)控管理單元構(gòu)成的控制系統(tǒng)； 所述電解液監(jiān)測(cè)單元輸出的電流檢測(cè)信號(hào)至MCU電池運(yùn)行控制器，在所述MCU電池運(yùn)行控制器中經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換和濾波處理后作為監(jiān)測(cè)參數(shù)通過以太網(wǎng)接口發(fā)送到PC監(jiān)控管理單元；在所述PC監(jiān)控管理單元中，以監(jiān)測(cè)參數(shù)與設(shè)定的報(bào)警閾值相比較，在監(jiān)測(cè)參數(shù)異常時(shí)給出報(bào)警信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的全釩離子液流電池電解液智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征是在所述電解液流量監(jiān)測(cè)單元中采用電磁流量計(jì)，在所述電解液液面位置監(jiān)測(cè)單元中采用超聲波液位儀，在所述電解液壓力監(jiān)測(cè)單元中采用陶瓷電容壓力變送器，在所述電解液濃度監(jiān)測(cè)單元中采用濃度變送器；在所述電解液泄漏監(jiān)測(cè)單元中采用漏液檢測(cè)器，在所述溫度監(jiān)測(cè)單元中采用溫度變送器。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種全釩離子液流電池電解液智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征是設(shè)置包括有電解液流量監(jiān)測(cè)單元、電解液液面位置監(jiān)測(cè)單元、電解液壓力監(jiān)測(cè)單元、電解液濃度監(jiān)測(cè)單元、電解液泄漏監(jiān)測(cè)單元和溫度監(jiān)測(cè)單元在內(nèi)的電解液監(jiān)測(cè)單元；設(shè)置由MCU電池運(yùn)行控制器和PC監(jiān)控管理單元構(gòu)成的控制系統(tǒng)；各電解液監(jiān)測(cè)單元輸出的電流檢測(cè)信號(hào)至MCU電池運(yùn)行控制器，在MCU電池運(yùn)行控制器中經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換和濾波處理后作為監(jiān)測(cè)參數(shù)通過以太網(wǎng)接口發(fā)送到PC監(jiān)控管理單元；在PC監(jiān)控管理單元中，以監(jiān)測(cè)參數(shù)與設(shè)定的報(bào)警閾值相比較，在監(jiān)測(cè)參數(shù)異常時(shí)給出報(bào)警信號(hào)。本實(shí)用新型通過對(duì)全釩離子液流電池電解液的智能監(jiān)測(cè)，可以有效保證釩電池的優(yōu)良性能的有效發(fā)揮。
文檔編號(hào)H01M8/04GK202363538SQ20112015332
公開日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2011年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月13日
發(fā)明者丁克立, 劉程 申請(qǐng)人:安徽碩日光電科技有限公司