专利名称：一种全钒离子液流电池电解液智能监测系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种智能监测系统，更具体地说是一种针对全钒离子液流电池电解液的在线监测系统。
背景技术：
钒电池具有功率大、容量大、效率高、寿命长(充放电可达十万次以上)、绿色环保等一系列独特优点，可以在风力发电、光伏发电、电动汽车供电、电网调峰等领域广泛应用。钒电池系统主要由电堆、电解质溶液、电解质储存输送体系、充放电管理系统组成。其中，电解液的稳定性决定着钒电池运行的可靠性和使用寿命，因此必须对电解液进行有效的监控。已有技术中的储能设备监测系统主要是监测电池电压、单电池内阻、室内温度、充电电流、放电电流等参数，尚无针对钒电池电解液的在线监控设备。研究表明钒电解液在过充及长期贮存在一个持续升温环境下，正极电解液五价钒离子会慢慢地析出黄色V(V)结晶，析出的V(V)结晶会堵塞泵，阻碍电解液的循环，也会大量附着在碳毡上，降低充放电效率。五价钒离子沉淀速率和程度取决于钒离子浓度、温度和硫酸的浓度，电解液的流量大小对多孔电极内部传质有较大影响，流量过小，多孔电极内部浓差极化严重，电压效率低。综上所述，运行中钒电池的电解液流量、压力、浓度、是否漏液，均会影响钒电池的性能，而已有的蓄电池监测装置不具备这些参数的检测功能。
实用新型内容本实用新型是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种全钒离子液流电池电解液智能监测系统，以保证钒电池的优良性能的有效发挥。本实用新型解决技术问题采用如下技术方案本实用新型全钒离子液流电池电解液智能监测系统，其特点是设置包括有电解液流量监测单元、电解液液面位置监测单元、电解液压力监测单元、电解液浓度监测单元、电解液泄漏监测单元和温度监测单元在内的电解液监测单元；设置由MCU电池运行控制器和PC监控管理单元构成的控制系统；所述电解液监测单元输出的电流检测信号至MCU电池运行控制器，在所述MCU电池运行控制器中经A/D转换和滤波处理后作为监测参数通过以太网接口发送到PC监控管理单元；在所述PC监控管理单元中，以监测参数与设定的报警阈值相比较，在监测参数异常时给出报警信号。本实用新型全钒离子液流电池电解液智能监测系统，其特点也在于在所述电解液流量监测单元中采用电磁流量计，在所述电解液液面位置监测单元中采用超声波液位仪，在所述电解液压力监测单元中采用陶瓷电容压力变送器，在所述电解液浓度监测单元中采用浓度变送器；在所述电解液泄漏监测单元中采用漏液检测器，在所述温度监测单元中采用温度变送器。[0012]与已有技术相比，本实用新型有益效果体现在I、本实用新型实时获得运行中钒电池的电解液流量、液面高度、压力、浓度、是否存在漏液以及温度等监测参数，并通过信号处理和比较，在出现监测参数异常时给出报警信号，从而保证了电解液的稳定性，极大地提高了钒电池运行的可靠性，延长其使用寿命，保证钒电池的优良性能的充分发挥。2 、本实用新型中各单元中特定种类传感器的设置使系统具有了测量精度高、抗干扰能力强、防爆、防水、防尘、防振、防腐、能实现过载保护等综合技术效果。
图I为本实用新型系统原理框图。
具体实施方式
参见图1，本实施例中的全钒离子液流电池电解液智能监测系统的结构形式是设置包括有电解液流量监测单元、电解液液面位置监测单元、电解液压力监测单元、电解液浓度监测单元、电解液泄漏监测单元和温度监测单元在内的电解液监测单元；设置由MCU电池运行控制器和PC监控管理单元构成的控制系统；电解液监测单元输出的电流检测信号通过信号输出接口传送至MCU电池运行控制器，在MCU电池运行控制器中经A/D转换和滤波处理后作为PC监测参数通过以太网接口发送到监控管理单元；在？(监控管理单元中，以监测参数与设定的报警阈值相比较，在监测参数异常时给出报警信号。I、对钒电池电解液流量的监测电解液的流量反应钒电池电解液的循环状态，如果出现结晶会大量附着在碳毡上或堵塞泵，阻碍电解液的循环，降低充放电效率。对于电解液的流量进行监测可以判断钒电池的运行状态是否正常。电磁流量计是基于法拉第电磁感应定律，当电解液体流过包围在磁场中的测量管时，在流速和磁场二者相垂直的方向就会产生与平均流速V成正比的感应电动势Eo，磁场强度B是一常数(由线圈电流控制)、检测电极之间的距离D也是固定的，因此液体流速V是感应电动势E的唯一变量，电磁流量计的输出信号与流量呈线性关系。本实施例中采用SLON 2000型电磁流量计，其技术参数为供电电源24VDC，功耗< 12W，环境温度-20-60°C，流速测量范围可测量范围0. I-IOm/s ;量程上限范围0. 5_10m/s精度可达到0.25%FS。其优势体现在(1)测量结果不受液体的压力、温度、密度、电导率等物理参数影响，其测量精度高、工作可靠；(2)电磁流量计的内衬采用聚全氟乙丙烯，耐腐蚀、耐热、耐磨损；内壁光滑、无阻流件，压力损失为零；(3)量程比大，尤其适用在流量变化幅度较大的场合；直接显示正、反向瞬时流量、累积流量、百分比流量和流速；(4)带液晶四行背光显示，4-20mA及频率输出，双向RS485接口，防爆等级Exd(ib)ibq IIBT5。2、对钒电池电解液液面位置的监测钒电池的电解液储存在两个储液罐中，通过对两个储液罐的液位变化来判断电解液的状态是否正常。本实施例中采用S0NIC-121型的超声波液位仪，是一种由微处理器控制的数字液位仪表，技术参数为工作温度-20°C -+55°C ;量程0-3m ;精度0. 25% ;分辨率1mm ;电源24VDC ;输出4_20mA，RS-485，两路继电器控制；防护等级IP65 ;显示方式16位LCD X 2。其超声波液位仪的基本原理是脉冲声波由传感器发出，经物体表面反射折回部份回波被同一传感器接收，转换成电信号。在脉冲发送和接收之间的时间即代表了距离。由于采用非接触测量，被测介质几乎不受限制，仪表现场安装方便、调整简单、维护量少。可 广泛用于各种液体的液位高度的测量。其优势体现在(I)采用SMD技术，具有自动功率调整，增益控制，温度补偿等，提高了仪器可靠性；(2)采用新型的波形计算技术，提高了仪表的测量精度；(3)具有干扰回波的抑制功能保证测量数据的真实；(4)传感器采用四氟乙烯材料，可用于各种腐蚀性场合；(5)多种输出形式可编程继电器输出、高精度4-20mA电流输出、RS-485数字通信输出。3、对钒电池电解液压力监测通过对钒电池电解液的压力进行监测，以判断电池系统的运行状态。本实施例中采用A0920型陶瓷电容压力变送器作为电解液压力监测传感元件，它采用无中介液的干式压力测量技术，具有优异的技术性能，包括(I)抗过载和抗冲击能力强，过压可达量程的数倍至百倍；(2)精度高，重复性好稳定性高；(3)由于取消了测量元件的中介液，因而使传感器获得了很高的测量精度，且受温度影响小；⑷抗干扰能力强；(5)防水、防尘、防振、防爆、防腐。其工作原理是被测介质的压力直接作用于传感器的陶瓷膜片上，使膜片产生与介质压力成正比的微小位移，正常工作状态下，膜片最大位移不大于O. 025毫米，电子线路检测这一位移量后，即把这一位移量转换成对应于这一压力的标准工业测量信号。4、对钒电池电解液浓度监测钒电池电解液浓度是决定钒离子是否会结晶的关键因素之一，直接影响着钒电池的性能。对电解液浓度的监测可以及早发现故障隐患，调整钒电池的运行状态。本实施例中采用NDM-99型浓度变送器检测钒电池电解液浓度。该浓度变送器是通过无接触式电极来测量溶液电导值，从而确定浓度的流程仪表，它可以在线连续检测钒电池运行过程中电解液的浓度。其测量原理为在一定范围内，电解液的浓度与其电导率的大小成比例关系，被测介质作为液体导体使得两个分离的感应线圈在电磁场中产生藕合，激励线圈产生一个连续的交变磁场，并在液体中产生感应电压，液体中的离子形成与离子浓度成比例的电流，感应线圈上的电流传送到测量仪表进行浓度的测量。其优势体现在(I)无电极，感应式传感，模块化电子单元，抗震防潮，无分布电容和电磁波影响，抗干扰能力强；(2)解决了高电导情况下电极极化、电极污染、常数不稳和测量漂移等技术难题；(3)无须维护，在无结晶与沉淀情况下可长期连续工作；(4)具有防过载保护电路，当被测溶液超标，变送器输出过载时，最大电流不超过30mA。5、对钒电池电解液泄漏监测钒电池电解液泄漏会导致钒电池的性能快速下降，本实施例中采用K71-F03漏液检测器。当电解液泄漏到检测器上后，漏液检测器发出报警信号。其优势体现在(I)根据电极间电阻的检测方式，能稳定地检测50ΜΩ的高阻抗液体；(2)采用三芯电缆的噪声消除电路提高了抗噪声能力；(3)检测出断线后，消除了因断线部位再接触引起的不稳定性，保持检测出断线后的动作；(4)具有高度的抗化学品腐蚀能力；(5)通过交流检测方式，防止了电蚀引起电极老化。6、电解液温度监测[0032]电池充放电过程中产生热量，电池温度逐渐升高，如果不加以监控，会影响电池的使用寿命，电池的温度需控制在40°C以内，本实施例中采用PT100温度变送器，由温度传感器和信号转换器组成、贴片式温度探头受温度影响产生电阻或电势效应，经转换产生一个电压信号，此信号经过内部运放放大，再经过电压-电流变换，输出4-20mA电流信号。其优势体现在(I) 二线制传送，信号转换器供电的两根导线同时也传送输出信号；(2)信号转换器用环氧树脂封装成模块，抗震动、耐腐蚀、防潮湿；(3)热电偶的毫伏信号经信号转换器直接转换成4 20mA电流输出、用普通电缆线传送信号，可省去价格昂贵的补偿导线；
(4)输出恒流信号(4 20mA)。抗干扰能力强、远传性 能好。
权利要求1.一种全钒离子液流电池电解液智能监测系统，其特征是 设置包括有电解液流量监测单元、电解液液面位置监测单元、电解液压力监测单元、电解液浓度监测单元、电解液泄漏监测单元和温度监测单元在内的电解液监测单元； 设置由MCU电池运行控制器和PC监控管理单元构成的控制系统； 所述电解液监测单元输出的电流检测信号至MCU电池运行控制器，在所述MCU电池运行控制器中经A/D转换和滤波处理后作为监测参数通过以太网接口发送到PC监控管理单元；在所述PC监控管理单元中，以监测参数与设定的报警阈值相比较，在监测参数异常时给出报警信号。
2.根据权利要求I所述的全钒离子液流电池电解液智能监测系统，其特征是在所述电解液流量监测单元中采用电磁流量计，在所述电解液液面位置监测单元中采用超声波液位仪，在所述电解液压力监测单元中采用陶瓷电容压力变送器，在所述电解液浓度监测单元中采用浓度变送器；在所述电解液泄漏监测单元中采用漏液检测器，在所述温度监测单元中采用温度变送器。
专利摘要本实用新型公开了一种全钒离子液流电池电解液智能监测系统，其特征是设置包括有电解液流量监测单元、电解液液面位置监测单元、电解液压力监测单元、电解液浓度监测单元、电解液泄漏监测单元和温度监测单元在内的电解液监测单元；设置由MCU电池运行控制器和PC监控管理单元构成的控制系统；各电解液监测单元输出的电流检测信号至MCU电池运行控制器，在MCU电池运行控制器中经A/D转换和滤波处理后作为监测参数通过以太网接口发送到PC监控管理单元；在PC监控管理单元中，以监测参数与设定的报警阈值相比较，在监测参数异常时给出报警信号。本实用新型通过对全钒离子液流电池电解液的智能监测，可以有效保证钒电池的优良性能的有效发挥。
文档编号H01M8/04GK202363538SQ20112015332
公开日2012年8月1日 申请日期2011年5月13日 优先权日2011年5月13日
发明者丁克立, 刘程 申请人:安徽硕日光电科技有限公司