住友钒液流电池沙仑绿能科学城储能示范项目
图源：北京弘通微和
图源：中鼎新能源
1 全钒液流电池工作原理
2020年大连化物开发的液流电池电堆
2 全钒液流电池管理系统的整体设计
全钒液流电池管理系统除了实现对电池状态的监测外，还要参与电池电化学反应过程的调节和控制，以保证液流电池进行正常的化学反应，提升电池性能，延长寿命。
全钒液流电池管理系统的功能需求如下：
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（1）电压、电流、压力、温度、流量及液位等状态信息的监测；
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（2）循环泵及阀门的控制，电解液温度、流量的监测与调节；
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（3）电池SOC及SOH的估算；
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（4）与PCS的通信功能；
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（5）电池故障诊断和安全保护功能。
全钒液流电池管理系统的总体结构框图如图2所示。
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数据采集模块主要负责采集电池运行过程中的电压、电流、压力与温度等状态信息； -
执行控制模块根据状态信息控制电池的运行，如泵的启停控制、电解液流量的调节等； -
监控报警模块根据状态信息监测电池的运行，若电池运行参数出现异常，则应及时报警并执行保护； -
通信模块可与上位机及其他模块进行数据传输； -
数据保存模块与显示模块分别用于保存历史数据和显示当前电池的运行信息。
3 全钒液流电池管理系统的硬件选型
从系统的功能需求出发，全钒液流电池管理系统主要完成状态信息的采集与监控。本系统主要以采集模拟量为主，考虑到系统稳定性、抗干扰性、安全性以及开发周期等因素，选用PLC作为主控单元进行系统开发。
温度传感器选用LQT2088D温度变送器，使用24位模拟采样芯片保证测量的精度，工作温度为-30～80℃，4～20 mA信号输出。
测温探头选用Pt100热电阻，为了保证探头不被电解液腐蚀，需要选择耐腐蚀材料作为外壳。
流量传感器选用LD型电磁流量传感器，衬里材料采用耐腐蚀的聚四氟乙烯，公称压力为1.6 MPa，钽电极探头，4～20 mA信号输出。
压力变送器采用硅传感器压阻式压力变送器，变送器与被测液体之间需要引压，引压方式是螺纹连接，需要配备耐腐蚀的引压接头，4～20mA信号输出。
4 全钒液流电池管理系统的软件设计
全钒液流电池管理系统工作时的状态分为待机、充放电和混液，其软件控制流程图如图3所示。上电后，系统先执行初始化。此时，泵和阀门都处于关闭状态，若系统异常会进行报警，正常则进入待机状态等待充放电指令。
因此，在充放电过程中，估算电池的SOC非常重要。本系统采用开路电压法估算电池SOC，这种方式需要在系统设计时单独布置一个辅助单电池来测量开路电压。
5 现场验证
光伏板布置在屋顶，10kW储能电池柜由1个10 kW电堆、2个电解液储罐以及相关检测仪表组成，10 kW变流器柜包含1台5kW的DC/DC、1台10kW双向AC/DC以及1套电池管理系统。该全钒液流电池储能系统容量较小，安装调试完成后，在现场实际稳定运行1年半，证明其具有一定的稳定性和可靠性。
6 结语
此外，该系统可以实时监控电池状态信息，并在运行参数异常时进行故障保护。经过调试、测试与长期的运行验证，验证了该系统能够运行稳定，并对全钒液流电池进行安全可靠的管理。
来源：周杰；中控技术股份有限公司
周杰,.全钒液流电池管理系统的设计与实现【J】.自动化应用,2024,(07):109-111.
