Sistema de control para una batería de células de flujo.

Controlador (130, 510) para controlar un sistema de baterías de células de flujo (100),

que comprende:

uno o más procesadores (510) que hacen funcionar el sistema de baterías de células de flujo (100) en múltiples estados, comprendiendo los múltiples estados:

un estado de galvanización (603), en el que en el estado de galvanización (603), por lo menos una parte de los electrodos (256, 258) son galvanizados con un metal de galvanización;

un estado de carga (604), en el que en el estado de carga (604), por lo menos una parte de los electrolitos del sistema de baterías de células de flujo (100) pasa a un estado químico cargado; y

un estado de descarga (606), en el que la alimentación se suministra a una carga (164) acoplada al sistema de baterías de células de flujo (100) en el estado de descarga (606);

en el que el controlador (130, 510) cambia el sistema de baterías de células de flujo (100) del estado de galvanización (603) al estado de carga (604) cuando una corriente que atraviesa los electrodos (256, 258) del sistema de baterías de células de flujo (100) cae por debajo de un umbral de corriente que indica que la galvanización de la parte de los electrodos (256, 258) ha concluido.

Sistema de control para una batería de células de flujo.

Antecedentes Campo de la invención Las formas de realización divulgadas en la presente memoria se refieren en general a sistemas de control y, más particularmente, a un sistema de control para una batería de células de flujo y a un procedimiento de funcionamiento de una batería de células de flujo.

Descripción de la técnica relevante Hay una demanda creciente de sistemas novedosos e innovadores de almacenamiento de energía eléctrica. Las baterías de células de flujo redox se han convertido en unos medios atractivos para dicho almacenamiento de energía. En particular, las baterías redox pueden utilizarse como fuentes de alimentación de reserva en áreas donde la alimentación de la red es poco fiable, para trasladar la carga de alimentación a un lugar donde puede almacenarse en momentos de baja demanda y suministrarse en momentos de máxima demanda, y para almacenarla en sistemas de alimentación alternativa a fin de suministrar alimentación cuando la fuente de alimentación alternativa (por ejemplo, solar, eólica, mareomotriz o de otro tipo) no está disponible o presenta un bajo rendimiento.

En un sistema de baterías de células de flujo redox, por ejemplo, una célula de batería puede comprender dos electrodos, cada uno sumergido en un electrolito. Los dos electrolitos están separados por una membrana. La batería se descarga cuando la corriente fluye entre los terminales y se transporta un ion cargado a través de la membrana. Se permite el flujo de los electrolitos a través de la batería de tal forma que la cantidad de energía almacenada no viene determinada por el tamaño de la propia célula. La batería se carga cuando se suministra una corriente entre los terminales y el ion cargado se transporta de nuevo a través de la membrana, cargando los dos electrolitos separados en la célula. La energía eléctrica se almacena de esta forma cargando correctamente los dos electrolitos.

Para ofrecer una fuente de alimentación uniforme, es importante que muchos de los componentes del sistema de baterías de células de flujo funcionen correctamente. El rendimiento de una célula de flujo, por ejemplo, puede cambiar dependiendo de parámetros tales como el estado de la carga, la temperatura, el nivel de electrolito, la concentración de electrolito y condiciones de avería como filtraciones, problemas de bomba y fallo de fuente de alimentación para el funcionamiento de los componentes electrónicos. Para ser útil como sistema de almacenamiento de energía eléctrica, es deseable que el sistema de baterías de células de flujo se someta a una cantidad mínima de mantenimiento y monitorizacion. Por consiguiente, hay una necesidad de sistemas de control eficaces para controlar y supervisar un sistema de baterías de células de flujo.

La publicación de solicitud de patente US nº 2006/0251957 de Darcy et al., titulada "Flowing Electrolyte Batter y with Electric Potential Neutralization", describe sistemas y procedimientos para neutralizar químicamente baterías de flujo de electrolito.

La patente US nº 4.543.302 de Gahn et al., titulada "Negative Electrode Catalyst for the Iron Chromium Redox Energy Storage System", describe una célula de batería de reducción-oxidación (redox) operativa a temperaturas elevadas y describe varios procedimientos que generan curvas de carga-descarga.

La publicación de solicitud de patente US nº 2005/0158614 de Hennessy, titulada "System and Method for Optimizing Efficiency and Power Output from a Vanadium Redox Batter y Energy Storage System" describe sistemas y procedimientos para calcular velocidades de bomba, rangos de temperatura de electrolito y regímenes de carga y descarga para una batería redox de vanadio que pueden utilizarse para controlar la batería redox de vanadio.

La patente US nº 4.576.878 de Gahn, titulada "Method and Apparatus for Rebalancing a Redox Flow Cell System" describe una célula de reequilibrado que puede utilizarse para equilibrar un sistema redox haciendo circular un fluido catódico a través de un compartimento de reequilibrado y un compartimento de cloro mientras se aplica un potencial eléctrico al compartimento de reequilibrado.

Sumario Se dan a conocer un controlador para controlar un sistema de baterías de células de flujo y un procedimiento para hacer funcionar un sistema de baterías de células de flujo. El controlador comprende uno o más procesadores que ejecutan una máquina de estados, comprendiendo la máquina de estados un estado de apagado; un estado de inicialización al cual se hace transición cuando se enciende el sistema de baterías de células de flujo; un estado de galvanización al cual se hace transición desde el estado de inicialización; un estado que carga al cual se hace

transición desde el estado de galvanización; un estado de flotación al que puede hacerse transición desde el estado de carga si la carga ha concluido; un estado de descarga al cual puede hacerse transición desde el estado de carga o desde el estado de flotación si se detecta una condición de descarga; y un estado de hibernación al cual puede hacerse transición desde el estado de descarga cuando la batería de células de flujo se descarga por debajo de un nivel de umbral, y en el que el estado de hibernación puede hacer transición al estado de carga cuando se detecta una condición de carga.

En el estado de galvanización, por lo menos una parte de los electrodos son galvanizados un metal de galvanización. En el estado de carga, por lo menos una parte de los electrolitos de la batería de células de flujo pasan a un estado químico cargado. En el estado de descarga se suministra alimentación a una carga acoplada al sistema de baterías de células de flujo en el estado de descarga.

El controlador cambia el sistema de baterías de células de flujo al estado de carga cuando la corriente que atraviesa los electrodos del sistema de baterías de células de flujo cae por debajo del umbral actual o el voltaje que atraviesa los electrodos del sistema de baterías de células de flujo se incrementa por encima de un umbral de voltaje que indica que la galvanización de los electrodos ha concluido. El controlador cambia además el estado de carga del sistema de baterías de células de flujo al estado de descarga cuando se desconecta la alimentación del sistema de baterías de células de flujo y se acopla una carga al sistema de baterías de células de flujo.

El sistema de baterías de células de flujo también puede utilizarse en un estado de flotación. En el estado de flotación, la alimentación suministrada a los electrodos del sistema de baterías de células de flujo se reduce con respecto a la alimentación suministrada a los electrodos durante el estado de carga. El controlador cambia además el estado de carga del sistema de baterías de células de flujo al estado de flotación cuando el estado de carga del sistema de baterías de células de flujo es más elevado que un punto de carga nominal predeterminado y cuando se suministra alimentación al sistema de baterías de células de flujo. En algunas formas de realización, el punto de carga nominal predeterminado es un estado de carga superior al 80%, superior al 85%, superior al 90%, superior al 95% o superior al 99%.

El controlador puede cambiar además el estado de flotación del sistema de baterías de células de flujo al estado de descarga cuando se desconecta la alimentación del sistema de baterías de células de flujo y se acopla una carga al sistema de baterías de células de flujo.

El sistema de baterías de células de flujo también puede ser operativo en un estado de hibernación. El controlador cambia además el estado de descarga del sistema de baterías de células de flujo al estado de hibernación cuando el estado de carga del sistema de baterías de células de flujo es inferior a un punto de descarga nominal predeterminado y cuando no se suministra alimentación al sistema de baterías de células de flujo. En algunas formas de realización, el punto de descarga nominal predeterminado es un estado de carga inferior al 20%, inferior al 15%, inferior al 10%, inferior al 5% o inferior al 1%. El controlador puede cambiar además el estado de hibernación del sistema de baterías de células de flujo al estado de carga cuando se suministra alimentación al sistema de baterías de células de flujo. En algunas formas de realización, el controlador cambia el estado de descarga del sistema de baterías de células de flujo al estado de carga cuando se suministra alimentación al sistema de baterías de células de flujo durante el estado de descarga y cuando el estado de carga del sistema de baterías de células de flujo es inferior a un punto de carga... [Seguir leyendo]

1. Controlador (130, 510) para controlar un sistema de baterías de células de flujo (100) , que comprende:

uno o más procesadores (510) que hacen funcionar el sistema de baterías de células de flujo (100) en múltiples estados, comprendiendo los múltiples estados:

un estado de galvanización (603) , en el que en el estado de galvanización (603) , por lo menos una parte de los electrodos (256, 258) son galvanizados con un metal de galvanización;

un estado de carga (604) , en el que en el estado de carga (604) , por lo menos una parte de los electrolitos del sistema de baterías de células de flujo (100) pasa a un estado químico cargado; y un estado de descarga (606) , en el que la alimentación se suministra a una carga (164) acoplada al sistema 15 de baterías de células de flujo (100) en el estado de descarga (606) ;

en el que el controlador (130, 510) cambia el sistema de baterías de células de flujo (100) del estado de galvanización (603) al estado de carga (604) cuando una corriente que atraviesa los electrodos (256, 258) del sistema de baterías de células de flujo (100) cae por debajo de un umbral de corriente que indica que la galvanización de la parte de los electrodos (256, 258) ha concluido.

2. Controlador según la reivindicación 1, en el que el controlador (130, 510) cambia el sistema de baterías de células de flujo (100) del estado de carga (604) al estado de descarga (606) cuando la alimentación para el sistema de baterías de células de flujo (100) está desconectada y la carga (164) está acoplada con el sistema de baterías de células de flujo (100) .

3. Controlador según la reivindicación 1, en el que el sistema de baterías de células de flujo (100) comprende además un estado de flotación (605) , en el que en el estado de flotación (100) , la alimentación para los electrodos (256, 258) de una batería de células de flujo (212) del sistema de baterías de células de flujo (100) se reduce con respecto a la alimentación suministrada a los electrodos (256, 258) durante el estado de carga (604) , y en el que el controlador (130, 510) cambia el sistema de baterías de células de flujo (100) del estado de carga (604) al estado de flotación (605) cuando un estado de carga de la batería de células de flujo (212) es superior a un punto de carga nominal predeterminado y se suministra alimentación al sistema de baterías de células de flujo (100) .

4. Controlador según la reivindicación 3, en el que el controlador (130, 510) cambia el sistema de baterías de células de flujo (100) del estado de carga (605) al estado de descarga (606) cuando la alimentación del sistema de baterías de células de flujo (100) está desconectada y la carga (164) está acoplada con el sistema de baterías de células de flujo (100) .

5. Controlador según la reivindicación 1, en el que el sistema de baterías de células de flujo (100) comprende además un estado de hibernación (607) , y en el que el controlador (130, 510) cambia el sistema de baterías de células de flujo (100) del estado de descarga (606) al estado de hibernación (607) cuando un estado de carga de una batería de células de flujo (212) del sistema de baterías de células de flujo (100) es inferior a un punto de descarga nominal predeterminado y no se suministra alimentación al sistema de baterías de células de flujo (100) .

6. Controlador según la reivindicación 5, en el que el controlador (130, 510) cambia el sistema de baterías de células de flujo (100) del estado de hibernación (607) al estado de carga (604) cuando se suministra alimentación al sistema de baterías de células de flujo (100) .

7. Controlador según la reivindicación 1, en el que el controlador (130, 510) cambia el sistema de baterías de célula de flujo (100) del estado de descarga (606) al estado de carga (604) cuando se suministra alimentación al sistema de baterías de células de flujo (100) durante el estado de descarga (606) y un estado de carga del sistema de baterías de células de flujo (100) es inferior a un punto de carga nominal predeterminado.

8. Controlador según la reivindicación 1, en el que el sistema de baterías de células de flujo (100) comprende además un estado de apagado (601) , y en el que el controlador (130, 510) cambia el sistema de baterías de células de flujo (100) de cualquier estado al estado de apagado (601) cuando se detecta una avería.

9. Controlador según la reivindicación 8, en el que el sistema de baterías de células de flujo (100) comprende 60 además un estado de inicialización (602) , en el que el controlador (130, 510) cambia el sistema de baterías de células de flujo (100) al estado de inicialización (602) cuando se suministra alimentación al sistema de baterías de células de flujo (100) que funciona en el estado de apagado (601) .

10. Controlador según la reivindicación 9, en el que el controlador (130, 510) cambia el sistema de baterías de 65 células de flujo (100) al estado de galvanización (603) cuando el estado de inicialización (602) ha concluido.

11. Controlador según la reivindicación 1, en el que los procesadores (512) están configurados para controlar el flujo de las bombas basándose en el nivel de los depósitos de electrolito (204, 206) y el estado de carga del electrolito.

12. Controlador según la reivindicación 1, que comprende además un dispositivo de comunicación (520) acoplado

con uno o más procesadores (512) , en el que el dispositivo de comunicación (520) transmite datos externos al sistema de baterías de células de flujo (100) .

13. Controlador según la reivindicación 1, que comprende además uno o más procesadores (512) que hacen funcionar una célula de reequilibrado (228) y en el que el uno o más procesadores (512) que hacen funcionar el sistema de baterías de células de flujo (100) en múltiples estados se comunican con uno o más procesadores que hacen funcionar la célula de reequilibrado (228) .

14. Procedimiento para hacer funcionar un sistema de baterías de células de flujo (100) , que comprende las etapas siguientes:

hacer funcionar el sistema de baterías de células de flujo (100) mediante un controlador (130, 510) capaz de hacer pasar el sistema de baterías de células de flujo (100) hacia una pluralidad de estados de funcionamiento, comprendiendo la pluralidad de estados de funcionamiento:

un estado de galvanización (603) , en el que en el estado de galvanización (603) , por lo menos una parte de los electrodos (256, 258) son galvanizados con un metal de galvanización;

un estado de carga (604) , en el que en el estado de carga (604) , por lo menos una parte de los electrolitos del sistema de baterías de células de flujo (100) es llevada a un estado químico cargado; y un estado de descarga (606) , en el que la alimentación se suministra a una carga (164) acoplada al sistema de baterías de células de flujo (100) en el estado de descarga (606) ; y cambiar el sistema de baterías de células de flujo (100) del estado de galvanización (603) al estado de carga (604) cuando un voltaje a través de los electrodos (256, 258) del sistema de baterías de células de flujo (100) aumenta por encima de un umbral de voltaje que indica que la galvanización de la parte de los electrodos (256, 258) ha concluido.

15. Procedimiento según la reivindicación 14, en el que los estados de funcionamiento comprenden además un estado de flotación (605) , en el que en el estado de flotación (605) , la alimentación de los electrodos (256, 258) de una batería de células de flujo (212) del sistema de baterías de células de flujo (100) se reduce con respecto a la alimentación suministrada a los electrodos (256, 258) durante el estado de carga (604) , y en el que el procedimiento comprende además el cambio del sistema de baterías de células de flujo (100) del estado de carga (604) al estado de flotación (605) cuando un estado de carga de la batería de células de flujo (212) es superior a un punto de carga nominal predeterminado y se suministra alimentación al sistema de baterías de células de flujo (100) .

16. Procedimiento según la reivindicación 14, en el que los estados de funcionamiento comprenden además un estado de hibernación (607) , y en el que el procedimiento comprende además el cambio del sistema de baterías de célula de flujo (100) del estado de descarga (606) al estado de hibernación (607) cuando un estado de carga del 45 sistema de baterías de células de flujo (100) es inferior a un punto de descarga nominal predeterminado y no se suministra alimentación al sistema de baterías de células de flujo (100) .

17. Procedimiento según la reivindicación 14, en el que los estados de funcionamiento comprenden además un estado de apagado (601) , y en el que el procedimiento comprende además el cambio del sistema de baterías de 50 células de flujo (100) de cualquier estado al estado de apagado (601) cuando se detecta una avería.

18. Procedimiento según la reivindicación 17, en el que los estados de funcionamiento comprenden además un estado de inicialización (602) , y en el que el procedimiento comprende además el cambio del sistema de baterías de células de flujo (100) al estado de inicialización (602) cuando se suministra alimentación al sistema de baterías de 55 células de flujo (100) que funciona en el estado de apagado (601) .