專利名稱：一種液流電池系統及電池儲罐的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種液流電池系統及電池儲罐，屬于電池領域。
背景技術：
現有技術中，獨立的能源系統如分布式能源系統中所用的蓄電池通常是鉛酸電池。而鉛酸電池在性能和環境上都存在著致命的缺陷。比如在炎熱氣候的環境中通常壽命很短，尤其在深度放電時更加嚴重。同時，鉛酸電池亦對環境有害，因為鉛酸電池的一個主要成分為鉛，可能在生產和棄置時引致嚴重的環境問題。液流電解質電池，例如鋅溴電池和全釩液流電池等可以克服上述鉛酸電池的缺點，具有循環壽命長，環境污染小的特點。特別地，液流電解質電池可以實現深度放電，且電池的能量密度是比鉛酸電池的數倍。但目前液流電池也存在著一些問題，如對溫度相對敏感，系統相對復雜等，如鋅溴液流電池，一般為避免溴分壓過高而降低電解液容量和腐蝕管路，往往采取在電解液中加入絡合劑的方法。但是絡合溴溶液由于與水相不相容，且密度差較大，為保證其供應，往往需要在系統中加入單獨的絡合溴系統供液泵，使系統復雜性提高，穩定性相應下降。同時由于絡合溴密度和粘度較大，介于其流動阻力的影響，往往不集成相應的散熱系統，從而使熱量積聚，造成電解液溫度上升，最終使得電池性能下降。
發明內容
本發明的目的在于，提供一種液流電池系統及電池儲罐，它具有系統結構簡單，對溫度敏感度低的優點，另外還能夠使系統實現在無絡合溴供液泵的環境下運行，同時系統對壓力能進行余能回收，并用于強化系統傳熱，使液流電池系統穩定運行。本發明的技術方案一種液流電池系統，包括電堆、換熱器、負極供液泵、正極供液泵和一體化儲罐，一體化儲罐包括負極儲罐和正極儲罐，負極儲罐通過供液管路與負極供液泵連接，負極供液泵通過與換熱器連接，換熱器與電堆的負極連接，電堆通過排液管路與負極儲罐連接；正極供液泵通過供液管路與正極供液泵連接，正極供液泵與電堆的正極連接，電堆通過排液管路與正極儲罐連接。前述的液流電池系統中，所述電堆采用雙電堆結構。一種應用于前述的液流電池系統的液流電池儲罐，包括一體化儲罐、正負極隔板、 儲罐正極內腔和儲罐負極內腔，一體化儲罐的內部被正負極隔板分為儲罐正極內腔和儲罐負極內腔兩部分；儲罐正極內腔的頂部設有“L”形正極突臺和正極電解液出口，“L”形正極突臺上設有正極電解液入口，儲罐負極內腔的頂部設有“L”形負極突臺和負極電解液出口， “L”形負極突臺上設有負極電解液入口。“L”形正極突臺的作用是保證正極電解液靜態液位高于泵入口處液位，從而使得非自吸泵在不灌泵的條件下可以正常工作。同時” L”形正極突臺對系統結構其支撐作用，L型的結構使其強度更高。” L”形正極突臺具有脫離體系的單質溴及其他副反應氣體產物的收集功能，可根據情況進行氣體回收或排空操作。“L”形負極突臺的作用是保證正極電解液靜態液位高于泵入口處液位，從而使得非自吸泵在不灌泵的條件下可以正常工作。同時”L”形負極突臺對系統結構其支撐作用，L型的結構使其強度更高。” L”形負極突臺具有氫氣及其他副反應氣體產物的收集功能，可根據情況進行氣體回收或排空操作。前述的這種液流電池系統的液流電池儲罐中，儲罐正極內腔內設有正極電解液輸出管道、正極電解液輸入管道、壓力回收管和正極噴射口，正極電解液輸出管道的一端與正極電解液出口連接，另一端上設有有機相計量閥和水相計量閥；正極電解液輸入管道的一端與正極電解液入口連接，另一端通過壓力回收管與正極噴射口連接。前述的這種液流電池系統的液流電池儲罐中，儲罐正極內腔的底部設有斜坡，儲罐正極內腔內設有有機相計量閥的一側低于另一側。前述的這種液流電池系統的液流電池儲罐中，正極噴射口上設有正極螺旋槳。前述的這種液流電池系統的液流電池儲罐中，儲罐負極內腔內設有負極電解液輸出管道、負極電解液輸入管道、壓力回收管和負極噴射口，負極電解液輸出管道與負極電解液出口連接，負極電解液輸入管道的一端與負極電解液入口連接，另一端通過壓力回收管與負極噴射口連接。前述的這種液流電池系統的液流電池儲罐中，負極噴射口上設有負極螺旋槳。前述的這種液流電池系統的液流電池儲罐中，一體化儲罐的形狀為長方體。與現有技術相比，本發明既簡化了液流電池系統結構，同時還加強了液流電池系統的穩定性。本發明通過計量閥代替有機相泵，并通過一定結構保證其正常工作。電池系統不同的充放電狀態，改換閥的通斷和開度，同時儲罐在正極電解液口外側有溢流槽結構，保證系統穩定運行。本發明則利用一體化儲罐結構，儲罐外觀為矩形結構，中間隔板在對角線隔開。這樣的技術效果有兩點，首先便于正極電解液有機相的收集，同時使隔板面積即換熱面積增加，使換熱效果提高。利用模具加工工藝，在保證穩定性的前提下，降低隔板厚度，減少隔板熱阻，使得換熱效率進一步提高。電解液出口處的壓力能得到回收，并用于正負極電解液混勻，使儲罐內的電解液溫度和濃度均一，使系統穩定性增加。通過優化參數，本系統正負極電解液溫差可控制在rc以內。
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附圖中的標記為1-電堆，2-換熱器，3-負極供液泵，4-正極供液泵，5-負極儲罐，6-正極儲罐，7-—體化儲罐，8-儲罐正極內腔，9-儲罐負極內腔，10-正負極隔板， 71-“L”形正極突臺，72-“L”形負極突臺，73-正極電解液出口，74-負極電解液出口，75-負極電解液入口，76-正極電解液入口，81-正極電解液輸出管道，82-有機相計量閥，83-水相計量閥，84-正極噴射口，85-正極電解液輸入管道，86-壓力回收管，87-斜坡，88-正極螺旋槳，91-負極電解液輸出管道，92-壓力回收管，93-負極噴射口，94-負極螺旋槳，95-負極電解液輸入管道。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的說明。
具體實施例方式如圖I和圖2所示，一種液流電池系統，包括電堆I、換熱器2、負極供液泵3、正極供液泵4和一體化儲罐7，一體化儲罐7包括負極儲罐5和正極儲罐6，負極儲罐5通過供液管路與負極供液泵3連接，負極供液泵3通過與換熱器2連接，換熱器2 與電堆I的負極連接，電堆I通過排液管路與負極儲罐5連接；正極供液泵4通過供液管路與正極供液泵4連接，正極供液泵4與電堆I的正極連接，電堆I通過排液管路與正極儲罐 6連接。所述電堆I采用雙電堆結構。負極電解液儲存于負極儲罐5當中，在負極供液泵3的作用下，進入換熱器2降溫后，進入電堆I負極，發生電化學反應后，回到負極儲罐5。正極電解液儲存于正極極儲罐6當中，在正極供液泵4的作用下，進入電堆I正極，發生電化學反應后，回到正極儲罐6。如圖3和圖9所示，一種應用于前述的液流電池系統的液流電池儲罐，包括一體化儲罐7、正負極隔板10、儲罐正極內腔8和儲罐負極內腔9，一體化儲罐7的內部被正負極隔板10分為儲罐正極內腔8和儲罐負極內腔9兩部分；儲罐正極內腔8的頂部設有“L”形正極突臺71和正極電解液出口 73，“L”形正極突臺71上設有正極電解液入口 76，儲罐負極內腔9的頂部設有“L”形負極突臺72和負極電解液出口 74，“L”形負極突臺72上設有負極電解液入口 75。如圖4所示，在泵的作用下，正極電解液由一體化儲罐7上的正極電解液出口 73 被抽出，在外循環后，由正極電解液入口 76回到一體化儲罐7 ;負極電解液由一體化儲罐7 上的負極電解液出口 74被抽出，在外循環后，由正極電解液入口 75回到一體化儲罐7。如圖5所示，儲罐正極內腔8內設有正極電解液輸出管道81、正極電解液輸入管道85、壓力回收管86和正極噴射口 84，正極電解液輸出管道81的一端與正極電解液出口 73連接，另一端上設有有機相計量閥82和水相計量閥83 ;正極電解液輸入管道85的一端與正極電解液入口 76連接，另一端通過壓力回收管86與正極噴射口 84連接。儲罐正極內腔8的底部設有斜坡87，儲罐正極內腔8內設有有機相計量閥82的一側低于另一側。在儲罐正極內腔8內，水相正極電解液由水相計量閥83進入正極電解液輸送管道 81，有機相正極電解液通過有機相計量閥82進入正極電解液輸送管道81，并在正極電解液輸送管道81內與水相正極電解液混合，由正極供液泵4輸送至電堆I。經過電化學反應后， 正極電解液由正極電解液入口 76回到儲罐正極內腔8內。在出口處進入壓力回收管86回收壓力傳動至正極噴射口 84，正極噴射口 84產生水平驅動力，推動正極電解液在儲罐正極內腔內流動，使電解液充分混勻，無濃度和溫度的梯度。同時回流的正極電解液從正極噴射口 84中流出，在重力的作用下自然分成上層水相和下層有機相。有機相沿正極儲罐地面87 傾斜方向流動到正極電解液吸入口即有機相計量閥82附近。有機相計量閥82在不同的充放電狀態處于不同狀態，在電池系統充電時，計量閥 82為關閉狀態，在電池系統額定功率放電時，計量閥82為開啟狀態，在電池系統低于額定功率放電時，計量閥82為部分開啟狀態。如圖6所示，儲罐負極內腔9內設有負極電解液輸出管道91、負極電解液輸入管道 95、壓力回收管92和負極噴射口 93，負極電解液輸出管道91與負極電解液出口 74連接，負極電解液輸入管道95的一端與負極電解液入口 75連接，另一端通過壓力回收管92與負極噴射口 93連接。在儲罐負極內腔9內，負極電解液由負極電解液輸送管道91被抽取至換熱器2 內，發生熱交換后進入電堆I內，在電堆I內發生電化學反應后，負極電解液由負極電解液入口 75和負極電解液輸入管道95回到儲罐負極內腔9內。在出口處進入壓力回收管92 回收壓力傳動至負極噴射口 93，負極噴射口 93產生水平驅動力，推動負極電解液在儲罐正極內腔內流動，使電解液充分混勻，無濃度和溫度的梯度。同時回流的負極電解液從負極噴射口 93中流出。如圖7所示，負極噴射口 93上設有負極螺旋槳94。儲罐正極內腔8與儲罐負極內腔9由正負極隔板10隔開。負極電解液由負極電解液入口 75回到儲罐負極內腔9內。在出口處進入壓力回收管92回收壓力傳動至負極噴射口 93，由負極螺旋槳94作用，推動負極電解液流動。如圖8所示，正極噴射口 84上設有正極螺旋槳88。正極電解液由正極電解液入口 76回到儲罐正極內腔8內。在出口處進入壓力回收管86回收壓力傳動至正極噴射口 84， 由正極螺旋槳88作用，推動正極電解液流動。如圖9所示，在儲罐正極內腔8中，正極噴射口 84產生推動力，使正極電解液在儲罐正極內腔8流動。在儲罐負極內腔9中，負極噴射口 93產生推動力，使負極電解液在儲 te負極內腔9流動。圖中箭頭為電解液流動的不意。正負極隔板10把正負極電解液隔開。由于負極電解液粘度相對低，流動阻力小， 因此在負極循環系統中有換熱結構，以降低液流電池系統的熱量累積。而正極電解液因為粘度高，流動阻力大，腐蝕性強，且為多相混合溶液，因此集成換熱結構在實際操作中有許多困單，正極電解液再循環過程中，隨著熱量的累積而溫度上升，使得另一個電堆效率降低，同時使系統中的溴分壓上升，使電池容量下降，系統穩定性下降。本方案中，利用正負極電解液的溫差，在正負極隔板10兩側發生換熱，使得系統溫度保持穩定。
權利要求
1.一種液流電池系統，其特征在于包括電堆⑴、換熱器⑵、負極供液泵⑶、正極供液泵(4)和一體化儲罐(7)，一體化儲罐(7)包括負極儲罐(5)和正極儲罐￠)，負極儲罐(5)通過供液管路與負極供液泵(3)連接，負極供液泵(3)通過與換熱器(2)連接，換熱器 ⑵與電堆⑴的負極連接，電堆⑴通過排液管路與負極儲罐(5)連接；正極供液泵⑷ 通過供液管路與正極供液泵(4)連接，正極供液泵(4)與電堆(I)的正極連接，電堆(I)通過排液管路與正極儲罐(6)連接。
2.根據權利要求I所述的液流電池系統，其特征在于所述電堆(I)采用雙電堆結構。
3.一種應用于權利要求I或2所述的液流電池系統的液流電池儲罐，其特征在于包括一體化儲罐(7)、正負極隔板(10)、儲罐正極內腔(8)和儲罐負極內腔(9)，一體化儲罐(7)的內部被正負極隔板(10)分為儲罐正極內腔⑶和儲罐負極內腔(9)兩部分；儲罐正極內腔⑶的頂部設有“L”形正極突臺(71)和正極電解液出口(73)，“L”形正極突臺(71) 上設有正極電解液入口(76)，儲罐負極內腔(9)的頂部設有“L”形負極突臺(72)和負極電解液出口(74)，“L”形負極突臺(72)上設有負極電解液入口(75)。
4.根據權利要求3所述的一種液流電池系統的液流電池儲罐，其特征在于儲罐正極內腔(8)內設有正極電解液輸出管道(81)、正極電解液輸入管道(85)、壓力回收管(86)和正極噴射口(84)，正極電解液輸出管道(81)的一端與正極電解液出口(73)連接，另一端上設有有機相計量閥(82)和水相計量閥(83);正極電解液輸入管道(85)的一端與正極電解液入口(76)連接，另一端通過壓力回收管(86)與正極噴射口(84)連接。
5.根據權利要求4所述的一種液流電池系統的液流電池儲罐，其特征在于儲罐正極內腔⑶的底部設有斜坡(87)，儲罐正極內腔⑶內設有有機相計量閥(82)的一側低于另一側。
6.根據權利要求4所述的一種液流電池系統的液流電池儲罐，其特征在于正極噴射口(84)上設有正極螺旋槳(88)。
7.根據權利要求3所述的一種液流電池系統的液流電池儲罐，其特征在于儲罐負極內腔(9)內設有負極電解液輸出管道(91)、負極電解液輸入管道(95)、壓力回收管(92)和負極噴射口(93)，負極電解液輸出管道(91)與負極電解液出口(74)連接,負極電解液輸入管道(95)的一端與負極電解液入口(75)連接，另一端通過壓力回收管(92)與負極噴射口 (93)連接。
8.根據權利要求7所述的一種液流電池系統的液流電池儲罐，其特征在于負極噴射口 (93)上設有負極螺旋槳(94)。
9.根據權利要求3所述的一種液流電池系統的液流電池儲罐，其特征在于一體化儲罐(7)的形狀為長方體。
全文摘要
本發明公開了一種液流電池系統及電池儲罐，包括電堆(1)、換熱器(2)和一體化儲罐(7)，一體化儲罐(7)包括負極儲罐(5)和正極儲罐(6)，負極儲罐(5)通過供液管路與負極供液泵(3)連接，負極供液泵(3)通過與換熱器(2)連接，換熱器(2)與電堆(1)的負極連接，電堆(1)通過排液管路與負極儲罐(5)連接；正極供液泵(4)通過供液管路與正極供液泵(4)連接，正極供液泵(4)與電堆(1)的正極連接，電堆(1)通過排液管路與正極儲罐(6)連接。本發明具有系統結構簡單，對溫度敏感度低的優點，另外還能夠使系統實現在無絡合溴供液泵的環境下運行，同時系統對壓力能進行余能回收，并用于強化系統傳熱，使液流電池系統穩定運行。
文檔編號H01M8/18GK102593490SQ20121005689
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月6日 優先權日2012年3月6日
發明者劉學軍, 孟琳, 張祺, 陸克 申請人:北京百能匯通科技股份有限公司