液流電池用電流斷流器及采用此電流斷流器的液流電池的制作方法

本發明涉及電池技術領域，具體涉及一種液流電池用電流斷流器及采用此電流斷流器的液流電池。

背景技術：

全釩液流電池的原理是：利用流動的釩電解質水溶液作為儲能介質，將電能轉化成化學能儲存在不同價態的釩離子電對中，需要時將化學能轉變為電能輸出。具有容量大、壽命長、成本低、效率高、安全可靠等技術特點，有望在大規模儲能領域發揮重要作用。

一般來講，大規模儲能液流電池往往包含幾十個電堆，為了給每個電堆提供電解液，一般通過公共流道和分配管路來輸送與分布電解液，如圖1，具體是：包括為電路提供電源的電源組A1以及串聯設置在電路中的電堆組A2，電源組A1包括存儲電解液的正極液罐A11以及存儲電解液的負極液罐A12，正極液罐A11和負極液罐A12的輸出端均設有電泵A13，其性能參數詳見表1。各個電堆之間使用公共流道的液流通道，把正極或者負極電解液均勻地分配到串聯組成的各個電堆進行氧化-還原化學反應。該方式容易實現電堆間的電解液濃度均勻分布，但串聯的電堆形成了電解液的閉合回路，且各電堆之間存在電勢差，彼此連接的正極或者負極電解液管路中會有釩離子的定向移動，連通管路中就出現旁路電流(即支路，支路和電堆組A2串聯在電路中)，該電流不經過有用負載，屬于漏電流。其簡化電路圖，如圖2所示，其中：外電源為E，總電流為I，各串聯電堆內部的電阻為R，支路電阻為Rp，支路電流為Ip，負載為U。從圖2中得出：為了使通過負載U的電流更大，就得減小支路電流Ip，則需增加支路電阻Rp即可。

相關技術人員做了深入研究，出現了以下技術：

申請號為201120249548.1的實用新型專利公開了一種液流電池旁路電流斷流器，包括杠桿斷流槽，所述杠桿斷流槽通過軸鉸接于支撐結構上，電解液流入時，可使所述杠桿斷流槽兩端的力矩改變，平衡破壞，其自動翻轉，電解液流出，其自動復原到平衡位置，該液流電池旁路電流斷流器安裝在液流通道或儲液罐中，能實現連續性流入的電解液間歇性流出，有效的阻止了進液總管和出液總管中電解液的連通，達到斷流目的。此種結構的缺陷是：穿透儲液罐加工、安裝困難；重量過大，儲液罐易變形；液體要流入上腔中，要求對中性好，否則直接落入儲液罐里，不會起到斷流的作用；同時，整個斷流裝置置于儲液罐內，不便于人工調節維修。

申請號為201220609884.7的實用新型專利公開了一種液流電池用旁路電流斷流器，其采用了回液管與斷流裝置配合，斷流裝置由支撐桿、儲液腔、骨架油封及阻尼調節裝置構成，其中，支撐桿水平穿透儲液罐的側壁，支撐桿兩端均伸出儲液罐的側壁，支撐桿的一端上安裝阻尼調節裝置，儲液腔均勻分布于支撐桿周圍并與支撐桿為一體結構。此種結構缺陷是：1、由于其只有一個杠桿斷流槽，當電解液從杠桿斷流槽中流出時，電解液實際處于連續流動狀態，不會使液體百分百斷開；2、杠桿斷流槽置于儲液罐中，不便于人工調節維修。

還有其他相近技術，如下：

申請號為201410241236.4的發明申請公開了一種鋰離子液流電池的液流泵間歇工作自動控制器，本發明為鋰離子液流電池系統增加一個液流泵間歇工作自動控制器，它能自動判斷鋰離子液流電池使用情況，完全自動地使液流泵啟動與停止，間歇工作，減少液流泵工作時間，從而減少能源損耗，減少整個系統的機械磨損，延長系統壽命；使電池電壓在設定的最小工作電壓與最大工作電壓之間循環變化，工作穩定可靠；使鋰離子液流電池的正負極懸浮液間歇循環，進入電池正負極反應腔反應完成后才被循環出去，放電充分達到節能效果。

申請號為201410027599.8的發明申請公開了一種新型鋰離子液流電池，包括：正極集流層、負極集流層、正極反應腔、負極反應腔、隔離層、正極懸浮液和負極懸浮液，其中，正極集流層和負極集流層分別位于隔離層的兩側且與隔離層緊密接觸，構成正極集流層、隔離層與負極集流層的夾心復合結構層；若干個夾心復合結構層按照相同極性集流層相對放置的順序依次排列，電極懸浮液在相鄰夾心復合結構層之間的電池反應腔內連續或間歇流動。本發明使得電池反應腔的大小可以根據電極懸浮液的粘度靈活設計而不會增加電池的極化內阻，解決了現有鋰離子液流電池在電池反應腔大小和電池極化內阻之間存在的制約矛盾。

現有技術均未能很好地解決增加支路電阻的問題，因此，發明一種結構精簡且能起到很好地增加支路電阻從而消除旁路的泄漏電流的裝置具有重要意義。

技術實現要素：

本發明提供一種結構精簡、能起到很好地增加支路電阻從而消除旁路的泄漏電流的液流電池用電流斷流器，具體技術方案如下：

一種液流電池用電流斷流器，包括殼體、為電解液流入所述殼體提供通道的電解液進口管、為電解液流出所述殼體提供通道的電解液出口管以及將流入所述殼體的電解液通過旋轉方式呈間歇式輸出的電流斷流部件。

以上技術方案中優選的，所述殼體包括流入導流結構和流出導流結構，所述流入導流結構包括與所述電解液進口管連通的第一筒體以及將流入第一筒體內的電解液導入所述電流斷流部件的進液口；所述流出導流結構包括與所述電解液出口管連通的第二筒體以及將經過所述電流斷流部件的電解液導入所述第二筒體的排液口；

所述電流斷流部件包括與所述排液口重合時能密封所述排液口的尾部結構。

以上技術方案中優選的，所述流入導流結構的中心軸線與所述流出導流結構的中心軸線重疊設置；

所述電流斷流部件包括與所述流入導流結構同中心軸線設置的旋轉柱以及呈螺旋上升式設置在所述旋轉柱上且從所述進液口流入的電解液能帶動其進行旋轉的葉片部件，所述葉片部件包括所述尾部結構。

以上技術方案中優選的，所述葉片部件包括一組呈螺旋上升式設置的葉片，所述葉片包括所述尾部結構；

或者是，所述葉片部件包括上下并列設置的至少兩組葉片單件，所述葉片單件包括一組呈螺旋上升式設置的葉片，位于最下方的所述葉片包括所述尾部結構。

以上技術方案中優選的，所述電解液進口管通過連接管與所述第一筒體連通；

所述連接管包括設置在所述旋轉柱內部的導管以及位于所述第一筒體內且與所述導管連通的連接接頭。

以上技術方案中優選的，所述連接接頭為半球形結構，且其上設有多個通孔，多個所述通孔的中心軸線呈放射狀布置。

以上技術方案中優選的，所述殼體為閥體結構；

所述電流斷流部件為活動設置在所述殼體內的葉輪，所述葉輪包括至少兩片葉輪片。

以上技術方案中優選的，多片所述葉輪片的連接件的中心與所述殼體的中心重疊設置，且多片所述葉輪片尺寸和結構均相同；

或者是，所述多個所述葉輪片的連接件的中心與所述殼體的中心不重疊，且多片所述葉輪片均為沿其長度方向可伸縮的葉輪片。

以上技術方案中優選的，所述電流斷流部件為設置在所述殼體內的轉子組，所述轉子組包括兩個旋轉方向相反的轉子。

應用本發明的技術方案，具有以下有益效果：

(1)本發明液流電池用電流斷流器包括殼體、為電解液流入所述殼體提供通道的電解液進口管、為電解液流出所述殼體提供通道的電解液出口管以及將流入所述殼體的電解液呈間歇式輸出的電流斷流部件。整體結構精簡；電流斷流部件通過旋轉方式讓液流呈間歇式流動，這樣就使電解液管路中的電解液成間歇式斷開，從而無限大增加支路的電阻，繼而消除旁路的泄漏電流。

(2)本發明中電流斷流部件的結構設計多樣化，滿足不同的需求，詳情如下：

第一種、殼體包括流入導流結構和流出導流結構，所述流入導流結構包括與所述電解液進口管連通的第一筒體(電解液進口管直接連通第一筒體)以及將流入第一筒體內的電解液導入所述電流斷流部件的進液口；所述流出導流結構包括與所述電解液出口管連通的第二筒體以及將經過所述電流斷流部件的電解液導入所述第二筒體的排液口；

電流斷流部件包括與所述流入導流結構同中心軸線設置的旋轉柱以及呈螺旋上升式設置在所述旋轉柱上的葉片部件，所述葉片部件包括與所述排液口重合時能密封所述排液口的尾部結構，且述葉片部件包括一組呈螺旋上升式設置的葉片。此種結構的葉片單件為單葉片結構。

此種結構的原理是：當電解液從由流入導流結構的進液口進入電流斷流部件時，電解液流動驅動葉片轉動，當葉片轉動到一定位置，葉片的尾部結構與流出導流結構的排液口重合時，會封閉住排液口，使得電解液出現短暫的斷流現象，從而使得泄漏電流得以減少。

第二種、與第一種不同之處僅在于：所述葉片部件包括上下并列設置的至少兩組葉片單件，所述葉片單件包括一組呈螺旋上升式設置的葉片。最好是：多組葉片單件沿上下方向等間距設置。此種結構葉片單件為雙螺旋以及多螺旋結構，原理同單螺旋結構。

第三種、與第一種不同僅在于：電解液進口管通過連接管與所述第一筒體連通，連接管包括設置在所述旋轉柱內部的導管以及位于所述第一筒體內且與所述導管連通的連接接頭。即僅僅是電解液進口的方向不同，其工作原理同第一種。

第四種、與第二種不同僅在于：電解液進口管通過連接管與所述第一筒體連通，連接管包括設置在所述旋轉柱內部的導管以及位于所述第一筒體內且與所述導管連通的連接接頭。即僅僅是電解液進口的方向不同，其工作原理同第二種。

第五種、殼體為閥體結構，所述電流斷流部件為活動設置在所述殼體內的葉輪，所述葉輪包括至少兩片葉輪片；多片所述葉輪片的連接件的中心與所述殼體的中心重疊設置，且多片所述葉輪片尺寸和結構均相同。即采用閥體和葉輪片的組合，其工作原理是：電解液流進閥體后，隨著電解液的繼續流動，會推動閥體內的葉輪片轉動；隨著葉輪片轉動，使得電解液出現短暫的斷流現象，從而使得泄漏電流得以減少。

第六種、與第五種不同之處僅在于：多個所述葉輪片的連接件的中心與所述殼體的中心不重疊，且多片所述葉輪片均為沿其長度方向可伸縮的葉輪片，即為偏心伸縮葉輪。其工作原理同第五種結構。

第七種、所述電流斷流部件為設置在所述殼體內的轉子組，所述轉子組包括兩個旋轉方向相反的轉子。其工作原理是：電解液進入到閥體后，隨著電解液的流動，會推動閥體內的轉子轉動；當轉子轉到一定角度，使得電解液出現短暫的斷流現象，從而使得泄漏電流得以減少。

以上七種結構的電流斷流部件結合殼體的設計，具有以下特點：(1)結構精簡，便于生產制造；(2)電流斷流部件均能起到很好地斷流作用，使得電解液呈間歇式輸出，使電解液管路中的電解液成間歇式斷開，消除旁路的泄漏電流效果好。

本發明還提供一種液流電池，包括為電路提供電源的電源組以及串聯設置在電路中的電堆組和支路；

所述電源組包括存儲電解液的正極液罐以及存儲電解液的負極液罐，所述正極液罐和所述負極液罐的輸出端均設有電泵，位于所述正極液罐的輸出端的所述電泵的出口管路上以及位于所述負極液罐的輸出端的所述電泵的出口管路上均至少設有一個如上述的液流電池用電流斷流器。

應用本發明的液流電池，在電泵的出口管道上增設液流電池用電流斷流器，即可使閉合回路斷開，讓電解液呈間歇式一段一段的輸入各電堆，使電解液管路中的電解液成間歇式斷開，從而無限增大支路電阻，即可阻止液流電池因共用電解液而導致的旁路電流。

除了上面所描述的目的、特征和優點之外，本發明還有其它的目的、特征和優點。下面將參照圖，對本發明作進一步詳細的說明。

附圖說明

構成本申請的一部分的附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示意性實施例及其說明用于解釋本發明，并不構成對本發明的不當限定。在附圖中：

圖1是現有技術液流電池的結構示意圖；

圖2是圖1的簡化電路圖；

圖3是本發明實施例1的液流電池的結構示意圖；

圖4是圖1中液流電池用電流斷流器的結構示意圖；

圖5是圖4另一狀態的結構示意圖；

圖6是本發明實施例2的液流電池用電流斷流器的結構示意圖；

圖7是圖6另一狀態的結構示意圖；

圖8是本發明實施例3的液流電池用電流斷流器的結構示意圖；

圖9是本發明實施例4的液流電池用電流斷流器的結構示意圖；

圖10是本發明實施例5的液流電池用電流斷流器的結構示意圖；

圖11是圖10另一狀態的結構示意圖；

圖12是本發明實施例6的液流電池用電流斷流器的結構示意圖；

圖13是圖12另一狀態的結構示意圖；

圖14是本發明實施例7的液流電池用電流斷流器的結構示意圖；

圖15是圖14另一狀態的結構示意圖；

其中，A1、電源組，A11、正極液罐，A12、負極液罐，A13、電泵，A2、電堆組，A3、液流電池用電流斷流器；

1、殼體，1.1、流入導流結構，1.11、第一筒體，1.12、進液口，1.2、流出導流結構，1.21、第二筒體，1.22、排液口，2、電解液進口管，3、電解液出口管，4、電流斷流部件，4.1、柱形筒體，4.2、旋轉柱，4.3、葉片部件，4.31、葉片單件，A、尾部結構，B、葉片，4.4、葉輪，4.41、葉輪片，Q1、第一腔體，Q2、第二腔體，4.5、轉子組，4.51、轉子，5、連接管，5.1、導管，5.2、連接接頭，5.21、通孔。

具體實施方式

以下結合附圖對本發明的實施例進行詳細說明，但是本發明可以根據權利要求限定和覆蓋的多種不同方式實施。

實施例1：

一種液流電池，其結構示意圖詳見圖3，具體是：包括為電路提供電源的電源組A1以及串聯設置在電路中的電堆組A2和支路；

所述電源組A1包括存儲電解液的正極液罐A11以及存儲電解液的負極液罐A12，所述正極液罐A11和所述負極液罐A12的輸出端均設有電泵A13，位于所述正極液罐A11的輸出端的所述電泵A13的出口管路上以及位于所述負極液罐A12的輸出端的所述電泵A13的出口管路上均至少設有一個液流電池用電流斷流器A3(即兩臺所述電泵A13的出口管路上均設有液流電池用電流斷流器A3，液流電池用電流斷流器A3的數量可以是一臺，也可以是多臺)。

所述液流電池用電流斷流器A3的結構詳見圖4和圖5，具體是：包括殼體1、為電解液流入所述殼體1提供通道的電解液進口管2、為電解液流出所述殼體1提供通道的電解液出口管3以及將流入所述殼體1的電解液通過旋轉方式呈間歇式輸出的電流斷流部件4，詳情是：

所述殼體1包括流入導流結構1.1和流出導流結構1.2，所述流入導流結構1.1包括與所述電解液進口管2連通的第一筒體1.11以及將流入第一筒體1.11內的電解液導入所述電流斷流部件3的進液口1.12；所述流出導流結構1.2包括與所述電解液出口管3連通的第二筒體1.21以及將經過所述電流斷流部件3的電解液導入所述第二筒體1.21的排液口1.22。所述流入導流結構1.1的中心軸線與所述流出導流結構1.2的中心軸線重疊設置。

所述電流斷流部件4包括其上端通過所述進液口1.12與所述第一筒體1.11連通且其下端通過所述排液口1.22與所述第二筒體1.21連通的柱形筒體4.1、與所述流入導流結構1.1同中心軸線設置的旋轉柱4.2以及呈螺旋上升式設置在所述旋轉柱4.2上且從所述進液口1.12流入的電解液能帶動其進行旋轉的葉片部件4.3；所述旋轉柱4.2和所述葉片部件4.3均設置在所述柱形筒體4.1的內部；所述葉片部件4.3包括與所述排液口1.22重合時能密封所述排液口1.22的尾部結構A(具體是：所述葉片部件4.3包括一組呈螺旋上升式設置的葉片B，所述葉片B包括所述尾部結構A)。

應用本實施例的液流電池用電流斷流器，其原理是：電解液經電解液進口管2進入流入導流結構1.1的第一筒體1.11內，再經進液口1.12流進柱形筒體4.1內，此時電解液落至呈螺旋上升式設置的葉片B上，帶動葉片B以旋轉柱4.2為軸線進行旋轉，當葉片B旋轉至其尾部結構A與排液口1.22重疊時，會封閉住排液口1.22，使得電解液出現短暫的斷流現象；在電解液作用下葉片B繼續旋轉，葉片B的尾部結構A與排液口1.22錯開，電解液從排液口1.22流入流出導流結構1.2的第二筒體1.21內，電解液由電解液出口管3流出。電流斷流部件使得電解液呈間歇式一段一段流出。

應用本實施例的液流電池，在電泵出口管上增設液流電池用電流斷流器，即可使閉合回路斷開，讓電解液呈間歇式一段一段的輸入各電堆，使電解液管路中的電解液成間歇式斷開，即可阻止液流電池因共用電解液而導致的旁路電流，減少電荷損失，提高庫倫效率和電池容量，詳細參數詳見表1。

實施例2

一種液流電池，其與實施例1不同之處僅在于液流電池用電流斷流器不同，詳見圖6和圖7，詳情如下：所述葉片部件4.3包括上下并列設置的三組葉片單件4.31，所述葉片單件4.31包括一組呈螺旋上升式設置的葉片B，位于最下方的所述葉片B包括所述尾部結構A。

本實施例的液流電池用電流斷流器其工作原理與實施例1不同之處在于：經進液口1.12流進柱形筒體4.1的電解液落至位于最上方的葉片B，帶動位于最上方的葉片B旋轉；接著落入位于下一層的葉片B并帶動其旋轉，按照此原理，電解液落入位于最下方的葉片B上且帶動其旋轉，位于最下方的葉片B上的尾部結構A與排液口1.22重疊時，會封閉住排液口1.22，位于最下方的葉片B繼續旋轉，其上的尾部結構A與排液口1.22錯開。

本實施例所得液流電池的工作原理同實施例1，其性能參數詳見表1。

實施例3

一種液流電池，其與實施例1不同之處僅在于液流電池用電流斷流器不同，詳見圖8，詳情如下：所述電解液進口管2通過連接管5與所述第一筒體1.11連通，所述連接管5包括設置在所述旋轉柱4.2內部的導管5.1以及位于所述第一筒體1.11內且與所述導管5.1連通的連接接頭5.2。

所述連接接頭5.2為半球形結構，且其上設有多個通孔5.21，多個所述通孔5.21的中心軸線呈放射狀布置。

液流電池用電流斷流器的工作原理與實施例1不同之處僅在于：電解液經設置在旋轉柱4.2內的導管5.1以及設置在所述導管5.1端部的連接接頭5.2后進入流入導流結構1.1的第一筒體1.11內。

本實施例所得液流電池的工作原理同實施例1，其性能參數詳見表1。

實施例4

一種液流電池，其與實施例2不同之處在于液流電池用電流斷流器不同，詳見圖9，詳情如下：所述電解液進口管2通過連接管5與所述第一筒體1.11連通，所述連接管5包括設置在所述旋轉柱4.2內部的導管5.1以及位于所述第一筒體1.11內且與所述導管5.1連通的連接接頭5.2。

所述連接接頭5.2為半球形結構，且其上設有多個通孔5.21，多個所述通孔5.21的中心軸線呈放射狀布置。

液流電池用電流斷流器的工作原理與實施例2不同之處僅在于：電解液經設置在旋轉柱4.2內的導管5.1以及設置在所述導管5.1端部的連接接頭5.2后進入流入導流結構1.1的第一筒體1.11內。

本實施例所得液流電池的工作原理同實施例2，其性能參數詳見表1。

實施例5

一種液流電池，其與實施例1不同之處僅在于液流電池用電流斷流器不同，詳見圖10和圖11，具體是：所述殼體1為閥體結構；所述電流斷流部件4為活動設置在所述殼體1內的葉輪4.4，所述葉輪4.4包括六片葉輪片4.41，葉輪4.4和殼體1形成的腔體包括相對設置的第一腔體Q1和第二腔體Q2。

多片所述葉輪片4.41的連接件的中心與所述殼體1的中心重疊設置，且多片所述葉輪片4.41尺寸和結構均相同。

本實施例液流電池用電流斷流器的工作原理是：電解液從電解液進口管2的第一腔體Q1進入到閥體里，隨著電解液的流動，會推動閥體內的葉輪轉動；隨著葉輪轉動，電解液從第二腔體Q2進入到閥體里，使得電解液出現短暫的斷流現象；葉輪繼續轉動，電解液通過電解液出口管3流出閥體。

本實施例所得液流電池的工作原理同實施例1，其性能參數詳見表1。

實施例6

一種液流電池，其與實施例5不同之處僅在于電流斷流部件不同，詳見圖12和圖13，具體是：所述多個所述葉輪片4.41的連接件的中心與所述殼體1的中心不重疊，且多片所述葉輪片4.41均為沿其長度方向可伸縮的葉輪片。

本實施例液流電池用電流斷流器的工作原理同實施例5。

本實施例所得液流電池的工作原理同實施例5，其性能參數詳見表1。

實施例7

一種液流電池，其與實施例5不同之處僅在于電流斷流部件不同，詳見圖14和圖15，具體是：所述電流斷流部件4為設置在所述殼體1內的轉子組4.5，所述轉子組4.5包括兩個旋轉方向相反的轉子4.51(具體是：位于左側的轉子逆時針旋轉，位于右側的轉子順時針旋轉)。

本實施例液流電池用電流斷流器的工作原理是：電解液從電解液進口管2進入到閥體里，隨著電解液的流動，會推動閥體內的轉子轉動；隨著葉輪轉動，兩組轉子中的一組處于豎直狀態且另一組處于水平狀態(相互卡合)，使得電解液出現短暫的斷流現象；兩組轉子繼續轉動，電解液通過電解液出口管3流出閥體。

本實施例所得液流電池的工作原理同實施例5，其性能參數詳見表1。

表1現有技術和實施例1-實施例7所得液流電池的性能參數統計表

從表1可以看出：本發明的技術方案(實施例1-7)的支路電流消耗(1.5-2.2A)明顯低于現有技術(2.8A)；本發明技術方案(實施例1-7)的電池儲能系統的效率(77.3％-80.5％)，有明顯提高；本發明技術方案(實施例1-7)的電壓一致性(0.21％-0.42％)明顯優于現有技術(0.60％)。

綜上所述，本發明采用獨特的液流電池用電流斷流器設計，整體結構精簡，且起到很好地斷流作用，使得電解液呈間歇式輸出，使電解液管路中的電解液成間歇式斷開。本發明液流電池采用上述液流電池用電流斷流器，可使閉合回路斷開，讓電解液呈間歇式一段一段的輸入各電堆，使電解液管路中的電解液成間歇式斷開，即可阻止液流電池因共用電解液而導致的旁路電流，提高電池儲能系統的效率和優化電壓一致性。

除此之外，基于此原理的其他結構的技術方案也屬于本發明保護的范圍。

以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。