CN102714295A - 流动电解液贮藏系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于流动电解液电池组的流动电解液贮藏系统（500）。该系统（500）包括：放置在电池组电池堆（640）之下的外电解液箱（515）和内电解液箱（510）。内箱（510）横着定位在外电解液箱（515）的对角之间，并在电池组电池堆（640）的对角下方。

Description

流动电解液贮藏系统
技术领域
本发明涉及流动电解液电池组。本发明尤其但不完全涉及具有箱内箱的流动电解液贮藏系统。
背景技术
独立式供电系统中使用的电池组通常是铅酸电池组。然而，铅酸电池组在性能和环境安全方面具有局限。例如，处于热气候条件时，尤其当它们偶尔完全放电时，典型的铅酸电池组经常具有非常短的寿命。铅酸电池组也对环境有害，因为，铅是铅酸电池组的主要成分，并在制造和处理期间可以导致严重的环境问题。
流动电解液电池组，比如锌溴电池组、锌氯电池组和钒液流电池组，提供克服铅酸电池组的上述局限的潜力。具体地，流动电解液电池组的有效寿命不受深放电应用的影响，并且流动电解液电池组的能量重量比较铅酸电池的能量重量比高达六倍。
像铅酸电池组，流动电解液电池组包括比单个电池产生更高总电压的一堆电池。但是，不像铅酸电池组的是，流动电解液电池组中的电池经由电解液循环路线而液压连接。
参考图1，流程图示出根据现有技术已知的基本锌溴流动电解液电池组100。锌溴电池组100包括负极电解液循环路线105和独立的正极电解液循环路线110。负极电解液循环路线105包括作为活性化学物质的锌离子，正极电解液循环路线110包括作为活性化学物质的溴离子。锌溴电池组100也包括负极电解液泵115，正极电解液泵120，负极锌电解液（阳极电解液）箱125，和正极溴电解液（阴极电解液）箱130。通常将络合剂添加到溴电解液以形成多溴复合物，其减少元素溴的反应性和蒸汽压力。
为了获得高压，锌溴电池组100还包括以双极布置的方式连接的一堆电池。例如，电池135包括半电池140，145，其中，半电池包括双极性电极板155和微孔隔板165。然后，锌溴电池组100具有位于集电极电极板160的正极极性端和位于另一个集电极电极板150的负极极性端。
可以根据下列方程式描述充电期间在正极半电池，比如半电池145中的化学反应：
2Br–→Br2+2e–             方程式1
因此，溴以与正极电解液循环路线110液压连通的方式形成在半电池中，然后，将溴存储在正极溴电解液箱130中。可以根据下列方程式描述充电期间在负极半电池，比如半电池140中的化学反应：
Zn2+2e-→Zn                方程式2
因此，金属锌层170以与负极电解液循环路线105接触的方式形成在集电极电极板150上。于是，放电期间在半电池140，145中的化学反应是方程式1和方程式2的逆向。
现有技术公开了对包括各种标准尺寸和位置的电解液存储箱的流动电解液电池组系统进行封装的多种方法。通常，一个用于阳极电解液且一个用于阴极电解液的两个独立的箱彼此邻近地布置，并布置在电池组电池堆邻近。然后，采用适当的“管道”，包括泵和软管，使电解液循环：从存储箱，经过电池堆，回到存储箱。然而，电介质存储箱的这种传统形状和布置可能导致许多问题，包括：与泄露电解液相关的安全隐患、管道成本过高、材料浪费、制造成本高、以及系统过大。
因此，存在克服或减轻与现有技术的流动电解液电池组相关的上面讨论的许多问题的需要。
发明目的
因此，本发明的目的是克服或减轻现有技术的一个或多个缺点，包括提供用于使电解液循环经过电池组电池堆的改进流动电解液贮藏系统，以减少制造成本、增加安全性、提高电解液箱的结构鲁棒性，并减少箱的尺寸和重量。
发明内容
根据一个方面，本发明是一种用于流动电解液电池组的流动电解液贮藏系统。该系统包括：
电池组电池堆；
定位在电池组电池堆下方的外箱；
定位在外箱内部和电池组电池堆下方的内箱；
其中，电池组电池堆的正极电解液输入端口和正极电解液输出端口直接在外箱上方，并不直接在内箱上方。
可选地，内箱横着定位在外箱的对角之间，并定位在电池组电池堆的对角下方。
可选地，系统包括定位在外箱上方并邻近电池组电池堆的第一泵，和定位在内箱上方并邻近电池组电池堆的第二泵。
可选地，外箱包含锌电解液，而内箱包含溴电解液。
可选地，外箱和内箱由回转成型塑料制成。
可选地，外箱和内箱共享共用盖。
可选地，外箱和内箱是完整的、分离的箱子，并且内箱适配外箱的空隙内。
可选地，凸起边与外箱的边缘成一整体。
可选地，内箱的下表面朝向电解液收集区域倾斜。
可选地，内箱和外箱的上部形成用于冷却结构的空腔的壁。
可选地，用于冷却结构的空腔的壁包括用于安装冷却风扇的孔。
附图说明
为了有助于理解本发明并使本领域技术人员能执行本发明，下面仅参考附图，通过实例描述本发明的优选实施例，附图中：
图1是示出根据现有技术已知的基本锌溴流动电解液电池组的视图；
图2是示出根据本发明的一些实施例包括隐藏细节的流动电解液电池组的流动电解液贮藏系统的上视图的视图；
图3是图1的截面A-A的侧剖视图，其示出了根据本发明的一些实施例的流动电解液贮藏系统中的锌电解液的循环路线；
图4是图1的截面B-B的侧剖视图，其示出了根据本发明的一些实施例的流动电解液贮藏系统中的溴电解液的循环路线。
图5是示出根据本发明的替代实施例的流动电解液贮藏系统500的顶视图的视图。
图6是图5的截面A-A的侧剖视图，其示出了根据本发明的可选实施例的流动电解液贮藏系统中的锌电解液的循环路线。
图7是图5的截面B-B的侧剖视图，其示出了根据本发明的可选实施例的流动电解液贮藏系统中的溴电解液的循环路线。
图8是根据本发明的替代实施例的流动电解液电池组的图5的流动电解液贮藏系统的正面分解透视图。
图9是根据本发明的替代实施例的流动电解液电池组的图5的流动电解液贮藏系统的背面分解透视图。
图10是根据本发明的替代实施例的流动电解液电池组的图5的流动电解液贮藏系统的正面装配透视图。
本领域技术人员应该理解，图中所示部件布局的较小偏差不会减损本发明公开的实施例的恰当功能。
具体实施方式
本发明的实施例包括用于流动电解液电池组的电池堆。以图中的简明外形来示出本发明的要素，从而仅显示对理解本发明的实施例所必需的那些具体细节，以避免所公开的细节与根据本描述的对本领域技术人员而言显而易见的额外细节相混。
本专利说明书中，诸如第一和第二、左和右、前和后、上和下等形容词仅用于将一个要素或方法步骤和另一个要素或方法步骤区别定义，而没必要需要由这些形容词描述的具体相对位置或顺序。诸如“包含”或“包括”的词语不用于限定要素或方法步骤的排外集合。更确切地，这些词语仅限定包括在本发明的具体实施例中的要素或方法步骤的最小集合。
参考图2，视图示出了根据本发明的一些实施例的包括隐藏细节的流动电解液电池组的流动电解液贮藏系统200的上视图。系统200包括电池堆205、具有溴电解液箱形式的内箱210、以及具有锌电解液箱形式的外箱215。溴电解液泵220定位在溴电解液箱210上方，锌电解液泵225定位在锌电解液箱215上方。
锌输入端口230使锌电解液可以从锌电解液箱215流动到电池堆205，而锌输出端口235使锌电解液可以从电池堆205流动到锌电解液箱215。类似地，溴输入端口240使溴电解液可以从溴电解液箱210流动到电池堆205，而溴输出端口245使锌电解液可以从电池堆205流动到溴电解液箱210。
参考图3，图1的截面A-A的侧剖视图示出了根据本发明的一些实施例的流动电解液贮藏系统200中的锌电解液的循环路线。如示，锌电解液箱215下方附近的锌电解液进入入口管305，然后由锌电解液泵225泵送到锌输入端口230。然后，如箭头所示锌电解液流经各种电极板之间的电池堆205，并流出锌输出端口235，以返回到锌电解液箱215。
溴电解液箱210和锌电解液箱215共享共用盖320。此外，溴电解液箱210的下表面325可以相对于流动电解液贮藏系统200的下表面倾斜，以提高溴复合物的收集和处理。
线310，315分别指示锌电解液和溴电解液的液面。如示，电池组电池堆205的锌电解液输入端口230和锌电解液输出端口235直接在锌电解液箱215的上面，而没有直接在溴电解液箱210的上面。这能够在仅采用最少的“管道”装置诸如软管和配件的情形下，使锌电解液从锌电解液箱215直接流动到电池组电池堆205，并从电池组电池堆205流出。而且，这种管道中的任何泄露更可能是独立的，并不会导致锌电解液箱215和溴电解液箱210之间的电解液交叉污染。
而且，沿着锌电解液箱215的边缘的凸起边330使来自电池堆205、泵220，225和其它管道软管335的潜在泄露被有效地收集并被保持在盖320的上方。这可以消除对在溴电解液箱210和锌电解液箱215两者之下的容纳托盘的额外需要。
参考图4，图1的截面B-B的侧剖视图示出了根据本发明的一些实施例的流动电解液贮藏系统200中的溴电解液的循环路线。如示，溴电解液箱210下方附近的溴电解液进入入口管405，然后由溴电解液泵220泵送到溴输入端口240。然后，如箭头所示溴电解液流经各种电极板之间的电池堆205，并流出溴输出端口245，以返回到溴电解液箱210。
如图2中所示，电解液一般横着流经电池组电池堆205，诸如锌电解液在端口230处进入，并在端口235处离开，而溴电解液在端口240处进入，并在端口245处离开。通过关于电池组电池堆205对角放置溴电解液箱210，经由端口245返回的溴电解液与直接在下面的溴电解液箱210相符，类似地，经由端口235返回的锌电解液与直接在下面的锌电解液箱215相符。因此，不必需要额外的管道来将电解液从电池组电池堆205送回到溴电解液箱210或锌电解液箱215。
此外，已经知道溴电解液的溴复合物的化学活性一般显著大于锌电解液。通过将溴电解液箱210定位在锌电解液箱215的内部，减少溴电解液泄露到系统200外面的危险，因为溴电解液被有效保持在双壁容器内。
本领域技术人员将会理解，存在用于制造流动电解液贮藏系统200的多种技术。例如，回转成型可以用于同时整体形成溴电解液箱210和锌电解液箱215。因此，可以仅使用用于固定盖320的焊接来完成系统200的电解液外壳。此外，本发明的箱内箱结构使箱壁的的整体刚度得到提高，其允许使用更薄的壁厚和更少的总重量。
参考图5，视图示出了根据本发明的替代实施例的包括隐藏细节的流动电解液电池组的流动电解液贮藏系统500的顶视图。系统500包括电池堆640、具有溴电解液箱形式的内箱510、具有锌电解液箱形式的外箱515。溴电解液泵520定位在溴电解液箱510上方，锌电解液泵525定位在锌电解液箱515上方。
如图6中所示，锌输入端口530定位在锌电解液泵525下方，使锌电解液从锌电解液箱515流动到电池堆，并且锌输出端口535使锌电解液从电池堆流动到锌电解液箱515。类似地，如图7中所示，溴输入端口540定位在溴电解液泵520下面，使溴电解液从溴电解液箱510流动到电池堆，并且溴输出端口545使锌电解液从电池堆流动到溴电解液箱510。
溴气收集管550从溴电解液箱510延伸。这能够在例如由于异常操作导致压力增大的情形下使溴气经由压敏安全阀从溴电解液箱510有利地排出。类似地，锌气收集管555从锌电解液箱515延伸。这能够在压力增大的情形下使锌气经由压敏安全阀从锌电解液箱515有利地排出。
参考图6，图5的截面C-C的侧剖视图示出了根据本发明的可选实施例的流动电解液贮藏系统500中的锌电解液的循环路线。如示，锌电解液进入入口管605，然后由锌电解液泵525泵送到锌输入端口530。然后，如箭头所示，锌电解液流经各种电极板之间的电池堆640，并流出锌输出端口535，以返回到锌电解液箱515。
溴电解液箱510和锌电解液箱515都是完整的、分离的箱子。此外，溴电解液箱510的下表面625可以相对于流动电解液贮藏系统200的下表面倾斜，以提高溴复合物的收集和处理。
线610,615分别指示锌电解液和溴电解液的液面。如示，电池组电池堆640的锌电解液输入端口530和锌电解液输出端口535直接在锌电解液箱515上方，而没有直接在溴电解液箱510上方。这能够在仅采用最少的“管道”装置，诸如软管和配件的情形下，使锌电解液直接从锌电解液箱515流动到电池组电池堆505，并从电池组电池堆505流出。而且，这种管道中的任何泄露更可能是独立的，并不会导致锌电解液箱515和溴电解液箱510之间的电解液交叉污染。
而且，沿着锌电解液箱515的边缘的凸起边630使来自溴电解液箱510、电池堆640、泵520，525和其它管道软管635的潜在泄露被有效收集并被保持在锌电解液箱515的上方。这可以消除对在溴电解液箱510和锌电解液箱515两者之下的容纳托盘的额外需要。
参考图7，图5的截面D-D的侧剖视图示出了根据本发明的可选实施例的流动电解液贮藏系统500中的溴电解液的循环路线。如示，溴电解液进入入口管705，然后由溴电解液泵520泵送到溴输入端口540。然后，如箭头所示，溴电解液流经各种电极板之间的电池堆640，并流出溴输出端口545，以返回到溴电解液箱510。
电解液一般横着流经电池堆640，诸如，锌电解液在端口530处进入，并在端口535处离开，溴电解液在端口540处进入，并在端口545处离开。通过关于电池组电池堆640对角放置溴电解液箱510，经由端口545返回的溴电解液与直接在下方的溴电解液箱510相符，类似地，经由端口535返回的锌电解液与直接在下方的锌电解液箱515相符。因此，不必需要额外的管道将电解液从电池组电池堆640送回到溴电解液箱210或锌电解液箱215。
图8是根据本发明的替代实施例的流动电解液电池组的流动电解液贮藏系统500的正面分解透视图。
系统500包括溴电解液箱510和锌电解液箱515。锌电解液箱515和溴电解液箱510是完整的、分离的箱子，并且成型为溴电解液箱510适配在锌电解液箱515的空隙内。溴电解液泵520定位在溴电解液箱510上方，而锌电解液泵525定位在锌电解液箱515上方。
溴电解液箱510的上表面820和锌电解液箱515的上表面830限定安置电池堆640的表面。溴电解液箱510的上部810和锌电解液箱515的上部800形成壁，该壁与电池堆640一起限定用于冷却结构（未示出）的空腔。
电解液在返回到锌电解液箱515或溴电解液箱510之前，被泵送经过位于空腔中的冷却结构。风扇，例如安装在预制空腔中，可以用于使空气在上部800和810、溴电解液箱510、锌电解液箱515和电池组电池堆640的引导下，经过冷却结构从空腔的一端移到另一端。本领域技术人员应该理解，冷却结构的实例是具有大表面区域的一系列长热交换器管，其中锌电解液和溴电解液可以利用所述大表面区域来交换热量。
图9是根据本发明的可替代实施例的流动电解液电池组的流动电解液贮藏系统500的背面分解透视图。
图10是根据本发明的替代实施例的流动电解液电池组的流动电解液贮藏系统500的正面装配透视图。
总之，本发明的一些实施例的优点包括：提高鲁棒性、安全性和效率，并减少流动电解液电池组系统的尺寸和重量。减少对于外部管道软管和固定装置的需要，这减少电解液泄露的危险，并降低流动电解液贮藏系统的成本。
出于向本领域技术人员说明的目的，提供本发明的各种实施例的上述描述。并非想穷尽本发明，或将本发明仅局限于所公开的个别实施例。如上所述，本发明的许多替代和变型对于以上教示的技术领域中的技术人员来说是显而易见的。因此，虽然已经具体讨论了一些替代实施例，但是其他实施例是明显的或者易于被本领域技术人员发现。因此，本专利说明书意在包含文中已经讨论的本发明的所有替代、修改和变型、以及落在上述发明的精神和范围内的其他实施例。

Claims (11)

1.一种用于流动电解液电池组的流动电解液贮藏系统，包括：
电池组电池堆；
定位在所述电池组电池堆下方的外箱；以及
定位在所述外箱内部和所述电池组电池堆下方的内箱；
其中，所述电池组电池堆的正极电解液输入端口和正极电解液输出端口直接在所述外箱上面，而没有直接在所述内箱上面。
2.根据权利要求1所述的流动电解液贮藏系统，其中，所述内箱横着定位在所述外箱的对角之间，并定位在所述电池组电池堆的对角下方。
3.根据权利要求1所述的流动电解液贮藏系统，其中，所述系统包括定位在所述外箱上方并邻近所述电池组电池堆的第一泵和定位在所述内箱上方并邻近所述电池组电池堆的第二泵。
4.根据权利要求1所述的流动电解液贮藏系统，其中，所述外箱包含锌电解液，并且所述内箱包含溴电解液。
5.根据权利要求1所述的流动电解液贮藏系统，其中，所述外箱和所述内箱由回转成型塑料制成。
6.根据权利要求1所述的流动电解液贮藏系统，其中，所述外箱和所述内箱共享共用盖。
7.根据权利要求1所述的流动电解液贮藏系统，其中，所述外箱和所述内箱是完整的、分离的箱子，并且所述内箱适配在所述外箱的空隙内。
8.根据权利要求1所述的流动电解液贮藏系统，其中，凸起边与所述外箱的边缘成一整体。
9.根据权利要求1所述的流动电解液贮藏系统，其中，所述内箱的下表面朝向电解液收集区域倾斜。
10.根据权利要求1所述的流动电解液贮藏系统，其中，所述内箱和所述外箱的上部形成用于冷却结构的空腔的壁。
11.根据权利要求10所述的流动电解液贮藏系统，其中，用于冷却结构的所述空腔的壁包括用于安装冷却风扇的孔。
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