CN105539188B - 一种液流电动车系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种液流电动车系统。其特征在于主要包括在各类加油站设置的储能电解液交换站、标准高能量密度储能电解液、采用全钒液流电池的电动车和固定式充电桩。本发明利用储能电解液交换站可进行大容量、大电流、长时间充电的特点，连续不间断制备“标准高能量密度储能电解液”，将已充满电的“标准高能量密度储能电解液”与全钒电动车中已消耗完电能的“标准高能量密度储能电解液”进行置换，使全钒电动车在短时间内重新获得电能；“标准高能量密度储能电解液”交换时间可控制在几分钟，突破纯电动汽车充电时间长的瓶颈。

Description

一种液流电动车系统
技术领域
本发明涉及一种液流电动车系统。
背景技术
当前世界，能源短缺及化石能源消耗产生的污染越来越严重，随着世界经济的快速发展，汽车的普及率越来越高，基于对环保的认识和高度重视，对汽车尾气排放的要求也越来越高。正是在能源安全与环境保护的双重压力下，具备经济、环保的纯电动汽车受到越来越多的关注和应用。
目前常见的纯电动汽车其电源一般采用铅酸、镍氢、锂离子的蓄电池作为动力来源。该类型的蓄电池电解液密封固定在电池内部，一次充电储存的容量有限，且充电时间较长，使采用该类蓄电池作为动力的电动车存在续航能力差，行驶时间段，需要不断充电的缺点。同时基于铅酸、镍氢、锂离子等蓄电池的使用寿命短，报废后属于危险固体废物可能造成二次污染，给环境带来较大压力。
全钒液流电池是一种新型电池，具备电解液与功率膜堆分开配置的技术特点，具有能量密度高，使用寿命长，电解液可反复循环使用等优点，通过合理的配置与交换储能电解液可形成类似与汽油车的电动车续航运输系统。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种液流电动车系统的技术方案。
所述的一种液流电动车系统，其特征在于主要包括在各类加油站设置的储能电解液交换站、标准高能量密度储能电解液、采用全钒液流电池的电动车和固定式充电桩；
所述储能电解液交换站能够对标准高能量密度储能电解液进行充电及与车载标准高能量密度储能电解液进行置换；
所述标准高能量密度储能电解液能够充放电、置换以及重复利用；
所述采用全钒液流电池的电动车即全钒电动车，全钒电动车采用全钒液流电池作为动力来源，其电解液为标准高能量密度储能电解液，能够通过标准高能量密度储能电解液置换口与储能电解液交换站进行标准高能量密度储能电解液交换及通过固定式充电桩进行自行充电。
所述的一种液流电动车系统，其特征在于所述储能电解液交换站由普通市电、充电整流装置、交换站电池电堆、全钒液流电池、交换站用标准高能量密度储能电解液储存罐、标准高能量密度储能电解液置换泵及接口组成；
所述全钒电动车由车载标准高能量密度储能电解液储存罐、标准高能量密度储能电解液置换口、车载电池电堆、直流受电接口、直流驱动电机、前后轮、整车控制器、电机控制器组成，标准高能量密度储能电解液置换口能够与储能电解液交换站进行标准高能量密度储能电解液交换；
所述标准高能量密度储能电解液由五氧化二钒、硫酸、盐酸、水按比例配置而成，能量密度大于30kWh/m3；
所述固定式充电桩由变压器、整流稳压装置、充电接口及电气控制箱组成。
所述的一种液流电动车系统，其特征在于所述交换站用标准高能量密度储能电解液储存罐包括已充电交换站用标准高能量密度储能电解液储存罐和已放电交换站用标准高能量密度储能电解液储存罐，已充电交换站用标准高能量密度储能电解液储存罐和已放电交换站用标准高能量密度储能电解液储存罐围绕交换站电池电堆高、低布置，靠高低势能实现电解液自流，交换站电池电堆只充电，不放电，电池效率80-85%；
所述车载标准高能量密度储能电解液储存罐包括已充电车载标准高能量密度储能电解液储存罐和已放电车载标准高能量密度储能电解液储存罐，已充电车载标准高能量密度储能电解液储存罐和已放电车载标准高能量密度储能电解液储存罐围绕车载电池电堆高、低布置，靠高低势能实现电解液自流，车载电池电堆只放电，不充电，电池效率80-85%。
所述的一种液流电动车系统，其特征在于所述标准高能量密度储能电解液置换泵及接口能够一次性将全钒液流电动车中已放电的标准高能量密度储能电解液与储能电解液交换站已充满电的标准高能量密度储能电解液进行置换，置换时间5-20分钟。
所述的一种液流电动车系统，其特征在于所述标准高能量密度储能电解液是以五氧化二钒为基材，并与盐酸、硫酸进行化学物理反应后制成的电解液，其中V：S：Cl的摩尔比为1-1.5：2-3：2-3，其能量密度范围30-100kWh/m3。
本发明的优点如下：
1.利用储能电解液交换站可进行大容量、大电流、长时间充电的特点，连续不间断制备“标准高能量密度储能电解液”，将已充满电的“标准高能量密度储能电解液”与全钒电动车中已消耗完电能的“标准高能量密度储能电解液”进行置换，使全钒电动车在短时间内重新获得电能；“标准高能量密度储能电解液”交换时间可控制在几分钟，突破纯电动汽车充电时间长的瓶颈；
2.储能电解液交换站的“标准高能量密度储能电解液”是采用置换方式，所以数量不会减少；
3.储能电解液交换站可在普通加油站的基础上进行改建、扩建，基础投资少；
4.在完成储能电解液交换站的建设后，全钒电动车彻底解决续航问题；
5.全钒液流电池的长寿命及“标准高能量密度储能电解液”可反复永久使用的特点，使得本发明具备更环保、更清洁的特点；
6.本发明中的标准高能量密度储能电解液具有运行温度适应性强，能量密度高，自身重量及体积低的优点，使全钒电池电动车的推重比显著提高。
附图说明
图 1 是本发明的一种整体系统示意图；
图2 是图 1 中的全钒电动车的一种结构示意图；
图3 是储能电解液交换站结构示意图；
图中：1—储能电解液交换站；2—全钒电动车；201—前轮；202—后轮；203—直流驱动电机；204—车载电池电堆；205—已充电车载标准高能量密度储能电解液储存罐；206—电机控制器；207—整车控制器；208—标准高能量密度储能电解液置换口；209—已放电车载标准高能量密度储能电解液储存罐；301—充电整流装置；302—交换站电池电堆；303—已放电交换站用标准高能量密度储能电解液储存罐；304—已充电交换站用标准高能量密度储能电解液储存罐；305—标准高能量密度储能电解液置换泵及接口。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明做进一步说明：
一种液流电动车系统，主要包括在各类加油站设置的储能电解液交换站、标准高能量密度储能电解液、采用全钒液流电池的电动车和固定式充电桩；储能电解液交换站能够对标准高能量密度储能电解液进行充电及与车载标准高能量密度储能电解液进行置换；标准高能量密度储能电解液能够充放电、置换以及重复利用；采用全钒液流电池的电动车即全钒电动车，全钒电动车采用全钒液流电池作为动力来源，其电解液为标准高能量密度储能电解液，能够通过标准高能量密度储能电解液置换口与储能电解液交换站进行标准高能量密度储能电解液交换及通过固定式充电桩进行自行充电。
具体地，储能电解液交换站由普通市电、充电整流装置、交换站电池电堆、全钒液流电池、交换站用标准高能量密度储能电解液储存罐、标准高能量密度储能电解液置换泵及接口组成，根据规模，储能电解液交换站中的全钒液流电池可配置成50-1000kW不同功率；全钒电动车由车载标准高能量密度储能电解液储存罐、标准高能量密度储能电解液置换口、车载电池电堆、直流受电接口、直流驱动电机、前后轮、整车控制器、电机控制器组成，标准高能量密度储能电解液置换口能够与储能电解液交换站进行标准高能量密度储能电解液交换；标准高能量密度储能电解液由五氧化二钒、硫酸、盐酸、水按比例配置而成，能量密度大于30kWh/m3；标准高能量密度储能电解液是以五氧化二钒为基材，并与盐酸、硫酸进行化学物理反应后制成的电解液，其中V：S：Cl的摩尔比为1-1.5：2-3：2-3，其能量密度范围30-100kWh/m3；固定式充电桩由变压器、整流稳压装置、充电接口及电气控制箱组成。
本发明交换站用标准高能量密度储能电解液储存罐包括已充电交换站用标准高能量密度储能电解液储存罐和已放电交换站用标准高能量密度储能电解液储存罐，已充电交换站用标准高能量密度储能电解液储存罐和已放电交换站用标准高能量密度储能电解液储存罐围绕交换站电池电堆高、低布置，靠高低势能实现电解液自流，高低位布置的目的是省去电解液循环泵，交换站电池电堆只充电，不放电，电池效率80-85%；车载标准高能量密度储能电解液储存罐包括已充电车载标准高能量密度储能电解液储存罐和已放电车载标准高能量密度储能电解液储存罐，已充电车载标准高能量密度储能电解液储存罐和已放电车载标准高能量密度储能电解液储存罐围绕车载电池电堆高、低布置，靠高低势能实现电解液自流，高低位布置的目的是省去电解液循环泵，车载电池电堆只放电，不充电，电池效率80-85%。
上述标准高能量密度储能电解液置换泵及接口能够一次性将全钒液流电动车中已放电的标准高能量密度储能电解液与储能电解液交换站已充满电的标准高能量密度储能电解液进行置换，置换时间5-20分钟。
本发明的核心技术创新之一：标准高能量密度储能电解液置换泵及接口通过多管双向交换连接器实现全钒电动车快速充电；而储能电解液交换站是可利用现有的加油站进行改建、扩建，投资低、见效快，并通过星罗棋布的加油站解决电动车续航问题。
本发明的核心技术创新之二：标准高能量密度储能电解液是以五氧化二钒为基材，并与盐酸、硫酸进行化学物理反应后制成的电解液，其中V：S：Cl的摩尔比为1-1.5：2-3：2-3，其能量密度范围30-100kWh/m3。
本发明的核心技术创新之三：全钒电动车采用小型化全钒液流电池，使整车具有较高推重比。本发明所采用的全钒液流电池具有高效率，范围为80-85%，通过电池结构变化降低循环泵功率，减少自身能量消耗来实现高效率，同时由于采用高能量密度电解液使自身重量、体积大幅降低，所以推重比高，能耗低，使全钒液流电池能在运输车辆中得到应用。
本发明的标准高能量密度储能电解液快速置换时间控制在5-20分钟。
参见图1：本发明主要由分布在各个换能站（依附于加油站）的储能电解液交换站1，全钒液流电动车2组成主系统。
参见图2：全钒液流电动车结构示意图，其由布置于车架上的前轮201，后轮202，直流驱动电机203，车载电池电堆204，已充电车载标准高能量密度储能电解液储存罐205，已放电车载标准高能量密度储能电解液储存罐209，电机控制器206，整车控制器207，标准高能量密度储能电解液置换口208及其他车用部件组成。
上述车载电池电堆204只涉及放电回路，不涉及充电，且不采用液流循环泵，电池效率80-85%。
上述已充电车载标准高能量密度储能电解液储存罐205和已放电车载标准高能量密度储能电解液储存罐209围绕车载电池电堆204高、低布置，靠高低势能实现电解液自流，高低位布置的目的是省去电解液循环泵。
上述直流驱动电机20采用变频调速。
参见图3：储能电解液交换站结构示意图，其依附于各类加油站建设，主要有充电整流装置301，交换站电池电堆302，已放电交换站用标准高能量密度储能电解液储存罐303，已充电交换站用标准高能量密度储能电解液储存罐304；标准高能量密度储能电解液置换泵及接口305组成。
上述交换站电池电堆302只涉及充电回路，不涉及放电，且不采用液流循环泵，电池效率80-85%。
上述已充电交换站用标准高能量密度储能电解液储存罐304和已放电交换站用标准高能量密度储能电解液储存罐303围绕交换站电池电堆302高、低布置，靠高低势能实现电解液自流，高低位布置的目的是省去电解液循环泵。
上述标准高能量密度储能电解液置换泵及接口305能够一次性将全钒液流电动车中已放电的标准高能量密度储能电解液与储能电解液交换站已充满电的标准高能量密度储能电解液进行置换，置换时间5-20分钟。
整个工作流程为：由全钒液流电池给运输车辆提供动力，形成全钒电动车2；当全钒电动车中的电能消耗完后至储能电解液交换站1进行电解液交换（交换时间5-20分钟），重新获得动力。在储能电解液交换站1中，通过标准高能量密度储能电解液置换泵及接口305把全钒电动车内已消耗完电能的电解液泵回已放电交换站用标准高能量密度储能电解液储存罐303，并把已充电交换站用标准高能量密度储能电解液储存罐304中已储满电能的电解液泵入全钒电动车。在储能电解液交换站1中24小时不间断通过市电整流给已放电“标准高能量密度储能电解液”经交换站电池电堆30进行充电并充满电后进入已充电交换站用标准高能量密度储能电解液储存罐304中备用。至此形成储能电解液循环使用和全钒电动车长距离运输系统。

Claims (4)

1.一种液流电动车系统，其特征在于主要包括在各类加油站设置的储能电解液交换站、标准高能量密度储能电解液、采用全钒液流电池的电动车和固定式充电桩；
所述储能电解液交换站能够对标准高能量密度储能电解液进行充电及与车载标准高能量密度储能电解液进行置换；
所述标准高能量密度储能电解液能够充放电、置换以及重复利用；
所述采用全钒液流电池的电动车即全钒电动车，全钒电动车采用全钒液流电池作为动力来源，其电解液为标准高能量密度储能电解液，能够通过标准高能量密度储能电解液置换口与储能电解液交换站进行标准高能量密度储能电解液交换及通过固定式充电桩进行自行充电；
所述储能电解液交换站由普通市电、充电整流装置、交换站电池电堆、全钒液流电池、交换站用标准高能量密度储能电解液储存罐、标准高能量密度储能电解液置换泵及接口组成；
所述全钒电动车由车载标准高能量密度储能电解液储存罐、标准高能量密度储能电解液置换口、车载电池电堆、直流受电接口、直流驱动电机、前后轮、整车控制器、电机控制器组成，标准高能量密度储能电解液置换口能够与储能电解液交换站进行标准高能量密度储能电解液交换；
所述标准高能量密度储能电解液由五氧化二钒、硫酸、盐酸、水按比例配置而成，能量密度大于30kWh/m3；
所述固定式充电桩由变压器、整流稳压装置、充电接口及电气控制箱组成。
2.根据权利要求1所述的一种液流电动车系统，其特征在于所述交换站用标准高能量密度储能电解液储存罐包括已充电交换站用标准高能量密度储能电解液储存罐和已放电交换站用标准高能量密度储能电解液储存罐，已充电交换站用标准高能量密度储能电解液储存罐和已放电交换站用标准高能量密度储能电解液储存罐围绕交换站电池电堆高、低布置，靠高低势能实现电解液自流，交换站电池电堆只充电，不放电，电池效率80-85%；
所述车载标准高能量密度储能电解液储存罐包括已充电车载标准高能量密度储能电解液储存罐和已放电车载标准高能量密度储能电解液储存罐，已充电车载标准高能量密度储能电解液储存罐和已放电车载标准高能量密度储能电解液储存罐围绕车载电池电堆高、低布置，靠高低势能实现电解液自流，车载电池电堆只放电，不充电，电池效率80-85%。
3.根据权利要求2所述的一种液流电动车系统，其特征在于所述标准高能量密度储能电解液置换泵及接口能够一次性将全钒液流电动车中已放电的标准高能量密度储能电解液与储能电解液交换站已充满电的标准高能量密度储能电解液进行置换，置换时间5-20分钟。
4.根据权利要求1所述的一种液流电动车系统，其特征在于所述标准高能量密度储能电解液是以五氧化二钒为基材，并与盐酸、硫酸进行化学物理反应后制成的电解液，其中V：S：Cl的摩尔比为1-1.5：2-3：2-3，其能量密度范围30-100kWh/m3。
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