CN105742682A - 一种液流电池系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种液流电池系统，其中的正极电解液储罐和/或负极电解液储罐在竖直方向上被分隔成N个和/或M个周向设置的腔体；运行过程中，在每个电解液储罐里，当其中一个腔体的腔体进液阀门与另一个腔体的腔体出液阀门开启时，其它所有阀门均闭合，使得总有且仅有两个腔体同时连通着正极/负极液流循环管路，从而与电池堆的正极/负极一起形成电解液循环回路；并且使得电解液总是从一个盛满的腔体导入至另一个空置的腔体，从而确保了已过电池堆的电解液与未过电池堆的电解液之间不会发生混合。因此，该液流电池系统可提高电压效率，进而提高能量效率。

Description

一种液流电池系统

技术领域

本发明涉及化学电池领域，尤其涉及一种液流电池系统。

背景技术

电化学液流电池(electrochemicalflowcell)，简称为液流电池，一般又称为氧化还原液流电池(flowredoxcell或者redoxflowcell)是一种新型的大型电化学储能装置。液流电池具有以下优异的特性：高效率、低成本、寿命长、响应速度快、卓越的大电流快速放电能力、宽广的适应温度范围、安全性好、无污染物排放、设计规模可大可小，能够缓冲、储存太阳能和风能的输出，改善太阳能和风能电力的输出稳定性，且在风能、太阳能等可再生能源中的应用和电能削峰、填谷等规模化储能系统方面展示了很大的优势。

液流电池系统主要是由正、负极电解液储罐，液流循环管路及电池堆等组成。现实中普遍应用的液流电池在电池充放电时，储罐内电解液在循环泵的驱动下流进电池堆，流过电池堆发生氧化还原反应后的电解液再回流到正负极电解液储罐。这些现有的液流电池系统中，流过电池堆发生氧化还原反应的电解液与未过电池堆的电解液接触混合，从而使得电解液中各离子浓度发生变化，降低了电池的电压效率，进而影响电池的性能。

为了避免流过电池堆发生氧化还原反应的电解液与未过电池堆的电解液发生混液，现有的部分液流电池系统采用四罐体系：即分别有二个正极电解质液储罐A和A’，二个负极电解质液储罐B和B’；正极电解液从A流出，经过电池堆反应后进入A’，同理负极电解液从B流出，经过电池堆反应后进入B’。上述液流电池系统的设置虽然避免了混液，提高了电压效率，但是极大程度增加了电解液储罐体积，增加了占地面积，限制了其应用的广泛性。

现有技术中，专利CN102148388提供了以下技术方案：将电解液储罐分别用隔板完全隔离成上下多个部分,再通过压力变送器、液面感应装置等各种传感器来实现电解液的断流，破坏电解液的连续性，降低电解液主回路的内漏电电流，提高电池的库伦效率，从而提高电池的能量效率。但是，这种氧化还原液流电池系统只能在采用多储罐和多隔板的情况下电解液才能实现100％的断流，并且，其控制系统及相关装置较复杂；此外，此方案不能避免已过电池堆与未过电池堆的电解液之间的混合，因而不能有效地提高电池的电压效率。

又如，专利CN202917585U、CN202178330U等披露了一种断流器，并通过在储罐内部加杠杆断流槽或支撑杆、阻尼调节装置等，实现连续性电解液的间歇式流出。然而，此类方法中，必要的装置结构较复杂，且各种装置均错综复杂地安装在储罐内部，维修十分不便，况且也不能完全避免电解液混合，对电池的电压效率无显著影响。

因此，研发出一种能够避免已过电池堆的发生了氧化还原反应的电解液与未过电池堆的电解液之间混合的新型液流电池系统，是当前本领域研发人员的研究重点之一。

发明内容

为了克服现有技术中的种种缺陷，本发明旨在提供一种新型液流电池系统，其能够避免已过电池堆的发生了氧化还原反应的电解液与未过电池堆的电解液之间发生混合，有效提高电池的电压效率，从而提高电池的能量效率，提高功率密度，最终改善电池性能。

因此，本发明的第一方面，提供了一种液流电池系统，包括：由正极、负极与离子交换膜构成的电池堆；充电电路与连接在该充电电路上的充电电源；放电电路与搭载在该放电电路上的负载；正极电解液储罐，负极电解液储罐，正极循环泵，负极循环泵，正极液流循环管路与负极液流循环管路；

其中，所述正极电解液储罐在竖直方向上被储罐隔板隔断，分隔成N个周向设置的正极腔体；每个所述正极腔体分别连接有正极腔体进液管路、正极腔体出液管路，并且所述正极腔体进液管路上设置有正极腔体进液阀门，所述正极腔体出液管路上设置有正极腔体出液阀门；并且，各个正极腔体进液管路均并联设置在所述正极电解液储罐的进液端，作为所述正极液流循环管路的正极出液总管路的支路，所述正极出液总管路与所述正极的电解液出口相连；并且，各个正极腔体出液管路均并联设置在所述正极电解液储罐的出液端，作为所述正极液流循环管路的正极进液总管路的支路，所述正极进液总管路与所述正极的电解液进口相连；

并且，在所述液流电池系统初始运行之前，仅有N-1个所述正极腔体内存储有电解液，而余下的1个正极腔体是空置的；

并且，在所述液流电池系统运行过程中，当其中一个正极腔体的正极腔体进液阀门与其中另一个正极腔体的正极腔体出液阀门开启时，所述其中一个正极腔体的正极腔体出液阀门与所述其中另一个正极腔体的正极腔体进液阀门闭合，并且其余正极腔体的所有正极腔体出液阀门和正极腔体进液阀门也闭合，使得总有且仅有两个正极腔体同时连通着所述正极液流循环管路，从而与电池堆的正极一起形成正极电解液循环回路；

和/或

所述负极电解液储罐在竖直方向上被储罐隔板隔断，分隔成M个周向设置的负极腔体；每个所述负极腔体分别连接有负极腔体进液管路、负极腔体出液管路，并且所述负极腔体进液管路上设置有负极腔体进液阀门，所述负极腔体出液管路上设置有负极腔体出液阀门；并且，各个负极腔体进液管路均并联设置在所述负极电解液储罐的进液端，作为所述负极液流循环管路的负极出液总管路的支路，所述负极出液总管路与所述负极的电解液出口相连；并且，各个负极腔体出液管路均并联设置在所述负极电解液储罐的出液端，作为所述负极液流循环管路的负极进液总管路的支路，所述负极进液总管路与所述负极的电解液进口相连；

并且，在所述液流电池系统初始运行之前，仅有M-1个所述负极腔体内存储有电解液，而余下的1个负极腔体是空置的；

并且，在所述液流电池系统运行过程中，当其中一个负极腔体的负极腔体进液阀门与其中另一个负极腔体的负极腔体出液阀门开启时，所述其中一个负极腔体的负极腔体出液阀门与所述其中另一个负极腔体的负极腔体进液阀门闭合，并且其余负极腔体的所有负极腔体出液阀门和负极腔体进液阀门也闭合，使得总有且仅有两个负极腔体同时连通着所述负极液流循环管路，从而与电池堆的负极一起形成负极电解液循环回路；

其中，N、M为自然数，且N≥3，M≥3。值得说明的是，N和M可以相等也可以不相等；例如，N＝3，表示将正极电解液储罐分隔为3个腔体，同时M＝5，则表示将负极电解液储罐分隔为5个腔体。此外，值得一提的是，正极电解液储罐中的以上所述3个腔体彼此之间的体积可略有不同，并不一定是等体积的腔体；同理，负极电解液储罐中的以上所述5个腔体彼此之间的体积可略有不同，并不一定是等体积的腔体。

由此可见，在所述液流电池系统运行过程中，有且仅有两个正极/负极腔体与电池堆的正极/负极组成电解液循环回路，使得电解液总是从一个盛满的腔体导入至另一个空置的腔体，这显然确保了已过电池堆的电解液与未过电池堆的电解液之间不会发生混合；因此，可有效提高电池的电压效率，从而提高了电池的能量效率。

优选地，在上述液流电池系统中：

所述正极电解液储罐在竖直方向上被储罐隔板隔断，分隔成N个周向设置的正极腔体；每个所述正极腔体分别连接有正极腔体进液管路、正极腔体出液管路，并且所述正极腔体进液管路上设置有正极腔体进液阀门，所述正极腔体出液管路上设置有正极腔体出液阀门；并且，各个正极腔体进液管路均并联设置在所述正极电解液储罐的进液端，作为所述正极液流循环管路的正极出液总管路的支路，所述正极出液总管路与所述正极的电解液出口相连；并且，各个正极腔体出液管路均并联设置在所述正极电解液储罐的出液端，作为所述正极液流循环管路的正极进液总管路的支路，所述正极进液总管路与所述正极的电解液进口相连；

并且，在所述液流电池系统初始运行之前，仅有N-1个所述正极腔体内存储有电解液，而余下的1个正极腔体是空置的；

并且，在所述液流电池系统运行过程中，当其中一个正极腔体的正极腔体进液阀门与其中另一个正极腔体的正极腔体出液阀门开启时，所述其中一个正极腔体的正极腔体出液阀门与所述其中另一个正极腔体的正极腔体进液阀门闭合，并且其余正极腔体的所有正极腔体出液阀门和正极腔体进液阀门也闭合，使得总有且仅有两个正极腔体同时连通着所述正极液流循环管路，从而与电池堆的正极一起形成正极电解液循环回路；

和

所述负极电解液储罐在竖直方向上被储罐隔板隔断，分隔成M个周向设置的负极腔体；每个所述负极腔体分别连接有负极腔体进液管路、负极腔体出液管路，并且所述负极腔体进液管路上设置有负极腔体进液阀门，所述负极腔体出液管路上设置有负极腔体出液阀门；并且，各个负极腔体进液管路均并联设置在所述负极电解液储罐的进液端，作为所述负极液流循环管路的负极出液总管路的支路，所述负极出液总管路与所述负极的电解液出口相连；并且，各个负极腔体出液管路均并联设置在所述负极电解液储罐的出液端，作为所述负极液流循环管路的负极进液总管路的支路，所述负极进液总管路与所述负极的电解液进口相连；

并且，在所述液流电池系统初始运行之前，仅有M-1个所述负极腔体内存储有电解液，而余下的1个负极腔体是空置的；

并且，在所述液流电池系统运行过程中，当其中一个负极腔体的负极腔体进液阀门与其中另一个负极腔体的负极腔体出液阀门开启时，所述其中一个负极腔体的负极腔体出液阀门与所述其中另一个负极腔体的负极腔体进液阀门闭合，并且其余负极腔体的所有负极腔体出液阀门和负极腔体进液阀门也闭合，使得总有且仅有两个负极腔体同时连通着所述负极液流循环管路，从而与电池堆的负极一起形成负极电解液循环回路。

进一步优选地，在上述液流电池系统中，M＝N。

进一步优选地，在上述液流电池系统中，每个所述正极腔体的体积相等；换言之，此时所述正极电解液储罐被等分为若干个正极腔体。

进一步优选地，在上述液流电池系统中，每个所述负极腔体的体积相等；换言之，此时所述负极电解液储罐被等分为若干个负极腔体。

进一步优选地，在上述液流电池系统中，每个所述正极腔体的体积与每个所述负极腔体的体积相等。在这种情况下，所述正极电解液储罐和所述负极电解液储罐都是被等分的，并且等分所得的各个腔体的体积均相等。

具体地，本发明的第二方面提供了一种液流电池系统，包括：由正极、负极与离子交换膜构成的电池堆；充电电路与连接在该充电电路上的充电电源；放电电路与搭载在该放电电路上的负载；正极电解液储罐，负极电解液储罐，正极循环泵，负极循环泵，正极液流循环管路与负极液流循环管路，其中：

所述正极电解液储罐和所述负极电解液储罐均在竖直方向上均被储罐隔板等分为3个腔体，其中：1号、2号、3号腔体各自连接有1号、2号、3号腔体进液管路和腔体出液管路，并且在各自的腔体进液管路上相应地设置有1号、2号、3号腔体进液阀门，在各自的腔体出液管路上设置有1号、2号、3号腔体出液阀门；并且，1号、2号、3号腔体进液管路并联设置在所述正极电解液储罐或所述负极电解液储罐的进液端，作为液流循环管路的出液总管路的支路，所述出液总管路与所述正极或负极的电解液出口相连；并且，1号、2号、3号腔体出液管路并联设置在所述正极电解液储罐或所述负极电解液储罐的出液端，作为所述液流循环管路的进液总管路的支路，所述进液总管路与所述正极或负极的电解液进口相连；

并且，在所述液流电池系统初始运行之前，1号和2号腔体内存储有电解液，而3号腔体内是空的；

并且，所述液流电池系统运行时包括以下步骤：

步骤一：开启1号腔体出液阀门与3号腔体进液阀门，且其它阀门保持闭合，通过正极循环泵或负极循环泵将电解液从1号腔体输送至电池堆的正极或负极，经反应后回流至3号腔体内；

步骤二：当1号腔体内的电解液全部流出后，关闭1号腔体出液阀门与3号腔体进液阀门，同时开启2号腔体出液阀门与1号腔体进液阀门，且其它阀门保持闭合，通过正极循环泵或负极循环泵将电解液从2号腔体输送至电池堆的正极或负极，经反应后回流至1号腔体内；

步骤三：当2号腔体内的电解液全部流出后，关闭2号腔体出液阀门与1号腔体进液阀门，同时开启3号腔体出液阀门与2号腔体进液阀门，且其它阀门保持闭合，通过正极循环泵或负极循环泵将电解液从3号腔体输送至电池堆的正极或负极，经反应后回流至2号腔体内；

步骤四：当3号腔体内的电解液全部流出后，关闭3号腔体出液阀门与2号腔体进液阀门，接着重复以上步骤一至三。

由此可见，电解液的流动路线顺序为：1号腔体→3号腔体，2号腔体→1号腔体，3号腔体→2号腔体，如此循环。并且，电解液的每次流动，都是从一个盛满的腔体流动至另一个空置的腔体，而1号、2号、3号腔体均可随着电解液的流入或流出而切换为盛满的腔体或空置的腔体。因此，这种液流电池系统实现了已过电池堆的电解液与未过电池堆的电解液之间的完全隔离，从而有效提高电池的电压效率，并进一步提高电池的能量效率。

优选地，在上述液流电池系统中，所述阀门为球阀或蝶阀。当然，上述液流系统中所述的阀门均可选自可以开启和关闭流体回路的任何种类的阀门。

优选地，上述液流电池系统还包括液位传感器，用于控制阀门的开启和闭合。例如，当1号腔体液位低于液位传感器设定位置时，1号腔体出液阀门与3号腔体进液阀门自动关闭，同时2号腔体出液阀门与1号腔体进液阀门将自动开启。

优选地，上述液流电池系统还包括时间继电器，用于控制阀门的开启和闭合。采用时间继电器时，可通过各腔体电解液体积、流量等关系计算各阀门的开启关闭时间。例如，当时间继电器达到某一设定时间时，1号腔体出液阀门与3号腔体进液阀门自动关闭，同时2号腔体出液阀门与1号腔体进液阀门将自动开启。

此外，优选地，上述液流电池系统中，所述液流电池选自以下任一种：全钒液流电池(VRB或VRFB)、铁-铬液流电池(ICRFB)、锌-溴液流电池、钒-溴液流电池、铁-钒液流电池、锌-铈液流电池。

与现有技术中的各种液流电池系统相比，本发明所提供的液流电池系统具有以下明显优势：

(1)能有效避免已过电池堆的发生了氧化还原反应的电解液与未过电池堆的电解液之间发生混合，提高电池的电压效率；(2)从而可提高电池的能量效率，提高电解液利用率，节约电解液投入成本；(3)电解液储罐结构简单，分隔出腔体易施工，且相比普通罐体积增加有限，投资成本低；这是因为：当电解液储罐被等分为N个腔体时，在储罐设计高度不变的情况下，与分别设置两个正/负极储罐的体系相比，本发明所提供的电解液储罐的体积节省了双罐分置时每个单罐体积的(N-2)/(N-1)；例如，N＝3、4、5时，节省了1/2，2/3，3/4的体积；因而，节省了电解液储罐的占地面积，并且，当储罐设计高度不变且N值越大时，节省的占地面积就越大；(4)易于维修与操作。

附图说明

图1为本发明所述的液流电池系统的一个实施例的结构示意图，其中，正极电解液储罐和负极电解液储罐均被等分为3个腔体，并且：

101——正极循环泵，102——负极循环泵，10——液位传感器，11，12，13，14，15，16——电动球阀，17——1号腔体，18——2号腔体，19——3号腔体，103——储罐隔板；

图2为本发明所述的液流电池系统的一个实施例的结构示意图，其中，正极电解液储罐和负极电解液储罐均被等分为4个腔体，并且：

201——正极循环泵，202——负极循环泵，25——时间继电器，21，22，23，24，31，32，33，34——电动蝶阀，26——1号腔体，27——2号腔体，28——3号腔体，29——4号腔体，30——储罐隔板。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步阐述，但本发明并不限于以下实施方式。

本发明的第一方面，提供了一种液流电池系统，包括：由正极、负极与离子交换膜构成的电池堆；充电电路与连接在该充电电路上的充电电源；放电电路与搭载在该放电电路上的负载；正极电解液储罐，负极电解液储罐，正极循环泵，负极循环泵，正极液流循环管路与负极液流循环管路；

其中，所述正极电解液储罐在竖直方向上被储罐隔板隔断，分隔成N个周向设置的正极腔体；每个所述正极腔体分别连接有正极腔体进液管路、正极腔体出液管路，并且所述正极腔体进液管路上设置有正极腔体进液阀门，所述正极腔体出液管路上设置有正极腔体出液阀门；并且，各个正极腔体进液管路均并联设置在所述正极电解液储罐的进液端，作为所述正极液流循环管路的正极出液总管路的支路，所述正极出液总管路与所述正极的电解液出口相连；并且，各个正极腔体出液管路均并联设置在所述正极电解液储罐的出液端，作为所述正极液流循环管路的正极进液总管路的支路，所述正极进液总管路与所述正极的电解液进口相连；

并且，在所述液流电池系统初始运行之前，仅有N-1个所述正极腔体内存储有电解液，而余下的1个正极腔体是空置的；

并且，在所述液流电池系统运行过程中，当其中一个正极腔体的正极腔体进液阀门与其中另一个正极腔体的正极腔体出液阀门开启时，所述其中一个正极腔体的正极腔体出液阀门与所述其中另一个正极腔体的正极腔体进液阀门闭合，并且其余正极腔体的所有正极腔体出液阀门和正极腔体进液阀门也闭合，使得总有且仅有两个正极腔体同时连通着所述正极液流循环管路，从而与电池堆的正极一起形成正极电解液循环回路；

和/或

所述负极电解液储罐在竖直方向上被储罐隔板隔断，分隔成M个周向设置的负极腔体；每个所述负极腔体分别连接有负极腔体进液管路、负极腔体出液管路，并且所述负极腔体进液管路上设置有负极腔体进液阀门，所述负极腔体出液管路上设置有负极腔体出液阀门；并且，各个负极腔体进液管路均并联设置在所述负极电解液储罐的进液端，作为所述负极液流循环管路的负极出液总管路的支路，所述负极出液总管路与所述负极的电解液出口相连；并且，各个负极腔体出液管路均并联设置在所述负极电解液储罐的出液端，作为所述负极液流循环管路的负极进液总管路的支路，所述负极进液总管路与所述负极的电解液进口相连；

并且，在所述液流电池系统初始运行之前，仅有M-1个所述负极腔体内存储有电解液，而余下的1个负极腔体是空置的；

并且，在所述液流电池系统运行过程中，当其中一个负极腔体的负极腔体进液阀门与其中另一个负极腔体的负极腔体出液阀门开启时，所述其中一个负极腔体的负极腔体出液阀门与所述其中另一个负极腔体的负极腔体进液阀门闭合，并且其余负极腔体的所有负极腔体出液阀门和负极腔体进液阀门也闭合，使得总有且仅有两个负极腔体同时连通着所述负极液流循环管路，从而与电池堆的负极一起形成负极电解液循环回路；

其中，N、M为自然数，且N≥3，M≥3。

在一个优选实施例中，在上述液流电池系统中：

所述正极电解液储罐在竖直方向上被储罐隔板隔断，分隔成N个周向设置的正极腔体；每个所述正极腔体分别连接有正极腔体进液管路、正极腔体出液管路，并且所述正极腔体进液管路上设置有正极腔体进液阀门，所述正极腔体出液管路上设置有正极腔体出液阀门；并且，各个正极腔体进液管路均并联设置在所述正极电解液储罐的进液端，作为所述正极液流循环管路的正极出液总管路的支路，所述正极出液总管路与所述正极的电解液出口相连；并且，各个正极腔体出液管路均并联设置在所述正极电解液储罐的出液端，作为所述正极液流循环管路的正极进液总管路的支路，所述正极进液总管路与所述正极的电解液进口相连；

并且，在所述液流电池系统初始运行之前，仅有N-1个所述正极腔体内存储有电解液，而余下的1个正极腔体是空置的；

并且，在所述液流电池系统运行过程中，当其中一个正极腔体的正极腔体进液阀门与其中另一个正极腔体的正极腔体出液阀门开启时，所述其中一个正极腔体的正极腔体出液阀门与所述其中另一个正极腔体的正极腔体进液阀门闭合，并且其余正极腔体的所有正极腔体出液阀门和正极腔体进液阀门也闭合，使得总有且仅有两个正极腔体同时连通着所述正极液流循环管路，从而与电池堆的正极一起形成正极电解液循环回路；

和

所述负极电解液储罐在竖直方向上被储罐隔板隔断，分隔成M个周向设置的负极腔体；每个所述负极腔体分别连接有负极腔体进液管路、负极腔体出液管路，并且所述负极腔体进液管路上设置有负极腔体进液阀门，所述负极腔体出液管路上设置有负极腔体出液阀门；并且，各个负极腔体进液管路均并联设置在所述负极电解液储罐的进液端，作为所述负极液流循环管路的负极出液总管路的支路，所述负极出液总管路与所述负极的电解液出口相连；并且，各个负极腔体出液管路均并联设置在所述负极电解液储罐的出液端，作为所述负极液流循环管路的负极进液总管路的支路，所述负极进液总管路与所述负极的电解液进口相连；

并且，在所述液流电池系统初始运行之前，仅有M-1个所述负极腔体内存储有电解液，而余下的1个负极腔体是空置的；

并且，在所述液流电池系统运行过程中，当其中一个负极腔体的负极腔体进液阀门与其中另一个负极腔体的负极腔体出液阀门开启时，所述其中一个负极腔体的负极腔体出液阀门与所述其中另一个负极腔体的负极腔体进液阀门闭合，并且其余负极腔体的所有负极腔体出液阀门和负极腔体进液阀门也闭合，使得总有且仅有两个负极腔体同时连通着所述负极液流循环管路，从而与电池堆的负极一起形成负极电解液循环回路。

在一个进一步优选的实施例中，在上述液流电池系统中，M＝N。

在一个进一步优选的实施例中，在上述液流电池系统中，每个所述正极腔体的体积相等。

在一个进一步优选的实施例中，在上述液流电池系统中，每个所述负极腔体的体积相等。

在一个进一步优选的实施例中，在上述液流电池系统中，每个所述正极腔体的体积与每个所述负极腔体的体积相等。

本发明的第二方面提供了一种液流电池系统，包括：由正极、负极与离子交换膜构成的电池堆；充电电路与连接在该充电电路上的充电电源；放电电路与搭载在该放电电路上的负载；正极电解液储罐，负极电解液储罐，正极循环泵，负极循环泵，正极液流循环管路与负极液流循环管路，其中：

所述正极电解液储罐和所述负极电解液储罐均在竖直方向上均被储罐隔板等分为3个腔体，其中：1号、2号、3号腔体各自连接有1号、2号、3号腔体进液管路和腔体出液管路，并且在各自的腔体进液管路上相应地设置有1号、2号、3号腔体进液阀门，在各自的腔体出液管路上设置有1号、2号、3号腔体出液阀门；并且，1号、2号、3号腔体进液管路并联设置在所述正极电解液储罐或所述负极电解液储罐的进液端，作为液流循环管路的出液总管路的支路，所述出液总管路与所述正极或负极的电解液出口相连；并且，1号、2号、3号腔体出液管路并联设置在所述正极电解液储罐或所述负极电解液储罐的出液端，作为所述液流循环管路的进液总管路的支路，所述进液总管路与所述正极或负极的电解液进口相连；

并且，在所述液流电池系统初始运行之前，1号和2号腔体内存储有电解液，而3号腔体内是空的；

并且，所述液流电池系统运行时包括以下步骤：

步骤一：开启1号腔体出液阀门与3号腔体进液阀门，且其它阀门保持闭合，通过正极循环泵或负极循环泵将电解液从1号腔体输送至电池堆的正极或负极，经反应后回流至3号腔体内；

步骤二：当1号腔体内的电解液全部流出后，关闭1号腔体出液阀门与3号腔体进液阀门，同时开启2号腔体出液阀门与1号腔体进液阀门，且其它阀门保持闭合，通过正极循环泵或负极循环泵将电解液从2号腔体输送至电池堆的正极或负极，经反应后回流至1号腔体内；

步骤三：当2号腔体内的电解液全部流出后，关闭2号腔体出液阀门与1号腔体进液阀门，同时开启3号腔体出液阀门与2号腔体进液阀门，且其它阀门保持闭合，通过正极循环泵或负极循环泵将电解液从3号腔体输送至电池堆的正极或负极，经反应后回流至2号腔体内；

步骤四：当3号腔体内的电解液全部流出后，关闭3号腔体出液阀门与2号腔体进液阀门，接着重复以上步骤一至三。

在一个优选实施例中，在上述液流电池系统中，所述阀门为球阀或蝶阀。

在一个优选实施例中，上述液流电池系统还包括液位传感器，用于控制阀门的开启和闭合。

在一个优选实施例中，上述液流电池系统还包括时间继电器，用于控制阀门的开启和闭合。

在一个优选实施例中，上述液流电池系统中的所述液流电池选自以下任一种：全钒液流电池(VRB或VRFB)、铁-铬液流电池(ICRFB)、锌-溴液流电池、钒-溴液流电池、铁-钒液流电池、锌-铈液流电池。

实施例1

一种液流电池系统，如图1所示，使用储罐隔板103将正极电解液储罐等分隔成三个腔体，分别为1号腔体17，2号腔体18，3号腔体19，各自连接有1号、2号、3号腔体进液管路和腔体出液管路，并且在各自的腔体进液管路上相应地设置有1号腔体进液阀门(电动球阀15)、2号腔体进液阀门(电动球阀16)、3号腔体进液阀门(电动球阀14)，在各自的腔体出液管路上设置有1号腔体出液阀门(电动球阀12)、2号腔体出液阀门(电动球阀11)、3号腔体出液阀门(电动球阀13)；并且，1号、2号、3号腔体进液管路并联设置在所述正极电解液储罐的进液端，作为液流循环管路的出液总管路的支路，所述出液总管路与所述正极的电解液出口相连；并且，1号、2号、3号腔体出液管路并联设置在所述正极电解液储罐的出液端，作为所述液流循环管路的进液总管路的支路，所述进液总管路与所述正极的电解液进口相连。

初始运行之前，1号腔体17与2号腔体18中均盛满了电解液，而3号腔体19内无电解液而是空置的。

并且，负极电解液储罐及其相关管阀的设置与上述正极电解液储罐及其相关管阀的设置相同。

所述液流电池系统运行时包括以下步骤：

S1：借助于液位传感器10，开启电动球阀12与电动球阀14，且其它阀门保持闭合，通过正极循环泵101或负极循环泵102将电解液从1号腔体17输送至电池堆的正极或负极，经反应后回流至3号腔体19内；

S2：当1号腔体17内的电解液全部流出后，借助于液位传感器10，关闭电动球阀12与电动球阀14，同时开启电动球阀11与电动球阀15，且其它阀门保持闭合，通过正极循环泵或负极循环泵将电解液从2号腔体18输送至电池堆的正极或负极，经反应后回流至1号腔体17内；

S3：当2号腔体18内的电解液全部流出后，借助于液位传感器10，关闭电动球阀11与电动球阀15，同时开启电动球阀13与电动球阀16，且其它阀门保持闭合，通过正极循环泵或负极循环泵将电解液从3号腔体19输送至电池堆的正极或负极，经反应后回流至2号腔体18内；

S4：当3号腔体19内的电解液全部流出后，借助于液位传感器10，关闭电动球阀13与电动球阀16，接着重复以上步骤S1～S3。

在此实施例1中，只需增加双罐分置时每个单罐体积的1/2作为腔体，即可防止电解液的混液，因此，节省了双罐分置时每个单罐体积的1-1/2＝1/2；此外，根据充放电条件不同，该液流电池系统的电压效率可提高1-6个百分点。

实施例2

一种液流电池系统，如图2所示，使用储罐隔板30将正极电解液储罐等分隔成四个腔体，分别为1号腔体26，2号腔体27，3号腔体28，4号腔体29，各自连接有1号、2号、3号、4号腔体进液管路和腔体出液管路，并且在各自的腔体进液管路上相应地设置有1号腔体进液阀门(电动蝶阀33)、2号腔体进液阀门(电动蝶阀34)、3号腔体进液阀门(电动蝶阀32)、4号腔体进液阀门(电动蝶阀31)，在各自的腔体出液管路上设置有1号腔体出液阀门(电动蝶阀22)、2号腔体出液阀门(电动蝶阀21)、3号腔体出液阀门(电动蝶阀23)、4号腔体出液阀门(电动蝶阀24)；并且，1号、2号、3号、4号腔体进液管路并联设置在所述正极电解液储罐的进液端，作为液流循环管路的出液总管路的支路，所述出液总管路与所述正极的电解液出口相连；并且，1号、2号、3号、4号腔体出液管路并联设置在所述正极电解液储罐的出液端，作为所述液流循环管路的进液总管路的支路，所述进液总管路与所述正极的电解液进口相连。

初始运行之前，1号腔体26、2号腔体27与3号腔体28中均盛满了电解液，而4号腔体29内无电解液而是空置的。

并且，负极电解液储罐及其相关管阀的设置与上述正极电解液储罐及其相关管阀的设置相同。

所述液流电池系统运行时包括以下步骤：

S1：借助于时间继电器25，开启电动蝶阀22与电动蝶阀31，且其它阀门保持闭合，通过正极循环泵201或负极循环泵202将电解液从1号腔体26输送至电池堆的正极或负极，经反应后回流至4号腔体29内；

S2：当1号腔体26内的电解液全部流出后，借助于时间继电器25，关闭电动蝶阀22与电动蝶阀31，同时开启电动蝶阀21与电动蝶阀33，且其它阀门保持闭合，通过正极循环泵或负极循环泵将电解液从2号腔体27输送至电池堆的正极或负极，经反应后回流至1号腔体26内；

S3：当2号腔体27内的电解液全部流出后，借助于时间继电器25，关闭电动蝶阀21与电动蝶阀33，同时开启电动蝶阀23与电动蝶阀34，且其它阀门保持闭合，通过正极循环泵或负极循环泵将电解液从3号腔体28输送至电池堆的正极或负极，经反应后回流至2号腔体27内；

S4：当3号腔体28内的电解液全部流出后，借助于时间继电器25，关闭电动蝶阀23与电动蝶阀34，同时开启电动蝶阀24与电动蝶阀32，且其它阀门保持闭合，通过正极循环泵或负极循环泵将电解液从4号腔体29输送至电池堆的正极或负极，经反应后回流至3号腔体28内；

S5：当4号腔体29内的电解液全部流出后，借助于时间继电器25，关闭电动蝶阀24与电动蝶阀32，接着重复以上步骤S1～S4。

在此实施例2中，只需增加双罐分置时每个单罐体积的1/3作为腔体，即可防止电解液的混液，因此，节省了双罐分置时每个单罐体积的1-1/3＝2/3；此外，根据充放电条件不同，该液流电池系统的电压效率可提高1-6个百分点。

以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种液流电池系统，包括：由正极、负极与离子交换膜构成的电池堆；充电电路与连接在该充电电路上的充电电源；放电电路与搭载在该放电电路上的负载；正极电解液储罐，负极电解液储罐，正极循环泵，负极循环泵，正极液流循环管路与负极液流循环管路，其特征在于：

所述正极电解液储罐在竖直方向上被储罐隔板隔断，分隔成N个周向设置的正极腔体；每个所述正极腔体分别连接有正极腔体进液管路、正极腔体出液管路，并且所述正极腔体进液管路上设置有正极腔体进液阀门，所述正极腔体出液管路上设置有正极腔体出液阀门；并且，各个正极腔体进液管路均并联设置在所述正极电解液储罐的进液端，作为所述正极液流循环管路的正极出液总管路的支路，所述正极出液总管路与所述正极的电解液出口相连；并且，各个正极腔体出液管路均并联设置在所述正极电解液储罐的出液端，作为所述正极液流循环管路的正极进液总管路的支路，所述正极进液总管路与所述正极的电解液进口相连；

并且，在所述液流电池系统初始运行之前，仅有N-1个所述正极腔体内存储有电解液，而余下的1个正极腔体是空置的；

并且，在所述液流电池系统运行过程中，当其中一个正极腔体的正极腔体进液阀门与其中另一个正极腔体的正极腔体出液阀门开启时，所述其中一个正极腔体的正极腔体出液阀门与所述其中另一个正极腔体的正极腔体进液阀门闭合，并且其余正极腔体的所有正极腔体出液阀门和正极腔体进液阀门也闭合，使得总有且仅有两个正极腔体同时连通着所述正极液流循环管路，从而与电池堆的正极一起形成正极电解液循环回路；

和/或

所述负极电解液储罐在竖直方向上被储罐隔板隔断，分隔成M个周向设置的负极腔体；每个所述负极腔体分别连接有负极腔体进液管路、负极腔体出液管路，并且所述负极腔体进液管路上设置有负极腔体进液阀门，所述负极腔体出液管路上设置有负极腔体出液阀门；并且，各个负极腔体进液管路均并联设置在所述负极电解液储罐的进液端，作为所述负极液流循环管路的负极出液总管路的支路，所述负极出液总管路与所述负极的电解液出口相连；并且，各个负极腔体出液管路均并联设置在所述负极电解液储罐的出液端，作为所述负极液流循环管路的负极进液总管路的支路，所述负极进液总管路与所述负极的电解液进口相连；

并且，在所述液流电池系统初始运行之前，仅有M-1个所述负极腔体内存储有电解液，而余下的1个负极腔体是空置的；

并且，在所述液流电池系统运行过程中，当其中一个负极腔体的负极腔体进液阀门与其中另一个负极腔体的负极腔体出液阀门开启时，所述其中一个负极腔体的负极腔体出液阀门与所述其中另一个负极腔体的负极腔体进液阀门闭合，并且其余负极腔体的所有负极腔体出液阀门和负极腔体进液阀门也闭合，使得总有且仅有两个负极腔体同时连通着所述负极液流循环管路，从而与电池堆的负极一起形成负极电解液循环回路；

其中，N、M为自然数，且N≥3，M≥3。

2.根据权利要求1所述的液流电池系统，其特征在于，

所述正极电解液储罐在竖直方向上被储罐隔板隔断，分隔成N个周向设置的正极腔体；每个所述正极腔体分别连接有正极腔体进液管路、正极腔体出液管路，并且所述正极腔体进液管路上设置有正极腔体进液阀门，所述正极腔体出液管路上设置有正极腔体出液阀门；并且，各个正极腔体进液管路均并联设置在所述正极电解液储罐的进液端，作为所述正极液流循环管路的正极出液总管路的支路，所述正极出液总管路与所述正极的电解液出口相连；并且，各个正极腔体出液管路均并联设置在所述正极电解液储罐的出液端，作为所述正极液流循环管路的正极进液总管路的支路，所述正极进液总管路与所述正极的电解液进口相连；

并且，在所述液流电池系统初始运行之前，仅有N-1个所述正极腔体内存储有电解液，而余下的1个正极腔体是空置的；

并且，在所述液流电池系统运行过程中，当其中一个正极腔体的正极腔体进液阀门与其中另一个正极腔体的正极腔体出液阀门开启时，所述其中一个正极腔体的正极腔体出液阀门与所述其中另一个正极腔体的正极腔体进液阀门闭合，并且其余正极腔体的所有正极腔体出液阀门和正极腔体进液阀门也闭合，使得总有且仅有两个正极腔体同时连通着所述正极液流循环管路，从而与电池堆的正极一起形成正极电解液循环回路；

和

所述负极电解液储罐在竖直方向上被储罐隔板隔断，分隔成M个周向设置的负极腔体；每个所述负极腔体分别连接有负极腔体进液管路、负极腔体出液管路，并且所述负极腔体进液管路上设置有负极腔体进液阀门，所述负极腔体出液管路上设置有负极腔体出液阀门；并且，各个负极腔体进液管路均并联设置在所述负极电解液储罐的进液端，作为所述负极液流循环管路的负极出液总管路的支路，所述负极出液总管路与所述负极的电解液出口相连；并且，各个负极腔体出液管路均并联设置在所述负极电解液储罐的出液端，作为所述负极液流循环管路的负极进液总管路的支路，所述负极进液总管路与所述负极的电解液进口相连；

并且，在所述液流电池系统初始运行之前，仅有M-1个所述负极腔体内存储有电解液，而余下的1个负极腔体是空置的；

并且，在所述液流电池系统运行过程中，当其中一个负极腔体的负极腔体进液阀门与其中另一个负极腔体的负极腔体出液阀门开启时，所述其中一个负极腔体的负极腔体出液阀门与所述其中另一个负极腔体的负极腔体进液阀门闭合，并且其余负极腔体的所有负极腔体出液阀门和负极腔体进液阀门也闭合，使得总有且仅有两个负极腔体同时连通着所述负极液流循环管路，从而与电池堆的负极一起形成负极电解液循环回路。

3.根据权利要求2所述的液流电池系统，其特征在于，M＝N。

4.根据权利要求2所述的液流电池系统，其特征在于，每个所述正极腔体的体积相等。

5.根据权利要求2所述的液流电池系统，其特征在于，每个所述负极腔体的体积相等。

6.根据权利要求2所述的液流电池系统，其特征在于，每个所述正极腔体的体积与每个所述负极腔体的体积相等。

7.一种液流电池系统，包括：由正极、负极与离子交换膜构成的电池堆；充电电路与连接在该充电电路上的充电电源；放电电路与搭载在该放电电路上的负载；正极电解液储罐，负极电解液储罐，正极循环泵，负极循环泵，正极液流循环管路与负极液流循环管路，其特征在于：

所述正极电解液储罐和所述负极电解液储罐均在竖直方向上均被储罐隔板等分为3个腔体，其中：1号、2号、3号腔体各自连接有1号、2号、3号腔体进液管路和腔体出液管路，并且在各自的腔体进液管路上相应地设置有1号、2号、3号腔体进液阀门，在各自的腔体出液管路上设置有1号、2号、3号腔体出液阀门；并且，1号、2号、3号腔体进液管路并联设置在所述正极电解液储罐或所述负极电解液储罐的进液端，作为液流循环管路的出液总管路的支路，所述出液总管路与所述正极或负极的电解液出口相连；并且，1号、2号、3号腔体出液管路并联设置在所述正极电解液储罐或所述负极电解液储罐的出液端，作为所述液流循环管路的进液总管路的支路，所述进液总管路与所述正极或负极的电解液进口相连；

并且，在所述液流电池系统初始运行之前，1号和2号腔体内存储有电解液，而3号腔体内是空的；

并且，所述液流电池系统运行时包括以下步骤：

步骤一：开启1号腔体出液阀门与3号腔体进液阀门，且其它阀门保持闭合，通过正极循环泵或负极循环泵将电解液从1号腔体输送至电池堆的正极或负极，经反应后回流至3号腔体内；

步骤二：当1号腔体内的电解液全部流出后，关闭1号腔体出液阀门与3号腔体进液阀门，同时开启2号腔体出液阀门与1号腔体进液阀门，且其它阀门保持闭合，通过正极循环泵或负极循环泵将电解液从2号腔体输送至电池堆的正极或负极，经反应后回流至1号腔体内；

步骤三：当2号腔体内的电解液全部流出后，关闭2号腔体出液阀门与1号腔体进液阀门，同时开启3号腔体出液阀门与2号腔体进液阀门，且其它阀门保持闭合，通过正极循环泵或负极循环泵将电解液从3号腔体输送至电池堆的正极或负极，经反应后回流至2号腔体内；

步骤四：当3号腔体内的电解液全部流出后，关闭3号腔体出液阀门与2号腔体进液阀门，接着重复以上步骤一至三。

8.根据权利要求7所述的液流电池系统，其特征在于，所述液流电池系统还包括液位传感器，用于控制阀门的开启和闭合。

9.根据权利要求7所述的液流电池系统，其特征在于，所述液流电池系统还包括时间继电器，用于控制阀门的开启和闭合。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的液流电池系统，其特征在于，所述液流电池选自以下任一种：全钒液流电池、铁-铬液流电池、锌-溴液流电池、钒-溴液流电池、铁-钒液流电池、锌-铈液流电池。