CN106328969B - 一种液流电池及其单电池框架、一体化单电池、电堆 - Google Patents

Abstract

本发明适用于液流储能电池领域，提供了一种液流电池及其单电池框架、一体化单电池、电堆。所述液流电池的单电池框架包括框架本体、设于所述框架本体中心的反应孔、在所述本体两面对称设于所述反应孔两侧的两液流孔，以及分别连接于所述两液流孔与所述反应孔之间的液体流道，所述框架本体一面的周边环向设置有至少一组密封槽；所述框架本体另一面的周边与所述密封槽对应位置处设有至少一组可卡入相邻框架本体的密封槽内的密封筋。本发明解决了现有技术中为了保证密封效果，单电池使用两块框架组装及电堆两端采用合金铝板进行加压封装，导致整个电池装配难度大，电池的电堆重量大，电池生产成本高的问题。

Description

一种液流电池及其单电池框架、一体化单电池、电堆

技术领域

本发明属于液流储能电池领域，尤其涉及一种液流电池及其单电池框架、一体化单电池、电堆。

背景技术

我国锌溴液流电池经过近十年的发展，已取得不少成果。液流电池是一种电化学储能电池，由电堆、电解质溶液和电解液储供体系等部分组成。液流电池中的正、负极活性物质分别溶解于电解质溶液中，并储存在两个储液罐中。电池工作时，正、负极电解质溶液在泵的驱动下从储液罐流入电堆，在电极上发生反应，然后流出电堆返回储液罐，电解质溶液在电池中的循环流动中完成电能与化学能的相互转换，实现储能和供电。

锌溴液流电池的关键技术是电堆、锌溴液体材料及电路管控，而电堆又是关键中的重点。一般的，液流电池的电堆采用堆式结构，电堆由多个进行实现充、放电过程的单电池组成，单电池由框架、隔膜、双极板及密封材料组成，多个单电池通过压滤机方式串联组装成电堆，一般的，电堆的电解液进、出口设置在电堆两端的封装板上，封装板的主要作用是将电堆层叠的单电池组件固定压紧密封，防止电解液的泄漏。

现有的液流电池的双极板和隔膜分开制造，且分板块焊接，即一块框架焊接双极板，一块框架焊接隔膜，但由于框架、双极板、隔膜都是薄壁零件，产品注塑变形大，注塑出来的框架平整度不高，在进行双极板和隔膜的装配时，很难保证液流电池的密封效果，导致现有技术不得不通过在电堆两端加装很厚的合金铝板对液流电池进行加压封装来保证液流电池的密封性，这种方式一方面导致整个电池装配难度加大，另一方面使得电池的电堆重量增加大，电池生产成本升高。

发明内容

本发明实施例提供一种液流电池的单电池框架，旨在解决现有技术中为了保证密封效果，单电池使用两块框架组装及电堆两端采用合金铝板进行加压封装，导致整个电池装配难度大，电池的电堆重量大，电池生产成本高的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种液流电池的单电池框架，包括框架本体、设于所述框架本体中心的反应孔、对称设于所述反应孔两侧的两对液流孔，以及连接所述液流孔与所述反应孔之间的液体流道，所述液体流道共四个，且所述框架两面各设置两个，

所述框架本体一面的周边环向设置有至少一组密封槽；

所述框架本体另一面的周边与所述密封槽对应位置处设有至少一组可卡入相邻框架本体的密封槽内的密封筋；所述框架本体的密封槽内侧设置有低于所述框架本体厚度的隔膜焊接台阶，所述隔膜焊接台阶的面积覆盖该面的液流孔和液体流道；

所述框架本体的密封筋内侧设置有低于所述框架本体厚度的双极板焊接台阶，所述双极板焊接台阶的面积未覆盖该面的液流孔和液体流道。

本发明实施例还提供一种液流电池的一体化单电池，包括隔膜、双极板以及单电池框架，所述单电池框架具有上述单电池框架的结构，所述隔膜与所述双极板分别设于所述单电池框架的两面，相邻单电池框架之间通过所述密封槽与所述密封筋卡接固定。

本发明实施例还提供一种液流电池的电堆，包括单电池组及设于所述单电池组两端的封装板及连接所述单电池组与所述封装板的紧固螺杆，所述单电池组包括上述液流电池的一体化单电池。

本发明实施例还提供一种液流电池，所述液流电池包括上述电堆。

本发明实施例通过将单电池的框架与双极板、隔膜做成一体化组件，同时在框架一面设置密封槽，另一面设置密封筋，使得相邻两个一体化单电池通过框架的密封槽和另一框架的密封筋嵌入配合，这样在电堆两端使用质量轻的复合板进行压紧即可保证电池的密封效果，整个电池的电堆装配简单，电堆重量轻，电池的生产成本低。

附图说明

图1是本发明实施例提供的液流电池的单电池框架示意图；

图2是本发明实施例提供的单电池框架密封槽局部示意图；

图3是本发明实施例提供的单电池框架密封筋局部示意图；

图4是本发明实施例提供的液流电池的单电池框架局部剖面示意图；

图5是本发明实施例提供的液流电池的一体化单电池示意图；

图6是本发明实施例提供的液流电池的电堆示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

还需要说明的是，本实用新型实施例中的左、右、上、下等方位用语，仅是互为相对概念或是以产品的正常使用状态为参考的，而不应该认为是具有限制性的。

本发明实施例在框架一面设置密封槽，另一面设置密封筋，使得相邻两个单电池通过框架的密封槽和另一框架的密封筋嵌入配合，同时将单电池的框架与双极板、隔膜做成一体化组件，这样在电堆两端使用质量轻的复合板进行压紧既可保证电池的密封效果，电堆重量轻，电堆易于安装，电池的生产成本低。

如图1和图3所示，本发明实施例提供的一种液流电池的单电池框架，包括框架本体1、设于框架本体1中心的反应孔10、对称设于反应孔10两侧的液流孔2和液流孔4(液流孔2和液流孔4其中一个为进液孔，一个为出液孔)，以及分别设于框架两面用于连接两液流孔与反应孔之间的两液体流道，其中A面具有连接液流孔2和液流孔4与反应孔10之间的液体流道3和液体流道5，B面(即A的反面)具有连接液流孔6-1和液流孔6-2与反应孔10之间的液体流道(图中未示出)，该液体流道与A面的液体流道3和液体流道5具有同样的结构。其中液流孔2和液流孔4为贯通于框架本体的通孔，而液体流道3和液体流道5未贯通框架本体1。液体流道3和液体流道5可以具有多组分支，以保证电解液能均匀的进入反应孔区域；

框架本体1的一面如图1所示的A面的周边环向设置有至少一组密封槽7，同时在框架本体1的另一面如图3所示的B面(即A的反面)的周边与密封槽7对应位置处设有至少一组可卡入相邻框架本体密封槽7内的密封筋12。本发明实施中，密封槽和密封筋属于过盈配合，这样，当电解液通过液流孔进入单电池框架后，相邻两个单电池框架由于框架上的密封槽和密封筋的嵌入配合，电解液得到很好的密封，电堆两端的封装板不需要使用强度很大的合金铝板，而使用一般强度的树脂、玻璃纤维组成的复合板即能完全密封，同时由于框架两面分别设置用于一体成型的双极板和隔膜焊接台阶，可以使得框架、双极板、隔膜、密封材料成为一个整体，不需像现有技术使用两块框架来分别组装隔膜和双极板，节省了材料，减少了装配难度，同时整个电池电堆的重量减小，电池生产成本降低。

本发明实施例中，如图2所示框架本体的密封槽7内侧设置有低于框架本体厚度的隔膜焊接台阶20，隔膜焊接台阶20的面积覆盖该面两侧的液流孔2、液流孔4和液体流道3、液体流道5；

如图3所示，框架本体的密封筋12内侧设置有低于框架本体厚度的双极板焊接台阶17，双极板焊接台阶17的面积未覆盖该面两侧的液流孔6-1、液流孔6-2和液体流道。上述焊接台阶的设置便于隔膜和双极板在框架主体上的放置和定位，隔膜焊接台阶和双极板焊接台阶在框架主体上投影面积的不一致，使得两个焊接台阶面在本体上的投影错开，使得焊接时能够错位焊接，减小了框架在焊接过程中的变形。同时焊接台阶低于框架厚度，这样隔膜和双极板焊接完成后的高度与框架平齐，能使多个单电池组合装配时平整，以保证密封效果。

作为本发明的一个实施例，如图2、图3所示，单电池框架A面的周边环向设置有至少一组密封槽7，该组密封槽7从单电池框架的外侧到内侧依次包括第一密封槽7-1、第二密封槽7-2及第三密封槽7-3，单电池框架B面的周边环向设置有至少一组密封筋组12，该组密封筋12从单电池框架的外侧到内侧依次包括第一密封筋12-1、第二密封筋12-2及第三密封筋12-3，框架A面的第一密封槽7-1与另一框架B面的第一密封筋12-1嵌入配合，第二密封槽7-2与第二密封筋12-2嵌入配合，第三密封槽7-3与第三密封筋12-3嵌入配合，可以理解，在本发明的其他实施例中，框架A面的密封槽和框架B面的密封筋可以是多组，相邻框架之间通过多组密封槽与密封筋进行嵌入配合，能得到更好的密封效果。

本发明实施例的框架材料为聚乙烯塑料，聚乙烯塑料具有较好的耐酸碱特性，同时有一定的强度使得注塑过程不易变形，以保证电池组装后的密封性能。

本发明实施例的密封筋通过注塑工艺与框架主体注塑成一体，避免了现有技术中使用密封材料如塑料密封圈等填充于两块相邻框架之间的密封槽而易引起泄漏的问题。

图4所示为本发明实施例所提供的框架密封槽与密封筋的剖面示意图，在本发明实施例中，B面设置至少三条密封筋与A面的三个密封槽配合，可以有效的防止电解液从液流孔及液体流道流动时向框架边缘泄漏流出，可以理解，在本发明的其他实施例中，密封筋与密封槽可以是环向设置的多个。

本发明实施例中，框架的周边环向设置有安装孔8和定位孔9，便于多个单电池的叠加定位与固定，使电堆的安装过程简单、快速。

本发明实施例提供的液流电池的一体化单电池，如图5所示，一体化单电池21包括隔膜24、双极板22以及单电池框架23，单电池框架本体一面的周边环向设置有至少一组密封槽，框架本体的密封槽内侧设置有低于框架本体厚度的隔膜焊接台阶，焊接固定隔膜24；框架本体另一面的周边与密封槽对应位置处设有至少一组可卡入相邻框架本体的密封槽内的密封筋，框架本体的密封筋内侧设置有低于框架本体厚度的双极板焊接台阶，焊接固定双极板22。本发明实施例提供的一体化单电池先将的密封筋通过注塑工艺与框架主体注塑成一体，再通过焊接工艺将双极板22焊接固定于框架23的双极板焊接台阶，隔膜24焊接固定于框架23的隔膜焊接台阶，这样将现有的框架、隔膜、双极板及密封材料做成一体组件，不需像现有技术使用两块框架来分别组装隔膜和双极板，节省了材料，同时减少了电堆装配过程中单电池的定位和装配难度，提高了电池的生产效率，降低了生产的成本。

本发明实施例中，隔膜焊接台阶与双极板焊接台阶的形状为方形，则隔膜焊接台阶和双极板焊接台阶的面积为方形，相应的，双极板和隔膜也设计成与之相适应的方形；同时隔膜焊接台阶的面积覆盖该面两侧的液流孔和液体流道；双极板焊接台阶的面积未覆盖该面两侧的液流孔和液体流道，使得双极板的长度小于隔膜长度，这样双极板和隔膜在框架上的焊接位置错开，能防止在框架上两面相同位置焊接引起的框架本体变形，保证相邻单电池组装时的密封作用。

本发明实施例中，双极板和隔膜通过激光分别焊接于框架的双极板焊接台阶和隔膜焊接台阶，激光焊接使得焊接精密易控制，密封效果好。

本发明实施例还提供一种液流电池的电堆，如图6所示，包括至少两个相互卡入密封的如图5所示的液流电池的一体化单电池21组成的单电池组、单电池组两端的封装板25及连接组件与封装板的紧固螺杆26，电堆的进液孔和出液孔图中未示出。采用一体化单电池堆叠而成的电堆，使得装配过程简单快速，提高了生产效率，降低了安装的成本，同时由于框架的密封设计，使得电堆两端的封装板使用质量轻便的由树脂、玻璃纤维等组合而成的复合板即能保证电堆内电解液的密封效果，使得电堆的重量大为减轻，同时也降低了电池的生产成本。

本发明实施例还提供一种液流电池(电池的整体结构未在图中示出)，包括如图6所示的电堆，电堆采用如图1所示的框架及具有此结构框架组成的一体化单电池组合而成，使得电池的电堆装配简单易于操作，装配效率提高，降低了安装的人工成本，同时由于框架的密封设计，使得电堆两端的封装板使用质量轻便的由树脂、玻璃纤维等材料组合而成的复合板即能保证电堆内电解液的密封效果，使得整个电池重量轻，同时也进一步减少了产品的成本。

本发明实施例提供的液流电池及其单电池框架、一体化单电池、电堆，采用密封材料与框架一体成型的结构，以及框架与双极板、隔膜一体化的单电池，使得在电堆两端使用质量轻的复合板进行压紧即可保证电池的密封效果，整个电堆重量轻，电池的生产成本低，同时使得整个电池的电堆装配过程变得简单快速，提高了电池的生产效率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种液流电池的单电池框架，包括框架本体、设于所述框架本体中心的反应孔、对称设于所述反应孔两侧的两对液流孔，以及连接所述液流孔与所述反应孔之间的液体流道，所述液体流道共四个，且所述框架两面各设置两个，其特征在于，

所述框架本体一面的周边环向设置有至少一组密封槽；

所述框架本体另一面的周边与所述密封槽对应位置处设有至少一组可卡入相邻框架本体的密封槽内的密封筋；

所述框架本体的密封槽内侧设置有低于所述框架本体厚度的隔膜焊接台阶，所述隔膜焊接台阶的面积覆盖该一面的液流孔和液体流道；

所述框架本体的密封筋内侧设置有低于所述框架本体厚度的双极板焊接台阶，所述双极板焊接台阶的面积未覆盖该另一面的液流孔和液体流道。

2.如权利要求1所述的液流电池的单电池框架，其特征在于，所述密封槽为一组，所述一组密封槽从单电池框架的外侧到内侧依次包括第一密封槽、第二密封槽及第三密封槽；所述密封筋为一组，所述一组密封筋从单电池框架的外侧到内侧依次包括第一密封筋、第二密封筋及第三密封筋，所述框架本体的第一密封槽，第二密封槽及第三密封槽分别与相邻框架本体的第一密封筋、第二密封筋及第三密封筋卡入配合。

3.如权利要求1所述的液流电池的单电池框架，其特征在于，所述框架本体材料为聚乙烯塑料。

4.一种液流电池的一体化单电池，包括隔膜、双极板以及单电池框架，其特征在于，所述单电池框架为权利要求1所述的单电池框架，所述隔膜与所述双极板分别设于所述单电池框架的两面，相邻单电池框架之间通过所述密封槽与所述密封筋卡接固定。

5.如权利要求4所述的液流电池的一体化单电池，其特征在于，所述隔膜通过激光焊接固定于所述隔膜焊接台阶内；所述双极板通过激光焊接固定于所述双极板焊接台阶内。

6.如权利要求4或5所述的液流电池的一体化单电池，其特征在于，所述密封槽为一组，所述一组密封槽从单电池框架的外侧到内侧依次包括第一密封槽、第二密封槽及第三密封槽；所述密封筋为一组，所述一组密封筋从单电池框架的外侧到内侧依次包括第一密封筋、第二密封筋及第三密封筋，所述框架本体的第一密封槽，第二密封槽及第三密封槽分别与相邻框架本体的第一密封筋、第二密封筋及第三密封筋卡入配合。

7.一种液流电池的电堆，包括单电池组及设于所述单电池组两端的封装板及连接所述单电池组与所述封装板的紧固螺杆，其特征在于，所述单电池组包括如权利要求4至6中任一项所述的液流电池的一体化单电池。

8.如权利要求7所述液流电池的电堆，其特征在于，所述电堆两端的封装板为树脂、玻璃纤维材料组成的复合板。

9.一种液流电池，其特征在于，所述液流电池包括如权利要求7或8所述的电堆。