CN107403944B - 一种通过电机驱动的锂液流电池系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种通过电机驱动的锂液流电池系统，该系统包括：控制装置、气体供应部和电池模块部。其中，气体供应部提供的气体在电池模块部的电机和活塞的作用下进入储液装置并完成电池反应器正极反应腔和负极反应腔的单独、同步或依次换液，通过控制装置控制气体供应部提供的气体的流量以及电池模块部的电机的转速。其中，在活塞与储液装置中的悬浮液之间通过气体隔离开。通过本发明能够有效地防止电极悬浮液的泄露或与大气中的水汽、氧气接触，提高了电池系统的安全性，并且避免了由于机械部件与电极悬浮液直接接触而造成的机械摩擦加剧以及机械结构寿命的降低。另外，还提供了上述的通过电机驱动的锂液流电池系统的工作方法。

Description

一种通过电机驱动的锂液流电池系统

技术领域

本发明属于电化学动力电池技术，具体涉及通过电机驱动的锂液流电池系统。

背景技术

锂液流电池是最新发展起来的一种电化学电池技术，它综合了锂电池和液流电池的优点，是一种输出功率和储能容量彼此独立，且能量密度大、成本较低的新型二次电池。它可以广泛应用于分布式发电、智能电网、基站储能、电网调峰调频等领域。利用化学电源进行蓄电储能，可以不受地理条件限制，有望实现大规模储能，具有重大社会经济价值。

虽然锂离子液流电池在大规模储能应用中拥有诸多的优势，但是，由于电极悬浮液的粘度很大，使用液泵对电极悬浮液进行循环时会产生较大的机械损耗，严重降低电池的能量效率，同时液泵的使用寿命也会降低。液泵还容易导致电极悬浮液的泄露或与大气中的水汽、氧气接触，造成安全隐患。

发明内容

针对以上存在的问题，本发明提供一种通过电机驱动的锂液流电池系统，该系统包括：控制装置、气体供应部和电池模块部。其中，气体供应部包括：正极储气装置，在正极储气装置中存储有氮气或惰性气体，在正极储气装置上设有正极第一端口控制阀及正极第二端口控制阀；负极储气装置，在负极储气装置中存储有氮气或惰性气体，在负极储气装置上设有负极第一端口控制阀及负极第二端口控制阀。其中，电池模块部包括：反应器，该反应器设有正极反应腔、负极反应腔；正极气缸，该正极气缸设有第一正极气体进出端口、第二正极气体进出端口、第一正极气体补排端口、第二正极气体补排端口、正极气缸第一腔体及正极气缸第二腔体；负极气缸，该负极气缸设有第一负极气体进出端口、第二负极气体进出端口、第一负极气体补排端口、第二负极气体补排端口、负极气缸第一腔体及负极气缸第二腔体；正极活塞，该正极活塞容置于正极气缸中；负极活塞，该负极活塞容置于负极气缸中；正极电机，该正极电机连接于正极活塞的活塞杆，用以驱动正极活塞在正极气缸中往复运动；负极电机，该负极电机连接于负极活塞的活塞杆，用以驱动负极活塞在负极气缸中往复运动；第一正极悬浮液储液装置，该第一正极悬浮液储液装置经由第一正极气体管路、正极气缸的第一正极气体进出端口与正极气缸第一腔体流体连通并且经由第一正极液体管路连接于反应器的正极反应腔，第一正极悬浮液储液装置用以存储正极悬浮液并且在第一正极气体管路上设有气路控制阀；第二正极悬浮液储液装置，该第二正极悬浮液储液装置经由第二正极气体管路、正极气缸的第二正极气体进出端口与正极气缸第二腔体流体连通并且经由第二正极液体管路连接于反应器的正极反应腔，第二正极悬浮液储液装置用以存储正极悬浮液并且在第二正极气体管路上设有气路控制阀；第一负极悬浮液储液装置，该第一负极悬浮液储液装置经由第一负极气体管路、负极气缸的第一负极气体进出端口与负极气缸第一腔体流体连通并且经由第一负极液体管路连接于反应器的负极反应腔，第一负极悬浮液储液装置用以存储负极悬浮液并且在第一负极气体管路上设有气路控制阀；第二负极悬浮液储液装置，该第二负极悬浮液储液装置经由第二负极气体管路、负极气缸的第二负极气体进出端口与负极气缸第二腔体流体连通并且经由第二负极液体管路连接于反应器的负极反应腔，第二负极悬浮液储液装置用以存储负极悬浮液并且在第二负极气体管路上设有气路控制阀。其中，控制装置控制正极电机及负极电机的开启、关闭及转速；控制装置控制正极第一端口控制阀、正极第二端口控制阀、负极第一端口控制阀、负极第二端口控制阀的开启及关闭；控制装置控制第一正极气体管路的气路控制阀、第二正极气体管路的气路控制阀、第一负极气体管路的气路控制阀、第二负极气体管路的气路控制阀的开启及关闭。其中，在正极活塞与第一正极悬浮液储液装置中的正极悬浮液之间并且在正极活塞与第二正极悬浮液储液装置中的正极悬浮液之间通过氮气或惰性气体隔离开；并且，在负极活塞与第一负极悬浮液储液装置中的负极悬浮液之间并且在负极活塞与第二负极悬浮液储液装置中的负极悬浮液之间通过氮气或惰性气体隔离开。

正极活塞与正极悬浮液储液装置中的正极悬浮液的隔离是通过正极气缸第一腔体、正极气缸第二腔体、第一正极气体管路、第二正极气体管路以及正极悬浮液储液装置中的气体来实现；负极活塞与负极悬浮液储液装置中的负极悬浮液的隔离是通过负极气缸第一腔体、负极气缸第二腔体、第一负极气体管路、第二负极气体管路以及负极悬浮液储液装置中的气体来实现。这样防止了活塞与电极悬浮液的直接接触，避免了因机械摩擦导致温度升高而影响电极悬浮液的温度。同时避免了电极悬浮液内的悬浮颗粒进入到活塞与缸体之间的缝隙内，造成活塞与缸体的磨损。

根据本发明的第一实施例，正极电机包括第一正极电机和第二正极电机，正极气缸包括第一正极气缸和第二正极气缸，第一正极电机驱动容置于第一正极气缸中的第一正极活塞并且第二正极电机驱动容置于第二正极气缸中的第二正极活塞，并且第一正极气体进出端口和第一正极气体补排端口位于第一正极气缸的底部或靠近底部的位置，第二正极气体进出端口和第二正极气体补排端口位于第二正极气缸的底部或靠近底部的位置。由第一正极活塞的下表面、第一正极气缸的气缸侧壁和第一正极气缸的气缸底部构成正极气缸第一腔体，并且由第二正极活塞的下表面、第二正极气缸的气缸侧壁和第二正极气缸的气缸底部构成正极气缸第二腔体。

负极电机包括第一负极电机和第二负极电机，负极气缸包括第一负极气缸和第二负极气缸，第一负极电机驱动容置于第一负极气缸中的第一负极活塞并且第二负极电机驱动容置于第二负极气缸中的第二负极活塞，并且第一负极气体进出端口和第一负极气体补排端口位于第一负极气缸的底部或靠近底部的位置，第二负极气体进出端口和第二负极气体补排端口位于第二负极气缸的底部或靠近底部的位置。由第一负极活塞的下表面、第一负极气缸的气缸侧壁和第一负极气缸的气缸底部构成负极气缸第一腔体，并且由第二负极活塞的下表面、第二负极气缸的气缸侧壁和第二负极气缸的气缸底部构成负极气缸第二腔体。

也就是说，在第一实施例中，利用两个正极电机、两个正极气缸和两个正极活塞完成正极悬浮液的换液并且利用两个负极电机、两个负极气缸和两个负极活塞完成负极悬浮液的换液。

根据本发明的第二实施例，第一正极气体进出端口和第一正极气体补排端口位于正极气缸的底部或靠近底部的位置，第二正极气体进出端口和第二正极气体补排端口位于正极气缸的顶部或靠近顶部的位置。由正极活塞的下表面、正极气缸的气缸侧壁和正极气缸的气缸底部构成正极气缸第一腔体，并且由正极活塞的上表面、正极气缸的气缸侧壁和正极气缸的气缸顶部构成正极气缸第二腔体。

第一负极气体进出端口和第一负极气体补排端口位于负极气缸的底部或靠近底部的位置，第二负极气体进出端口和第二负极气体补排端口位于负极气缸的顶部或靠近顶部的位置。由负极活塞的下表面、负极气缸的气缸侧壁和负极气缸的气缸底部构成负极气缸第一腔体，并且由负极活塞的上表面、负极气缸的气缸侧壁和负极气缸的气缸顶部构成负极气缸第二腔体。

也就是说，在第二实施例中，利用一个正极电机、一个正极气缸和一个正极活塞完成正极悬浮液的换液并且利用一个负极电机、一个负极气缸和一个负极活塞完成负极悬浮液的换液。其中，正极气缸第一腔体和正极气缸第二腔体设置于同一个正极气缸的下部部分和上部部分，并且负极气缸第一腔体和负极气缸第二腔体设置于同一个负极气缸的下部部分和上部部分。这样可以使得系统结构更加简单、重量更轻并且成本更低。

根据本发明的另一方面，控制装置通过控制正极电机和负极电机的开启、关闭顺序能够实现反应器的正极反应腔和负极反应腔的同时换液、依次换液或单独换液。

当反应器的正极反应腔和负极反应腔同时换液时，控制装置通过控制正极电机和负极电机的转速以及流经正极第一端口控制阀、正极第二端口控制阀、负极第一端口控制阀和负极第二端口控制阀的气体流量来实现正极反应腔和负极反应腔的同步换液。

根据本发明的锂液流电池系统，可以为电池系统提供更大的安全保障。当电池反应器发生短路等故障时，控制装置可以得到反馈并且使得气体进入电池的反应腔。通过将气体充满正极反应腔和负极反应腔并且将正极反应腔和负极反应腔中的悬浮液排空，能够阻止由于电池故障而导致的电池电极悬浮液过热、燃烧、爆炸等危险的发生。

此处，在反应器的隔离腔中的电解液的换液和可以与正极悬浮液、负极悬浮液同时换液、依次换液或单独换液。电解液的换液可以通过与上述正极悬浮液和负极悬浮液换液时相似的结构——即，电机、气缸及活塞——进行换液。另外，电解液的换液也可以通过电机及活塞的直接驱动来实现，也就是说，无需在活塞与电解液之间通过气体隔离开。另外，电解液的换液也可以通过例如液泵的现有技术来实现。

在反应器的正极反应腔以及正极悬浮液储液装置中的正极悬浮液为正极活性材料颗粒、导电剂与电解液的混合物；正极活性材料颗粒为磷酸亚铁锂、磷酸锰锂、硅酸锂、硅酸铁锂、钛硫化合物、钼硫化合物、铁硫化合物、掺杂锂锰氧化物、锂钴氧化物、锂钒氧化物、锂钛氧化物、锂镍锰氧化物、锂镍钴氧化物、锂镍锰钴氧化物及其它可嵌锂化合物的一种或几种；导电剂为碳黑、碳纤维、石墨烯、科琴黑、纳米碳管、金属颗粒以及其他电子导电材料中的一种或几种。

在反应器的负极反应腔以及负极悬浮液储液装置中的负极悬浮液为负极活性材料颗粒、导电剂与电解液的混合物，负极活性材料颗粒为可逆嵌锂的铝基合金、硅基合金、锡基合金、锂硅氧化物、锂钒氧化物、锂钛氧化物、金属锂粉、石墨、碳材料的一种或几种；导电剂为碳黑、碳纤维、石墨烯、科琴黑、纳米碳管、金属颗粒以及其他电子导电材料中的一种或几种。

在反应器的隔离腔以及电解液储液装置中的电解液为采用锂盐溶解于有机溶剂或离子液体的溶液，所述锂盐包括六氟磷酸锂、高氯酸锂、六氟砷酸锂、四氟硼酸锂、二(三氟甲基磺酰)亚胺锂、三氟甲磺酸锂、二草酸硼酸锂中的一种或几种；所述有机溶剂包括碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯等碳酸酯类、四氢呋喃、二甲基四氢呋喃、1,2-二甲氧乙烷等醚类、甲酸甲酯、乙酸甲酯、丙酸甲酯等羧酸酯类中的一种或几种，所述离子液体包括N-甲基-N-丙基吡咯-二(三氟甲基磺酰)亚胺、1-甲基-4-丁基吡啶-二(三氟甲基磺酰)亚胺、1,2-二甲基-3-N-丁基咪唑、1-甲基-3-乙基咪唑四氟硼酸、1-甲基-3-丁基咪唑六氟磷酸的一种或几种混合物。

根据本发明的另一方面，气体供应部能够为多个电池模块部供应气体。也就是说，通过气体供应部的一个正极储气装置，能够为多个电池正极反应腔的换液供应气体；通过气体供应部的一个负极储气装置，能够为多个电池负极反应腔的换液供应气体。这样能够简化系统结构。此处，气体供应部包括正极储气装置和负极储气装置。但是，应当指出，气体供应部也可以仅设置一个储气装置，同时为正极反应腔和负极反应腔的换液供应气体。

根据本发明的另一方面，在第一正极气体管路、第二正极气体管路、第一负极气体管路、第二负极气体管路中设有电解液溶剂补汽装置，该电解液溶剂补汽装置使得气体在进入第一正极悬浮液储液装置、第二正极悬浮液储液装置、第一负极悬浮液储液装置和第二负极悬浮液储液装置之前吸收电解液溶剂。这样，吸收电解液溶剂之后的气体在进入正极悬浮液储液装置、负极悬浮液储液装置之后能够少量地带走、甚至不会带走储液装置中的电解液溶剂，从而能够保证正极悬浮液储液装置、负极悬浮液储液装置中的正极悬浮液、负极悬浮液的浓度稳定性。气体可以流经电解液溶剂补汽装置并与其中的液态或汽态电解液溶剂充分接触，以便使气体充分吸收电解液溶剂，优选地，使得气体中的电解液溶剂含量达到饱和。

根据本发明的另一方面，第一正极悬浮液储液装置、第二正极悬浮液储液装置、第一负极悬浮液储液装置和第二负极悬浮液储液装置中分别设有液位传感器。当第一正极悬浮液储液装置、第二正极悬浮液储液装置、第一负极悬浮液储液装置或第二负极悬浮液储液装置中的液位高于液位上限值或低于液位下限值时，与液位传感器相连的控制装置将关闭正极电机、正极第一端口控制阀、正极第二端口控制阀、第一正极气体管路的气路控制阀、第二正极气体管路的气路控制阀、负极电机、负极第一端口控制阀、负极第二端口控制阀、第一负极气体管路的气路控制阀以及第二负极气体管路的气路控制阀。

另外，根据本发明，提供一种如上所述的通过电机驱动的锂液流电池的工作方法，其中：

根据正极悬浮液和负极悬浮液同步换液、依次换液或单独换液的指令，控制装置同时、依次或单独启动包括正极储气装置的正极第一端口控制阀、正极储气装置的正极第二端口控制阀及正极电机的正极各个装置以及包括负极储气装置的负极第一端口控制阀、负极储气装置的负极第二端口控制阀及负极电机的负极各个装置。

其中，控制装置控制正极电机的转速以及流经正极第一端口控制阀的气体流量，通过正极电机驱动活塞来推动正极气缸第一腔体中的气体，使得气体经由正极气缸的第一正极气体进出端口、第一正极气体管路上的气路控制阀进入第一正极悬浮液储液装置，进而推动第一正极悬浮液储液装置中的正极悬浮液通过第一正极液体管路进入反应器的正极反应腔、使得正极反应腔中的正极悬浮液通过正极第二液体管路进入第二正极悬浮液储液装置并且使得第二正极悬浮液储液装置中的气体进入第二正极气体管路，气体进而经由第二正极气体管路上的气路控制阀及正极气缸的第二正极气体进口端口进入正极气缸第二腔体，通过正极电机驱动活塞来推动正极气缸第二腔体中的气体，使得气体经由第二正极气体补排端口、正极第二端口控制阀进入正极储气装置，换液结束后控制装置关闭正极电机、正极第一端口控制阀、正极第二端口控制阀、第一正极气体管路上的气路控制阀和第二正极气体管路上的气路控制阀；

其中，控制装置控制负极电机的转速以及流经负极第一端口控制阀的气体流量，通过负极电机驱动活塞来不断地推动负极气缸第一腔体中的气体，使得气体经由负极气缸的第一负极气体进出端口、第一负极气体管路上的气路控制阀进入第一负极悬浮液储液装置，进而推动第一负极悬浮液储液装置中的负极悬浮液通过第一负极液体管路进入反应器的负极反应腔、使得负极反应腔中的负极悬浮液通过负极第二液体管路进入第二负极悬浮液储液装置并且使得第二负极悬浮液储液装置中的气体进入第二负极气体管路，气体进而经由第二负极气体管路上的气路控制阀及负极气缸的第二负极气体进口端口进入负极气缸第二腔体，通过负极电机驱动活塞来不断地推动负极气缸第二腔体中的气体，使得气体经由第二负极气体补排端口、负极第二端口控制阀进入负极储气装置，换液结束后控制装置关闭负极电机、负极第一端口控制阀、负极第二端口控制阀、第一负极气体管路上的气路控制阀和第二负极气体管路上的气路控制阀。

根据如上所述的通过电机驱动的锂液流电池的工作方法，其中：

当将正极气缸第一腔体中的气体推进到第一正极悬浮液储液装置中并且同时使得第二正极悬浮液储液装置中的气体进入到正极气缸第二腔体中时，正极第一端口控制阀关闭、第一正极气体管路上的气路控制阀开启、第二正极气体管路上的气路控制阀开启并且正极第二端口控制阀关闭；以及当将储气装置中的气体推进到正极气缸第一腔体中并且同时使得正极气缸第二腔体中的气体进入到储气装置中时，正极第一端口控制阀开启、第一正极气体管路上的气路控制阀关闭、第二正极气体管路上的气路控制阀关闭并且正极第二端口控制阀开启；并且，当将负极气缸第一腔体中的气体推进到第一负极悬浮液储液装置中并且同时使得第二负极悬浮液储液装置中的气体进入到负极气缸第二腔体中时，负极第一端口控制阀关闭、第一负极气体管路上的气路控制阀开启、第二负极气体管路上的气路控制阀开启并且负极第二端口控制阀关闭；以及当将储气装置中的气体推进到负极气缸第一腔体中并且同时使得负极气缸第二腔体中的气体进入到储气装置中时，负极第一端口控制阀开启、第一负极气体管路上的气路控制阀关闭、第二负极气体管路上的气路控制阀关闭并且负极第二端口控制阀开启。

本发明优势：

(1)本发明通过利用电机驱动氮气或者惰性气体实现电极悬浮液的往复流动，有效地提高了电池系统的工作效率，并且能够有效地防止电极悬浮液的泄露或与大气中的水汽、氧气接触，提高了电池系统的安全性并且降低了电池成本；

(2)通过使氮气或者惰性气体直接与电极悬浮液接触并驱动其流动，防止机械部件——特别是活塞——与电极悬浮液直接接触，避免了因机械摩擦导致温度升高而影响电极悬浮液的温度，同时避免了电极悬浮液内的悬浮颗粒渗透到机械结构的缝隙内，造成机械摩擦加剧以及机械结构寿命的降低。

附图说明

图1为根据现有技术的锂液流电池系统的示意图；

图2为根据本发明第一实施例的锂液流电池系统的示意图；

图3为根据本发明第二实施例的锂液流电池系统的示意图；

图4为根据本发明的气缸的示意图，其中图4(a)、(b)、(c)、(d)为根据本发明第一实施例的第一正极气缸、第二正极气缸、第一负极气缸及第二负极气缸的示意图；图4(e)、(f)为根据本发明第二实施例的正极气缸及负极气缸的示意图；

图5为根据本发明的储液装置的示意图；

图6为根据本发明的锂液流电池反应器的示意图；

图7为根据本发明的锂液流电池系统的控制图。

附图标记列表

101、102——第一、第二正极电机

101'、102'——第一、第二负极电机

103、104——第一、第二正极液缸

103'、104'——第一、第二负极液缸

105、106——第一、第二正极活塞

105'、106'——第一、第二负极活塞

107——反应器

201、301——正极储气装置

201'、301'——负极储气装置

202、202'、302、302'——补气装置

203、303——反应器

204——第一正极电机、

204'——第一负极电机

205——第二正极电机、

205'——第二负极电机

206——第一正极气缸、

206'——第一负极气缸

207——第一正极活塞、

207'——第一负极活塞

208——第二正极气缸、

208'——第二负极气缸

209——第二正极活塞、

209'——第二负极活塞

210、310——第一正极悬浮液储液装置

210'、310'——第一负极悬浮液储液装置

211、311——第二正极悬浮液储液装置

211'、311'——第二负极悬浮液储液装置

212、312——第一正极液体管路

212'、312'——第一负极液体管路

213、313——第二正极液体管路

213'、313'——第二负极液体管路

214、314——第一正极气体管路

214'、314'——第一负极气体管路

215、315——第二正极气体管路

215'、315'——第二负极气体管路

216、216'、316、316'——气路控制阀

217、317——正极第一端口控制阀

217'、317'——负极第一端口控制阀

218、318——正极第二端口控制阀

218'、318'——负极第二端口控制阀

219、219'、319、319'——电解液溶剂补汽装置

220、220'、320、320'——气压调控装置

304——正极电机

304'——负极电机

306——正极气缸

306'——负极气缸

307——正极活塞

307'——负极活塞

401——气缸顶部

402——气缸底部

403——第一正极气体进出端口

403'——第一负极气体进出端口

404——第二正极气体进出端口

404'——第二负极气体进出端口

405——第一正极气体补排端口

405'——第一负极气体补排端口

406——第二正极气体补排端口

406'——第二负极气体补排端口

407——正极气缸第一腔体

407'——负极气缸第一腔体

408——正极气缸第二腔体

408'——负极气缸第二腔体

501——顶部端口

502——底部端口

503——液位传感器

601——正极反应腔

602——负极反应腔

603——隔离腔

701——控制装置

702——压力传感器

703、703'——控制阀

具体实施方式

下面将结合附图，通过实施例对本发明做进一步说明。

图1为根据现有技术的锂液流电池系统的示意图。该系统包括第一、第二正极电机101、102、第一、第二负极电机101'、102'、第一、第二正极液缸103、104、第一、第二负极液缸103'、104'、第一、第二正极活塞105、106、第一、第二负极活塞105'、106'、反应器107以及液体管路。其中，通过电机推动活塞的活塞杆，使得活塞在液缸中运动。通过活塞的运动，使得液缸中的电极悬浮液经由液体管路进入到反应器的反应腔中，并使得反应腔中的电极悬浮液经由液体管路进入到另外的液缸中，从而完成反应腔的换液。

图2为根据本发明第一实施例的锂液流电池系统的示意图。根据本发明的锂液流电池系统包括：控制装置、气体供应部以及电池模块部。气体供应部包括正极储气装置201、负极储气装置201'及补气装置202、202'。电池模块部包括反应器203、第一正极电机204、第二正极电机205、第一正极气缸206(具体构造如图4(a)所示)、第一正极活塞207、第二正极气缸208(具体构造如图4(b)所示)、第二正极活塞209、第一正极悬浮液储液装置210、第二正极悬浮液储液装置211、第一正极液体管路212、第二正极液体管路213、第一正极气体管路214、第二正极气体管路215、第一负极电机204'、第二负极电机205'、第一负极气缸206'(具体构造如图4(c)所示)、第一负极活塞207'、第二负极气缸208'(具体构造如图4(d)所示)、第二负极活塞209'、第一负极悬浮液储液装置210'、第二负极悬浮液储液装置211'、第一负极液体管路212'、第二负极液体管路213'、第一负极气体管路214'、第二负极气体管路215'、气路控制阀216、216'、217、217'以及液体管路中的控制阀。

其中，第一正极电机204连接于第一正极活塞207的活塞杆，用以使第一正极活塞207在第一正极气缸206中往复运动。在正极储气装置201中存储着预定压力范围——例如：0MPa～0.1MPa——的氮气或惰性气体。正极储气装置201的第一端口经由正极第一端口控制阀217连接于第一正极气缸206的第一正极气体补排端口405(如图4(a)所示)，该第一正极气体补排端口位于第一正极气缸206的底部或靠近气缸底部的位置。在由第一正极气缸206的气缸侧壁、气缸底部表面与活塞底部表面所构成的正极气缸第一腔体407(如图4(a)所示)中容置有氮气或惰性气体。第一正极气缸206的第一正极气体进出端口通过第一正极气体管路214连接于第一正极悬浮液储液装置210，在第一正极气体管路214上设有气路控制阀216用以控制气路中气体的流向，并且第一正极气体进出端口403位于第一正极气缸206的底部或靠近气缸底部的位置。第一正极悬浮液储液装置210通过第一正极液体管路212连接于反应器的正极反应腔，在第一正极液体管路212上设有控制阀用以控制液体管路的打开和关闭以及液体的流量。同样地，第二正极电机205连接于第二正极活塞209的活塞杆，用以使第二正极活塞209在第二正极气缸208中往复运动。正极储气装置201的第二端口经由正极第二端口控制阀218连接于第二正极气缸的第二正极气体补排端口406(如图4(b)所示)，该第二正极气体补排端口位于第二正极气缸208的底部或靠近气缸底部的位置。在由第二正极气缸的气缸侧壁、气缸底部表面与活塞底部表面所构成的正极气缸第二腔体408(如图4(b)所示)中容置有氮气或惰性气体。第二正极气缸的第二正极气体进出端口404通过第二正极气体管路215连接于第二正极悬浮液储液装置211，在第二正极气体管路215上设有气路控制阀216用以控制气路中气体的流向，并且第二正极气体进出端口404位于第二正极气缸208的底部或靠近气缸底部的位置。第二正极悬浮液储液装置211通过第二正极液体管路213连接于反应器的正极反应腔，在第二正极液体管路上设有控制阀用以控制液体管路的打开和关闭以及液体的流量。负极的各个部分的连接与正极的各个部分的连接类似，因此此处不再赘述。

下面，将描述根据本发明第一实施例的锂液流电池系统的工作方法。其中，在第一正极悬浮液储液装置210、第一负极悬浮液储液装置210’中存储未充电的电极悬浮液，在第二正极悬浮液储液装置211、第二负极悬浮液储液装置211’中存储充电后的电极悬浮液。应当指出，此处的第一、第二不是起到限制的作用，而仅是为了便于说明。也就是说，两个正极悬浮液储液装置中的任一个都可以被称为第一正极悬浮液储液装置，两个负极悬浮液储液装置中的任一个都可以被称为第一负极悬浮液储液装置。

首先，控制装置接收气压调控装置220、220’检测到的储气装置中的压力，如果储气装置中的压力低于储气装置预定压力范围的下限，那么利用补气装置202、202’对储气装置进行补气；如果储气装置中的压力位于储气装置预定压力范围内，那么储气装置等待进一步的指令；

接下来，控制装置根据正、负极反应腔单独换液、同步换液或依次换液的指令，由正极第一端口控制阀217、正极第二端口控制阀218、第一正极电机204及第二正极电机205组成的正极部分装置以及由负极第一端口控制阀217’、负极第二端口控制阀218'、第一负极电机204’及第二负极电机205’组成的负极部分装置可以单独启动、同时启动或者依次启动，其中：

当对正极悬浮液进行充电时，开启正极第一端口控制阀217来控制气体的流量及流向，使得正极储气装置201中的气体经由正极第一端口控制阀217、第一正极气缸206的第一正极气体补排端口进入第一正极气缸206的正极气缸第一腔体，通过第一正极电机204驱动第一正极活塞207向第一正极气缸206的底部运动使得气体经由第一正极气缸206的第一正极气体进出端口、第一正极气体管路214中的气路控制阀216进入第一正极悬浮液储液装置210，迫使第一正极悬浮液储液装置210中的未充电的正极悬浮液通过第一正极液体管路212进入正极反应腔，进而将正极反应腔中的已充电的正极悬浮液通过第二正极液体管路推进到第二正极悬浮液储液装置211中，使得位于第二正极悬浮液储液装置211内的气体经由第二正极气体管路215中的气路控制阀216、第二正极气缸的第二正极气体进出端口进入第二正极气缸的正极气缸第二腔体中，然后通过第二正极电机205驱动第二正极活塞209向第二正极气缸的底部运动使得气体经由第二正极气缸的第二正极气体补排端口、正极第二端口控制阀218进入到正极储气装置201中；

第一正极活塞207和第二正极活塞209的运动方向是相反的，也就是说，当第一正极活塞207向第一正极气缸206的底部运动、第一正极气缸206的第一正极气体补排端口关闭(即，正极储气装置201的正极第一端口控制阀217关闭)并且第一正极气缸206的第一正极气体进出端口开启(即，第一正极气体管路214上的气路控制阀216以单向止回的方式开启)以便将第一正极气缸206的正极气缸第一腔体中的气体推进第一正极气体管路214中时，第二正极活塞209向第二正极气缸的顶部运动、第二正极气缸的第二正极气体补排端口关闭(即，正极储气装置201的正极第二端口控制阀218关闭)并且第二正极气缸的第二正极气体进出端口开启(即，第二正极气体管路215上的气路控制阀216以单向止回的方式开启)以便将第二正极气体管路215中的气体推进到第二正极气缸的正极气缸第二腔体中；同样地，当第一正极活塞207向第一正极气缸206的顶部运动、第一正极气缸的第一正极气体补排端口开启(即，正极储气装置201的正极第一端口控制阀217以单向止回的方式开启)并且第一正极气缸的第一正极气体进出端口关闭(即，第一正极气体管路214上的气路控制阀216关闭)以便使得正极储气装置201中的气体进入第一正极气缸206的正极气缸第一腔体中时，第二正极活塞209向第二正极气缸的底部运动、第二正极气缸的第二正极气体补排端口开启(即，正极储气装置201的正极第二端口控制阀218以单向止回的方式开启)并且第二正极气缸的第二正极气体进出端口关闭(即，第二正极气体管路215上的气路控制阀216关闭)以便将第二正极气缸的正极气缸第二腔体中的气体推进到正极储气装置201中；

对负极悬浮液进行充电的过程与对正极悬浮液充电的过程类似，因此此处不再赘述；

当对正极悬浮液进行放电时，开启正极第二端口控制阀218来控制气体的流量及流向，使得正极储气装置201中的气体经由正极第二端口控制阀218、第二正极气缸的第二正极气体补排端口进入第二正极气缸的正极气缸第二腔体，通过第二正极电机205驱动第二正极活塞209向第二正极气缸的底部运动使得气体经由第二正极气缸的第二正极气体进出端口、第二正极气体管路215中的气路控制阀216进入第二正极悬浮液储液装置211，迫使第二正极悬浮液储液装置211中的已充电的正极悬浮液通过第二正极液体管路进入正极反应腔，进而将正极反应腔中的已放电的正极悬浮液通过第一正极液体管路212推进到第一正极悬浮液储液装置210中，使得位于第一正极悬浮液储液装置210内的气体经由第一正极气体管路214中的气路控制阀216、第一正极气缸的第一正极气体进出端口进入第一正极气缸206的正极气缸第一腔体中，然后通过第一正极电机204驱动第一正极活塞207向第一正极气缸206的底部运动使得气体经由第一正极气缸的第一正极气体补排端口、正极第一端口控制阀217推进到正极储气装置201中；

第一正极活塞207和第二正极活塞209的运动方向是相反的，也就是说，当第二正极活塞209向第二正极气缸的底部运动、第二正极气缸的第二正极气体补排端口关闭(即，正极储气装置201的正极第二端口控制阀218关闭)并且第二正极气缸的第二正极气体进出端口开启(即，第二正极气体管路215上的气路控制阀216以单向止回的方式开启)以便将第二正极气缸的正极气缸第二腔体中的气体推进第二正极气体管路215中时，第一正极活塞207向第一正极气缸206的顶部运动、第一正极气缸的第一正极气体补排端口关闭(即，正极储气装置201的正极第一端口控制阀217关闭)并且第一正极气缸的第一正极气体进出端口开启(即，第一正极气体管路214上的气路控制阀216以单向止回的方式开启)以便将第一正极气体管路214中的气体推进到第一正极气缸206的正极气缸第一腔体中；同样地，当第二正极活塞209向第二正极气缸的顶部运动、第二正极气缸的第二正极气体补排端口开启(即，正极储气装置201的正极第二端口控制阀218以单向止回的方式开启)并且第二正极气缸的第二正极气体进出端口关闭(即，第二正极气体管路215上的气路控制阀216关闭)以便使得正极储气装置201中的气体进入第二正极气缸的正极气缸第二腔体中时，第一正极活塞207向第一正极气缸206的底部运动、第一正极气缸的第一正极气体补排端口开启(即，正极储气装置201的正极第一端口控制阀217以单向止回的方式开启)并且第一正极气缸的第一正极气体进出端口关闭(即，第一正极气体管路214上的气路控制阀216关闭)以便将第一正极气缸206的正极气缸第一腔体中的气体推进到正极储气装置201中；

对负极悬浮液进行放电的过程与对正极悬浮液放电的过程类似，因此此处不再赘述；

当检测到电池反应器内阻增大或者短路等情况时，通过液泵、或电极及活塞对反应器的隔离腔进行换液。使得第一电解液储液装置中的过滤后的电解液进入反应器的隔离腔，将隔离腔中的电解液推进到第二电解液储液装置中进行过滤；或者使得第二电解液储液装置中的过滤后的电解液进入反应器的隔离腔，将隔离腔中的电解液推进到第一电解液储液装置中进行过滤；

最后，换液结束后或者当正极悬浮液储液装置或负极悬浮液储液装置中的液位高于液位上限值或低于液位下限值时，控制装置相应地关闭正极第一、第二端口控制阀、正极气体管路上的气路控制阀、正极液体管路上的控制阀以及第一、第二正极电机，或者相应地关闭负极第一、第二端口控制阀、负极气体管路上的气路控制阀、负极液体管路上的控制阀以及第一、第二负极电机。

图3为根据本发明第二实施例的锂液流电池系统的示意图。根据本发明的锂液流电池系统包括：控制装置、气体供应部以及电池模块部。气体供应部包括正极储气装置301、负极储气装置301’及补气装置302、302’。电池模块部包括反应器、正极电机304、正极气缸306(具体构造如图4(e)所示)、正极活塞307、第一正极悬浮液储液装置310、第二正极悬浮液储液装置311、第一正极液体管路312、第二正极液体管路313、第一正极气体管路314、第二正极气体管路315、负极电机304’、负极气缸306’(具体构造如图4(f)所示)、负极活塞307’、第一负极悬浮液储液装置310’、第二负极悬浮液储液装置311'、第一负极液体管路312’、第二负极液体管路313’、第一负极气体管路314’、第二负极气体管路315’、气路控制阀316、316'以及液体管路的控制阀。

其中，正极电机304连接于正极活塞307的活塞杆，用以使正极活塞在正极气缸306中往复运动。在正极储气装置301中存储着预定压力范围——例如：0MPa～0.1MPa——的氮气或惰性气体。正极储气装置301的第一端口经由正极第一端口控制阀317连接于正极气缸306的第一正极气体补排端口405(如图4(e)所示)，该第一正极气体补排端口位于正极气缸306的底部或靠近气缸底部的位置。在由正极气缸306的气缸侧壁、气缸底部表面与活塞底部表面所构成的正极气缸第一腔体407(如图4(e)所示)中容置有氮气或惰性气体。正极气缸306的第一正极气体进出端口通过第一正极气体管路314连接于第一正极悬浮液储液装置310，在第一正极气体管路314上设有气路控制阀316用以控制气路中气体的流向，并且第一正极气体进出端口位于正极气缸306的底部或靠近气缸底部的位置。第一正极悬浮液储液装置310通过第一正极液体管路312连接于反应器的正极反应腔，在第一正极液体管路312上设有控制阀用以控制液体管路的打开和关闭以及液体的流量。同样地，正极储气装置301的第二端口经由正极第二端口控制阀318连接于正极气缸306的第二正极气体补排端口406(如图4(e)所示)，该第二正极气体补排端口位于正极气缸306的顶部或靠近气缸顶部的位置。在由正极气缸306的气腔侧壁、气缸顶部表面与活塞顶部表面所构成的正极气缸第二腔体408(如图4(e)所示)中容置有氮气或惰性气体。正极气缸306的第二正极气体进出端口通过第二正极气体管路315连接于第二正极悬浮液储液装置311，在第二正极气体管路315上设有气路控制阀316用以控制气路中气体的流向，并且第二正极气体进出端口位于正极气缸306的顶部或靠近气缸顶部的位置。第二正极悬浮液储液装置311通过第二正极液体管路313连接于反应器的正极反应腔，在第二正极液体管路上设有控制阀用以控制液体管路的打开和关闭以及液体的流量。负极的各个部分的连接与正极的各个部分的连接类似，因此此处不再赘述。

下面，将描述根据本发明第二实施例的锂液流电池系统的工作方法。其中，在第一正极悬浮液储液装置310、第一负极悬浮液储液装置310’中存储未充电的电极悬浮液，在第二正极悬浮液储液装置311、第二负极悬浮液储液装置311’中存储已充电的电极悬浮液。应当指出，此处的第一、第二不是起到限制的作用，而仅是为了便于说明。也就是说，两个正极悬浮液储液装置中的任一个都可以被称为第一正极悬浮液储液装置，两个负极悬浮液储液装置中的任一个都可以被称为第一负极悬浮液储液装置。

首先，控制装置接收气压调控装置320、320’检测到的储气装置中的压力，如果储气装置中的压力低于储气装置预定压力范围的下限，那么利用补气装置302、302’对储气装置进行补气；如果储气装置中的压力位于储气装置预定压力范围内，那么储气装置等待进一步的指令；

接下来，控制装置根据正、负极反应腔单独换液、同步换液或依次换液的指令，由正极第一端口控制阀317、正极第二端口控制阀318、正极电机304组成的正极部分装置以及由负极第一端口控制阀317’、负极第二端口控制阀318’、负极电机304’组成的负极部分装置可以单独启动、同时启动或者依次启动，其中：

当对正极悬浮液进行充电时，开启正极第一端口控制阀317来控制气体的流量及流向，使得正极储气装置301中的气体经由正极第一端口控制阀317、正极气缸306的第一正极气体补排端口进入正极气缸306的正极气缸第一腔体，通过正极电机304驱动正极活塞向正极气缸306的底部运动使得气体经由正极气缸306的第一正极气体进出端口、第一正极气体管路314中的气路控制阀316进入第一正极悬浮液储液装置310，迫使第一正极悬浮液储液装置310中的未充电的正极悬浮液通过第一正极液体管路312进入正极反应腔，进而将正极反应腔中的已充电的正极悬浮液通过第二正极液体管路推进到第二正极悬浮液储液装置311中，使得位于第二正极悬浮液储液装置311内的气体经由第二正极气体管路315中的气路控制阀316、正极气缸306的第二正极气体进出端口进入正极气缸306的正极气缸第二腔体中，通过正极电机304驱动正极活塞向正极气缸306的顶部运动使得气体经由正极气缸306的第二正极气体补排端口、正极第二端口控制阀218进入到正极储气装置301中；

当正极电机304驱动正极活塞向正极气缸306的底部运动以便将正极气缸的正极气缸第一腔体中的气体推进到第一正极气体管路314中时，正极气缸306的第一正极气体补排端口关闭(即，正极储气装置301的正极第一端口控制阀317关闭)并且正极气缸的第一正极气体进出端口开启(即，第一正极气体管路314上的气路控制阀316以单向止回的方式开启)，并且，正极气缸的第二正极气体补排端口关闭(即，正极储气装置301的正极第二端口控制阀318关闭)并且正极气缸的第二正极气体进出端口开启(即，第二正极气体管路315上的气路控制阀316以单向止回的方式开启)，这样在正极电机304驱动正极活塞307向正极气缸306的底部运动的同时使得第二正极气体管路315中的气体进入到正极气缸的正极气缸第二腔体中；当正极电机304驱动正极活塞向正极气缸306的顶部运动以便使得正极储气装置301中的气体进入正极气缸的正极气缸第一腔体中时，正极气缸的第一正极气体补排端口开启(即，正极储气装置301的正极第一端口控制阀317以单向止回的方式开启)并且正极气缸的第一正极气体进出端口关闭(即，第一正极气体管路314上的气路控制阀316关闭)，并且，正极气缸的第二正极气体补排端口开启(即，正极储气装置301的正极第二端口控制阀318以单向止回的方式开启)并且正极气缸的第二正极气体进出端口关闭(即，第二正极气体管路315上的气路控制阀316关闭)，这样在正极电机304驱动正极活塞向正极气缸306的顶部运动的同时使得正极气缸的正极气缸第二腔体中的气体进入到正极储气装置301中；

对负极悬浮液进行充电的过程与对正极悬浮液充电的过程类似，因此此处不再赘述；

当对正极悬浮液进行放电时，开启正极第二端口控制阀318来控制气体的流量及流向，使得正极储气装置301中的气体经由正极第二端口控制阀318、正极气缸的第二正极气体补排端口进入正极气缸的正极气缸第二腔体，通过正极电机304驱动正极活塞向正极气缸306的顶部运动使得气体经由正极气缸的第二正极气体进出端口、第二正极气体管路315中的气路控制阀316进入第二正极悬浮液储液装置311，迫使第二正极悬浮液储液装置311中的已充电的正极悬浮液通过第二正极液体管路313进入正极反应腔，进而将正极反应腔中的已放电的正极悬浮液通过第一正极液体管路312推进到第一正极悬浮液储液装置310中，使得位于第一正极悬浮液储液装置310内的气体经由第一正极气体管路314中的气路控制阀316、正极气缸的第一正极气体进出端口进入正极气缸的正极气缸第一腔体中，通过正极电机304驱动正极活塞307向正极气缸306的底部运动使得气体经由正极气缸的第一正极气体补排端口、正极第一端口控制阀317进入到正极储气装置301中；

当正极电机304驱动正极活塞向正极气缸306的顶部运动以便将正极气缸的正极气缸第二腔体中的气体推进到第二正极气体管路315中时，正极气缸的第二正极气体补排端口关闭(即，正极储气装置301的正极第二端口控制阀318关闭)并且正极气缸的第二正极气体进出端口开启(即，第二正极气体管路315上的气路控制阀316以单向止回的方式开启)，并且，正极气缸的第一正极气体补排端口关闭(即，正极储气装置301的正极第一端口控制阀317关闭)并且正极气缸的第一正极气体进出端口开启(即，第一正极气体管路314上的气路控制阀316以单向止回的方式开启)，这样在正极电机304驱动正极活塞向正极气缸306的顶部运动的同时使得第一正极气体管路314中的气体进入到正极气缸的正极气缸第一腔体中；当正极电机304驱动正极活塞向正极气缸306的底部运动以便使得正极储气装置301中的气体进入正极气缸的正极气缸第二腔体中时，正极气缸的第二正极气体补排端口开启(即，正极储气装置301的正极第二端口控制阀318以单向止回的方式开启)并且正极气缸的第二正极气体进出端口关闭(即，第二正极气体管路315上的气路控制阀316关闭)，并且，正极气缸的第一正极气体补排端口开启(即，正极储气装置301的正极第一端口控制阀317以单向止回的方式开启)并且正极气缸的第一正极气体进出端口关闭(即，第一正极气体管路314上的气路控制阀316关闭)，这样在正极电机304驱动正极活塞向正极气缸306的底部运动中同时使得正极气缸的正极气缸第一腔体中的气体进入到正极储气装置301中；

对负极悬浮液进行放电的过程与对正极悬浮液放电的过程类似，因此此处不再赘述；

当检测到电池反应器内阻增大或者短路等情况时，通过液泵、或电极及活塞对反应器的隔离腔进行换液。使得第一电解液储液装置中的过滤后的电解液进入反应器的隔离腔，将隔离腔中的电解液推进到第二电解液储液装置中进行过滤；或者使得第二电解液储液装置中的过滤后的电解液进入反应器的隔离腔，将隔离腔中的电解液推进到第一电解液储液装置中进行过滤；

最后，换液结束后或者当正极悬浮液储液装置或负极悬浮液储液装置中的液位高于液位上限值或低于液位下限值时，控制装置相应地关闭正极第一、第二端口控制阀、正极气体管路上的气路控制阀、正极液体管路上的控制阀以及正极电机，或者相应地关闭负极第一、第二端口控制阀、负极气体管路上的气路控制阀、负极液体管路上的控制阀以及负极电机。

图5示出了根据本发明的储液装置的一个实施例。该储液装置可以是第一正极悬浮液储液装置、第二正极悬浮液储液装置、第一负极悬浮液储液装置或第二负极悬浮液储液装置。储液装置设有顶部端口501、底部端口502。在第一正极悬浮液储液装置、第二正极悬浮液储液装置中容置有正极悬浮液，正极悬浮液的容量位于预定范围内，例如正极悬浮液的体积占正极悬浮液储液装置容积的1％-99％。在正极悬浮液储液装置内还容置有氮气或惰性气体，气体位于正极悬浮液的上方。同样，在第一负极悬浮液储液装置和第二负极悬浮液储液装置中容置有负极悬浮液，负极悬浮液的容量位于预定范围内，例如负极悬浮液的体积占负极悬浮液储液装置容积的1％-99％。在负极悬浮液储液装置内还容置有氮气或惰性气体，气体位于负极悬浮液的上方。在储液装置中分别设有液位传感器503，用以检测储液装置中的悬浮液的液位(体积)。因为，当储液装置内的液面过低时，储液装置内的气体可能会进入电池反应器；当储液装置内的液面过高时，储液装置内的液体可能会进入气体管路，这样会影响整个系统的安全性和稳定性。

电池反应器的具体构造如图6所示。反应器的壳体内设有多孔正极集流体、多孔负极集流体。多孔正极集流体的一侧与反应器的壳体构成正极反应腔601，多孔正极集流体的另一侧可设有隔膜。多孔负极集流体的一侧与反应器的壳体构成负极反应腔602，多孔负极集流体的另一侧可设有隔膜。在多孔正极集流体与多孔负极集流体之间形成隔离腔603。在正极反应腔601中充满正极悬浮液，在负极反应腔602中充满负极悬浮液，并且在隔离腔603中充满电解液。其中，隔离腔中的电解液换液可以通过与根据本发明的正极反应腔换液和负极反应腔换液类似的方式进行换液；或者可以直接通过驱动电机驱动液缸中的活塞还实现电解液换液，在液缸中容置有电解液；或者可以通过液泵等现有的换液方式进行换液。

另外，如图7所示，系统设有控制装置701，该控制装置用以控制整个系统的电机的开启、关闭、开启时间、开启顺序、电机转速等以及各个阀门的开启、关闭、开启时间、开启顺序，并且与系统的各个传感器相连并接收传感器反馈的信息，从而实现对整个系统的控制。

具体地讲，利用控制装置控制正极电机、负极电机及各个阀门的开启、关闭、开启顺序，能够实现正极反应腔和负极反应腔的同时、依次或单独换液。利用控制装置控制正极电机、负极电机的转速以及储气装置的供气量，能够实现正极反应腔与负极反应腔的同步换液，即：同时开始换液并且同时结束换液。

另外，在各个气体管路中可以设有压力传感器702，压力传感器检测气体管路中的压力，如果其中一个或多个气体管路中的压力超过或低于预定气体管路压力范围，那么与压力传感器702相连的控制装置701将及时关闭系统的所有阀门以及电机并进行报警，以便及时对气体管路进行故障排查。

另外，在储液装置中分别设有液位传感器503，用以检测储液装置中的电极悬浮液的液位(体积)。如果电极悬浮液的液位低于预定范围的下限或者高于预定范围的上限时，那么与液位传感器相连的控制装置将停止系统的换液工作、关闭系统的所有阀门及电机，并向操作者提供例如声、光等形式的警示。

另外，在储气装置201、201'、301、301'中设有气压调控装置220、220'、320、320'。当气压调控装置检测到储气装置中的气体压力低于储气装置预定压力范围(0MPa～0.1MPa)的下限时，气压调控装置将该信息反馈给控制装置并且控制装置将开启在储气装置与补气装置之间的控制阀，通过补气装置对储气装置进行补气；当气压调控装置检测到储气装置中的压力达到储气装置预定压力范围的上限时，气压调控装置将该信息反馈给控制装置并且控制装置关闭在储气装置与补气装置之间的控制阀；当储气装置中的压力超过储气装置预定压力范围的上限时，气压调控装置将该信息反馈给控制装置并且控制装置开启与补气装置相连的控制阀，使得储气装置的气体反向流入补气装置中直到储气装置内的压力位于储气装置预定压力范围内。

本发明具体实施例并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (11)

1.一种通过电机驱动的锂液流电池系统，其特征在于，该系统包括：控制装置、气体供应部和电池模块部，

其中，所述气体供应部包括：

正极储气装置，在所述正极储气装置中存储有氮气或惰性气体，在所述正极储气装置上设有正极第一端口控制阀和正极第二端口控制阀；

负极储气装置，在所述负极储气装置中存储有氮气或惰性气体，在所述负极储气装置上设有负极第一端口控制阀和负极第二端口控制阀；

其中，所述电池模块部包括：

反应器，所述反应器设有正极反应腔和负极反应腔；

正极气缸，所述正极气缸设有第一正极气体进出端口、第二正极气体进出端口、第一正极气体补排端口、第二正极气体补排端口、正极气缸第一腔体和正极气缸第二腔体；

负极气缸，所述负极气缸设有第一负极气体进出端口、第二负极气体进出端口、第一负极气体补排端口、第二负极气体补排端口、负极气缸第一腔体和负极气缸第二腔体；

正极活塞，所述正极活塞容置于所述正极气缸中；

负极活塞，所述负极活塞容置于所述负极气缸中；

正极电机，所述正极电机连接于所述正极活塞的活塞杆，用以驱动所述正极活塞在所述正极气缸中往复运动；

负极电机，所述负极电机连接于所述负极活塞的活塞杆，用以驱动所述负极活塞在所述负极气缸中往复运动；

第一正极悬浮液储液装置，所述第一正极悬浮液储液装置经由第一正极气体管路、所述正极气缸的第一正极气体进出端口与所述正极气缸第一腔体流体连通并且经由第一正极液体管路连接于所述反应器的正极反应腔，所述第一正极悬浮液储液装置用以存储正极悬浮液并且在所述第一正极气体管路上设有气路控制阀；

第二正极悬浮液储液装置，所述第二正极悬浮液储液装置经由第二正极气体管路、所述正极气缸的第二正极气体进出端口与所述正极气缸第二腔体流体连通并且经由第二正极液体管路连接于所述反应器的正极反应腔，所述第二正极悬浮液储液装置用以存储正极悬浮液并且在所述第二正极气体管路上设有气路控制阀；

第一负极悬浮液储液装置，所述第一负极悬浮液储液装置经由第一负极气体管路、所述负极气缸的第一负极气体进出端口与所述负极气缸第一腔体流体连通并且经由第一负极液体管路连接于所述反应器的负极反应腔，所述第一负极悬浮液储液装置用以存储负极悬浮液并且在所述第一负极气体管路上设有气路控制阀；

第二负极悬浮液储液装置，所述第二负极悬浮液储液装置经由第二负极气体管路、所述负极气缸的第二负极气体进出端口与所述负极气缸第二腔体流体连通并且经由第二负极液体管路连接于所述反应器的负极反应腔，所述第二负极悬浮液储液装置用以存储负极悬浮液并且在所述第二负极气体管路上设有气路控制阀；

其中，在所述正极活塞与所述第一正极悬浮液储液装置中的正极悬浮液之间并且在所述正极活塞与所述第二正极悬浮液储液装置中的正极悬浮液之间通过氮气或惰性气体隔离开；并且，在所述负极活塞与所述第一负极悬浮液储液装置中的负极悬浮液之间并且在所述负极活塞与所述第二负极悬浮液储液装置中的负极悬浮液之间通过氮气或惰性气体隔离开。

2.根据权利要求1所述的通过电机驱动的锂液流电池系统，其中，所述控制装置控制所述正极电机和所述负极电机的开启、关闭及转速；所述控制装置控制所述正极第一端口控制阀、所述正极第二端口控制阀、所述负极第一端口控制阀、所述负极第二端口控制阀的开启及关闭；所述控制装置控制所述第一正极气体管路的气路控制阀、所述第二正极气体管路的气路控制阀、所述第一负极气体管路的气路控制阀、所述第二负极气体管路的气路控制阀的开启、关闭及气体流向。

3.根据权利要求1所述的通过电机驱动的锂液流电池系统，其中，所述正极电机包括第一正极电机和第二正极电机，所述正极气缸包括第一正极气缸和第二正极气缸，所述第一正极电机驱动容置于所述第一正极气缸中的第一正极活塞并且所述第二正极电机驱动容置于所述第二正极气缸中的第二正极活塞，并且所述第一正极气体进出端口和所述第一正极气体补排端口位于所述第一正极气缸的底部或靠近底部的位置，所述第二正极气体进出端口和所述第二正极气体补排端口位于所述第二正极气缸的底部或靠近底部的位置，由所述第一正极活塞的下表面、所述第一正极气缸的气缸侧壁和所述第一正极气缸的气缸底部构成所述正极气缸第一腔体，并且由所述第二正极活塞的下表面、所述第二正极气缸的气缸侧壁和所述第二正极气缸的气缸底部构成所述正极气缸第二腔体；

其中，所述负极电机包括第一负极电机和第二负极电机，所述负极气缸包括第一负极气缸和第二负极气缸，所述第一负极电机驱动容置于所述第一负极气缸中的第一负极活塞并且所述第二负极电机驱动容置于所述第二负极气缸中的第二负极活塞，并且所述第一负极气体进出端口和所述第一负极气体补排端口位于所述第一负极气缸的底部或靠近底部的位置，所述第二负极气体进出端口和所述第二负极气体补排端口位于所述第二负极气缸的底部或靠近底部的位置，由所述第一负极活塞的下表面、所述第一负极气缸的气缸侧壁和所述第一负极气缸的气缸底部构成所述负极气缸第一腔体，并且由所述第二负极活塞的下表面、所述第二负极气缸的气缸侧壁和所述第二负极气缸的气缸底部构成所述负极气缸第二腔体。

4.根据权利要求1所述的通过电机驱动的锂液流电池系统，其中，所述第一正极气体进出端口和所述第一正极气体补排端口位于所述正极气缸的底部或靠近底部的位置，所述第二正极气体进出端口和所述第二正极气体补排端口位于所述正极气缸的顶部或靠近顶部的位置，由所述正极活塞的下表面、所述正极气缸的气缸侧壁和所述正极气缸的气缸底部构成所述正极气缸第一腔体，并且由所述正极活塞的上表面、所述正极气缸的气缸侧壁和所述正极气缸的气缸顶部构成所述正极气缸第二腔体；

其中，所述第一负极气体进出端口和所述第一负极气体补排端口位于所述负极气缸的底部或靠近底部的位置，所述第二负极气体进出端口和所述第二负极气体补排端口位于所述负极气缸的顶部或靠近顶部的位置，由所述负极活塞的下表面、所述负极气缸的气缸侧壁和所述负极气缸的气缸底部构成所述负极气缸第一腔体，并且由所述负极活塞的上表面、所述负极气缸的气缸侧壁和所述负极气缸的气缸顶部构成所述负极气缸第二腔体。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的通过电机驱动的锂液流电池系统，其中，所述控制装置通过控制所述正极电机和所述负极电机的开启、关闭顺序能够实现所述反应器的正极反应腔和负极反应腔的同时换液、依次换液或单独换液。

6.根据权利要求1-4中任一项所述的通过电机驱动的锂液流电池系统，其中，当所述反应器的正极反应腔和负极反应腔同时换液时，所述控制装置通过控制所述正极电机和所述负极电机的转速以及流经所述正极第一端口控制阀、所述正极第二端口控制阀、所述负极第一端口控制阀和所述负极第二端口控制阀的气体流量来实现所述正极反应腔和所述负极反应腔的同步换液。

7.根据权利要求1-4中任一项所述的通过电机驱动的锂液流电池系统，其中，所述气体供应部能够为多个所述电池模块部供应气体。

8.根据权利要求1-4中任一项所述的通过电机驱动的锂液流电池系统，其中，在所述第一正极气体管路、所述第二正极气体管路、所述第一负极气体管路、所述第二负极气体管路中设有电解液溶剂补汽装置，所述电解液溶剂补汽装置使得气体在进入所述第一正极悬浮液储液装置、所述第二正极悬浮液储液装置、所述第一负极悬浮液储液装置和所述第二负极悬浮液储液装置之前吸收电解液溶剂。

9.根据权利要求1-4中任一项所述的通过电机驱动的锂液流电池系统，其中，所述第一正极悬浮液储液装置、所述第二正极悬浮液储液装置、所述第一负极悬浮液储液装置和所述第二负极悬浮液储液装置中分别设有液位传感器，当所述第一正极悬浮液储液装置、所述第二正极悬浮液储液装置、所述第一负极悬浮液储液装置或所述第二负极悬浮液储液装置中的液位高于液位上限值或低于液位下限值时，与所述液位传感器相连的所述控制装置将关闭所述正极电机、所述正极第一端口控制阀、所述正极第二端口控制阀、所述第一正极气体管路的气路控制阀、所述第二正极气体管路的气路控制阀、所述负极电机、所述负极第一端口控制阀、所述负极第二端口控制阀、所述第一负极气体管路的气路控制阀以及所述第二负极气体管路的气路控制阀。

10.一种根据权利要求1所述的通过电机驱动的锂液流电池系统的工作方法，其特征在于，

根据正极反应腔和负极反应腔同步换液、依次换液或单独换液的指令，所述控制装置同时、依次或单独启动如下正极装置和负极装置，所述正极装置包括所述正极储气装置的正极第一端口控制阀、所述正极储气装置的正极第二端口控制阀和所述正极电机，所述负极装置包括所述负极储气装置的负极第一端口控制阀、所述负极储气装置的负极第二端口控制阀和所述负极电机；

其中，所述控制装置控制所述正极电机的转速以及流经所述正极第一端口控制阀的气体流量，通过所述正极电机驱动所述正极活塞来推动所述正极气缸第一腔体中的气体，使得气体经由所述正极气缸的第一正极气体补排端口、第一正极气体进出端口、所述第一正极气体管路上的气路控制阀进入所述第一正极悬浮液储液装置，进而推动所述第一正极悬浮液储液装置中的正极悬浮液通过所述第一正极液体管路进入所述正极反应腔、使得所述正极反应腔中的正极悬浮液通过所述正极第二液体管路进入所述第二正极悬浮液储液装置并且使得所述第二正极悬浮液储液装置中的气体进入所述第二正极气体管路，气体进而经由所述第二正极气体管路上的气路控制阀及所述正极气缸的第二正极气体进口端口进入所述正极气缸第二腔体，通过所述正极电机驱动所述正极活塞来推动所述正极气缸第二腔体中的气体，使得气体经由所述正极气缸的第二正极气体补排端口、所述正极第二端口控制阀进入所述正极储气装置，换液结束后所述正极电机、所述正极第一端口控制阀、所述正极第二端口控制阀、所述第一正极气体管路上的气路控制阀和所述第二正极气体管路上的气路控制阀关闭；

其中，所述控制装置控制所述负极电机的转速以及流经所述负极第一端口控制阀的气体流量，通过所述负极电机驱动所述负极活塞来推动所述负极气缸第一腔体中的气体，使得气体经由所述负极气缸的第一负极气体补排端口、第一负极气体进出端口、所述第一负极气体管路上的气路控制阀进入所述第一负极悬浮液储液装置，进而推动所述第一负极悬浮液储液装置中的负极悬浮液通过所述第一负极液体管路进入所述负极反应腔、使得所述负极反应腔中的负极悬浮液通过所述负极第二液体管路进入所述第二负极悬浮液储液装置并且使得所述第二负极悬浮液储液装置中的气体进入所述第二负极气体管路，气体进而经由所述第二负极气体管路上的气路控制阀及所述负极气缸的第二负极气体进口端口进入所述负极气缸第二腔体，通过所述负极电机驱动所述负极活塞来推动所述负极气缸第二腔体中的气体，使得气体经由所述负极气缸的第二负极气体补排端口、所述负极第二端口控制阀进入所述负极储气装置，换液结束后所述负极电机、所述负极第一端口控制阀、所述负极第二端口控制阀、所述第一负极气体管路上的气路控制阀和所述第二负极气体管路上的气路控制阀关闭。

11.一种根据权利要求10所述的通过电机驱动的锂液流电池系统的工作方法，其中，

当将所述正极气缸第一腔体中的气体推进到所述第一正极悬浮液储液装置中并且同时使得所述第二正极悬浮液储液装置中的气体进入到所述正极气缸第二腔体中时，所述正极第一端口控制阀关闭、所述第一正极气体管路上的气路控制阀开启、所述第二正极气体管路上的气路控制阀开启并且所述正极第二端口控制阀关闭；以及

当将所述正极储气装置中的气体推进到所述正极气缸第一腔体中并且同时使得所述正极气缸第二腔体中的气体进入到所述正极储气装置中时，所述正极第一端口控制阀开启、所述第一正极气体管路上的气路控制阀关闭、所述第二正极气体管路上的气路控制阀关闭并且所述正极第二端口控制阀开启；并且

当将所述负极气缸第一腔体中的气体推进到所述第一负极悬浮液储液装置中并且同时使得所述第二负极悬浮液储液装置中的气体进入到所述负极气缸第二腔体中时，所述负极第一端口控制阀关闭、所述第一负极气体管路上的气路控制阀开启、所述第二负极气体管路上的气路控制阀开启并且所述负极第二端口控制阀关闭；以及

当将所述负极储气装置中的气体推进到所述负极气缸第一腔体中并且同时使得所述负极气缸第二腔体中的气体进入到所述负极储气装置中时，所述负极第一端口控制阀开启、所述第一负极气体管路上的气路控制阀关闭、所述第二负极气体管路上的气路控制阀关闭并且所述负极第二端口控制阀开启。