CN109461953B - 一种钒电池电堆内电解液分布情况的测试方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种钒电池电堆内电解液分布情况的测试方法及装置，主要的技术方案是：通过在单体电池的集流板上或者电堆中串联的单体电池中对应的集流板上分别安装若干力敏传感器，以获取集流板上不同位置处的压力差或者不同集流板上相对应位置处的压力差，并根据压力差来判断单体电池集流板上、单体电池离子交换膜两侧或者电堆内多级串联的单体电池中的电解液分布情况，实现了对液流电池电堆在各种应用过程中的电解液分布情况进行实时在线检测，为液流电池电堆的设计提供了验证手段；为液流电池电堆的安全运行提供了预警信号；并为液流电池电堆的运行维护提供了可靠的评价指标和参考依据。

Description

一种钒电池电堆内电解液分布情况的测试方法及装置
技术领域
本发明涉及液流电池技术领域，具体而言，涉及一种钒电池电堆内电解液分布情况的测试方法及装置。
背景技术
全钒液流电池是利用不同价态钒离子之间氧化还原反应进行能量储存与利用的新型电化学电池。全钒液流电池将正负极电解液分别存储于两个储液罐中，由耐酸液体泵驱动活性电解液至电池堆再回至储液罐中形成循环液流回路，以实现充放电过程。其中，电池堆作为钒电池系统的核心部件，主要由双极板、多孔电极和离子交换膜等构成，其性能优劣直接影响系统的充放电效率及寿命。向电堆中泵入电解液时，电解液中的活性物质应与电极充分接触，然而实际中由于材料性能和装配工艺等因素的影响，往往会出现电解液在集流体石墨电极处、离子交换膜两侧或电堆内多级串联电池单体中分布不均匀的问题，甚至在整个电解液流场中出现无电解液流过的“死角”，导致电化学反应速度降低、电池极化增大、电池效率降低等问题。
发明内容
鉴于此，本发明提出了一种钒电池电堆内电解液分布情况的测试方法及装置，旨在通过实时测试液流电池中电解液的压力，掌握电堆内电解液分布情况，进而优化电堆设计和装配，解决液流电池中电解液分布不均匀带来的问题。
一个方面，本发明提出了一种钒电池电堆内电解液分布情况的测试方法，包括以下步骤：步骤(1)，在单体电池的集流板上或者电堆中串联的单体电池中对应的集流板上分别安装若干力敏传感器；步骤(2)，通过各所述力敏传感器分别获取集流板上不同位置处或者不同集流板上相对应位置处的压力数据，并由此得到集流板上不同位置处的压力差或者不同集流板上相对应位置处的压力差；步骤(3)，将所述集流板上不同位置处的压力差或不同集流板上相对应位置处的压力差与对应的预设差值范围相比较，当所述压力差在所述预设差值范围内时，判断单体电池集流板上、单体电池离子交换膜两侧或者电堆内多级串联的单体电池中的电解液分布均匀；当所述压力差超出所述预设差值范围时，则判断单体电池集流板上、单体电池离子交换膜两侧或者电堆内多级串联的单体电池中的电解液分布不均匀，并发出报警信息。
进一步地，上述钒电池电堆内电解液分布情况的测试方法中，将各所述力敏传感器布置于所述单体电池中集流板的中心、边缘和边角中的至少一处。
进一步地，上述钒电池电堆内电解液分布情况的测试方法中，在单体电池隔膜两侧的集流板上相对应的位置分别布置至少一个力敏传感器。
进一步地，上述钒电池电堆内电解液分布情况的测试方法中，在电堆内各单体电池隔膜同侧的集流板上分别布置至少一个力敏传感器。
进一步地，上述钒电池电堆内电解液分布情况的测试方法中，需对各所述力敏传感器进行耐腐蚀处理。
进一步地，上述钒电池电堆内电解液分布情况的测试方法中，所述耐腐蚀处理的方法包括：在所述力敏传感器表面设置耐腐蚀包裹层或耐腐蚀薄膜层。
进一步地，上述钒电池电堆内电解液分布情况的测试方法中，各所述力敏传感器的测量线埋设于电极框内及集流板内的通道中，并且，所述测量线的输出端置于所述电极框外。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明提供的钒电池电堆内电解液分布情况的测试方法，通过在单体电池的集流板上或者电堆中串联的单体电池中对应的集流板上分别安装若干力敏传感器，以获取集流板上不同位置处的压力差或者不同集流板上相对应位置处的压力差，并根据压力差来判断单体电池集流板上、单体电池离子交换膜两侧或者电堆内多级串联的单体电池中的电解液分布情况，实现了对液流电池电堆在各种应用过程中的电解液分布情况进行实时在线检测，为液流电池电堆的安全运行提供了预警信号；并为液流电池电堆的运行维护提供了可靠的评价指标和参考依据。
另一方面，本发明还提供了一种钒电池电堆内电解液分布情况的测试装置，包括：数据处理单元、若干表面设置有防腐蚀层的力敏传感器和控制单元；其中，所述力敏传感器敷设于所述单体电池的集流板上或者电堆中串联的单体电池中对应的集流板上，用于分别获取集流板上不同位置处或者不同集流板上相对应位置处的压力数据；所述数据处理单元与各所述力敏传感器相连接，用于接收各所述压力数据并确定集流板上不同位置处的压力差或者不同集流板上相对应位置处的压力差；所述控制器与各所述力敏传感器和所述数据处理单元均连接，用于获取集流板上不同位置处或者不同集流板上相对应位置处的压力数据和压力差数据，并将所述集流板上不同位置处的压力差或不同集流板上相对应位置处的压力差与对应的预设差值范围相比较，当所述压力差在所述预设差值范围内时，判断单体电池集流板上、单体电池离子交换膜两侧或者电堆内多级串联的单体电池中的电解液分布均匀；当所述压力差超出所述预设差值范围时，则判断单体电池集流板上、单体电池离子交换膜两侧或者电堆内多级串联的单体电池中的电解液分布不均匀。
进一步地，上述钒电池电堆内电解液分布情况的测试装置中，所述力敏传感器为柔性传感器。
进一步地，上述钒电池电堆内电解液分布情况的测试装置中，还包括：预警单元；其中，所述预警单元与所述控制单元相连接，用于接收所述电解液分布结果并在单体电池集流板上、单体电池离子交换膜两侧或者电堆内多级串联的单体电池中的电解液分布不均匀时，发出报警信息。
本发明提供的钒电池电堆内电解液分布情况的测试装置能实时准确的获取液流电池电堆在各种应用过程中的电解液分布情况，为液流电池电堆的安全运行提供了预警信号，保证了液流电池电堆的安全运行。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本发明实施例提供的钒电池电堆内电解液分布情况的测试方法的流程图；
图2为本发明实施例中单体电池内集流体电极处的电解液压力的分布情况测试图；
图3为本发明实施例中单体电池离子交换膜两侧正负极电解液压力分布情况测试图；
图4为本发明实施例中电堆内多级串联电池单体电解液压力分布情况测试图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
方法实施例：
参阅图1，本发明实施例的钒电池电堆内电解液分布情况的测试方法包括以下步骤：。
步骤S1，在单体电池的集流板上或者电堆中串联的单体电池中对应的集流板上分别安装若干力敏传感器。
具体而言，单体电池一般包括依次叠放且连接的第一集流板、第一电极框、隔膜、第二电极框和第二集流板。第一集流板和第二集流板分别嵌设且连接在第一电极框和第二电极框中，第一电极框和第二电极框上分别设置有将电解液输送至第一集流板和第二集流板的流道。电池电堆是由2个或2个以上的单体电池依次串联而成。为了获取单体电池和电池电堆中各单体电池对应位置处电解液的分布情况，本实施例中先在相应的位置安装力敏传感器。例如在测试单体电池内集流板处的电解液分布情况时，可以在单体电池中集流板的中心、边缘和边角中的至少一处布置力敏传感器。即可以仅在单体电池内的任一集流板的中心、边缘或四个边角处安装力敏传感器，也可以在任一集流板的多个部位安装力敏传感器，以获取精确的测试结果。
当测量单体电池隔膜两侧的电解液分布情况时，可以在单体电池内的两个集流板上相对应的位置分别设置至少一个力敏传感器。例如可以在两个集流板的中心、边缘和边角处分别对应设置5个力敏传感器。当测量电池电堆内多级串联的单体电池内的电解液分布情况，可以在电堆内各单体电池隔膜同侧的集流板上分别布置至少一个力敏传感器。
步骤S2，通过各所述力敏传感器分别获取集流板上不同位置处或者不同集流板上相对应位置处的压力数据，并由此得到集流板上不同位置处的压力差或者不同集流板上相对应位置处的压力差。
具体而言，本实施例通过测量不同位置处的压力变化，来获取电解液的分布情况。为了避免电解液浸润、腐蚀力敏传感器，需对各所述力敏传感器进行耐腐蚀处理。具体实施时，所述耐腐蚀处理的方法包括：在所述力敏传感器表面设置耐腐蚀包裹层或耐腐蚀薄膜层。此外，各所述力敏传感器的测量线埋设于电极框内及集流板内的通道中，并且，测量线的输出端置于所述电极框外。
步骤S3，将所述集流板上不同位置处的压力差或不同集流板上相对应位置处的压力差与对应的预设差值范围相比较，当所述压力差在所述预设差值范围内时，判断单体电池集流板上、单体电池离子交换膜两侧或者电堆内多级串联的单体电池中的电解液分布均匀；当所述压力差超出所述预设差值范围时，则判断单体电池集流板上、单体电池离子交换膜两侧或者电堆内多级串联的单体电池中的电解液分布不均匀，并发出报警信息。
具体而言，在测试单体电池内集流板处的电解液分布情况时，获取单体电池内待测量集流板上的压力数据；在测量单体电池离子交换膜两侧的电解液分布情况，需要获取隔膜两侧的集流板上对应位置处的压力数据，通过将两侧的压力数据对比即可得知隔膜两侧的电解液分布情况；在测量电堆内多级串联的单体电池中的电解液分布情况时，相互串联的单体电池同侧的集流板上的压力数据进行对比即可。预设差值范围可以根据具体的电解液类型来确定，本实施例对其不做任何限定。
上述显然可以得出，本实施例中提供的钒电池电堆内电解液分布情况的测试方法，通过在单体电池的集流板上或者电堆中串联的单体电池中对应的集流板上分别安装若干力敏传感器，以获取集流板上不同位置处的压力差或者不同集流板上相对应位置处的压力差，并根据压力差来判断单体电池集流板上、单体电池离子交换膜两侧或者电堆内多级串联的单体电池中的电解液分布情况，实现了对液流电池电堆在各种应用过程中的电解液分布情况进行实时在线检测，为液流电池电堆的安全运行提供了预警信号；并为液流电池电堆的运行维护提供了可靠的评价指标和参考依据。通过本发明提供的钒电池电堆内电解液分布情况的测试方法，能及时获取并调节电堆内的电解液分布情况，使得电堆中的电解液能够均匀地分布在电极表面，缩短了充放电循环时间，增大了充放电电流密度，提高了电堆效率。
以下以具体实例详细说明本发明的技术方案：
参阅图2，本发明的第一种实施例中，在单体电池内的一侧的第一集流板1的四个角落和中心部位分别敷设1个第一柔性力敏传感器6，即总共敷设5个第一柔性力敏传感器6。第一柔性力敏传感器6的测量线8安装在第一电极框2的通道(该通道需密封)中，且测量线的输出端7引至第一电极框2外。当第一柔性力敏传感器6在4个角落中测得的压力数据PCor分别与中心部位测得的压力数据PCen的差值△PC-C相等时，可以确认单体电池内的该侧的电解液分布均匀。
参阅图3，本发明的第二种实施例中，在第一电极框2内部的第一集流板1的四个角落和中心部位分别第一柔性力敏传感器6，在第二电极框4内部的第二集流板5的四个角落和中心部位分别敷设第二柔性力敏传感器9。当然，为了保证测量的精度和准确度，还可以在两个集流板的边缘上也设置柔性力传感器。其中，第一柔性力敏传感器6和第二柔性力敏传感器9的的测量线8分别安装在第一电极框2和第二电极框5的通道(该通道需密封)中，且测量线的输出端7分别引至第一电极框2和第二电极框5外。当第一柔性力敏传感器6在每个测量点的压力值PN分别与第二柔性力敏传感器9在对应测量点的压力值PP相等时，可以确认单体电池内的电解液分布均匀。
参阅图4，本发明的第三种实施例中，在电池单体I内的第一集流板1的四个角落和中心部位分别设置1个第一柔性力敏传感器6；在第二个电池单体II的第三集流板10的四个角落和中心部位分别设置1个第三柔性力敏传感器10；在电池单体I内的第二集流板5的四个角落和中心部位分别设置1个第二柔性力敏传感器9；在第二个电池单体II的第四集流板11的四个角落和中心部位分别设置1个第四柔性力敏传感器11。当然，为了保证测量的精度和准确度，还可以在两个单体电池的两个集流板的边缘上也设置柔性力传感器。其中，各个传感器的测量线的安装及连接方式与上述两个实施例相同，此处不再赘述。当电池单体I内的第一柔性力敏传感器6在每个测量点的压力值PI-N分别与电池单体II的第三柔性力敏传感器10在对应测量点的压力值PII-N相等时，且电池单体I内的第二柔性力敏传感器9在每个测量点的压力值PI-P与电池单体II的第四柔性力敏传感器11在对应测量点的压力值PII-P相等时，可以确认该电堆内的单体电池I和II内的电解液分布均匀。
装置实施例：
本发明还提供了一种钒电池电堆内电解液分布情况的测试装置，包括：数据处理单元、若干表面设置有防腐蚀层的力敏传感器和控制单元；其中，
所述力敏传感器敷设于所述单体电池的集流板上或者电堆中串联的单体电池中对应的集流板上，用于分别获取集流板上不同位置处或者不同集流板上相对应位置处的压力数据；力敏传感器可以为平面结构，以便于安装在集流板上且不会影响单体电池的正常工作，优选的，力敏传感器可以为柔性传感器，例如薄膜式力敏传感器，安装时，力敏传感器可以粘接在所述集流板表面。所述数据处理单元与各所述力敏传感器相连接，用于接收各所述压力数据并确定集流板上不同位置处的压力差或者不同集流板上相对应位置处的压力差。力敏传感器的输出端接入数据处理单元中的信号采集模块，经过A/D转换后，采集的压力信号数据供分析使用。所述控制器与各所述力敏传感器和所述数据处理单元均连接，用于获取集流板上不同位置处或者不同集流板上相对应位置处的压力数据和压力差数据，并将所述集流板上不同位置处的压力差或不同集流板上相对应位置处的压力差与对应的预设差值范围相比较，当所述压力差在所述预设差值范围内时，判断单体电池集流板上、单体电池离子交换膜两侧或者电堆内多级串联的单体电池中的电解液分布均匀；当所述压力差超出所述预设差值范围时，则判断单体电池集流板上、单体电池离子交换膜两侧或者电堆内多级串联的单体电池中的电解液分布不均匀。其中，该装置的具体实施过程参见上述方法实施例中的说明即可，此处不再赘述。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种钒电池电堆内电解液分布情况的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤(1)，在单体电池隔膜两侧的集流板上相对应的位置分别布置至少一个力敏传感器；或者在电堆内各单体电池隔膜同侧的集流板上分别布置至少一个力敏传感器；
步骤(2)，通过各所述力敏传感器分别获取集流板上不同位置处或者不同集流板上相
对应位置处的压力数据，并由此得到集流板上不同位置处的压力差或者不同集流板上相对
应位置处的压力差；
步骤(3)，将所述集流板上不同位置处的压力差或不同集流板上相对应位置处的压力
差与对应的预设差值范围相比较，当所述压力差在所述预设差值范围内时，判断单体电池
集流板上、单体电池离子交换膜两侧或者电堆内多级串联的单体电池中的电解液分布均
匀；当所述压力差超出所述预设差值范围时，则判断单体电池集流板上、单体电池离子交换膜两侧或者电堆内多级串联的单体电池中的电解液分布不均匀，并发出报警信息。
2.根据权利要求1所述的钒电池电堆内电解液分布情况的测试方法，其特征在于，将各
所述力敏传感器布置于所述单体电池中集流板的中心、边缘和边角中的至少一处。
3.根据权利要求1所述的钒电池电堆内电解液分布情况的测试方法，其特征在于，需对各所述力敏传感器进行耐腐蚀处理。
4.根据权利要求3所述的钒电池电堆内电解液分布情况的测试方法，其特征在于，所述耐腐蚀处理的方法包括：在所述力敏传感器表面设置耐腐蚀包裹层或耐腐蚀薄膜层。
5.根据权利要求1所述的钒电池电堆内电解液分布情况的测试方法，其特征在于，各所述力敏传感器的测量线埋设于电极框内及集流板内的通道中，并且，所述测量线的输出端置于所述电极框外。
6.一种钒电池电堆内电解液分布情况的测试装置，其特征在于，包括：数据处理单元、若干表面设置有防腐蚀层的力敏传感器和控制单元；其中，
在单体电池隔膜两侧的集流板上相对应的位置分别布置至少一个所述力敏传感器，用以测量单体电池隔膜两侧的电解液分布情况；或者在电堆内各单体电池隔膜同侧的集流板上分别布置至少一个所述力敏传感器，用以测量电池电堆内多级串联的单体电池内的电解液分布情况；
所述数据处理单元与各所述力敏传感器相连接，用于接收各压力数据并确定集流板上不同位置处的压力差或者不同集流板上相对应位置处的压力差；
所述控制单元与各所述力敏传感器和所述数据处理单元均连接，用于获取集流板上不同位置处或者不同集流板上相对应位置处的压力数据和压力差数据，并将所述集流板上不同位置处的压力差或不同集流板上相对应位置处的压力差与对应的预设差值范围相比较，当所述压力差在所述预设差值范围内时，判断单体电池集流板上、单体电池离子交换膜两侧或者电堆内多级串联的单体电池中的电解液分布均匀；当所述压力差超出所述预设差值范围时，则判断单体电池集流板上、单体电池离子交换膜两侧或者电堆内多级串联的单体电池中的电解液分布不均匀。
7.根据权利要求6所述的钒电池电堆内电解液分布情况的测试装置，其特征在于，所述力敏传感器为柔性传感器。
8.根据权利要求6所述的钒电池电堆内电解液分布情况的测试装置，其特征在于，还包括：预警单元；其中，
所述预警单元与所述控制单元相连接，用于接收所述电解液分布结果并在单体电池集流板上、单体电池离子交换膜两侧或者电堆内多级串联的单体电池中的电解液分布不均匀时，发出报警信息。
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