CN112467166A - 一种钒电池电堆结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种钒电池电堆结构，钒电池电堆结构包括位于液流框边缘的焊料及焊槽，且对应设置的正极液流框与负极液流框通过焊料及焊槽实现永久密封；具有集成结构的进出液板单元，使得电解液管路结构设计更加灵活，降低制备工艺难度，提高集成度，扩大应用；进出液板单元中设置容纳空间，以埋藏集流板连接部，实现进出液板单元与液流框密封连接；液流框设置液流框凸筋，使得液流框与隔膜自密封连接；液流框中设置具有密封圈的密封圈槽，增强液流框密封连接效果；设置泄压槽，降低压力，减少漏液风险；通过激光焊接连接导电复合材料双极板与液流框；从而本发明提供了一种稳定可靠、高度集成、易于制造、加工成本低的钒电池电堆结构。

Description

一种钒电池电堆结构

技术领域

本发明属于电化学储能领域，涉及一种钒电池电堆结构。

背景技术

能源互联网四大主体要素即电源、电网、负荷和储能，储能的重要性不言而喻。建设坚强智能电网对储能提出了安全、高效、可靠的技术要求，在众多技术路线中，钒电池以其安全性高、使用寿命长、能量转换效率高、充放电状态易监控等优点，成为了大规模可再生能源储能的首要选择之一。

一般钒电池电堆结构的密封分为内密封和外密封，内密封包含两部分，即双极板与液流框的密封、隔膜与液流框的密封；外密封是指正极液流框与负极液流框之间的密封。内密封实现隔离正负极电解液的作用，外密封实现电解液在预定回路中流动的作用。其中，内密封失效会造成电池系统库伦效率降低，进而影响电池系统能量转换效率，外密封失效会造成电池系统运行中止，迫使对电池系统进行维护，从而造成经济损失。

目前，钒电池电堆结构的密封多采用密封材料机械密封的方式来实现，如密封条、密封垫，因存在密封材料易老化的问题，使得钒电池电堆结构的密封可靠性较低，制约了钒电池电堆结构的产品推广。

因此，提供一种钒电池电堆结构，以提高钒电池电堆结构的密封可靠性，实属必要。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种钒电池电堆结构，用于解决现有技术中钒电池电堆结构密封可靠性较低的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种钒电池电堆结构，所述钒电池电堆结构包括液流框，所述液流框包括位于所述液流框边缘的焊料及焊槽，其中，正极液流框及负极液流框对应设置，且所述正极液流框与所述负极液流框通过各自独立设置的所述焊料及焊槽密封连接。

可选地，所述钒电池电堆结构包括进出液板单元，所述进出液板单元包括进出液板主板及盖板，所述进出液板主板包括自所述进出液板主板的表面向所述进出液板主板的内部延伸的电解液凹槽，且所述电解液凹槽与所述盖板密封连接形成电解液管路。

可选地，所述电解液凹槽贯穿所述进出液板主板，且所述进出液板主板的相对两面均具有所述盖板。

可选地，所述进出液板单元包括容纳空间，所述钒电池电堆结构包括集流板，所述集流板包括集流板连接部，且所述集流板连接部位于所述容纳空间内。

可选地，所述钒电池电堆结构包括极耳，所述极耳通过所述进出液板单元与所述集流板连接部固定连接。

可选地，所述电解液管路包括正极电解液管路及负极电解液管路中的一种或组合。

可选地，所述液流框包括液流框凸筋，通过所述液流框凸筋，使得所述液流框与所述钒电池电堆结构的隔膜自密封连接。

可选地，所述液流框包括密封圈槽，对应设置的所述正极液流框及负极液流框通过位于所述密封圈槽中的密封圈密封连接。

可选地，所述液流框包括泄压槽，所述泄压槽位于所述密封圈槽外侧及液流框边缘内侧。

可选地，所述钒电池电堆结构包括导电复合材料双极板，所述导电复合材料双极板与所述液流框激光焊接密封连接。

如上所述，本发明的钒电池电堆结构，通过位于液流框边缘的焊料及焊槽，使得对应设置的正极液流框及负极液流框在焊接前后保持基本形状，同时融为一体，实现液流框永久密封，且无需添加焊料，工艺简单；通过具有集成结构的进出液板单元，使得电解液管路可以任意形状融合在进出液板单元中，结构设计更加灵活，降低制备电解液管路的工艺难度，且可实现正、负极进出液板合二为一，以提高钒电池电堆结构的集成度，扩大应用；通过进出液板单元中的容纳空间，可埋藏集流板连接部，在实现集流板的串联及引出极耳的前提下，实现进出液板单元与液流框密封连接，消除焊接障碍，使焊接工艺完整进行；通过液流框凸筋，使得液流框与隔膜自密封连接；通过液流框中位于密封圈槽内的密封圈，可增强液流框密封连接效果，同时设计了泄压槽，将突破密封圈的电解液引入储液罐，降低电解液在狭小空间聚集而形成的不断升高的压力，减少漏液风险；通过激光焊接方式，将导电复合材料双极板与液流框密封连接。因此，本发明提供了一种稳定可靠、高度集成、易于制造、加工成本低的钒电池电堆结构。

附图说明

图1显示为本发明中的钒电池电堆结构的爆炸图。

图2显示为本发明中的钒电池电堆结构的立体结构示意图。

图3显示为本发明中的正极液流框及负极液流框焊接前的结构示意图。

图4显示为本发明中的正极液流框及负极液流框焊接后的结构示意图。

图5显示为本发明中的进出液板单元的爆炸结构示意图。

图6显示为本发明中的进出液板主板的结构示意图。

图7a显示为本发明中的集流板连接部的结构示意图。

图7b显示为本发明中的进出液板单元与集流板连接部连接的结构示意图。

图7c显示为本发明中的进出液板单元、集流板连接部及极耳连接的结构示意图。图8显示为本发明中的液流框与隔膜自密封的结构示意图。

元件标号说明

101 端板

102 进出液板单元

112 第一端板

122 进出液板主板

1221 电解液管路

1222 容纳空间

132 第二端板

103 集流板

1031 集流板连接部

104 重复单元

114 双极板

124 正极液流框

1241 焊料

1242 焊槽

1243 密封圈槽

1244 泄压槽

134 正电极

144 隔膜

154 负电极

164 负极液流框

1641 焊料

1642 焊槽

1643 液流框凸筋

105 密封圈

106 极耳

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1～图8。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

如图1及图2，本实施例提供一种钒电池电堆结构，所述钒电池电堆结构包括端板101、进出液板单元102、集流板103、重复单元104及极耳106。其中，所述重复单元104包括双极板114、正极液流框124、正电极134、隔膜144、负电极154、负极液流框164，所述钒电池电堆结构中可包括多个所述重复单元104，具体数量可根据需要设置，本实施例中，为简化所述钒电池电堆结构，仅示出了较为简单的所述钒电池电堆结构，实际应用中，所述钒电池电堆结构可以根据需要进行设置，如设置多个所述重复单元104及子堆，此处不作过分限制。

如图3，本实施例中所述钒电池电堆结构包括液流框，所述液流框包括位于所述液流框边缘的焊料1241、1641及焊槽1242、1642，其中，所述正极液流框124及负极液流框164对应设置，且所述正极液流框124与所述负极液流框164通过各自独立设置的所述焊料1241、1641及焊槽1242、1642密封连接。

具体的，所述正极液流框124与所述负极液流框164的边缘周向上均对应设置有所述焊料1241、1641及焊槽1242、1642，因而当所述正极液流框124与所述负极液流框164受给定热源时，通过热塑焊接，所述热塑焊接可包括风机吹塑、焊枪焊接等，使得所述液流框进行熔和、降温、凝固，从而实现永久密封。通过所述焊料1241、1641及焊槽1242、1642，可使得对应设置的所述正极液流框124及负极液流框164在焊接前后保持基本形状，同时融为一体，使得所述钒电池电堆结构外观变化不明显，仍具有较为整齐的外观，且无需附加焊料，实现永久密封的效果，如图4。

作为示例，所述进出液板单元102包括进出液板主板122及盖板，所述进出液板主板122包括自所述进出液板主板122的表面向所述进出液板主板122的内部延伸的电解液凹槽，且所述电解液凹槽与所述盖板密封连接形成电解液管路1221。

具体的，本实施例中采用的具有集成结构的所述进出液板单元102，可在所述进出液板主板122上，根据具体需要制备任意形状的电解液凹槽，而后通过所述盖板实现密封，形成所述电解液管路1221，因而使得所述电解液管路1221的形状设计相当灵活，避免了直角形拐角带来的过大的压头损失，使所述进出液板单元102的加工制造变得简单，降低了加工成本，提高所述钒电池电堆结构的扩大应用。

作为示例，所述电解液凹槽贯穿所述进出液板主板122，且所述进出液板主板122的相对两面均具有所述盖板。

如图5，本实施例中，所述电解液凹槽贯穿所述进出液板主板122，所述进出液板主板122的相对两面设置有第一盖板112及第二盖板132，以实现密封。但所述进出液板单元102的结构，并非局限于此，如所述电解液凹槽也可不贯穿所述进出液板主板122，因而可仅设置一块所述盖板即可，具体可根据需要进行选择。

作为示例，所述电解液管路1221包括正极电解液管路及负极电解液管路中的一种或组合。

如图6，本实施例中，优选所述进出液板主板122包括正极电解液管路及负极电解液管路，以使得所述进出液板主板122同时集成有正极进出液板与负极进出液板的作用，从而提高所述钒电池电堆结构的集成度，减小所述钒电池电堆结构的空间尺寸，提供所述钒电池电堆结构的体积比能量密度。但并非局限于此，所述进出液板主板122也可仅包括所述正极电解液管路及负极电解液管路中的一种，具体可根据需要进行设置，以使得所述进出液板主板122具有多元化的结构和功能。

作为示例，所述进出液板单元122包括容纳空间1222，所述集流板103包括集流板连接部1031，且所述集流板连接部1031位于所述容纳空间1222内。

作为示例，所述极耳106通过所述进出液板单元122与所述集流板连接部1031固定连接.

具体的，如图7a～图7c，所述集流板连接部1031自所述集流板103的边缘形成折弯，且所述集流板连接部1031上具有连接部通孔，以便于通过所述连接部通孔进行后续的固定连接。所述进出液板单元122上包括容纳所述集流板连接部1031的所述容纳空间1222，其中，所述容纳空间1222可为贯穿所述进出液板单元122的通孔或仅为位于所述进出液板单元122中的凹槽，具体可根据需要进行选择，所述容纳空间1222可容纳所述集流板连接部1031即可。其中，所述进出液板主板122的侧面具有与所述容纳空间1222贯通的进出液板主板通孔，且所述进出液板主板通孔与所述连接部通孔对应设置，以通过所述进出液板主板通孔及连接部通孔连接所述进出液板单元122及集流板连接部1031，实现所述集流板103的串联，或通过所述进出液板主板通孔及连接部通孔连接所述进出液板单元122、集流板连接部1031及极耳106，实现所述极耳的引出，如通过接线圆柱引出，以便于所述集流板103与其他设备实现电连接。其中，如图7c，在完成连接时，所述集流板103埋藏于所述进出液板单元122内，从而在实现所述集流板103的串联及引出所述极耳106的前提下，可实现所述进出液板单元122与所述液流框密封连接，如采用热塑焊接方式密封连接，消除焊接障碍，使焊接工艺完整进行。

作为示例，所述液流框包括液流框凸筋，通过所述液流框凸筋，使得所述液流框与所述钒电池电堆结构的所述隔膜114自密封连接。

具体的，如图8，以所述负极液流框164作为示例，所述负极液流框164的边缘周向上设置有液流框凸筋1643，通过所述隔膜144吸水溶胀的特点，在所述液流框凸筋1643的压力下，所述负极液流框164与所述隔膜144实现自密封。但并非局限于此，所述液流框凸筋也可位于所述正极液流框124上，可根据需要进行设置，以实现具有周向的所述液流框凸筋即可。

作为示例，所述液流框包括密封圈槽，对应设置的所述正极液流框124及负极液流框164通过位于所述密封圈槽中的密封圈105密封连接，以增强所述液流框密封连接效果。优选的，所述液流框包括泄压槽，所述泄压槽位于所述密封圈槽外侧及液流框边缘内侧，以将突破所述密封圈105的电解液引入储液罐，降低电解液在狭小空间聚集而形成的不断升高的压力，减少漏液风险。

具体的，如图3及图4，本实施例中，所述密封圈槽及所述泄压槽均设置于所述正极液流框124内，即所述正极液流框124包括密封圈槽1243及泄压槽1244，在所述密封圈槽1243中设置所述密封圈105，实现所述正极液流框124及负极液流框164的密封，并通过所述泄压槽1244，降低突破所述密封圈105的电解液在狭小空间聚集而形成的不断升高的压力，减少漏液风险。但并非局限于此，所述密封圈槽及所述泄压槽也可位于所述负极液流框164内或分别位于所述正极液流框124与所述负极液流框164内，其中，当所述正极液流框124及负极液流框164中均设置所述泄压槽1244时，优选所述泄压槽1244相连通。此处不作限制。当然根据需要，所述进出液板单元122中也可设置进出液板泄压槽。

作为示例，所述钒电池电堆结构包括导电复合材料双极板，所述导电复合材料双极板与所述液流框激光焊接密封连接。

综上所述，本发明的钒电池电堆结构，通过位于液流框边缘的焊料及焊槽，使得对应设置的正极液流框及负极液流框在焊接前后保持基本形状，同时融为一体，实现永久密封，且无需添加焊料，工艺简单；通过具有集成结构的进出液板单元，使得电解液管路可以任意形状融合在进出液板单元中，结构设计更加灵活，降低制备电解液管路的工艺难度，且可实现正、负极进出液板合二为一，以提高钒电池电堆结构的集成度，扩大应用；通过进出液板单元中的容纳空间，可埋藏集流板连接部，在实现集流板的串联及引出极耳的前提下，实现进出液板单元与液流框密封连接，消除焊接障碍，使焊接工艺完整进行；通过液流框凸筋，使得液流框与隔膜自密封连接；通过液流框中位于密封圈槽内的密封圈，可增强液流框密封连接效果，同时设计了泄压槽，将突破密封圈的电解液引入储液罐，降低电解液在狭小空间聚集而形成的不断升高的压力，减少漏液风险；通过激光焊接方式，将导电复合材料双极板与液流框密封连接。因此，本发明提供了一种稳定可靠、高度集成、易于制造、加工成本低的钒电池电堆结构。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种钒电池电堆结构，其特征在于：所述钒电池电堆结构包括液流框，所述液流框包括位于所述液流框边缘的焊料及焊槽，其中，正极液流框及负极液流框对应设置，且所述正极液流框与所述负极液流框通过各自独立设置的所述焊料及焊槽密封连接。

2.根据权利要求1所述的钒电池电堆结构，其特征在于：所述钒电池电堆结构包括进出液板单元，所述进出液板单元包括进出液板主板及盖板，所述进出液板主板包括自所述进出液板主板的表面向所述进出液板主板的内部延伸的电解液凹槽，且所述电解液凹槽与所述盖板密封连接形成电解液管路。

3.根据权利要求2所述的钒电池电堆结构，其特征在于：所述电解液凹槽贯穿所述进出液板主板，且所述进出液板主板的相对两面均具有所述盖板。

4.根据权利要求2所述的钒电池电堆结构，其特征在于：所述进出液板单元包括容纳空间，所述钒电池电堆结构包括集流板，所述集流板包括集流板连接部，且所述集流板连接部位于所述容纳空间内。

5.根据权利要求4所述的钒电池电堆结构，其特征在于：所述钒电池电堆结构包括极耳，所述极耳通过所述进出液板单元与所述集流板连接部固定连接。

6.根据权利要求2所述的钒电池电堆结构，其特征在于：所述电解液管路包括正极电解液管路及负极电解液管路中的一种或组合。

7.根据权利要求1所述的钒电池电堆结构，其特征在于：所述液流框包括液流框凸筋，通过所述液流框凸筋，使得所述液流框与所述钒电池电堆结构的隔膜自密封连接。

8.根据权利要求1所述的钒电池电堆结构，其特征在于：所述液流框包括密封圈槽，对应设置的所述正极液流框及负极液流框通过位于所述密封圈槽中的密封圈密封连接。

9.根据权利要求8所述的钒电池电堆结构，其特征在于：所述液流框包括泄压槽，所述泄压槽位于所述密封圈槽外侧及液流框边缘内侧。

10.根据权利要求1所述的钒电池电堆结构，其特征在于：所述钒电池电堆结构包括导电复合材料双极板，所述导电复合材料双极板与所述液流框激光焊接密封连接。

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