CN112838238B - 液流电池堆及其保温板 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液流电池堆及其保温板，所述液流电池堆包括：第一电池单元和第二电池单元、第一集流板、第一绝缘板、第一保温板和第一端板；第二集流板、第二绝缘板、第二保温板和第二端板；第一保温板的一侧表面形成有间隔布置且迂回延伸的第一流道和第二流道，第一流道的第一出口和第二流道的第二出口均连通多个电池单元；第二保温板的一侧表面形成有间隔布置且迂回延伸的第三流道和第四流道，第三流道的第三入口和第四流道的第四入口均连通多个电池单元。根据本发明的液流电池堆，可以利用第一保温板和第二保温板分别对第一电池单元和第二电池单元保温，解决多个电池单元性能不一致的问题。

Description

液流电池堆及其保温板

技术领域

本发明涉及液流电池技术领域，尤其是涉及一种液流电池堆和用于液流电池堆的保温板。

背景技术

电能在我们生活中有着至关重要的强大作用。传统的发电方式不断消耗着短时间不可再生的天然能源(石油和煤)，而且发电过程中会产生大量污染环境的废物和气体。能源危机和环保压力促使传统的能源系统正在向可再生能源转换。随着风能、太阳能和地热能等能源的应用，促进了对新型储能系统的研究、应用。

目前，大容量储能技术主要有机械储能、电磁储能、储热和电化学储能等。其中电化学储能技术因响应时间短、能量密度大、灵活方便等优点而备受关注，液流电池是其重要的组成部分。

铁铬氧化还原液流电池是液流电池的一种，具有使用寿命长、能量转化效率高、安全性好、环境友好等优点。

铁铬液流电池的活性物质是具有流动性的液体电解质溶液，电解质溶液存储在外部并通过泵输送到电池内反应。电池内的正、负极电解液由离子交换膜隔开，在充、放电过程中，电解液中的活性物质离子在惰性电极表面发生价态的变化。铁铬液流电池工作时，反应物流经电极并进行如下的氧化还原反应：

相关技术中Fe/Cr液流电池堆，其液流框上设有供电解液流通的均流槽，可尽量做到流体均匀分配。相关技术中还提供了一种可在70℃以内使用的液流电池用液流框及其单电池，该发明的液流框可用于铁铬体系电池堆。也有相关技术中提供了一种液流框，框内设置主流道及支流道，主流道上又设有环形分流槽，该设计对防止液流电池中溶液串液有一定作用。

发明内容

本发明基于本申请的发明人对以下事实和问题的发现作出的：

铁铬液流电池堆是由若干组单电池组成的，每组单电池的性能稳定性、一致性是决定电池系统能效高低的关键指标。铁铬液流电池不同于其他液流电池，它的最佳工作温度是60℃-70℃，因此电解液需要先经过外部加热再流进电池堆中。电池堆中第一组及最后一组电池单元若直接与绝缘板接触，将导致这两组电池单元的热损失远远大于其他电池单元的热损失，这样就会影响每组单电池的工作温度，从而影响电堆整体的性能。

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明在于提出一种液流电池堆，所述液流电池堆可以使每个电池单元的温度保持在最佳工作温度，从而保证每个电池单元工作的一致性和稳定性。

本发明还提出一种具有用于上述液流电池堆的保温板。

根据本发明第一方面的液流电池堆，包括：沿第一方向层叠布置的多个电池单元，所述多个电池单元至少包括分别位于所述第一方向两端的第一电池单元和第二电池单元；沿所述第一方向由内向外依次布置在所述第一电池单元外侧的第一集流板、第一绝缘板、第一保温板和第一端板；沿所述第一方向由内向外依次布置在所述第二电池单元外侧的第二集流板、第二绝缘板、第二保温板和第二端板；其中，所述第一保温板的朝向所述多个电池单元的一侧表面形成有间隔布置且迂回延伸的第一流道和第二流道，所述第一流道的第一出口和所述第二流道的第二出口均连通所述多个电池单元；所述第二保温板的朝向所述多个电池单元的一侧表面形成有间隔布置且迂回延伸的第三流道和第四流道，所述第三流道的第三入口和所述第四流道的第四入口均连通所述多个电池单元。

根据本发明的液流电池堆，通过在第一绝缘板的外侧设置第一保温板，并在第二绝缘板的外侧设置第二保温板，由此，可以利用第一保温板和第二保温板分别对第一电池单元和第二电池单元保温，以保证第一电池单元和第二电池单元在正常工作温度，从而解决多个电池单元性能不一致的问题。

在一些实施例中，所述第一保温板上设有密封槽，所述密封槽环绕所述第一流道和所述第二流道延伸，和/或所述密封槽布置于所述第一流道和所述第二流道之间。

在一些实施例中，所述第一流道的第一入口形成于所述第一保温板的垂直于所述第一方向的一侧端面，所述第二流道的第二入口形成于所述第一保温板的垂直于所述第一方向的一侧端面，且所述第一入口和所述第二入口位于所述第一保温板的同一侧端面。

在一些实施例中，所述第一出口和所述第二出口并排布置，且所述第一出口和所述第二出口均在所述第一保温板的朝向所述多个电池单元的一侧表面形成为凹陷的椭圆槽。

在一些实施例中，所述第一流道包括并联在所述第一流道的第一入口和第一出口之间的多个第一子流道，所述第二流道包括并联在所述第二流道的第二入口和第二出口之间的多个第二子流道，多个所述第一子流道的至少部分平行延伸，多个所述第二子流道的至少部分平行延伸。

在一些实施例中，所述第二保温板与所述第一保温板关于所述液流电池堆中心对称。

在一些实施例中，所述多个电池单元中的每个电池单元均包括沿第一方向依次布置的正极板框、双极板、密封垫、离子膜、电极和负极板框，且每个电池单元内均形成有间隔开的正极电解液通道和负极电解液通道，其中，所述正极电解液通道的进口和所述负极电解液通道的进口分别与所述第一出口和所述第二出口相对且连通，所述正极电解液通道的出口和所述负极电解液通道的出口分别与所述第三入口和所述第四入口相对且连通。

在一些实施例中，所述密封垫为三元乙丙橡胶件或氟橡胶件。

在一些实施例中，所述第一绝缘板的朝向所述多个电池单元的表面形成有第一凹槽，所述第一集流板嵌入所述第一凹槽内，且所述第一集流板的表面与所述第一绝缘板的表面平齐；所述第二电池单元的负极板框的朝向所述第二绝缘板的一侧表面形成有第二凹槽，所述第二集流板嵌入所述第二凹槽内，且所述第二集流板的表面与所述第二电池单元的所述负极板框的表面平齐。

在一些实施例中，所述第一集流板和所述第二集流板均包括：用于收集、引导电流的铜板和作为第一电池单元或第二电池单元中双极板的石墨双极板，其中，所述铜板和所述石墨双极板通过热压一体成型且所述石墨双极板位于朝向所述多个电池单元所在一侧。

在一些实施例中，所述第一端板和所述第二端板均设有用于相互连接的螺栓孔。

在一些实施例中，所述第一绝缘板上形成有贯通所述第一绝缘板并分别与所述第一出口和所述第二出口相对的第一共享液通孔和第二共享液通孔，所述第二绝缘板上形成有贯通所述第二绝缘板并分别与所述第三入口和所述第四入口相对的第三共享液通孔和第四共享液通孔。

在一些实施例中，所述液流电池堆为铁铬液流电池堆。

根据本发明第二方面的用于液流电池堆的保温板，所述保温板沿厚度方向的一侧表面形成有间隔开的第一流道和第二流道，所述第一流道具有第一入口和第一出口，所述第一流道在所述第一入口和所述第一出口之间迂回延伸，所述第二流道具有第二入口和第二出口，所述第二流道在所述第二入口和所述第二出口之间迂回延伸。

根据本发明的用于液流电池堆的保温板，当加热的电解液流经保温板时，可以对与其相邻的电池单元(例如位于多个电池单元两端的第一电池单元和第二电池单元)起到保温作用，从而解决现有技术中电池单元性能不一致的问题。

在一些实施例中，所述第一流道和所述第二流道之间设有密封槽，所述密封槽环绕所述第一流道和所述第二流道延伸，和/或所述密封槽布置于所述第一流道和所述第二流道之间。

在一些实施例中，所述第一流道包括并联在所述第一入口和所述第一出口之间的多个第一子流道，所述第二流道包括并联在所述第二入口和所述第二出口之间的多个第二子流道。

在一些实施例中，所述保温板为玻璃纤维件或过氯乙烯件。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1是根据本发明实施例的用于液流电池堆的保温板的示意图；

图2是根据本发明实施例的液流电池堆的爆炸图；

图3是图2中所示的电池单元的爆炸图；

图4是图2中所示的第二绝缘板的示意图。

附图标记：

液流电池堆100，

电池单元1，第一电池单元1a，第二电池单元1b，

正极板框11，双极板12，密封垫13，离子膜14，电极15，负极板框16，

第一集流板21，第二集流板22，第一绝缘板31，第二绝缘板32，第一端板51，第二端板52，

保温板4，第一保温板4a，第二保温板4b，密封槽43，

第一流道41，第一入口411，第一出口412，第一子流道413，

第二流道42，第二入口421，第二出口422，第二子流道423。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考图1-图4描述根据本发明第一方面实施例的液流电池堆100。其中，本发明实施例的液流电池堆100可以是铁铬液流电池堆，下面仅以液流电池堆100是铁铬液流电池堆为例进行描述，本领域技术人员在阅读了下述技术方案后，显然能够理解液流电池堆100为其他液流电池堆的技术方案，在此不再一一赘述。

如图2所示，根据本发明第一方面实施例的液流电池堆100，包括：多个电池单元1、第一集流板21、第二集流板22、第一绝缘板31、第二绝缘板32、第一保温板4a、第二保温板4b、第一端板51和第二端板52。

具体地，多个电池单元1可以是两个、三个、四个及以上数量的电池单元1，且多个电池单元1沿第一方向(例如图2中所示的前后方向)层叠布置。其中，多个电池单元1至少包括分别位于第一方向两端的第一电池单元1a和第二电池单元1b；也就是说，多个电池单元1中包括第一电池单元1a和第二电池单元1b，第一电池单元1a和第二电池单元1b分别位于多个电池单元1的两端(例如图2中的多个电池单元1的前端和后端)。

进一步地，第一集流板21、第一绝缘板31、第一保温板4a和第一端板51可以沿第一方向由内向外(例如图2中所示的从前往后的方向)依次布置在第一电池单元1a的外侧(例如图2中所示的第一电池单元1a的后侧)。第二集流板22、第二绝缘板32、第二保温板4b和第二端板52可以沿第一方向由内向外(例如图2中所示的从后往前的方向)依次布置在第二电池单元1b外侧(例如图2中所示的第二电池单元1b内的前侧)。

其中，第一保温板4a的朝向多个电池单元1的一侧表面形成有间隔布置且迂回延伸的第一流道41和第二流道42，第一流道41的第一出口412和第二流道42的第二出口422均连通多个电池单元1。也就是说，第一保温板4a的一侧表面形成有第一流道41和第二流道42，第一流道41和第二流道42之间间隔布置，且第一流道41和第二流道42均在第一保温板4a上迂回延伸，第一流道41具有第一入口411和第一出口412，第二流道42具有第二入口421和第二出口422，且第一出口412和第二出口422均连通多个电池单元1。

在液流电池堆100工作的过程中，正极电解液和负极电解液可以分别从第一入口411和第二入口421进入第一流道41和第二流道42内，再通过第一出口412和第二出口422分别进入每个电池单元1内，以在每个电池单元1内完成充电和放电过程。

其中，由于第一绝缘板31位于第一电池单元1a和第一保温板4a之间，当电解液在第一保温板4a中流动时，可以使第一保温板4a的温度与电解液温度趋于一致，进而使与第一电池单元1a接触的第一绝缘板31的温度与电解液温度趋于一致。由此，可以有效避免第一电池单元1a因与第一绝缘板31之间有温度差而产生的热损失，从而保证第一电池单元1a的工作温度，保证液流电池堆100的整体性能。

第二保温板4b的朝向多个电池单元1的一侧表面形成有间隔布置且迂回延伸的第三流道和第四流道，第三流道的第三入口和第四流道的第四入口均连通多个电池单元1。也就是说，第二保温板4b的一侧表面形成有第三流道和第四流道，第三流道和第四流道之间间隔布置，且第三流道和第四流道均在第二保温板4b上迂回延伸，其中，第三流道具有第三入口和第三出口，第四流道具有第四入口和第四出口，且第三入口和第四入口均连通多个电池单元1。

在液流电池堆100工作的过程中，多个电池单元1中完成充电和放电过程的正极电解液和负极电解液可以分别从第三入口和第四入口进入第二保温板4b的第三流道和第四流道内，再通过第三出口和第四出口流出液流电池堆100。其中，由于第二绝缘板32位于第二电池单元1b和第二保温板4b之间，当电解液在第二保温板4b中流动时，可以第二保温板4b的温度与电解液温度趋于一致，进而使与第二电池单元1b接触的第二绝缘板32的温度与电解液温度趋于一致。由此，可以有效避免第二电池单元1b因与第二绝缘板32之间有温度差而产生的热损失，从而保证第二电池单元1b的工作温度，保证液流电池堆100的整体性能。

也就是说，当加热的电解液流过第一保温板4a和第二保温板4b的流道时，将对第一电池单元1a和第二电池单元1b形成保温作用。由于电解液是循环加热，所以可以维持保温板4的温度恒定，这样，进入每组电池单元1的流体温度差较小(例如温度差可以控制在±5℃内)，从而提高了电池单元1之间的性能一致性与稳定性，提高电池能量效率，降低电池系统成本。

根据本发明实施例的液流电池堆100，通过在第一绝缘板31的外侧设置第一保温板4a，并在第二绝缘板32的外侧设置第二保温板4b，由此，可以利用第一保温板4a和第二保温板4b分别对第一电池单元1a和第二电池单元1b保温，以保证第一电池单元1a和第二电池单元1b在正常工作温度，从而解决多个电池单元1性能不一致的问题。

其中，本发明实施例的液液流电池堆100的各个部件可以通过压力机进行压装，再用高强度螺栓及弹簧将电池堆封装在一起。

在本发明的一个实施例中，如图1所示，第一保温板4a上可以设有密封槽43，密封槽43可以布置于第一流道41和第二流道42之间，密封槽43内可以设密封垫，由此，可以将第一流道41内的电解液和第二流道42内的电解液隔离开。

在本发明的一个实施例中，参照图1，第一保温板4a上可以设有密封槽43，密封槽43可以环绕第一流道41和第二流道42延伸，其中，“密封槽43环绕第一流道41和第二流道42”可以是密封槽43分别环绕第一流道41和第二流道42，也可以是密封槽43环绕在第一流道41和第二流道42的外侧。密封槽43内可以设置密封垫，由此，可以起到密封第一流道41和第二流道42内的电解液的效果，防止第一流道41和第二流道42内的电解液泄露。

在本发明的一些实施例中，如图1所示，第一流道41的第一入口411可以形成于第一保温板4a的垂直于第一方向的一侧端面(例如图1中所示的第一保温板4a的左端面)，第二流道42的第二入口421形成于第一保温板4a的垂直于第一方向的一侧端面(例如图1中所示的第一保温板4a的左端面)。由此，可以在不影响第一端板51和第一绝缘板31与第一保温板4a配合的情况下，方便第一流道41和第二流道42与外部电解液管路相连。

进一步地，如图1所示，第一入口411和第二入口421位于第一保温板4a的同一侧端面。由此，可以方便布管，结构紧凑。

进一步地，如图1所示，第一入口411和第二入口421均设有连接法兰，连接法兰用于与电解液管路相连，其中，连接法兰与电解液管路之间设有密封垫，以保证连接的密封性能，防止电解液泄露。

在本发明的一些实施例中，如图1所示，第一出口412和第二出口422可以并排布置，且第一出口412和第二出口422可以均在第一保温板4a的朝向多个电池单元1的一侧表面形成为凹陷的椭圆槽。也就是说，第一出口412和第二出口422均形成于第一流道41和第二流道42所在的同一侧表面上，且第一出口412和第二出口422均形成为椭圆形的出口槽。由此，可以便于第一保温板4a内的电解液通过第一出口412和第二出口422进入多个电池单元1内。

在本发明的一些实施例中，如图1所示，第一流道41可以包括并联在第一流道41的第一入口411和第一出口412之间的多个第一子流道413，第二流道42可以包括并联在第二流道42的第二入口421和第二出口422之间的多个第二子流道423，也就是说，第一流道41具有第一入口411和第一出口412，且第一流道41具有多个并联在第一入口411和第一出口412之间的第一子流道413，第二流道42具有第二入口421和第二出口422，且第二流道42具有多个并联在第二入口421和第二出口422的第二子流道423。

当正极电解液进入第一入口411时，可以通过第一入口411分别流向多个第一子流道413，最终汇聚于第一出口412，并从第一出口412流向多个电池单元1；当负极电解液进入第二入口421时，可以通过第二入口421分别流向多个第二子流道423，最终汇聚于第二出口422，并从第二出口422流向多个电池单元1。本实施例通过将第一流道41和第二流道42均设计为包括多个并行的子流道，不仅可以降低电解液在第一保温板4a内的流体阻力，还可以使电解液在保温板4中更均匀分布，进而提高保温效果。

进一步地，多个第一子流道413的至少部分平行延伸，多个第二子流道423的至少部分平行延伸。由此，可以使得流道布置更加合理，且使保温板4内的温度场分布更为均匀。

如图1所示，第一保温板4a的第一流道41包括三条并行在第一入口411和第一出口412之间的第一子流道413，第二流道42包括两条并行在第二入口421和第二出口422之间的第二子流道423，由此，可以不影响液流电池堆100系统的流体阻力，具体地，第一保温板4a内的流体阻力可以基本保持在1.5KPa以内，与整个液流电池堆100系统的阻力相对，可以忽略不计，同时第一流道41和第二流道42均形成为蛇形流道，可以使电解液在第一保温板4a中的分布更加均匀，经过温度场计算，第一保温板4a中的温度分布可以在±5℃以内。

其中，需要说明的是，第一流道41和第二流道42的宽度、深度和排布形式可以根据流体阻力和温度分布计算合理设计。

在本发明的一些实施例中，参照图2，第二保温板4b可以与第一保温板4a关于液流电池堆100中心对称。这样，当电解液在液流电池堆100中流动时，正、负极电解液在液流电池堆100中的流动路线为X型，具体地，当正极电解液从第一保温板4a的下方的第一出口412进入多个电池单元1时，则从第二保温板4b的上方的第三入口进入第二保温板4b再流出，这种流动方式，可以使得正极电解液和负极电解液具有相同的流道结构，降低电池堆内部的流体阻力，减小内阻。

在本发明的一些实施例中，如图3所示，多个电池单元1中的每个电池单元1均可以包括沿第一方向(例如图3中所示的前后方向)依次布置的正极板框11、双极板12、密封垫13、离子膜14、电极15和负极板框16，且每个电池单元1内均形成有间隔开的正极电解液通道和负极电解液通道，其中，正极电解液通道的进口和负极电解液通道的进口分别与第一出口412和第二出口422相对且连通，正极电解液通道的出口和负极电解液通道的出口分别与第三入口和第四入口相对且连通。

当电解液循环流动时，正极电解液从第一入口411进入第一流道41内，再从第一出口412经每个电池单元1的正极电解液通道进口进入电池单元1内，在电池单元1内充电或放电后，从每个电池单元1的正极电解液通道出口经第三入口进入第三流道内，最终从第三出口流出。负极电解液从第二入口421进入第二流道42内，再从第二出口422经每个电池单元1的负极电解液通道进口进入电池单元1内，在电池单元1内完成充电或放电过程后，再从电池单元1的负极电解液通道出口经第四入口计入第四流道内，最终从第四出口流出。由此，实现电解液在液流电池堆100内的循环流动。

在本发明的一些实施例中，密封垫13为三元乙丙橡胶件。当然，本发明不限于此，密封垫13还可以为氟橡胶件。

在本发明的一些实施例中，第一绝缘板31的朝向多个电池单元1的表面可以形成有第一凹槽，第一集流板21嵌入第一凹槽内，且第一集流板21的表面与第一绝缘板31的表面平齐。由此，可以方便安装和固定第一集流板21。

在本发明的一些实施例中，第二电池单元1b的负极板框16的朝向第二绝缘板32的一侧表面可以形成有第二凹槽，第二集流板22嵌入第二凹槽内，且第二集流板22的表面与第二电池单元1b的负极板框16的表面平齐。由此，可以方便安装和固定第二集流板22。需要说明的是，由于本实施例的第二电池单元1b的负极板框16需嵌设第二集流板22，因此，第二电池单元1b的负极板框16相较于其他电池单元1的负极板框16更厚。

在本发明的一些实施例中，第一集流板21和第二集流板22均包括：用于收集、引导电流的铜板和作为第一电池单元1a或第二电池单元1b中双极板12的石墨双极板，也就是说，第一集流板21和第二集流板22均包括铜板和石墨双极板，其中，第一集流板21和第二集流板22的铜板均用于收集和引导电流，第一集流板21中的石墨双极板作为第一电池单元1a中的双极板12，第二集流板22中的石墨双极板作为第二电池单元1b中的双极板12，即，第一电池单元1a和第二电池单元1b均可不再单独设置双极板12。

进一步地，铜板和石墨双极板12可以通过热压一体成型，且石墨双极板12位于朝向多个电池单元1所在一侧。也就是说，集流板是金属铜与石墨双极板12的复合材料，且两者通过热压处理形成一个整体结构。且第一集流板21中的石墨双极板12朝向第一电池单元1a设置，第二集流板22中的石墨双极板12朝向第二电池单元1b设置。

进一步地，第一集流板21的一侧端面上设有凸头部，第二集流板22的一侧端面上也设有凸头部，且第一集流板21和第二集流板22均通过凸头部与折弯的导电铜排通过螺栓紧密连接，以将大流量的电流引出到母线上。

在本发明的一些实施例中，参照图2，第一端板51和第二端板52可以均设有用于相互连接的螺栓孔。具体地，第一端板51上设有多个第一螺栓孔，第二端板52上也设有多个第二螺栓孔，多个第一螺栓孔与多个第二螺栓孔一一对应，螺栓穿过第一螺栓孔和第二螺栓孔将第一端板51、第二端板52以及位于二者之间的电池单元1、保温板4和绝缘板等连接并紧固为一体。

在发明的一些实施例中，参照图4，第一绝缘板31上形成有贯通第一绝缘板31的第一共享液通孔和第二共享液通孔，且第一共享液通孔和第二共享液通孔分别与第一出口412和第二出口422相对。第二绝缘板32上形成有贯通第二绝缘板32的第三共享液通孔和第四共享液通孔，且第三共享液通孔和第四共享液通孔分别与第三入口和第四入口相对。

例如，第一绝缘板的下部并排布置有第一共享液通孔和第二共享液通孔，第二绝缘板的上部并排布置有第三共享液通孔和第四共享液通孔。第一保温板4a内的正极电解液可以依次通过第一出口412和第一共享液通孔进入多个电池单元1，再依次通过第三共享液通孔和第三入口进入第二保温板4b内。第一保温板4a内的负极电解液可以依次通过第二出口422和第二共享液通孔计入多个电池单元1，再依次通过第四共享液通孔和第四入口进入第二保温板4b内。最终从正极电解液和负极电解液分别从第二保温板4b的第三出口和第四出口流出，从而完成电解液的循环流动。

可以理解的是，电解液管路中可以串接泵，泵用于使电解液在整个电池系统中进行循环。

在本发明的一个具体实施例中，液流电池堆100可以为铁铬液流电池堆100。由于铁铬液流电池不同于其他液流电池，它的最佳工作温度是60℃-70℃，本实施例的铁铬液流电池堆100，通过设置第一保温板4a和第二保温板4b分别对第一电池单元1a和第二电池单元1b保温，从而可以使得每个电池单元1均保持在最佳工作温度，从而解决电池单元1性能不一致的问题。

下面将参考图1-图4描述根据本发明一个具体实施例的液流电池堆100。

参照图1，本实施例的液流电池对为铁铬液流电池堆100。

具体地，如图1所示，铁铬液流电池堆100主要由端板(第一端板51和第二端板52)、保温板4(第一保温板4a和第二保温板4b)、正极侧绝缘板(第一绝缘板31)、集流板(第一集流板21和第二集流板22)、若干组电池单元1、最后一个电池单元1(第二电池单元1b)负极板框16、负极侧绝缘板(第二绝缘板32)等组件构成。

每个电池单元1由正极板框11、双极板12、密封垫13、离子膜14、电极15、负极板框16组成。密封垫13主要设置在双极板12、离子膜14、流道的两侧，既防止电解液从电池堆中外漏，又防止正、负电解液在电池堆中内漏、互混，材料优选三元乙丙橡胶或氟橡胶。电极15为多孔石墨毡材料，经过处理后有较好的比表面积及亲水性，可增强电解液的电化学反应。双极板12为柔性石墨复合材料，相比别的导电塑料有更小的电阻率及机械强度。板框上设置有多级分液流道，使电解液更均匀的进入电极15中，从而减小浓差极化，提高了电池堆的能量效率。板框可以采用改性PP材质通过注塑方式进行批量生产，可降低系统成本。

保温板4的外形尺寸可以与电池单元1的电池板框(正极板框11和负极板框16)一样，保温板4(第一保温板4a)的左侧面上具有正极电解液进液口和负极电解液进液口。保温板4靠近电池单元1的一面上分别布有正极电解液蛇形流道(第一流道41)、负极电解液蛇形流道(第二流道42)，流道的宽度、深度、排布形式根据流体阻力及温度分布计算进行设计。

具体地，如图1所示，保温板4由于不起支撑作用，内部的流道槽可以设计的深且宽。本发明中的保温板4内部的正极电解液流道设计为三条并行流道、负极电解液流道设计为两条并行的流道，最终在电解液出液槽处汇合。这种流道设计方案有两个优点：一是不影响电池堆系统的流体阻力，保温板4的流体阻力基本在1.5KPa以内，与整个电池堆系统阻力相比，可以忽略不计；二是蛇形流道设计使电解液在保温板4中的分布更均匀，经过温度场计算，保温板4中的温度分布在±5℃以内。其中，保温板4材料可以为玻璃纤维、过氯乙烯等。

保温板4上流道的一端与电解液进液口相连，另一端是椭圆形的出液槽(第一出口412和第二出口422)。该出液槽的尺寸和位置与电池板框的进液口相一致。

正、负极电解液分别通过保温板4上的正、负极电解液进液口(第一入口411和第二入口421)进入保温板4内部，经过流道、出液槽进入到第一电池单元1a中。在正、负流道周围，是异形的正极流道密封槽43、负极流道密封槽43，用于安装密封垫13。密封垫13一方面将正、负极电解液隔离开，一方面起到密封电解液的作用。

保温板4上、下表面分别设置有2个吊装孔，方便电池堆组装。保温板4上的电解液进液口(第一入口411和第二入口421)通过法兰与电解液管路连接，在连接处设有密封垫13，防止电解液泄露。

如图2所示，本实施例的液流电池堆100中各个部件将通过压力机进行压装，再用高强度螺栓及弹簧将电池堆封装在一起。具体地，第一端板51和第二端板52上分布着若干螺栓孔，螺栓孔位置与正极板框11和负极板框16的外轮廓相切，这样可以起到紧固的作用。

集流板为金属铜与石墨双极板12的复合材料，两者通过热压处理形成一个整体结构。有石墨双极板12的一面作为电池单元1中的双极板12，有铜的一面与正极侧绝缘板相接触，起到收集、引出电流的功能。集流板的凸头处与折弯的导电铜排通过螺栓紧密连接，将大流量电流引出到母线上。

正极侧绝缘板与第一组电池单元1的正极板框11相接触，外形尺寸与电池板框及保温板4相同。正极侧绝缘板的一面上开有凹槽，凹槽的形状与深度与集流板(第一集流板21)一致，装配时将集流板放入该凹槽内。正极侧绝缘板下方开有椭圆形的共享通液孔，正、负极电解液分别通过正、负极共享通液孔流入到每组电池单元1中。

最后一个电池单元1(第二电池单元1b)的负极板框16与其他电池单元1的负极板框16不同，集流板(第二集流板22)要放入最后一个电池单元1的负极板框16的双极板12槽中，因此该板框比其他负极板框16要厚。第二集流板22的金属铜侧与负极侧绝缘板相接触，第二集流板22的石墨双极板12侧与负极板框16接触。

如图4所示，负极侧绝缘板(第二绝缘板32)与第二集流板22接触的一面上有四个共享通道，上下各两个，下边的共享通道为盲孔，配有密封圈，防止电解液外漏。上边两个共享通道为通孔，分别为正极电解液出液孔与负极电解液出液孔。正、负极电解液将分别通过这两个孔流入保温板4内，经过保温板4内部流道，从保温板4的出液口流出，通过循环泵使电解液在整个电池系统中进行循环。

根据本发明实施例的铁铬液流电池堆100，正极电解液和负极电解液均通过保温板4上的正、负极电解液进口以一定流量流入电池堆，并再电极15上进行电化学反应，反应完成后，在由另一侧的保温板4上的电解液出口流出。上、下两块保温板4在装配时呈中心对称，这样正、负极电解液在电池堆中的流动路线为X型，即若正极电解液从保温板4上方进液口进，则从另一侧保温板4的下方出液口出。这种流动方式，使正、负极电解液具有相同的流道结构，降低了电池内部的流体阻力，减小了内阻。

同时，当加热的电解液流过保温板4流道时，将对第一组及最后一组单电池形成保温作用。由于电解液是循环加热的，所以可以维持保温板4的温度恒定，这样进入到每组单电池内的流体温度差在±5℃内，提高了单电池之间的性能一致性与稳定性，提高了电池能量效率，从而降低了电池系统成本。

根据本发明的铁铬液流电池堆100，通过在绝缘板与端板之间增加一层保温板4来实现对第一组和最后一组电池单元1的保温作用，以解决现有技术中电池单元1性能不一致的问题。

根据本发明第二方面实施例的用于液流电池堆100的保温板4，所述保温板4沿厚度方向的一侧表面形成有间隔开的第一流道41和第二流道42，第一流道41具有第一入口411和第一出口412，第一流道41在第一入口411和第一出口412之间迂回延伸，第二流道42具有第二入口421和第二出口422，第二流道42在第二入口421和第二出口422之间迂回延伸。

当加热的电解液流过保温板4上的流道时，将对与保温板4相邻的电池单元1(例如第一电池单元1a或第二电池单元1b)形成保温作用。由于电解液是循环解热，所以可以维持保温板4的温度恒定，这样，进入每组电池单元1的流体温度差较小，从而提高了电池单元1之间的性能一致性与稳定性，提高电池能量效率，降低电池系统成本。

根据本发明实施例的用于液流电池堆100的保温板4，当加热的电解液流经保温板4时，可以对与其相邻的电池单元1(例如位于多个电池单元1两端的第一电池单元1a和第二电池单元1b)起到保温作用，从而解决现有技术中电池单元1性能不一致的问题。

在本发明的一个实施例中，如图1所示，第一保温板4a上可以设有密封槽43，密封槽43可以布置于第一流道41和第二流道42之间，密封槽43内可以设密封垫13，由此，可以将第一流道41内的电解液和第二流道42内的电解液隔离开。

在本发明的一个实施例中，参照图1，第一保温板4a上可以设有密封槽43，密封槽43可以环绕第一流道41和第二流道42延伸，其中，“密封槽43环绕第一流道41和第二流道42”可以是密封槽43分别环绕第一流道41和第二流道42，也可以是密封槽43环绕在第一流道41和第二流道42的外侧。密封槽43内可以设置密封垫13，由此，可以起到密封第一流道41和第二流道42内的电解液的效果，防止第一流道41和第二流道42内的电解液泄露。

在本发明的一些实施例中，如图1所示，第一流道41可以包括并联在第一流道41的第一入口411和第一出口412之间的多个第一子流道413，第二流道42可以包括并联在第二流道42的第二入口421和第二出口422之间的多个第二子流道423，也就是说，第一流道41具有第一入口411和第一出口412，且第一流道41具有多个并联在第一入口411和第一出口412之间的第一子流道413，第二流道42具有第二入口421和第二出口422，且第二流道42具有多个并联在第二入口421和第二出口422的第二子流道423。

当正极电解液进入第一入口411时，可以通过第一入口411分别流向多个第一子流道413，最终汇聚于第一出口412，并从第一出口412流向多个电池单元1；当负极电解液进入第二入口421时，可以通过第二入口421分别流向多个第二子流道423，最终汇聚于第二出口422，并从第二出口422流向多个电池单元1。本实施例通过将第一流道41和第二流道42均设计为包括多个并行的子流道，不仅可以降低电解液在第一保温板4a内的流体阻力，还可以使电解液在保温板4中更均匀分布，进而提高保温效果。

在本发明的一些实施例中，保温板4可以为玻璃纤维件，当然保温板4也可以为过氯乙烯件。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (15)

1.一种液流电池堆，其特征在于，包括：

沿第一方向层叠布置的多个电池单元，所述多个电池单元至少包括分别位于所述第一方向两端的第一电池单元和第二电池单元；

沿所述第一方向由内向外依次布置在所述第一电池单元外侧的第一集流板、第一绝缘板、第一保温板和第一端板；

沿所述第一方向由内向外依次布置在所述第二电池单元外侧的第二集流板、第二绝缘板、第二保温板和第二端板；

其中，所述第一保温板的朝向所述多个电池单元的一侧表面形成有间隔布置且迂回延伸的第一流道和第二流道，所述第一流道的第一出口和所述第二流道的第二出口均连通所述多个电池单元；

所述第二保温板的朝向所述多个电池单元的一侧表面形成有间隔布置且迂回延伸的第三流道和第四流道，所述第三流道的第三入口和所述第四流道的第四入口均连通所述多个电池单元；

所述第一流道的第一入口形成于所述第一保温板的垂直于所述第一方向的一侧端面，所述第二流道的第二入口形成于所述第一保温板的垂直于所述第一方向的一侧端面，且所述第一入口和所述第二入口位于所述第一保温板的同一侧端面，所述第一入口和第二入口均设有连接法兰。

2.根据权利要求1所述的液流电池堆，其特征在于，所述第一保温板上设有密封槽，所述密封槽环绕所述第一流道和所述第二流道延伸，和/或所述密封槽布置于所述第一流道和所述第二流道之间。

3.根据权利要求1所述的液流电池堆，其特征在于，所述第一出口和所述第二出口并排布置，且所述第一出口和所述第二出口均在所述第一保温板的朝向所述多个电池单元的一侧表面形成为凹陷的椭圆槽。

4.根据权利要求1所述的液流电池堆，其特征在于，所述第一流道包括并联在所述第一流道的第一入口和第一出口之间的多个第一子流道，所述第二流道包括并联在所述第二流道的第二入口和第二出口之间的多个第二子流道，多个所述第一子流道的至少部分平行延伸，多个所述第二子流道的至少部分平行延伸。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的液流电池堆，其特征在于，所述第二保温板与所述第一保温板关于所述液流电池堆中心对称。

6.根据权利要求1-4中任一项所述的液流电池堆，其特征在于，所述多个电池单元中的每个电池单元均包括沿第一方向依次布置的正极板框、双极板、密封垫、离子膜、电极和负极板框，且每个电池单元内均形成有间隔开的正极电解液通道和负极电解液通道，

其中，所述正极电解液通道的进口和所述负极电解液通道的进口分别与所述第一出口和所述第二出口相对且连通，所述正极电解液通道的出口和所述负极电解液通道的出口分别与所述第三入口和所述第四入口相对且连通。

7.根据权利要求6所述的液流电池堆，其特征在于，所述密封垫为三元乙丙橡胶件或氟橡胶件。

8.根据权利要求1-4中任一项所述的液流电池堆，其特征在于，所述第一绝缘板的朝向所述多个电池单元的表面形成有第一凹槽，所述第一集流板嵌入所述第一凹槽内，且所述第一集流板的表面与所述第一绝缘板的表面平齐；

所述第二电池单元的负极板框的朝向所述第二绝缘板的一侧表面形成有第二凹槽，所述第二集流板嵌入所述第二凹槽内，且所述第二集流板的表面与所述第二电池单元的所述负极板框的表面平齐。

9.根据权利要求1-4中任一项所述的液流电池堆，其特征在于，所述第一集流板和所述第二集流板均包括：用于收集、引导电流的铜板和作为第一电池单元或第二电池单元中双极板的石墨双极板，其中，所述铜板和所述石墨双极板通过热压一体成型且所述石墨双极板位于朝向所述多个电池单元所在一侧。

10.根据权利要求1-4中任一项所述的液流电池堆，其特征在于，所述第一端板和所述第二端板均设有用于相互连接的螺栓孔。

11.根据权利要求1-4中任一项所述的液流电池堆，其特征在于，所述第一绝缘板上形成有贯通所述第一绝缘板并分别与所述第一出口和所述第二出口相对的第一共享液通孔和第二共享液通孔，所述第二绝缘板上形成有贯通所述第二绝缘板并分别与所述第三入口和所述第四入口相对的第三共享液通孔和第四共享液通孔。

12.根据权利要求1-4中任一项所述的液流电池堆，其特征在于，所述液流电池堆为铁铬液流电池堆。

13.一种用于液流电池堆的保温板，其特征在于，所述保温板沿厚度方向的一侧表面形成有间隔开的第一流道和第二流道，所述第一流道具有第一入口和第一出口，所述第一流道在所述第一入口和所述第一出口之间迂回延伸，所述第二流道具有第二入口和第二出口，所述第二流道在所述第二入口和所述第二出口之间迂回延伸；所述保温板上设有密封槽，所述密封槽环绕所述第一流道和所述第二流道延伸，和/或所述密封槽布置于所述第一流道和所述第二流道之间；所述保温板的外形尺寸与正极板框一样。

14.根据权利要求13所述的用于液流电池堆的保温板，其特征在于，所述第一流道包括并联在所述第一入口和所述第一出口之间的多个第一子流道，所述第二流道包括并联在所述第二入口和所述第二出口之间的多个第二子流道。

15.根据权利要求13-14中任一项所述的用于液流电池堆的保温板，其特征在于，所述保温板为玻璃纤维件或过氯乙烯件。

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