CN116544527A - 铅基电池及储能装置 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种铅基电池及储能装置。该铅基电池包括：铅基电池单体、储液罐及泵体，铅基电池单体具有均连通自身内部的注液口和排液口，储液罐独立于铅基电池单体外部，储液罐具有回液口和出液口，回液口经由回液管路与排液口连通，出液口经由储液管路与注液口连通。泵体设置于回液管路或注液管路上，用于提供促使电解液在储液罐和铅基电池单体之间循环流道的动力。本申请通过循环流动电解液，电解液活性基本保持如初，不会引起电池电压与容量的下降。同时，电解液中增加的水分被中和对电解液结冰点的影响甚微，不会出现引水分增加而结冰点升高所引起的电池无法在低温环境下使用的问题。而且不会出现电解液沉降分层。
Description
技术领域
本申请涉及铅基电池技术领域，特别是涉及一种铅基电池及储能装置。
背景技术
铅基电池因技术成熟、稳定可靠性好、回收性好和成本低等优点，在动力电池及储能电池行业得到广泛应用。铅基电池主要包括铅酸电池、铅炭电池等类型，普遍采用稀释硫酸作为电解液以进行电化学储能。
铅基电池在放电过程中，活性物质中的氧离子会与电解液中的氢根进行化学反应生成水，造成电解液中硫酸与水的比重变化。当电解液比重变化时，电解液的化学活性显著下降，引起电池电压和容量同步下降，导致电池寿命大大缩短；同时，由于电解液中水分的增加，会使得电解液的结冰点升高，限制了电池在储能等低温环境下的使用；而且，对于极板垂直安放的富液电池，由于极板表面的电解液的比重与周围电解液的比重不同，会使得电解液沉降分层，导致极板上下部分的充放电电流不一致，缩短电池寿命。
由于铅基电池在使用过程中电解液会发生比重变化，并在充电后期产生析气现象。而现有的铅基电池其电解液都是在使用前一次性灌注到电池内，电解液的含量受电池容量限制，使得铅基电池无法避免因电解液比重变化所引起的化学活性降低、沉降分层所带来的铅基电池的问题以及低温使用性能不佳的问题，贫液电池更容易因电解液干沽造成早期失效，使用寿命远比富液电池更短。
发明内容
基于此，有必要针对现有技术中铅基电池因电解液一次性灌注而含量相对固定，导致电池使用寿命短且低温使用性能不佳的问题，提供一种改善上述缺陷的铅基电池及储能装置。
一种铅基电池，包括：
铅基电池单体，所述铅基电池单体具有均连通自身内部的注液口和排液口；
储液罐，独立于所述铅基电池单体外部，所述储液罐具有回液口和出液口，所述回液口经回液管路与所述排液口连通，所述出液口经注液管路与所述注液口连通；及
泵体，设置于所述回液管路或所述注液管路上，用于提供促使电解液在所述储液罐和所述铅基电池单体之间循环流动的动力。
在其中一个实施例中，所述储液罐的容量是所述铅基电池单体所需的所述电解液含量的至少两倍。
在其中一个实施例中，所述铅基电池还包括处理装置，所述处理装置设于所述回液管路上，用于流通并调整由所述铅基电池单体回流至所述储液罐的所述电解液的成分。
在其中一个实施例中，所述处理装置包括过滤部，所述过滤部位于所述电解液的流动路径上，用于过滤由所述铅基电池单体回流至所述储液罐的所述电解液中的杂质。
在其中一个实施例中，所述过滤部为耐酸过滤纸。
在其中一个实施例中，所述处理装置还包括调质部，用于流通并调节由所述铅基电池单体回流至所述储液罐的所述电解液的比重。
在其中一个实施例中，在所述电解液由所述铅基电池单体回流至所述储液罐的的流动路径上，所述调质部位于所述过滤部的下游。
在其中一个实施例中，所述注液口位于所述排液口的上方，且所述排液口位于所述铅基电池单体的底部。
在其中一个实施例中，所述铅基电池单体为仅经由所述注液口和所述排液口与外界连通的全封闭式结构。
一种储能装置，包括上述任一实施例中所述的铅基电池。
上述铅基电池，储液罐内的电解液在泵体提供的动力作用下在铅基电池单体与储液罐之间循环流动，铅基电池单体在放电过程中发生比重变化的电解液在循环的过程中被储液罐内的电解液中和形成活性变化甚微的“新鲜的电解液”，铅基电池单体始终经由“新鲜的电解液”参与化学反应，其电解液活性基本保持如初，不会引起电池电压与容量的下降。同时，电解液中增加的水分被中和对电解液结冰点的影响甚微，不会出现因水分增加而结冰点升高，并引起电池无法在低温环境下使用的问题。而且，流动的电解液可使得铅基电池单体内的电解液各处的浓度一致，不会出现电解液沉降分层，进而避免因此造成的极板上下部分充放电不一致造成电池寿命缩短的问题，克服了铅基电池因电解液干沽造成电池失效的结构性缺陷。另外，由于电解液在泵体作用下在铅基电池单体和储液罐之间循环流动，在充放电过程中析出的氧气和氢气在未及时复合时，能够随流动的电解液排出到储液罐内，而不会经铅基电池单体上的泄压结构(如泄压阀等)溢出到铅基电池单体之外，不会对外部用电设备造成腐蚀。
附图说明
图1为本申请一实施例中的铅基电池的结构示意图。
附图标记说明：
1、储液罐；2、电解液；3、泵体；4、注液管路；5、铅基电池单体；6、注液口；7、排液口；8、处理装置；9、回液管路。
具体实施方式
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。
在本申请的描述中，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申请和简化描述，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申请的限制。
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至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本申请中，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；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，除非另有明确的限定。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申请中的具体含义。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
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也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”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。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
请参阅图1，本申请一实施例中提供了一种铅基电池，包括铅基电池单体5、储液罐1及泵体3，铅基电池单体5均具有连通自身内部的注液口6和排液口7，储液罐1独立于铅基电池单体5外部，储液罐1具有回液口和出液口，回液口经由回液管路9与排液口7连通，出液口经由储液管路与注液口6连通。泵体3 设置于回液管路9或注液管路4上，用于提供促使电解液2在储液罐1和铅基电池单体5之间循环流道的动力。
其中，铅基电池单体5为组成铅基电池电堆(电堆由多个电池单体串联形成)的最小单元，一般包括有正极(未图示)、负极(未图示)、隔板(未图示)、电解液2、壳体(未图示)、泄压阀(未图示)、极柱(未图示)等等，其具体构造在本申请实施例中不进行赘述和限定，其正极一般含有成分(但不限于)氧化铅，负极一般含有成分(但不限于)铅(铅炭电池单体的负极中还添加有活性炭物质来提高电池寿命)，电解液2通常为(但不限于)稀H2SO4溶液。铅基电池单体5在放电状态下发生如下化学反应： PbO2+2H2SO4+Pb＝PbSO4+2H2O+PbSO4。铅酸电池单体在充电状态下发生如下化学反应：PbSO4+2H2O+PbSO4＝PbO2+2H2SO4+Pb，实现铅基电池单体5的二次利用。
铅基电池中铅基电池单体5的数量为至少一个。当存在多个独立铅基电池单体5时，可以经由一个储液罐1向所有独立铅基电池单体5提供循环的电解液2。
上述铅基电池，储液罐1内的电解液2在泵体3提供的动力作用下在铅基电池单体5与储液罐1之间循环流动，铅基电池单体5在放电过程中发生比重变化的电解液2在循环的过程中被储液罐1内的电解液2中和形成活性变化甚微的“新鲜的电解液2”，铅基电池单体5始终经由“新鲜的电解液2”参与化学反应，其电解液2活性基本保持如初，不会引起电池电压与容量的下降。同时，电解液2中增加的水分被中和对电解液2结冰点的影响甚微，不会出现因水分增加而结冰点升高，并引起电池无法在低温环境下使用的问题。而且，流动的电解液2可使得铅基电池单体5内的电解液2各处的浓度一致，不会出现电解液2沉降分层，进而避免因此造成的极板上下部分充放电不一致造成电池寿命缩短的问题，克服了铅基电池因电解液干沽造成电池失效的结构性缺陷。
另外，由于电解液2在泵体3作用下在铅基电池单体5和储液罐1之间循环流动，在充放电过程中析出的氧气和氢气在未及时复合时，能够随流动的电解液2排出到储液罐1内，而不会经铅基电池单体5上的泄压结构(如泄压阀等)溢出到铅基电池单体5之外，不会对外部用电设备造成腐蚀，可以解决现有的铅基电池容易泄气而发生电气事故的问题。
本申请实施例中所提及的铅基电池单体5为富液式电池单体或贫液式电池单体。富液式电池单体是指电池槽内除去极板、隔板及其他固体组装部件的剩余空间完全充满电解液2，电解液2处于富余过量状态。贫液式电池单体，采用玻璃纤维吸附电解液2后作为隔膜放置在正、负电极之间，起到绝缘和提供电解液2的双重作用。为避免充电后期电极析氧、析氢造成电解液2损耗，玻璃纤维必须保留部分空间，为析出的氢、氧气体在电化学作用下复合成水提供容积，由于复合空间占用了部分电解液2容积，故称为贫液式。
具体到实施例中，储液罐1的容量是铅基电池单体5所需的电解液2含量的至少两倍。如此，从铅基电池单体5内流出的“旧电解液2”进入到储液罐1 内中对储液罐1内的电解液2的成分影响甚微，可持久形成“新鲜的电解液2”并保证电解液2的化学活性，进而保证正、负极活性物质的活性。在实际应用时，储液罐1的容量越大越好，例如可以是铅基电池单体5所需电解液2容量的100倍。
可理解地，通过储液罐1存储大量的电解液2，铅基电池具有远超出铅基电池单体5容量的电解液2，使得铅基电池处于“超富液”模式。
在一些实施例中，铅基电池还包括处理装置8，处理装置8设于回液管路9 上，用于流通并调整经由铅基电池单体5回流到储液罐1的电解液2的成分。其中，调整电解液2的成分包括去除电解液2中的杂质以及调整硫酸与水的比重等。电解液2中的杂质来源包括脱落的活性物质以及本身因纯度问题所携带的杂质等，当电解液2中存在杂质时，杂质与极板之间或杂质与杂质之间会产生电位差，形成闭合的“局部电池”而产生电流而自行放电，减少电池的内部放电造成的容量损失，提高电池备用存放时限。此时，通过处理装置8对回液管路9上的电解液2进行成分的调整，可以保证长时间内整个流路中电解液2的活性并延长电池寿命。
具体到实施例中，处理装置8包括过滤部，过滤部位于电解液2的流动路径上，用于过滤经由铅基电池单体5回流到储液罐1的电解液2中的杂质。这样来降低因杂质所引起的自行放电现象，提高电池寿命。具体地，过滤部为耐酸过滤纸。可以采用工业常用的耐酸过滤纸，如涤纶过滤纸，丙纶过滤纸，锦纶过滤纸，维纶过滤纸等，当然过滤部也可以是过滤布，具体形式不限定。进一步地，耐酸过滤纸的孔径小于1um。由于活性物质和杂质的大小通过大于1um,因此选用孔径小于 1um能够起到很好的过滤效果。
具体到实施例中，处理装置8还包括调质部，用于流通并调节经由铅基电池单体5回流到储液罐1的电解液2的比重。可选地，调质部包括蒸馏水储存部、硫酸储存部、检测单元和控制单元等，检测单元所检测的结果反馈至控制单元，控制单元根据其结果控制蒸馏水储存部和硫酸储存部向回液管路9内添加蒸馏水和硫酸，以调整电解液2的成分，保持电解液2的比重。其中，检测单元可以是PH值检测件，控制器根据PH检测件所检测PH值来判断电解液2中硫酸与水的比重与目标比重的差值，进而控制蒸馏水储存部和硫酸储存部向回液管路9内补充蒸馏水和硫酸。当然，检测单元的具体构造不限于上述方案，也可以是硫酸浓度检测件，经由硫酸浓度检测件直接检测电解液的浓度来助于调整其比重等。
在本实施例中，通过对电解液2的比重进行调整可以保证电解液2具有较低的结冰点(本申请的铅基电池经过调整后其结冰点可达到零下60℃)，特别适应于低温的储能环境。
优选地，在电解液2经由铅基电池单体5回流到储液罐1的的流动路径上，调质部位于过滤部的下游。这样，电解液2从排液口7排出口先经过过滤部过滤后再经调质部调整成分，有助于提高调质部检测结果的准确性，进行保证调整结果的准确性。
处理装置8的具体构造在本申请中不进行限定，只要实现上述功能即可。
优选地，铅基电池单体5的注液口6位于其排液口7的上方，且排液口7 位于铅基电池单体5的底部。如此，电解液2可利用自重加速铅基电池单体5 内的流动，提高循环效率。另外，排液口7位于底部可有效避免杂质沉降。当然，在其他实施例中，注液口6和排液口7的布置方位也可以是其他方式，具体不限定。
在一些实施例中，铅基电池单体5为仅经由注液口6与排液口7与外界连通的全封闭式结构。“全封闭式结构”是指铅基电池单体5与外界连通除了通过注液口6与排液口7外，不存在其他与外界连通或在某一状态下可与外界连通的结构(如泄压阀等)。由于电解液2在泵体3作用下在铅基电池单体5和储液罐1之间循环流动，在充放电过程中析出的氧气和氢气在未及时复合时，能够随流动的电解液2排出到储液罐1内，而不会经铅基电池单体5溢出到铅基电池单体5之外，不会对外部用电设备造成腐蚀，因此可设置为不需要泄压结构的全封闭式结构。全封闭式结构可简化铅基电池的结构，降低生产成本。
优选到实施例中，泵体3为软管泵。相比其他泵种，软管泵具有更好的自吸能力，几乎可以产生完美的真空来吸液，压缩软管的转子完全独立于介质之外，可减少电解液在管路中的损耗。泵体3优选为氟软管泵，耐酸性能好。
本申请提供的铅基电池的工作流程是，电解液存储在储液罐1中，电解液2 通过泵体3加压送入注液管路4，注液管路4连接铅基电池单体5的注液口6，电解液在压力下注入全密封的铅基电池单体5内部，铅基电池单体5内部的电解液在压力下从铅基电池单体5的排液口7排出，在流经回液管路9时，经过滤部滤除杂质后，经调质部根据需要对电解液的比重进行调整，过滤和调质后的电解液经回液管路9返回储液罐1，完成电解液的循环使用流程。
本申请提供的铅基电池具备以下有益效果：
1)外循环模式向铅基电池单体不间断提供最佳参数的电解液，可以使活性物质始终处于最佳工作状态，可以有效提高电池的功率、容量和寿命。
2)采用电解液循环机制，有效避免电解液分层现象造成的极板局部提前失效的缺陷，大幅延长电池的使用寿命。
3)电解液外部处理装置可以滤除电池充放电过程中产生的杂质，减少电池的内部放电造成的容量损失，提高电池备用存放时限。
4)可以动态调整电解液比重，最多可将电解液冰点降低到-60℃，有效解决极冷状态下二次电池的普遍应用难题。
5)可以让铅基电池工作在高度密封状态下，避免阀控电池所产生的有害气体对机房设备产生腐蚀性破坏。
6)电解液外循环结构可以不断补充电池内部电解液，克服了贫液式阀控密封电池产生后期电解液干沽失效的结构性缺陷。
另外，本申请一实施例中提供了一种储能装置，该储能装置包括上述任一实施例中提供的铅基电池。
由于该储能装置具备上述铅基电池，其储液罐1内的电解液2在泵体3提供的动力作用下在铅基电池单体5与储液罐1之间循环流动，铅基电池单体5 在放电过程中发生比重变化的电解液2在循环的过程中被储液罐1内的电解液2 中和形成活性变化甚微的“新鲜的电解液2”，铅基电池单体5始终经由“新鲜的电解液2”参与化学反应，其电解液2活性基本保持如初，不会引起电池电压与容量的下降。同时，电解液2中增加的水分被中和对电解液2结冰点的影响甚微，不会出现引水分增加而结冰点升高所引起的电池无法在低温环境下使用的问题，克服了铅基电池因电解液干沽造成电池失效的结构性缺陷。而且，流动的电解液2可使得铅基电池单体5内的电解液2各处的浓度一致，不会出现电解液2沉降分层，进而避免因此造成的极板上下部分充放电不一致造成电池寿命缩短的问题，因此使得储能装置具备较好的供电条件和供电周期，降低储能装置的用电成本和耗材成本。
当然，该储能装置还包括上述其他有益效果，在此不进行限定。储能装置可以为储能柜等，具体地可为风能储能装置、太阳能储能装置等等。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种铅基电池，其特征在于，包括：
铅基电池单体(5)，所述铅基电池单体(5)具有均连通自身内部的注液口(6)和排液口(7)；
储液罐(1)，独立于所述铅基电池单体(5)外部，所述储液罐(1)具有回液口和出液口，所述回液口经回液管路(9)与所述排液口(7)连通，所述出液口经注液管路(4)与所述注液口(6)连通；及
泵体(3)，设置于所述回液管路(9)或所述注液管路(4)上，用于提供促使电解液(2)在所述储液罐(1)和所述铅基电池单体(5)之间循环流动的动力。
2.根据权利要求1所述的铅基电池，其特征在于，所述储液罐(1)的容量是所述铅基电池单体(5)所需的所述电解液(2)含量的至少两倍。
3.根据权利要求1所述的铅基电池，其特征在于，所述铅基电池还包括处理装置(8)，所述处理装置(8)设于所述回液管路(9)上，用于流通并调整由所述铅基电池单体(5)回流至所述储液罐(1)的所述电解液(2)的成分。
4.根据权利要求3所述的铅基电池，其特征在于，所述处理装置(8)包括过滤部，所述过滤部位于所述电解液(2)由所述铅基电池单体(5)回流至所述储液罐(1)的流动路径上，用于过滤所述电解液(2)中的杂质。
5.根据权利要求4所述的铅基电池，其特征在于，所述过滤部为耐酸过滤纸。
6.根据权利要求4所述的铅基电池，其特征在于，所述处理装置(8)还包括调质部，用于流通并调节由所述铅基电池单体(5)回流至所述储液罐(1)的所述电解液(2)的比重。
7.根据权利要求6所述的铅基电池，其特征在于，在所述电解液(2)由所述铅基电池单体(5)回流至所述储液罐(1)的流动路径上，所述调质部位于所述过滤部的下游。
8.根据权利要求1所述的铅基电池，其特征在于，所述注液口(6)位于所述排液口(7)的上方，且所述排液口(7)位于所述铅基电池单体(5)的底部。
9.根据权利要求1所述的铅基电池，其特征在于，所述铅基电池单体(5)为仅经由所述注液口(6)和所述排液口(7)与外界连通的全封闭式结构。
10.一种储能装置，其特征在于，包括如权利要求1至9中任一项所述的铅基电池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210095943.1A CN116544527A (zh) | 2022-01-26 | 2022-01-26 | 铅基电池及储能装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210095943.1A CN116544527A (zh) | 2022-01-26 | 2022-01-26 | 铅基电池及储能装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116544527A true CN116544527A (zh) | 2023-08-04 |
Family
ID=87453000
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210095943.1A Pending CN116544527A (zh) | 2022-01-26 | 2022-01-26 | 铅基电池及储能装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116544527A (zh) |
-
2022
- 2022-01-26 CN CN202210095943.1A patent/CN116544527A/zh active Pending
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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