CN117154164B - 一种液流电池组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液流电池组，包括电堆单元、电解液、电液箱以及循环泵系统，循环泵系统将电解液在电堆单元和电液箱之间实现循环；其中电液箱中设置有两个容纳腔，两个容纳腔之间绝缘隔离，且两个容纳腔分别用于容纳正极电解液和负极电解液；两个容纳腔相互靠近的拐角处贯穿安装有补给管，容纳腔中转动安装有带有叶轮的搅拌杆，其中，补给管的一端与叶轮对齐设置；循环泵系统包括双头卷簧泵结构、锥齿轮传动结构、蓄能输入机构、能量控制释放机构以及缓冲机构。本发明能够应用于车辆上，类似于现有的加汽油的方式，将加汽油替换为循环电解液加电量，能够保持旅途的顺利续航，且不需要过多的充电时间，更为方便。

Description

一种液流电池组

技术领域

本发明涉及液流电池技术领域，具体为一种液流电池组。

背景技术

液流电池组一般包括电堆单元、电解质溶液、电解质溶液储供单元以及控制管理单元等组成。其中，正负极全使用钒盐溶液的称为全钒液流电池，简称钒电池。液流电池是利用正负极电解液分开，各自循环的一种高性能蓄电池，具有容量高、使用领域广、循环使用寿命长的特点。

但是，现有的液体电池组还存在充电慢的问题，尤其是应用在车辆上时，由于车辆是出行工具，在旅程中，经常没有过多的等待时间进行充电，降低了其应用在车辆上的可能性，为此，我们提出一种液流电池组。

发明内容

本发明的目的在于提供一种液流电池组，以解决上述背景技术中现有电动车辆在旅途中，需要较长时间等待充电的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种液流电池组，包括电堆单元、电解液、电液箱以及循环泵系统，电解液容纳在电液箱中，循环泵系统将电解液在电堆单元和电液箱之间实现循环；其中：

电液箱中设置有两个容纳腔，两个容纳腔之间绝缘隔离，且两个容纳腔分别用于容纳正极电解液和负极电解液；两个容纳腔相互靠近的拐角处贯穿安装有补给管，所述容纳腔中转动安装有带有叶轮的搅拌杆，其中，补给管的一端与叶轮对齐设置；

循环泵系统包括双头卷簧泵结构、锥齿轮传动结构、蓄能输入机构、能量控制释放机构以及缓冲机构，其中：

双头卷簧泵结构用于正极电解液和负极电解液循环输送；锥齿轮传动结构用于连接双头卷簧泵结构和蓄能输入机构；

蓄能输入机构用于给双头卷簧泵结构中的卷簧进行蓄能；

能量控制释放机构用于控制双头卷簧泵结构的能量释放；

缓冲机构设置在电堆单元的电解液循环前端，用于稳定控制进入到电堆单元中电解液的流速。

作为优选，上述所述双头卷簧泵结构包括中空轴，所述中空轴上套装有卷簧，所述中空轴的两端各设置有一泵体，所述泵体的输入轴上固定套装有单向轴承b，所述单向轴承b固定插装在中空轴的端部；

由于单向轴承b仅能进行单向旋转，因此：

在卷簧释放能量时，能够顺向带动中空轴转动，从而带动泵体的输入轴转动，启动泵体工作；

当卷簧积蓄能量时，中空轴逆向的转动无法带动泵体的输入轴转动，避免泵体逆转。

作为优选，上述还包括编码器，所述编码器的一端安装有齿轮B，所述齿轮B与中空轴上固定套装的齿轮A传动连接；所述编码器的信号输出端与整车控制器的信号输入端连接；通过编码器计算卷簧的圈数得到卷簧的蓄能能量大小，从而根据卷簧的能量大小状态进行控制蓄能或释放能量。

作为优选，上述所述蓄能输入机构包括与锥齿轮传动结构连接的套筒，所述套筒的内部设置有环形的斜齿槽，能够人力或机械通过工具插入到套筒内驱动套筒旋转。

作为优选，上述所述蓄能输入机构包括减速蓄能结构，其中，减速蓄能结构包括与锥齿轮传动结构传动连接的动力轴和电动推杆B，所述动力轴上设置有能够与车辆轮轴传动连接的齿轮C，所述齿轮C设置为柱齿轮，所述动力轴上套装有滚珠轴承，所述电动推杆B活塞杆的一端与滚珠轴承的一侧固定连接，所述电动推杆B受控于整车控制器，当车辆在减速或刹车减速时，驱动电动推杆B伸长利用车辆轮轴的动能对卷簧进行蓄能。

作为优选，上述所述能量控制释放机构包括电动推杆A，所述电动推杆A的活塞杆一端固定连接有锁合齿和弹性耐磨橡胶块；所述中空轴上固定套装有单向轴承a，所述单向轴承a的外侧固定套设有齿圈和耐磨环；所述齿圈和耐磨环分别设置在锁合齿和弹性耐磨橡胶块的正下方；其中，电动推杆A受控于整车控制器，通过控制电动推杆A的伸长长度，利用增加或减少弹性耐磨橡胶块与耐磨环之间的摩擦力的方式能够控制中空轴的转速，同时在需要锁合前，降低中空轴的转速。

作为优选，上述所述缓冲机构包括连通在泵体出口上的管路，该管路上连有弹性囊体，所述弹性囊体的表面安装有压力传感器，该压力传感器的信号输出端与整车控制器的信号输入端连接；所述管路上连通有单向阀以及流量阀，所述单向阀以及流量阀分别位于弹性囊体前端和后端，通过泵体将电解液泵入到弹性囊体中，利用弹性囊体的弹力能够起到缓冲作用，更为稳定；同时利用压力传感器能够起到反馈作用，用于检测泵体输送是否稳定。

本发明还提供了一种车辆，包括上述所述的液流电池组，其中，补给管的端部穿入车身侧面开设的补给口内，且补给口上设置有堵盖。

本发明还提供了一种加油站，该加油站能够提供上述所述车辆所使用的正极电极液和负极电解液，且该加油站还具有补液工具，所述补液工具包括把手以及连接在把手上的两根平行的插管，两根插管之间连接有限位杆，所述插管的中部设置有抽液口，且插管的下部安装有电解液密度传感器，所述电解液密度传感器的信号输出端与把手内的单片机连接，并通过显示屏进行显示测量信息，所述把手的一端连接有套管，所述套管以及插管内均内置有电缆线、补液管以及抽液管，其中补液管的一端与喷射口连通，所述抽液管的一端与抽液口连通；所述补液管以及抽液管上分别连有补液泵和抽液泵，其中抽液泵的流量大于补液泵的流量；所述把手上安装有用于同时控制补液泵和抽液泵的一键控制按钮。

作为优选，上述加油站还具有充能工具，所述充能工具包括带有把手部的电机，该电机为减速电机，所述电机的电机轴一端固定连接有方杆，所述方杆上滑动套装有滑套，所述方杆上套装有弹簧，所述弹簧的两端分别连接在电机轴上和滑套上，所述滑套的下端固定连接有圆板，所述圆板的底部表面固定连接有斜齿。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明，直接将液流电池组装载到车辆上，通过补给管能够直接补给电解液，直接将新的满电的电解液注入电液箱混合并抽出的循环方式，比先全部抽出电解液，再注入满电的电解液的更换方式，补给效率更高；

2、本发明，利用电解液密度传感器，在补给前测出密度，然后在补给后也测出密度，通过前后密度差，计算出定容积的电量差，然后进行计费，计费方式更为准确公允；适合加油站使用；

3、本发明，能够应用于车辆上，类似于现有的加汽油的方式，将加汽油替换为循环电解液加电量，能够保持旅途的顺利续航，且不需要过多的充电时间，更为方便；

4、本发明，在电液箱中设置搅拌杆，在补液循环时，利用喷射电解液冲击叶轮的方式进行驱动，电解液混合更为均匀，且提高了效率；

5、本发明，利用双头卷簧泵结构代替现有的电驱动泵进行电解液的循环，节省车辆上电能的损耗，还能够收集车辆刹车、减速时的动能进行蓄能，更为节能，更能延长电动车辆的续航；

6、本发明，利用缓冲机构以及编码器，能够监测双头卷簧泵结构的能量状态以及输出的稳定性，保障了双头卷簧泵结构对电解液的输送质量；

7、本发明，利用能量控制释放机构能够准确控制双头卷簧泵结构的能量释放过程，进一步提高电解液输送的稳定性。

附图说明

图1为现有技术中液流电池组的原理结构示意图；

图2为本发明电液箱的结构示意图；

图3为本发明图2中A-A剖面结构示意图；

图4为本发明双头卷簧泵结构的结构示意图；

图5为本发明缓冲机构的结构示意图；

图6为本发明应用在车辆上的结构示意图；

图7为本发明补液工具的结构示意图；

图8为本发明补液工具的局部结构示意图；

图9为本发明减速蓄能结构的结构示意图；

图10为本发明充能工具的结构示意图。

图中：

100、电液箱；101、补给管；102、容纳腔；103、搅拌杆；104、搅拌叶；105、叶轮；106、膛线；

200、双头卷簧泵结构；201、泵体；202、中空轴；203、齿轮A；204、锥齿轮；205、卷簧；206、单向轴承a；207、齿圈；208、耐磨环；209、齿轮B；210、编码器；211、输入轴；212、单向轴承b；213、管路；214、单向阀；215、弹性囊体；216、压力传感器；217、流量阀；

300、锥齿轮传动结构；

400、套筒；401、斜齿槽；

500、能量控制释放机构；501、电动推杆A；502、弹性耐磨橡胶块；503、锁合齿；

601、补给口；602、圆孔；

700、补液工具；701、插管；702、喷射口；703、电解液密度传感器；704、抽液口；705、限位杆；706、把手；707、一键控制按钮；708、显示屏；709、套管；710、补液管；711、补液泵；712、抽液管；713、抽液泵；

800、充能工具；801、电机；802、把手部；803、弹簧；804、方杆；805、滑套；806、圆板；807、斜齿；

900、减速蓄能结构；901、齿轮C；902、动力轴；903、滚珠轴承；904、电动推杆B。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1中所示，一种液流电池组，包括电堆单元、电解液、电液箱100以及循环泵系统，电解液容纳在电液箱100中，循环泵系统将电解液在电堆单元和电液箱100之间实现循环。

本实施中，如图2和图3中所示，电液箱100中设置有两个容纳腔102，两个容纳腔102之间绝缘隔离，且两个容纳腔102分别用于容纳正极电解液和负极电解液；两个容纳腔102相互靠近的拐角处贯穿安装有补给管101，容纳腔102中转动安装有带有叶轮105的搅拌杆103，其中，补给管101的一端与叶轮105对齐设置；其中，搅拌杆103上还设置有搅拌叶104，电液箱100的内壁设置为筒形结构，内壁上设置有膛线106，膛线106可以是凹陷的，也可以是凸出的，主要目的是为了更好地在补液循环时进行混合。

而循环泵系统包括双头卷簧泵结构200、锥齿轮传动结构300、蓄能输入机构、能量控制释放机构500以及缓冲机构，其中：双头卷簧泵结构200用于正极电解液和负极电解液循环输送；锥齿轮传动结构300用于连接双头卷簧泵结构200和蓄能输入机构；具体在实施时，双头卷簧泵结构200的中空轴202上设置有与锥齿轮传动结构300啮合的锥齿轮204；蓄能输入机构用于给双头卷簧泵结构200中的卷簧205进行蓄能；能量控制释放机构500用于控制双头卷簧泵结构200的能量释放；缓冲机构设置在电堆单元的电解液循环前端，用于稳定控制进入到电堆单元中电解液的流速。

具体在实施时，如图4所示，双头卷簧泵结构200包括中空轴202，中空轴202上套装有卷簧205，中空轴202的两端各设置有一泵体201，泵体201的输入轴211上固定套装有单向轴承b212，单向轴承b212固定插装在中空轴202的端部；

由于单向轴承b212仅能进行单向旋转，因此：

在卷簧205释放能量时，能够顺向带动中空轴202转动，从而带动泵体201的输入轴211转动，启动泵体201工作；

当卷簧205积蓄能量时，中空轴202逆向的转动无法带动泵体201的输入轴211转动，避免泵体201逆转。

以上在实施时，需要注意的是泵体201的设置，由于中空轴202的两端的转动相对于泵体201的驱动方向是相反的，因此，两个泵体201在设置时，其泵体201的输入轴211的驱动方向也是相反设置的。还需要注意的是，单向轴承b212的安装，不要装反了，在实施时，可以进行试装。

如图4中所示，还包括编码器210，编码器210的一端安装有齿轮B209，齿轮B209与中空轴202上固定套装的齿轮A203传动连接；编码器210的信号输出端与整车控制器的信号输入端连接；通过编码器210计算卷簧205的圈数得到卷簧205的蓄能能量大小，从而根据卷簧205的能量大小状态进行控制蓄能或释放能量。且在充能时，能够得知卷簧205的状态，从而及时停止充能，避免过充，起到保护作用。

在实施时，如图4所示，蓄能输入机构包括与锥齿轮传动结构300连接的套筒400，套筒400的内部设置有环形的斜齿槽401，能够人力或机械通过工具插入到套筒400内驱动套筒400旋转。如图6中所示，在应用于车辆上时，套筒400安装到车辆侧面开设的圆孔602内，方便在补液时进行充能。

如图4中所示，能量控制释放机构500包括电动推杆A501，电动推杆A501的活塞杆一端固定连接有锁合齿503和弹性耐磨橡胶块502；中空轴202上固定套装有单向轴承a206，单向轴承a206的外侧固定套设有齿圈207和耐磨环208；齿圈207和耐磨环208分别设置在锁合齿503和弹性耐磨橡胶块502的正下方；其中，电动推杆A501受控于整车控制器，通过控制电动推杆A501的伸长长度，利用增加或减少弹性耐磨橡胶块502与耐磨环208之间的摩擦力的方式能够控制中空轴202的转速，同时在需要锁合前，降低中空轴202的转速。

如图5中所示，缓冲机构包括连通在泵体201出口上的管路213，该管路213上连有弹性囊体215，弹性囊体215的表面安装有压力传感器216，该压力传感器216的信号输出端与整车控制器的信号输入端连接；管路213上连通有单向阀214以及流量阀217，单向阀214以及流量阀217分别位于弹性囊体215前端和后端，通过泵体201将电解液泵入到弹性囊体215中，利用弹性囊体215的弹力能够起到缓冲作用，更为稳定；同时利用压力传感器216能够起到反馈作用，用于检测泵体201输送是否稳定。

需要说明的是，以上能够直接与电解液接触的部件，基本都是绝缘耐腐蚀的。在装载到车辆上时，以上的部件能够根据车辆情况，在不影响其正常工作的情况下合理布置安装。

实施例2

与实施例1不同的是，本实施例中，蓄能输入机构包括减速蓄能结构900，其中，减速蓄能结构900包括与锥齿轮传动结构300传动连接的动力轴902和电动推杆B904，动力轴902上设置有能够与车辆轮轴传动连接的齿轮C901，齿轮C901设置为柱齿轮，动力轴902上套装有滚珠轴承903，电动推杆B904活塞杆的一端与滚珠轴承903的一侧固定连接，电动推杆B904受控于整车控制器，当车辆在减速或刹车减速时，驱动电动推杆B904伸长利用车辆轮轴的动能对卷簧205进行蓄能。本实施例能够在车辆行驶过程中，收集多余的能量进行蓄能使用。

实施例3

以上实施例1和实施例2的蓄能输入机构能够兼容。具体的，就是采用两组锥齿轮传动结构300分别将实施例1中的蓄能输入机构和实施例2中的蓄能输入机构与中空轴202传动。车辆行驶过程中，实施例2单独自行启用；车辆静止时，实施例1单独启用，互不影响。

实施例4

本实施例提出一种车辆，将上述实施例1的液流电池组应用在车辆上，其中，具体如图6中所示，补给管101的端部穿入车身侧面开设的补给口601内，且补给口601上设置有堵盖。

实施例5

与实施例4不同的是，本实施例提供一种加油站，该加油站能够提供实施例4中车辆所需的正极电极液和负极电解液，且该加油站还具有补液工具700，补液工具700包括把手706以及连接在把手706上的两根平行的插管701，两根插管701之间连接有限位杆705，插管701的中部设置有抽液口704，且插管701的下部安装有电解液密度传感器703，电解液密度传感器703的信号输出端与把手706内的单片机连接，并通过显示屏708进行显示测量信息，在具体实施时，能够直接换算出费用，便于直接结算；把手706的一端连接有套管709，套管709以及插管701内均内置有电缆线、补液管710以及抽液管712，其中补液管710的一端与喷射口702连通，抽液管712的一端与抽液口704连通；补液管710以及抽液管712上分别连有补液泵711和抽液泵713，其中抽液泵713的流量大于补液泵711的流量；把手706上安装有用于同时控制补液泵711和抽液泵713的一键控制按钮707。通过一键控制按钮707能够启动或停止补液。

实施例6

如图10中所示，本实施例在实施例5的基础上，为实施例1进行服务，配套提出了一种充能工具800，充能工具800包括带有把手部802的电机801，该电机801为减速电机，电机801的电机轴一端固定连接有方杆804，方杆804上滑动套装有滑套805，方杆804上套装有弹簧803，弹簧803的两端分别连接在电机轴上和滑套805上，滑套805的下端固定连接有圆板806，圆板806的底部表面固定连接有斜齿807。其中斜齿807能够与实施例1中的斜齿槽401配合，在进行充能时，当卷簧205能量充满或达标时，斜齿807与斜齿槽401之间的摩擦配合力小于卷簧205蓄能的最小力时，能够自动弹开斜齿807，能够提醒工作人员，避免过充过载，使用十分方便。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神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，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种液流电池组，包括电堆单元、电解液、电液箱（100）以及循环泵系统，电解液容纳在电液箱（100）中，循环泵系统将电解液在电堆单元和电液箱（100）之间实现循环；其特征在于：

电液箱（100）中设置有两个容纳腔（102），两个容纳腔（102）之间绝缘隔离，且两个容纳腔（102）分别用于容纳正极电解液和负极电解液；两个容纳腔（102）相互靠近的拐角处贯穿安装有补给管（101），所述容纳腔（102）中转动安装有带有叶轮（105）的搅拌杆（103），其中，补给管（101）的一端与叶轮（105）对齐设置；

循环泵系统包括双头卷簧泵结构（200）、锥齿轮传动结构（300）、蓄能输入机构、能量控制释放机构（500）以及缓冲机构，其中：

双头卷簧泵结构（200）用于正极电解液和负极电解液循环输送；锥齿轮传动结构（300）用于连接双头卷簧泵结构（200）和蓄能输入机构；

蓄能输入机构用于给双头卷簧泵结构（200）中的卷簧（205）进行蓄能；

能量控制释放机构（500）用于控制双头卷簧泵结构（200）的能量释放；

缓冲机构设置在电堆单元的电解液循环前端，用于稳定控制进入到电堆单元中电解液的流速；

所述双头卷簧泵结构（200）包括中空轴（202），所述中空轴（202）上套装有卷簧（205），所述中空轴（202）的两端各设置有一泵体（201），所述泵体（201）的输入轴（211）上固定套装有单向轴承b（212），所述单向轴承b（212）固定插装在中空轴（202）的端部；

由于单向轴承b（212）仅能进行单向旋转，因此：

在卷簧（205）释放能量时，能够顺向带动中空轴（202）转动，从而带动泵体（201）的输入轴（211）转动，启动泵体（201）工作；

当卷簧（205）积蓄能量时，中空轴（202）逆向的转动无法带动泵体（201）的输入轴（211）转动，避免泵体（201）逆转；

还包括编码器（210），所述编码器（210）的一端安装有齿轮B（209），所述齿轮B（209）与中空轴（202）上固定套装的齿轮A（203）传动连接；所述编码器（210）的信号输出端与整车控制器的信号输入端连接；通过编码器（210）计算卷簧（205）的圈数得到卷簧（205）的蓄能能量大小，从而根据卷簧（205）的能量大小状态进行控制蓄能或释放能量；

所述蓄能输入机构包括与锥齿轮传动结构（300）连接的套筒（400），所述套筒（400）的内部设置有环形的斜齿槽（401），能够人力或机械通过工具插入到套筒（400）内驱动套筒（400）旋转；

所述蓄能输入机构包括减速蓄能结构（900），其中，减速蓄能结构（900）包括与锥齿轮传动结构（300）传动连接的动力轴（902）和电动推杆B（904），所述动力轴（902）上设置有能够与车辆轮轴传动连接的齿轮C（901），所述齿轮C（901）设置为柱齿轮，所述动力轴（902）上套装有滚珠轴承（903），所述电动推杆B（904）活塞杆的一端与滚珠轴承（903）的一侧固定连接，所述电动推杆B（904）受控于整车控制器，当车辆在减速或刹车减速时，驱动电动推杆B（904）伸长利用车辆轮轴的动能对卷簧（205）进行蓄能；

所述能量控制释放机构（500）包括电动推杆A（501），所述电动推杆A（501）的活塞杆一端固定连接有锁合齿（503）和弹性耐磨橡胶块（502）；所述中空轴（202）上固定套装有单向轴承a（206），所述单向轴承a（206）的外侧固定套设有齿圈（207）和耐磨环（208）；所述齿圈（207）和耐磨环（208）分别设置在锁合齿（503）和弹性耐磨橡胶块（502）的正下方；其中，电动推杆A（501）受控于整车控制器，通过控制电动推杆A（501）的伸长长度，利用增加或减少弹性耐磨橡胶块（502）与耐磨环（208）之间的摩擦力的方式能够控制中空轴（202）的转速，同时在需要锁合前，降低中空轴（202）的转速；

所述缓冲机构包括连通在泵体（201）出口上的管路（213），该管路（213）上连有弹性囊体（215），所述弹性囊体（215）的表面安装有压力传感器（216），该压力传感器（216）的信号输出端与整车控制器的信号输入端连接；所述管路（213）上连通有单向阀（214）以及流量阀（217），所述单向阀（214）以及流量阀（217）分别位于弹性囊体（215）前端和后端，通过泵体（201）将电解液泵入到弹性囊体（215）中，利用弹性囊体（215）的弹力能够起到缓冲作用，更为稳定；同时利用压力传感器（216）能够起到反馈作用，用于检测泵体（201）输送是否稳定。

2.一种车辆，其特征在于：包括权利要求1所述的液流电池组，其中，补给管（101）的端部穿入车身侧面开设的补给口（601）内，且补给口（601）上设置有堵盖。

3.一种加油站，其特征在于：该加油站能够提供权利要求2所述车辆所使用的正极电极液和负极电解液，且该加油站还具有补液工具（700），所述补液工具（700）包括把手（706）以及连接在把手（706）上的两根平行的插管（701），两根插管（701）之间连接有限位杆（705），所述插管（701）的中部设置有抽液口（704），且插管（701）的下部安装有电解液密度传感器（703），所述电解液密度传感器（703）的信号输出端与把手（706）内的单片机连接，并通过显示屏（708）进行显示测量信息，所述把手（706）的一端连接有套管（709），所述套管（709）以及插管（701）内均内置有电缆线、补液管（710）以及抽液管（712），其中补液管（710）的一端与喷射口（702）连通，所述抽液管（712）的一端与抽液口（704）连通；所述补液管（710）以及抽液管（712）上分别连有补液泵（711）和抽液泵（713），其中抽液泵（713）的流量大于补液泵（711）的流量；所述把手（706）上安装有用于同时控制补液泵（711）和抽液泵（713）的一键控制按钮（707）。

4.根据权利要求3所述的加油站，其特征在于：其还具有充能工具（800），所述充能工具（800）包括带有把手部（802）的电机（801），该电机（801）为减速电机，所述电机（801）的电机轴一端固定连接有方杆（804），所述方杆（804）上滑动套装有滑套（805），所述方杆（804）上套装有弹簧（803），所述弹簧（803）的两端分别连接在电机轴上和滑套（805）上，所述滑套（805）的下端固定连接有圆板（806），所述圆板（806）的底部表面固定连接有斜齿（807）。