CN202444021U - 具有监测系统的液流电池堆 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种具有监测系统的液流电池堆。该具有监测系统的液流电池堆包括：电池堆装置以及监测装置，电池堆装置包括极板，极板上设有测量口；监测装置包括测量探头，测量探头延伸至电池堆装置的内部，且与极板上的测量口对应设置，监测装置用以监测测量口处的液流压力和温度。根据本实用新型的技术方案，在液流电池堆内部引入监测装置，通过该监测装置能够直接获取电池堆内部相关参数的真实数值及其分布状况，为液流电池堆系统性能的优化提供了可靠性依据。
Description
技术领域
本实用新型涉及液流储能电池领域，具体涉及一种具有监测系统的液流电池堆。
背景技术
全钒氧化还原液流电池简称钒电池，是氧化还原液流电池的一种，具有使用寿命长、能量转化效率、安全性高和环境友好等优点，能用于风能发电和光伏发电配套的大规模储能系统，是电网削峰填谷、平衡负载的主要选择之一。
钒电池主要由三部分组成：电极材料、电池隔膜和电解液，其中电解液是钒电池的核心，它是一个钒的多价态体系，实现着钒电池能量的储存和释放。钒电池以不同价态的钒离子溶液分别作为正负极活性物质，通过外接驱动泵让电解液的储液槽与电池堆内循环流动，正负极电解液在电池堆内的离子交换膜两侧的电极上分别发生氧化还原反应，以此完成充放电过程。
其反应式如下：
负极反应：V2+-e＝V3+ E0＝-0.26V
正极反应：VO2 ++2H++e＝VO2++H2O
在整个全钒氧化还原液流电池储能系统中，电池堆性能的好坏决定着整个系统的充放电性能，尤其是充放电功率。电池堆是由多片单电池依次叠放压紧，串联而成。其中单片电池通常的组成如图1所示。1’为液流框，2’为集流板，3’为电极，4’为隔膜，各极板件组成单体电池5’，通过N个单体电池5’的堆叠组成电池堆6’。在使用过程中，液流电池堆内部温度、压力、荷电状态等相应参数的数值和分布对电池系统的性能有极为重要的影响。在现有技术中，这些性能参数通常是通过流体力学等的模拟所获得，或者通过间接方法获得，如在电池外部监测进行监测。获得电池堆内部相关参数的真实数值及其分布对验证和指导电池的运行控制、系统设计及优化等具有重要意义，但目前尚无原位观测电池堆内部相关参数的技术和设备。现有技术中要实现不同的流场设计下电池性能参数的监测也很难。
实用新型内容
本实用新型旨在提供一种具有监测系统的液流电池堆，以解决现有技术中存在的难以在液流电池堆运行过程中直接获取其内部相关参数的真实数值及其分布的技术问题。
为了实现上述目的，根据本实用新型的一个方面，提供了一种具有监测系统的液流电池堆，包括：电池堆装置，包括极板，极板上设有测量口；以及监测装置，包括测量探头，测量探头延伸至电池堆装置的内部，且与极板上的测量口对应设置，监测装置用以监测测量口处的液流压力和温度。
进一步地，极板还设置有探头安装部，探头安装部与测量口对应相连；测量探头安装在探头安装部的内侧，且测量探头的顶端与测量口相适配。
进一步地，测量探头包括：探头件，安装在探头安装部的内侧；连接部，与探头件远离测量口的一侧相连，且与探头安装部的内壁螺纹连接。
进一步地，极板由极板件组成，其中极板件包括：凹槽极板件，凹槽极板件上设有凹槽部，测量口设置在凹槽部的底壁上；凸台极板件，与凹槽极板件适配相连。
进一步地，凹槽极板件包括长直型凹槽极板件、直角型凹槽极板件、T型凹槽极板件、和十字型凹槽极板件；凸台极板件包括长直型凸台极板件、直角型凸台极板件、T型凸台极板件、和十字型凸台极板件。
进一步地，在相邻极板件的连接处设有密封部。
进一步地，密封部包括：一组密封槽，对应地设置在相邻的极板件上；密封件，安装在一组密封槽的内部。
进一步地，在相邻极板件的连接处还设置有固定装置，固定装置包括定位槽和定位销，定位槽和定位销对应地设置在相邻的极板件上，且结构相适配。
进一步地，固定装置还包括定位板，定位板设置在由各极板件组装形成的极板的一侧以固定各极板件；定位板上设有与测量口相对应的通孔。
进一步地，定位板为栅网状定位板。
本实用新型的有益效果：本实用新型提供了一种具有监测系统的液流电池堆，通过在该液流电池堆内部引入监测装置的测量探头，能够直接获取电池堆内部相关参数的真实数值及其分布状况，为电池系统性能的优化提供了可靠性依据。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
图1示出了现有技术中全钒氧化还原液流电池及其构成电池堆的结构示意图；
图2示出了根据本实用新型典型实施例的带有测量口的极板的结构示意图；
图3示出了根据本实用新型典型实施例的带有测量口的极板与液流框装配后的结构示意图；
图4示出了根据本实用新型实施例的带有测量口的长直型凹槽极板件的俯视结构示意图；
图5为图4的相应剖面结构示意图；
图6为图4的相应端面图，示出了测量探头在探头安装部内的位置结构示意图；
图7示出了根据本实用新型实施例的整体式极板上设置测量口的结构示意图；
图8a示出了根据本实用新型实施例的长直型凹槽极板件的俯视结构示意图；
图8b示出了根据本实用新型实施例的直角型凹槽极板件的俯视结构示意图；
图8c示出了根据本实用新型实施例的T型凹槽极板件的俯视结构示意图；
图8d示出了根据本实用新型实施例的十字型凹槽极板件的俯视结构示意图；
图9a示出了根据本实用新型实施例的长直型凸台极板件的俯视结构示意图；
图9b示出了根据本实用新型实施例的直角型凸台极板件的俯视结构示意图；
图9c示出了根据本实用新型实施例的T型凸台极板件的俯视结构示意图；
图9d示出了根据本实用新型实施例的十字型凸台极板件的俯视结构示意图；
图10a-1示出了根据本实用新型实施例的长直型凹槽极板件上设置一个测量口的俯视结构示意图；
图10a-2为图10a-1的主视结构示意图；
图10b-1示出了根据本实用新型实施例的长直型凹槽极板件上设置三个测量口的俯视结构示意图；
图10b-2为图10b-1的主视结构示意图；
图10c-1示出了根据本实用新型实施例的直角型凹槽极板件上设置一个测量口的俯视结构示意图；
图10c-2为图10c-1的主视结构示意图；
图10d-1示出了根据本实用新型实施例的直角型凹槽极板件上设置三个测量口的俯视结构示意图；
图10d-2为图10d-1的主视结构示意图；
图10e-1示出了根据本实用新型实施例的直角型凹槽极板件上设置两个测量口的俯视结构示意图；
图10e-2为图10e-1的主视结构示意图；
图10f-1示出了根据本实用新型实施例的T型凹槽极板件上设置一个测量口的俯视结构示意图；
图10f-2为图10f-1的主视结构示意图；
图10g-1示出了根据本实用新型实施例的T型凹槽极板件上设置四个测量口的俯视结构示意图；
图10g-2为图10g-1的主视结构示意图；
图10h-1示出了根据本实用新型实施例的T型凹槽极板件上设置三个测量口的俯视结构示意图；
图10h-2为图10h-1的主视结构示意图；
图10i-1示出了根据本实用新型实施例的十字型凹槽极板件上设置一个测量口的俯视结构示意图；
图10i-2为图10i-1的主视结构示意图；
图10j-1示出了根据本实用新型实施例的十字型凹槽极板件上设置五个测量口的俯视结构示意图；
图10j-2为图10j-1的主视结构示意图；
图10k-1示出了根据本实用新型实施例的十字型凹槽极板件上设置四个测量口的俯视结构示意图；
图10k-2为图10k-1的主视结构示意图；
图11示出了根据本实用新型实施例的设置有密封槽的凹槽极板件的主视结构示意图；
图12示出了根据本实用新型实施例的设置有定位槽和定位稍的凹槽极板件的俯视结构示意图；
图13示出了根据本实用新型实施例的带有栅网状背板的组合式极板的结构示意图；
图14示出了根据本实用新型实施例的带有栅网状背板的组合式极板的端面结构示意图；
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请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实用新型。
根据本实用新型的一种典型实施方式，提供了一种具有监测系统的液流电池堆，包括电池堆装置和监测装置，如图2-6所示，其中电池堆装置包括极板2，极板2上设有测量口20；监测装置包括测量探头23，测量探头23延伸至电池堆装置的内部且与极板2上的测量口20对应设置，该监测装置用以监测测量口20处的液流压力和温度。本实用新型中所说的极板，即现有技术中的集流板。本实用新型通过在液流电池堆内部引入监测装置，该监测装置能够直接获取液流电池堆运行时其内部相关参数的真实数值及其分布状况，对验证和指导液流电池的运行控制、结构及系统的设计和优化具有重要意义。
根据本实用新型的优选实施方式，极板2上还设置有探头安装部24，探头安装部24与测量口20对应相连；测量探头23安装在探头安装部24的内侧，且测量探头23的顶端与测量口20相适配。现以探头安装部24安装在凹槽极板件21的凹槽211的底壁上的情况进行说明，如图4-6所示，图6示出了测量探头23在探头安装部24内的位置结构示意图，由于测量探头23属于灵敏器件，很容易损坏，将其置于探头安装部24内，在不影响其功能的前提下保证了使用的安全性。
如图6所示，测量探头23包括探头件231和连接部232，探头件231安装在探头安装部24的内侧，连接部232与探头件231远离测量口20的一侧相连，且与探头安装部24的内壁螺纹25连接。为了避免引入测量装置后对运行状态造成影响，测量探头23的探头件231位于探头安装部24的内部且其顶端刚好不伸入电池内部的位置为佳，即与测量口20相平齐。连接部232与探头安装部24的内壁螺纹25连接，内壁螺纹25具有固定测量探头并预防漏液的作用。
本实用新型的液流电池堆的极板2既包括整体式极板，如图7所示，又包括组合式极板，只要能在该极板2上设置测量口20并引入监测装置即可。优选地，极板2为组合式极板，该极板2由极板件组成，其中极板件包括凹槽极板件21和凸台极板件22，其中凹槽极板件21上设有凹槽211，测量口20设置在凹槽211的底壁上；凸台极板件22与凹槽极板件21适配相连。如图2-3所示，分别示出了由凹槽极板件21和凸台极板件22组合而成的组合式极板的结构示意图及该组合式极板与液流框1装配后的结构示意图。测量口20可以设置在极板2的任何位置，只要能够安装测量探头23进而监测出液流电池堆内部的相关性能参数即可。如可设在凹槽极板件21上或凸台极板件22上，将测量口20设置在凸台极板件22上可以测量到与极板2接触的电极部分的相关参数状况。优选将测量口20设置在凹槽211的底壁上，可以准确地监测出流过凹槽211内的电解液的压力，此压力数值也即是凹槽211的最上端与电极相接触处的压力。
本实用新型优选但不限于上述两种极板件，只要通过极板件之间的相互配合得到极板即可。选择凹槽极板件21和凸台极板件22组合得到不同型号的极板2，配合相应型号的液流框1进而组装成不同流场设计的液流电池装置。在考察不同参数的并行流场设计时，通过调整凹槽极板件21和凸台极板件22的比例，可以在维持流道深度不变的情况下，获得不同流道宽度和流道间距比值的极板，这里所说的流道深度、流道宽度及流道间距都是表征极板2不同流场设计的参数。将上述的极板2装入电池中进行运行和测试，就可以获得不同的流场设计下响应性能的比较结果，从而更加全面地监测出不同流场设计的液流电池内部性能参数及分布情况。
根据本实用新型的一种优选实施方式，如图8a-8d所示，凹槽极板件21包括长直型凹槽极板件、直角型凹槽极板件、T型凹槽极板件、和十字型凹槽极板件；如图9a-9d所示，凸台极板件22包括长直型凸台极板件、直角型凸台极板件、T型凸台极板件、和十字型凸台极板件。本实用新型优选但不限于上述类型的极板件，通过设计不同的极板类型，进而得到不同流场设计的液流电池堆，这样无需将每一个极板的设计类型都进行制备和加工，为液流电池性能的研发节约了大量的时间和资金。
测量口20可以设置在上述的极板件上，且至少为一个。现以凹槽极板件21为例，如图10所示，测量口20可以设置在如下位置：长直型凹槽极板件的中间位置或依次排列；直角型凹槽极板件的直角处、两个直角边的端点处或同时设置在直角处和直角边的端点处；T型凹槽极板件的中间位置、分别设置在三个端点处或同时设置在中间和三个端点处；十字型凹槽极板件的中间位置、四个端点处或同时设置在中间和四个端点处。将测量口20均匀地设置上述位置可以更准确地得到液流电池堆内部性能参数的真实值。
根据本实用新型的一种优选实施方式，在相邻极板件的连接处设有密封部。由凹槽极板件21和凸台极板件22组装成各种规格的极板2后，在各个极板件之间的相连接处会存在缝隙，这些缝隙的存在使得组装后的液流电池堆内部和外部没有完全隔离，会出现漏液现象，所以需要在各个极板件的相连处设置密封部。密封部有多种结构，优选地，如图11所示，密封部包括一组密封槽4和密封件，密封槽4对应地设置在相邻的极板件上，密封件安装在对应设置的一组密封槽4的内部。当密封槽4设置在凹槽极板件21上时，则开设位置要低于凹槽极板件21内的凹槽部211的位置，因为凹槽部211对应的外壁面较薄，若再开设密封槽4会使凹槽极板件21发生变形，不利于极板2的组装及组装后的使用，所以优选密封槽4的位置低于凹槽部211的位置。当开设在凸台极板件22上时，密封槽4的位置不受限制，但要和与其相连接的极板件上密封槽4相适配。这里所说的密封件优选为密封圈，设置密封槽4和密封圈能够确保组合式极板实现良好的密封效果。
根据本实用新型的另一种典型实施方式，该液流电池堆除了包括上述的密封部外，在相邻极板件的连接处还设置有固定装置，该固定装置包括定位槽5和定位销6，定位槽5和定位销6对应地设置在相邻的极板件上，且结构相适配。如图11-12所示，定位槽5和定位销6均匀地设置在密封槽4的下方，方便组装过程中的定位，在相邻的极板件相对应的面上分别设置有定位槽5和定位销6，优选在每一个相连接的面上设置一个定位槽5和定位销6，这样相对的定位槽5和定位销6配合使用使组装后的极板2更结实牢固，方便后期液流电池的装配。
根据本实用新型的一种优选实施方式，固定装置还包括定位板，该定位板设置在各种极板件组装形成的极板2的一侧以固定各极板件；且定位板上设有与测量口20相对应的通孔。定位板能够保持组装后的极板2不变形，定位板上设置有与测量口20相对应的通孔，不会影响测量探头23的插入，易于装配。优选地，定位板可以选择具有良好导电性的材料，如铜、不锈钢等，这样将不同的极板2组装成电池后，相邻正负极极板间可以实现良好的导电性能，从而使所测量的相关参数能够更加接近电池的实际运行状态，还可通过改变材料、增加定位板的厚度等方式调整这种导电性定位板的导电性能，这样可以在不改变极板材料的情况下，方便地考察极板导电性能和电池堆的运行参数状况之间的关系。
优选地，定位板为栅网状定位板7，如图13-14所示，图13示出了带有栅网状定位板7的组合式极板2的结构示意图，图14为图13的端面结构示意图。定位板与组合式极板2一并装入液流框1内，液流框1上留有将测量探头23的导线引出到电池外部的引线口9。本实用新型优选但并不局限于该结构，只要该定位板能够将组合式极板固定且不影响测量探头的插入即可。如该定位板可以设计成不和组合式极板一起装入液流框内，而是并列地设置在液流框的外侧。
下面结合组合式极板详细说明电池堆的效率、电池堆内部相关参数的真实数值及其分布状况与组合式极板的设计之间的关系：
(1)首先在组合式极板上开取相应的测量口并设置监测装置，将该组合式极板组装成液流电池堆，准备对其内部电解液的相关参数进行测量；
(2)监测出不同类型的电池堆的效率，在监测电池堆效率的同时，可以对该效率下的电池内部的相关参数(如压力)进行测量；根据监测到的电池堆效率的大小，可以直观地判定出该组合式极板的结构设计是否合理；
(3)当电池堆的效率不合理时，对该电池堆对应的极板的结构设计进行改进；
(4)对极板的结构设计的改进(如对流道的宽深比、流道的宽度和流道间距的比值，流道的条数等)是在对电池堆内部的参数进行分析后得出的。
综上所述，电解液的各种参数(如压力等)和极板的结构设计是直接相关的，极板的结构设计、电池堆内部参数分布状况以及电池堆效率三者间是相互密切关联的。一定的结构设计下，电池堆内部的电解液相关参数则呈现出相应的分布，电池堆也表现出相应的效率，不同结构设计下可能对应不同的电池堆效率，一般电池堆的效率包括电压效率、库伦效率和能量效率，该监测为电池系统性能的优化提供了可靠依据。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种具有监测系统的液流电池堆，其特征在于，包括：
电池堆装置，包括极板(2)，所述极板(2)上设有测量口(20)；以及
监测装置，包括测量探头(23)，所述测量探头(23)延伸至所述电池堆装置的内部，且与所述极板(2)上的测量口(20)对应设置，所述监测装置用以监测所述测量口(20)处的液流压力和温度。
2.根据权利要求1所述的液流电池堆，其特征在于，所述极板(2)上还设置有探头安装部(24)，所述探头安装部(24)与所述测量口(20)对应相连；所述测量探头(23)安装在所述探头安装部(24)的内侧，且所述测量探头(23)的顶端与所述测量口(20)相适配。
3.根据权利要求1所述的液流电池堆，其特征在于，所述测量探头(23)包括：
探头件(231)，安装在所述探头安装部(24)的内侧；
连接部(232)，与所述探头件(231)远离所述测量口(20)的一侧相连，且与所述探头安装部(24)的内壁螺纹(25)连接。
4.根据权利要求1所述的液流电池堆，其特征在于，所述极板(2)由极板件组成，其中极板件包括：
凹槽极板件(21)，所述凹槽极板件(21)上设有凹槽部(211)，所述测量口(20)设置在所述凹槽部(211)的底壁上；
凸台极板件(22)，与所述凹槽极板件(21)适配相连。
5.根据权利要求4所述的液流电池堆，其特征在于，
所述凹槽极板件(21)包括长直型凹槽极板件、直角型凹槽极板件、T型凹槽极板件、和十字型凹槽极板件；
所述凸台极板件(22)包括长直型凸台极板件、直角型凸台极板件、T型凸台极板件、和十字型凸台极板件。
6.根据权利要求4所述的液流电池堆，其特征在于，在相邻极板件的连接处设有密封部。
7.根据权利要求6所述的液流电池堆，其特征在于，所述密封部包括：
一组密封槽(4)，对应地设置在相邻的极板件上；
密封件，安装在一组所述密封槽(4)的内部。
8.根据权利要求6所述的液流电池堆，其特征在于，在相邻极板件的连接处还设置有固定装置，所述固定装置包括定位槽(5)和定位销(6)，所述定位槽(5)和所述定位销(6)对应地设置在相邻的所述极板件上，且结构相适配。
9.根据权利要求8所述的液流电池堆，其特征在于，所述固定装置还包括定位板，所述定位板设置在由各极板件组装形成的所述极板(2)的一侧以固定各极板件；且所述定位板上设有与所述测量口(20)相对应的通孔。
10.根据权利要求9所述的液流电池堆，其特征在于，所述定位板为栅网状定位板(7)。
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|---|---|
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Cited By (2)
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| CN102593489A (zh) * | 2012-03-05 | 2012-07-18 | 中国东方电气集团有限公司 | 具有监测系统的液流电池堆 |
| CN102593489B (zh) * | 2012-03-05 | 2014-02-19 | 中国东方电气集团有限公司 | 具有监测系统的液流电池堆 |
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| CX01 | Expiry of patent term |