CN215496799U - 一种钒电池及其电堆 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种钒电池及其电堆，该电堆包括多个单电池，单电池的总液流框包括正极液流框和负极液流框，正极液流框和负极液流框均为注塑成型件，任意相邻的两个总液流框之间以及任一总液流框的正极液流框和负极液流框之间均以凹槽凸筋插接结构拼装连接，且相互插接的凹槽和凸筋形成包围在电极和隔膜之外的密封结构。本实用新型提供的电堆的液流框易于加工且产品尺寸的一致性较好，电堆的组装过程简单，有利于提高生产效率。

Description

一种钒电池及其电堆

技术领域

本实用新型涉及钒电池技术领域，特别是涉及一种钒电池及其电堆。

背景技术

全钒液流电池(钒电池)是一种基于不同价态金属钒元素的氧化还原反应原理，即通过电化学反应而实现充、放电的电池装置。钒电池由电堆、电解液储罐、循环泵、管路等组成，其中，电堆由单电池串联组成，单电池包括隔膜、电极、双极板、液流框等。电极通常由石墨毡构成，装在液流框内，位于隔膜和双极板之间，液流框的下部、上部分别设有电解液进液、出液支路流道，在循环泵压力作用下，电解液储罐中的电解液通过进液主路流道流进电堆，经液流框下部的进液支路流道均匀分流后自下而上均匀流过电极微孔流道进行电化学反应，反应后的电解液经过液流框上部的出液支路流道均匀汇流后流出电堆，再通过出液主路流道流回储罐中。

目前，电堆的液流框普遍是由板材经机加工而成，组装时需要使用密封圈和密封胶进行装配，主要存在以下弊端：液流框加工周期长，成本高，且产品尺寸的一致性较差；组装过程复杂，电堆生产效率较低。因此，如何缩短液流框加工周期，简化电堆组装过程，以提高生产效率，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种钒电池及其电堆，该电堆的液流框易于加工且产品尺寸的一致性较好，电堆的组装过程简单，有利于提高生产效率。

为了达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种钒电池的电堆，包括多个单电池，所述单电池的总液流框包括正极液流框和负极液流框，所述正极液流框和所述负极液流框均为注塑成型件，任意相邻的两个所述总液流框之间以及任一所述总液流框的所述正极液流框和所述负极液流框之间均以凹槽凸筋插接结构拼装连接，且相互插接的凹槽和凸筋形成包围在电极和隔膜之外的密封结构。

可选地，在上述电堆中，所述正极液流框或者所述负极液流框设置有压紧所述隔膜的隔膜密封筋，所述隔膜密封筋的截面形状为矩形，且所述隔膜密封筋的宽度为2.5～3mm，凸起高度为0.2～0.3mm。

可选地，在上述电堆中，双极板未被所述电极覆盖的区域贴覆有耐腐蚀的绝缘保护膜。

可选地，在上述电堆中，所述凹槽凸筋插接结构中的凸筋的截面形状为直角梯形。

可选地，在上述电堆中，所述电堆的端板和集流板之间设置有进出液主板，所述进出液主板设置有与进出液主流道相连通的用于延长液流管道的盘管。

可选地，在上述电堆中，所述盘管为蛇形走向。

可选地，在上述电堆中，还包括位于所述端板外侧的压紧梁和压紧弹簧，所述压紧弹簧位于所述压紧梁和所述端板之间，所述电堆两端的所述压紧梁通过长螺杆连接。

可选地，在上述电堆中，所述压紧梁设置有用于容放所述压紧弹簧的卡座。

可选地，在上述电堆中，所述电堆两端的所述端板均设置有两个进液口和两个出液口，所述电堆中间的所述总液流框的进出液主流道封闭。

一种钒电池，包括如上述任意一项所公开的电堆。

根据上述技术方案可知，本实用新型提供的钒电池的电堆中，正极液流框和负极液流框均为注塑成型件，两者以凹槽凸筋插接结构拼装连接组成单电池的总液流框，同时，在用单电池组装电堆时，相邻的总液流框之间也是以凹槽凸筋插接结构拼装连接。液流框采用注塑成型，可以很好地确保产品尺寸的一致性，而且省去了过多的机加工步骤，有利于缩短液流框加工周期。组装总液流框和组装电堆时，只需要简单的插接操作，由于相互插接的凹槽和凸筋形成了包围在电极和隔膜之外的密封结构，省去了密封圈的使用，由此可见，电堆的组装过程简单，有利于提高生产效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的电堆的单电池的拆解示意图；

图2是图1中的母液流框1和子液流框4拼装后的总液流框的示意图；

图3是图2所示总液流框的母液流框1和子液流框4之间的凹槽凸筋插接结构示意图；

图4是相邻的两个总液流框之间的凹槽凸筋插接结构示意图；

图5是图4所示凹槽凸筋插接结构中凸筋的截面示意图；

图6是图1中的绝缘保护膜5与双极板6的位置关系示意图；

图7是图1中的隔膜3与母液流框1和子液流框4组装时的示意图；

图8是本实用新型实施例提供的电堆的立体示意图；

图9是本实用新型实施例提供的电堆的端面示意图。

图中标记为：

1、母液流框；2、电极；3、隔膜；4、子液流框；41、隔膜密封筋；5、绝缘保护膜；6、双极板；7、进液口；8、压紧梁；9、出液口；10、长螺杆。

具体实施方式

为了便于理解，下面结合附图对本实用新型作进一步的描述。

本实用新型实施例提供的用于钒电池的电堆包括多个单电池(即单体电池)，如图1所示，单电池包括用于安装电极2的母液流框1和子液流框4，以及用于隔开两个电极2的隔膜3。参见图2和图3，母液流框1和子液流框4均为注塑成型件(即注射模塑成型的塑料件)，两者以凹槽凸筋插接结构拼装连接，从而组成单电池的总液流框。母液流框1和子液流框4采用注塑成型，可以很好地确保产品尺寸的一致性，而且省去了过多的机加工步骤，有利于缩短加工周期。组装总液流框时，只需要简单的插接操作，因此有利于提高生产效率。

同理，在组装电堆时，相邻的两个总液流框之间也是以凹槽凸筋插接结构拼装连接，如图4所示，母液流框1的一面设置有与另一面的凸筋位置对应的凹槽，这样叠在一起的两个母液流框1可以通过凹槽与凸筋插接的方式快速组装起来。

需要说明的是，图3和图4均只是展示了凹槽凸筋插接结构的局部，而凹槽和凸筋是沿液流框的框边整圈设置的，因此，相互插接的凹槽和凸筋形成了包围在电极2和隔膜3之外的密封结构，这样在组装总液流框和组装电堆时就省去了密封圈的使用，简化了组装过程，有利于提高生产效率。另外，本实施例的正极液流框和负极液流框采用了母子框的结构形式，子液流框4比母液流框1尺寸小，组装后子液流框4位于母液流框1的内圈边缘，但本实用新型对正极液流框和负极液流框的结构形式不作限制，在其他实施例中，正极液流框和负极液流框可以做成尺寸大小相当的液流框。

如图5所示，为了提高密封效果，本实施例将凹槽凸筋插接结构中的凸筋的截面形状设计为直角梯形，这样凸筋可以更好地插到凹槽的底部。参见图1，本实施例在双极板6的两面设置了耐腐蚀的绝缘保护膜5，绝缘保护膜5贴覆于双极板6未被电极2覆盖的区域，如图6所示。电堆工作时，从液流框的进液流道出来的电解液在流入隔膜3与双极板6之间形成的流道后，会先经过绝缘保护膜5所在的区域，然后进入电极2所在的区域，绝缘保护膜5能够很好地防止双极板6的边缘区域被电解液腐蚀。

如图7所示，为了更好地防止内漏发生，本实施例的子液流框4设置有压紧隔膜3的隔膜密封筋41，隔膜密封筋41的截面形状为矩形，且隔膜密封筋41的宽度为2.5～3mm，凸起高度为0.2～0.3mm。当然，隔膜密封筋也可以设置在母液流框1上，同样能达到防止内漏的效果。

参见图8和图9，为了简化电堆的上紧结构，本实施例中，电堆的端板外侧设置有压紧梁8和压紧弹簧，压紧弹簧位于压紧梁8和端板之间，电堆两端的压紧梁8通过长螺杆10连接。由图9可见，端板的下部设置有两个进液口7，上部设置有两个出液口9，端板的外侧设置了三个压紧梁8，这样长螺杆10仅需用六个，与传统的上紧结构相比，长螺杆10的使用数量大大减少，这样有利于简化组装步骤，以及确保组装后的各个长螺杆10无论是长度还是位置都有很好的一致性。具体实际应用中，图9中的三个压紧梁8可以是相互独立的，也可以通过连接梁焊接成一个类似栅栏的整体。为了能够使用更大的压紧弹簧以提高压紧力，同时不增大电堆的长度尺寸，可以在压紧梁8上设置有用于容放压紧弹簧的卡座，将压紧弹簧的一端放到压紧梁8内。

为了增大电堆的功率，可以增加单电池的数量，然而，电堆长度增加之后，距离进液口7较远的位置的单电池内电解液的流动情况较差，为此，本实施例设计了在电堆的两端都设置进出液口的结构，即电堆两端的端板均设置有两个进液口7和两个出液口9，同时，电堆中间的总液流框的进出液主流道封闭。需要说明的是，总液流框的进出液主流道是指位于液流框四角位置的由通孔连成的流道，前面提到的“进出液主流道封闭”仅是指此位置两侧的进出液主流道互不相通，但是，此位置的进出液主流道与此位置的电极2仍是相通的。

本实施例中，电堆的端板和集流板之间设置有进出液主板，进出液主板设置有与进出液主流道相连通的盘管，电解液由进液口7进入电堆后，先经过盘管再进入单电池的进液主流道，同样地，电解液从单电池的进液主流道流出后，先经过盘管再由出液口9流出电堆。由于盘管延长了液流管道，所以电阻变大，电流减小，实现分流目的。具体实际应用中，盘管可以为蛇形走向。

本实用新型还提供一种钒电池，该钒电池包括上述实施例公开的电堆。由于上述实施例公开的电堆具有上述技术效果，因此具有该电堆的钒电池同样具有上述技术效果，本文在此不再赘述。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种钒电池的电堆，包括多个单电池，所述单电池的总液流框包括正极液流框和负极液流框，其特征在于，所述正极液流框和所述负极液流框均为注塑成型件，任意相邻的两个所述总液流框之间以及任一所述总液流框的所述正极液流框和所述负极液流框之间均以凹槽凸筋插接结构拼装连接，且相互插接的凹槽和凸筋形成包围在电极和隔膜之外的密封结构。

2.根据权利要求1所述的电堆，其特征在于，所述正极液流框或者所述负极液流框设置有压紧所述隔膜的隔膜密封筋，所述隔膜密封筋的截面形状为矩形，且所述隔膜密封筋的宽度为2.5～3mm，凸起高度为0.2～0.3mm。

3.根据权利要求1所述的电堆，其特征在于，所述单电池包括双极板，其特征在于，所述双极板未被所述电极覆盖的区域贴覆有耐腐蚀的绝缘保护膜。

4.根据权利要求1所述的电堆，其特征在于，所述凹槽凸筋插接结构中的凸筋的截面形状为直角梯形。

5.根据权利要求1～4中任意一项所述的电堆，其特征在于，所述电堆的端板和集流板之间设置有进出液主板，所述进出液主板设置有与进出液主流道相连通的用于延长液流管道的盘管。

6.根据权利要求5所述的电堆，其特征在于，所述盘管为蛇形走向。

7.根据权利要求5所述的电堆，其特征在于，还包括位于所述端板外侧的压紧梁和压紧弹簧，所述压紧弹簧位于所述压紧梁和所述端板之间，所述电堆两端的所述压紧梁通过长螺杆连接。

8.根据权利要求7所述的电堆，其特征在于，所述压紧梁设置有用于容放所述压紧弹簧的卡座。

9.根据权利要求5所述的电堆，其特征在于，所述电堆两端的所述端板均设置有两个进液口和两个出液口，所述电堆中间的所述总液流框的进出液主流道封闭。

10.一种钒电池，其特征在于，包括如权利要求1～9中任意一项所述的电堆。

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