CN216850018U - 一种液流电池电堆框体的密封结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种液流电池电堆框体的密封结构，其由具有特别轴向截面构型的密封线以及设计有相应容置密封线沟槽的电极框组成。在电极框体外边缘和电解液通孔附近分别设有容纳密封线的环状密封凹槽A和B，在两个环状密封凹槽相邻处设置有另一环状密封凹槽C，用于设置连接上述两个环状凹槽。分别在上述环状密封凹槽A、B和C内设置有环状密封圈A、环状密封圈B和环状密封圈C。环状密封圈A和环状密封圈B的轴向截面的形状可实现多层密封，提高密封的可靠性。环状密封圈C与环状凹槽C的外边缘相贴接，可实现密封圈的定位，提高密封圈的安装效率。

Description

一种液流电池电堆框体的密封结构

技术领域

本实用新型涉及一种液流电池结构，特别涉及液流电池电极框的密封结构。

背景技术

可再生能源诸如光伏、风能、潮汐能等应尽可能提高在能源结构中的占比。但是这一类能源有着不稳定、不连续的缺点，大量并网会对电网造成冲击，威胁着电网安全。因此急需要一种可再生能源与电网之间的缓冲装置来提高可再生能源的电网质量，帮助电网安全消纳更多的可再生能源。由此，储能技术获得了长足的发展。储能技术可以满足可再生能源的削峰填谷、电网的调频调峰功能，可以极大的避免可再生能源的不确定性以及提高电网的坚强度。在众多的储能技术中，化学储能因其不受场地等第三方因素的影响、效率高、成本较低而脱颖而出。其中液流电池作为化学储能中新兴的电池技术，具有安全性高、可深充深放、效率高、寿命长、功率和容量可以独立设计的优点，更加适合大规模的长时储能的应用场景中。

电池系统是液流电池发挥技术特点的最小完整单元，其由核心部件电堆、电解液、电解液储罐、磁力泵、管路循环系统、冷却系统、电池管理系统等构成。实际使用的大规模电池系统往往是由单元电池系统通过组串得来。电堆是电池系统中最关键的部件，直接决定了系统的性能和可靠性，是发生化学反应的关键场所。电解液是具有腐蚀性的强酸或者强碱水溶液，或者是具有卤素单质的强氧化性物质，这就对电堆的密封提出了更高的要求。一般来说，电堆的密封主要为两个方面：一是防止电解液向外泄漏出电堆，造成跑冒滴漏和污染；二是防止正、负极电解液之间渗透，造成过热和容量下降。这些密封要求都是通过密封材料在电极框上的密封结构来实现的。优秀的密封设计，直接决定了电堆的可靠性、寿命、性能以及成本，是电堆设计中的关键环节之一。

实用新型内容

为了提高电堆的密封可靠性，提高电堆的使用寿命、性能，降低电堆的成本。本实用新型提供了一种液流电池电堆框体的密封结构，该电堆框体为一中部设有用于容置正极(或负极)电极通孔A的平板，于通孔A二开口端所在的相对二侧的平板表面设有一对通孔B作为正极电解液入口和正极电解液出口，于通孔A二开口端所在的相对二侧的平板表面设有一对通孔C作为负极电解液入口和负极电解液出口

上述电堆框体上设置有：在通孔B或通孔C开口端四周的平板一侧表面或二侧表面设有环状密封凹槽C，在环状密封凹槽C底面上设有环状密封凹槽B，环状密封凹槽B远离通孔B或通孔C的壁面与环状密封凹槽C 远离通孔B或通孔C的壁面之间间隙，通孔B或通孔C位于环状密封凹槽 B所围绕的区域内。

在上述的电堆框体的平板一侧表面或二侧表面的四周边缘设有环状密封凹槽A，通孔A和环状密封凹槽B位于环状密封凹槽A所围绕的区域内，且靠近环状密封凹槽B的环状密封凹槽A设置于环状密封凹槽C的底面上。

在环状密封凹槽A内设环状密封圈A，环状密封凹槽B内设环状密封圈B，环状密封凹槽C内设环状密封圈C。并且位于环状密封圈A和环状密封圈B之间的环状密封圈C的外壁面和内壁面分别与环状密封圈A和环状密封圈B相固接。

环状密封圈A和环状密封圈B的轴向(垂直于平板表面的方向)截面分别具有下述中的一种形状：

矩形面，矩形上底边中部设有向下凹陷的内凹面；

或，矩形面，矩形上底边中部设有向下凹陷的内凹面，矩形面的四个顶角均为倒圆弧角或倒斜角；

或，椭圆形面，椭圆形上边中部设有向下凹陷的内凹面；

或，中部矩形面、矩形面左右二侧为沿矩形面左右二侧边向外(向远离矩形面方向)凸起的弧形面，矩形上底边中部设有向下凹陷的内凹面。

上述的电堆框体的密封结构中，环状密封圈C的轴向(垂直于平板表面的方向)截面为矩形面，其高度与环状密封凹槽C的的底面至开口端的深度相同。

上述的电堆框体的密封结构中，环状密封圈C靠近通孔A的外边缘与环状密封凹槽C靠近通孔A的壁面相贴接。

上述的电堆框体的密封结构中，环状密封圈A的高度(垂直于平板表面方向的高度)大于环状密封凹槽A的的底面至开口端的深度；且(高度- 深度)/高度的值为5-50％，优选20-35％。环状密封圈B的高度(垂直于平板表面方向的高度)大于环状密封凹槽B的的底面至开口端的深度；且(高度-深度)/高度的值为5-50％，优选20-35％。

上述的电堆框体的密封结构中，环状密封凹槽B和环状密封凹槽A的底面至开口端的深度相同，环状密封凹槽B远离通孔B或通孔C的壁面与环状密封凹槽A靠近通孔A的壁面之间间隙，使环状密封凹槽B和环状密封凹槽A之间通过环状密封凹槽C的部分底面相间隔。

上述电堆框体的密封结构中，环状密封圈A的宽度(平行于平板表面方向的宽度)小于环状密封凹槽A的宽度。环状密封圈B的宽度(平行于平板表面方向的宽度)小于环状密封凹槽B的宽度。

上述密封圈与电堆框体共同构成的密封结构，由于密封圈的轴向截面上的形状，可以实现双层或多层密封，提高了密封的可靠性；环状密封圈C 与环状凹槽C的外边缘相贴接，可实现密封圈的定位，提高密封圈的安装效率。

本实用新型具有如下优点：

1、本实用新型中的一种液流电池电堆框体的密封结构，由于密封圈的轴向截面上的形状，可以实现双层或多层密封，提高了密封的可靠性。

2、本实用新型中的一种液流电池电堆框体的密封结构，环状密封圈C 与环状凹槽C的外边缘相贴接，可实现密封圈的定位，提高密封圈的安装效率。

附图说明

图1为本实用新型提出的一种液流电池电堆框体的密封结构中，电堆框体与密封圈的位置关系；

其中1.密封圈；2.电堆框体。

图2为本实用新型提出的一种液流电池电堆框体的密封结构中，电堆框体与密封圈的实际组装图；

其中9.剖面线。

图3为本实用新型提出的一种液流电池电堆框体的密封结构中的密封圈；

其中3.环状密封圈A；4.环状密封圈B；5.环状密封圈C。

图4为本实用新型提出的一种液流电池电堆框体的密封结构中的电堆框体，放大部分为通孔B或通孔C附近的环状密封凹槽结构，通孔B或通孔C中流经正极电解液或负极电解液；

其中6.环状密封凹槽A；7.环状密封凹槽B；8.环状密封凹槽C。

图5为图2中负极(或正极)电解液通孔B或通孔C附近剖面线9的剖切截面图。

具体实施方式

实施例：

一种液流电池电堆框体的密封结构，由密封圈(1)和电堆框体(2) 组成，其位置关系如图1中所示。图2中为本实用新型提出的密封结构中电堆框体与密封圈的实际组装图。

图3具体所示本实用新型提出的一种液流电池电堆框体的密封结构中的密封圈。其中环状密封圈A(3)在密封圈的轴向截面(垂直于平板表面) 上的形状是矩形面，矩形上底边中部设有向下凹陷的内凹面，矩形面的四个顶角均为倒圆弧角。该截面形状中内凹面两侧在受压时均可以变形，起到密封的作用。所设置的环状密封圈B(4)，其轴向截面形状与上述环状密封圈A(3)轴向截面的形状相同，该处密封可防止正极或负极电解液通过通孔B或通孔C流入对向负极或正极电解液中，相互渗透，形成自放电。设置环状密封圈C(5)，位于环状密封圈A(3)和环状密封圈B(4)之间的环状密封圈C(5)的外壁面和内壁面分别与环状密封圈A(3)和环状密封圈B(4)相固接。环状密封圈C(5)的轴向(垂直于平板表面的方向)截面为矩形面，其高度与环状密封凹槽C(8)的底面至开口端的深度相同。环状密封圈C(5)靠近通孔A的外边缘与环状密封凹槽C(8)靠近通孔 A的壁面相贴接。环状密封圈A(3)和环状密封圈B(4)的厚度为1.5mm，宽度4mm。环状密封圈C(5)的厚度为0.6mm，密封线的压缩比为33％。

图4具体所示本实用新型提出的一种液流电池电堆框体密封结构中的电堆框体，放大部分为通孔B或通孔C附近的环状密封凹槽结构，通孔B 或通孔C中流经正极电解液或负极电解液。其中环状密封凹槽A(6)内设置环状密封圈A(3)；环状密封凹槽B(7)内设置环状密封圈B(4)；环状密封凹槽C(8)内设置环状密封圈C(5)。环状密封凹槽A(6)和环状密封凹槽B(7)的深度1mm，宽度5mm。环状密封凹槽C(8)深度0.6mm，环状密封圈C(5)靠近通孔A的外边缘与环状密封凹槽C(8)靠近通孔A的壁面相贴接。

组装时可利用上述环状密封圈C(5)靠近通孔A的外边缘与环状密封凹槽C(8)靠近通孔A的壁面相贴接来帮助整个密封圈实现定位。并将环状密封圈A(3)粘接或熔接于环状密封凹槽A(6)中。将环状密封圈B(4) 粘接或熔接于环状密封凹槽B(7)中，完成密封圈在电堆框体上的装配。

组装后在正极或负极电解液的通孔B或通孔C附近的剖面线9所示的剖切界面图如图5所示，其具体展示了环状密封圈A(3)；环状密封圈B(4)；环状密封圈C(5)的轴向截面的形状以及相对应的环状密封凹槽A(6)；环状密封凹槽B(7)；环状密封凹槽C(8)之间的位置关系。该轴向截面的形状有助于提高压紧时的稳定性，避免密封圈的滚动带来的密封圈错位。同时，该截面形状的内凹面两侧在受压时均可以变形，可实现双倍密封，提高密封的可靠性。上述环状密封圈C(5)靠近通孔A的外边缘与环状密封凹槽C(8)靠近通孔A的壁面相贴接来帮助整个密封圈实现定位，提高组装效率。

采用上述中一种液流电池电堆框体密封结构所组装的电堆，经过3bar的压缩空气的压力检测，未见压缩空气泄漏至电堆之外，超过电堆要求的2bar 的密封压力要求。该电堆同时进行了0.5bar的压缩空气的内漏压力检测，未见压缩空气由正极腔体泄漏至负极腔体或由负极腔体泄漏至正极腔体，超过电堆要求的0.3bar的密封压力要求。该密封线成本仅为相同功能的密封垫片成本的40％，在大功率液流电池电堆中可显著降低电堆成本，提升产品竞争力。

Claims (8)

1.一种液流电池电堆框体的密封结构，所述电堆框体为一中部设有用于容置正极或负极电极通孔A的平板，于通孔A二开口端所在的相对二侧的平板表面设有一对通孔B作为正极电解液入口和正极电解液出口，于通孔A二开口端所在的相对二侧的平板表面设有一对通孔C作为负极电解液入口和负极电解液出口；

其特征在于：

于通孔B或通孔C开口端四周的平板一侧表面或二侧表面设有环状密封凹槽C，于环状密封凹槽C底面上设有环状密封凹槽B，环状密封凹槽B远离通孔B或通孔C的壁面与环状密封凹槽C远离通孔B或通孔C的壁面之间间隙，通孔B或通孔C位于环状密封凹槽B所围绕的区域内；

于平板一侧表面或二侧表面的四周边缘设有环状密封凹槽A，通孔A和环状密封凹槽B位于环状密封凹槽A所围绕的区域内；且靠近环状密封凹槽B的环状密封凹槽A设置于环状密封凹槽C的底面上；

于环状密封凹槽A内设环状密封圈A，于环状密封凹槽B内设环状密封圈B，于环状密封凹槽C内设环状密封圈C，

位于环状密封圈A和环状密封圈B之间的环状密封圈C的外壁面和内壁面分别与环状密封圈A和环状密封圈B相固接；

环状密封圈A和环状密封圈B的轴向即垂直于平板表面的方向截面分别为下述中的一种：

矩形面，矩形上底边中部设有向下凹陷的内凹面；

或，矩形面，矩形上底边中部设有向下凹陷的内凹面，矩形面的四个顶角均为倒圆弧角或倒斜角；

或，椭圆形面，椭圆形上边中部设有向下凹陷的内凹面；

或，中部矩形面、矩形面左右二侧为沿矩形面左右二侧边向外即向远离矩形面方向凸起的弧形面，矩形上底边中部设有向下凹陷的内凹面。

2.按照权利要求1所述的密封结构，其特征在于：

环状密封圈C的轴向即垂直于平板表面的方向截面为矩形面，其高度与环状密封凹槽C的底面至开口端的深度相同。

3.按照权利要求1所述的密封结构，其特征在于：

环状密封圈C靠近通孔A的外边缘与环状密封凹槽C靠近通孔A的壁面相贴接。

4.按照权利要求1所述的密封结构，其特征在于：

环状密封圈A的高度即垂直于平板表面方向的高度大于环状密封凹槽A的底面至开口端的深度；且（高度-深度）/高度的值为5-50%。

5.按照权利要求1所述的密封结构，其特征在于：

环状密封圈B的高度即垂直于平板表面方向的高度大于环状密封凹槽B的底面至开口端的深度；且（高度-深度）/高度的值为5-50%。

6.按照权利要求1所述的密封结构，其特征在于：

环状密封凹槽B和环状密封凹槽A的底面至开口端的深度相同，环状密封凹槽B远离通孔B或通孔C的壁面与环状密封凹槽A靠近通孔A的壁面之间间隙，使环状密封凹槽B和环状密封凹槽A之间通过环状密封凹槽C的部分底面相间隔。

7.按照权利要求1或4所述的密封结构，其特征在于：

环状密封圈A的宽度即平行于平板表面方向的宽度小于环状密封凹槽A的宽度。

8.按照权利要求1或5所述的密封结构，其特征在于：

环状密封圈B的宽度即平行于平板表面方向的宽度小于环状密封凹槽B的宽度。

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