CN219419114U - 一种可实时监测开路电压的液流电池电堆 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可实时监测开路电压的液流电池电堆，包括：液流电池组和单片液流电池，两者并联；第一金属集流板夹于液流电池组和单片液流电池之间；第二金属集流板夹于液流电池组和一绝缘端板之间；第三金属集流板夹于单片液流电池和另一绝缘端板之间；绝缘端板、液流电池组以及单片液流电池叠合形成电堆主体，四个叠合面通过热熔工艺实现密封；第二金属集流板两端从两个相对的叠合面分别伸出电堆主体，第一金属集流板一端从两个叠合面中的一面伸出电堆主体，另一端不伸出；第三金属集流板一端从两个叠合面中的另一面伸出电堆主体，另一端不伸出；第一金属集流板和第三金属集流板外接开路电压监测设备。本方案可以实时监测电堆的开路电压。

Description

一种可实时监测开路电压的液流电池电堆

技术领域

本实用新型属于液流储能技术领域，具体涉及一种可实时监测开路电压的液流电池电堆。

背景技术

以风能、太阳能为代表的可再生能源的飞速发展，以及其自身的不稳定性、不连续特性对电网产生严重冲击，使大规模高效储能技术成为实现可再生能源发电规模化利用的关键技术。在众多的储能技术中，电化学储能技术因其效率高、环境友好而发展迅速。

液流电池作为电化学储能技术的典型装置，具有效率高、循环寿命长、容量和功率可以独立设计、响应快、安全性高、生命周期内性价比高等突出的优势，尤其适合于大规模储能。

液流电池电堆是一种由多节液流单体电池通过串联、密封装配组合而成的更高一级的储能结构，配套于太阳能、风能等可再生能源发电系统，可以起到平滑输出、跟踪计划发电、平衡负荷和削峰填谷等作用。

开路电压是电堆的一项重要性能指标。现有技术中对电堆进行开路电压的测量时，需要在电堆停止充放电即电流为零时进行测量，不仅测量方式繁琐且测量数据存在较大误差。

发明内容

为了解决现有技术中所存在的上述问题，本实用新型提供了一种可实时监测开路电压的液流电池电堆。

本实用新型要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

一种可实时监测开路电压的液流电池电堆，包括：

液流电池组，用于外接充放电设备；

单片液流电池，与所述液流电池组共享电解液液路，并与所述液流电池组并联；

第一金属集流板，被夹于所述液流电池组和所述单片液流电池之间，且与所述液流电池组和所述单片液流电池电连接；

两个绝缘端板，分别位于所述液流电池组和所述单片液流电池的外侧；

第二金属集流板，被夹于所述液流电池组和一个所述绝缘端板之间，且与所述液流电池组电连接；

第三金属集流板，被夹于所述单片液流电池和另一个所述绝缘端板之间，且与所述单片液流电池电连接；

其中，所述两个绝缘端板、所述液流电池组以及所述单片液流电池叠合在一起形成电堆主体，四个叠合面通过热熔工艺实现密封；所述第二金属集流板的两端从其中两个相对的叠合面分别伸出电堆主体，所述第一金属集流板的一端从所述两个相对的叠合面中的一面伸出电堆主体，另一端不伸出电堆主体；所述第三金属集流板的一端从所述两个相对的叠合面中的另一面伸出电堆主体，另一端不伸出电堆主体；

所述液流电池电堆通过所述第一金属集流板和所述第三金属集流板外接开路电压监测设备。

可选地，所述液流电池组，包括多个并联的液流电池组合单元，每组液流电池组合单元均包括多片串联在一起的液流电池；其中，所有的液流电池和所述单片液流电池共享电解液液路；

所述液流电池电堆还包括：第四金属集流板；

所述第四金属集流板，被夹于相邻的液流电池组合单元之间，且与液流电池组合单元电连接；所述第四金属集流板的两端从所述两个相对的叠合面分别伸出电堆主体。

可选地，所述液流电池组合单元包括4组，每组液流电池组合单元均包括20片串联在一起的液流电池。

可选地，所述开路电压监测设备连接电池管理系统BMS。

可选地，所述第一金属集流板、所述第二金属集流板以及所述第三金属集流板均为铜板，所述铜板的厚度为0.5～1.5mm。

可选地，所述第一金属集流板、所述第二金属集流板、所述第三金属集流板以及所述第四金属集流板均为铜板，所述铜板的厚度为0.5～1.5mm。

可选地，所述绝缘端板为聚丙烯PP材料的加厚硬质端板。

本实用新型提供的可实时监测开路电压的液流电池电堆中，单片液流电池与液流电池组共享电解液液路，且单片液流电池与液流电池组并联；第一金属集流板被夹在液流电池组和单片液流电池之间；第二金属集流板被夹于液流电池组和一个绝缘端板之间；第三金属集流板被夹于单片液流电池和另一个所述绝缘端板之间；由此，在对液流电池组进行充放电的同时，通过第一金属集流板和第三金属集流板外接开路电压监测设备，可以对单片液流电池进行开路电压监测；由于单片液流电池和液流电池组是并联的，因此对单片液流电池进行开路电压监测，即相当于对充放电过程中的液流电池组进行开路电压监测，而不必断开对液流电池组的充放电。

并且，本实用新型中第一金属集流板和第三金属集流板各自仅有一端伸出电堆主体，即第一和第三金属集流板错位伸出，这样做有两方面的好处：一方面，如果它们也像第二金属集流板那样两端均伸出电堆主体，则暴露在电堆主体外的第一金属集流板和第三金属集流板可能会因变形以及距离太近而产生不可避免的短接或打火，造成电堆损伤。因此，第一和第三金属集流板错位伸出可以有效避免这种电堆损伤的情况产生。另一方面，由于本实用新型提供的液流电池电堆的电堆主体通过对四个叠合面进行热熔接形成，因此若是第一和第三金属集流板也像第二金属集流板那样两端均伸出电堆主体，则在它们伸出电堆主体的两个叠合面中，单片液流电池由于被夹在第一和第三金属集流板之间，难以和液流电池组、绝缘端板热熔接在一起，密封效果较差，如图1(a)中的虚线框部分所示。而若是第一和第三金属集流板错位伸出，则可以使得单片液流电池与液流电池组、绝缘端板更好地熔接在一起，如图1(b)中的虚线框部分所示。因此，第一和第三金属集流板错位伸出可以有效避免图1(a)中的情况产生。

以下将结合附图及对本实用新型做进一步详细说明。

附图说明

图1(a)是第一和第三金属集流板不错位伸出的示意图；

图1(b)是本实用新型实施例中第一和第三金属集流板不错位伸出的示意图；

图2是本实用新型实施例提供的一种可实时监测开路电压的液流电池电堆的结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的液流电池电堆中，液流电池的结构示意图；

图4是本实用新型实施例提供的液流电池电堆中，液流电池的电极框的结构示意图；

图5是本实用新型实施例提供的另一种可实时监测开路电压的液流电池电堆的结构示意图；

图6是本实用新型实施例提供的又一种可实时监测开路电压的液流电池电堆的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型做进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。

为了能够实时监测液流电池电堆的开路电压，本实用新型实施例提供了一种可实时监测开路电压的液流电池电堆，如图2所示，该电堆包括：液流电池组5、单片液流电池6、第一金属集流板1、两个绝缘端板7、第二金属集流板2以及第三金属集流板3。

其中，液流电池组5用于外接充放电设备；单片液流电池6与液流电池组5共享电解液液路，且与液流电池组5并联；第一金属集流板1被夹在液流电池组5和单片液流电池6之间，且与液流电池组5和单片液流电池6电连接；两个绝缘端板7分别位于液流电池组5和单片液流电池6的外侧；第二金属集流板2被夹于液流电池组5和一个绝缘端板7之间，且与液流电池组5电连接；第三金属集流板3被夹于单片液流电池6和另一个绝缘端板7之间，且与单片液流电池6电连接。

具体而言，液流电池组5中的液流电池以及单片液流电池6的结构相同，如图3所示，液流电池主要包括两个叠合在一起的、相同结构的电极框。电极框的结构参见图4所示，电极框的一面设有电解液流道，另一面设有一圈凹台，该凹台圈起的内部区域中空，凹台中可以嵌合双极板或离子传导膜。电极框的四角设有电解液流通孔，其中一侧的电解液流通孔连通框体上的电解液流道，另一侧的电解液流通孔则不连通电解液流道。当多个电极框叠加在一起时，它们的电解液流通孔重合从而形成电解液的出入电堆的共享液路。单个液流电池包含的两个电极框分别流通正极电解液和负极电解液，实现这一效果只需要使两个电极框呈180°对调的状态，使它们连通自身电解液流道的流通孔不在同一侧。这样，正极电解液从正极液路进入电堆后，其中一个电极框被配置为正极，则只需将该电极框上接通电解液流道的电解液流通孔配置在正极液路所在的这一侧，正极电解液即可进入该电极框；另一个电极框被配置为负极，负极正极电解液从负极液路进入电堆后，则只需将该电极框接通电解液流道的电解液流通孔配置在负极液路所在的这一侧，负极电解液即可进入该电极框。由此，通过调换电极框的摆放方向，即可将多个液流电池灵活配置为串联、并联或者串并联混合的电池组合。本实用新型实施例中，对液流电池组5内部的串并联方式不做限定，只需将液流电池组5和单片液流电池6配置为并联即可。

基于图4所示电极框以及图3所示的液流电池结构，可以使本实用新型实施例提供的电堆具有便于组装，运输，安装的效果。

继续参见图2所示，两个绝缘端板7、液流电池组5以及单片液流电池6叠合在一起形成电堆主体，四个叠合面通过热熔工艺实现密封；第二金属集流板2的两端从其中两个相对的叠合面分别伸出电堆主体，第一金属集流板1的一端从这两个相对的叠合面中的一面伸出电堆主体，另一端不伸出电堆主体；第三金属集流板3从这两个相对的叠合面中的另一面伸出电堆主体，另一端不伸出电堆主体。也就是说，第一和第三金属集流板是错位伸出电堆主体的。液流电池电堆通过第一金属集流板1和第三金属集流板3外接开路电压监测设备。

本实用新型提供的可实时监测开路电压的液流电池电堆中，单片液流电池6与液流电池组5共享电解液液路，且单片液流电池6与液流电池组5并联；第一金属集流板1被夹在液流电池组5和单片液流电池6之间；第二金属集流板2被夹于液流电池组5和一个绝缘端板7之间；第三金属集流板3被夹于单片液流电池6和另一个绝缘端板7之间；由此，在对液流电池组进行充放电的同时，通过第一金属集流板和第三金属集流板外接开路电压监测设备，可以对单片液流电池进行开路电压监测；由于单片液流电池6和液流电池组5是并联的，因此对单片液流电池6进行开路电压监测，即相当于对充放电过程中的液流电池组5进行开路电压检测，而不必断开对液流电池组5的充放电。由此，本实用新型实施例可以在不降低电堆输出功率的情况下，通过给液流电池组5并联单片液流电池6，简化了电堆开路电压的测量方式，提高了数据检测精度。

并且，本实用新型中第一金属集流板1和第三金属集流板3各自仅有一端伸出电堆主体，即第一和第三金属集流板错位伸出，这样做有两方面的好处：一方面，如果它们也像第二金属集流板2那样两端均伸出电堆主体，则暴露在电堆主体外的第一金属集流板1和第三金属集流板3可能会因变形以及距离太近而产生不可避免的短接或打火，造成电堆损伤。因此，第一和第三金属集流板错位伸出可以有效避免这种电堆损伤的情况产生。另一方面，由于本实用新型提供的液流电池电堆的电堆主体通过对四个叠合面进行热熔接形成，因此若是第一和第三金属集流板也像第二金属集流板2那样两端均伸出电堆主体，则在它们伸出电堆主体的两个叠合面中，单片液流电池6由于被夹在第一和第三金属集流板之间，难以和液流电池组5、绝缘端板7热熔接在一起，密封效果较差，如图1(a)中的虚线框部分所示。而若是第一和第三金属集流板错位伸出，则可以使得单片液流电池6与液流电池组5、绝缘端板7更好地熔接在一起，如图1(b)中的虚线框部分所示。因此，第一和第三金属集流板错位伸出可以有效避免图1(a)中的情况产生。

在一个实施例中，如图5所示，液流电池组5可以包括多个并联的液流电池组合单元51，每组液流电池组合单元均包括多片串联在一起的液流电池；其中，所有的液流电池和单片液流电池6共享电解液液路。

相应的，液流电池电堆还可以包括：第四金属集流板4。

如图5所示，第四金属集流板4被夹于相邻的液流电池组合单元51之间，且与液流电池组合单元51电连接；第四金属集流板4的两端从两个相对的叠合面分别伸出电堆主体。这里说的两个相对的叠合面即是上文所说的、第二金属集流板2的两端从电堆主体伸出的两个叠合面。

这里，通过在电堆中安插第四金属集流板4，一方面可以有效减小电堆内阻，另一方面还可以单独对某个或者若干个液流电池组合单元51进行充放电。相比较来说，未安插第四金属集流板4的电堆中，会由于集流板载流量不够，导致一定的电力流失，因此安插第四金属集流板4可以进一步提高电堆性能。

示例性的，如图6所示，液流电池组5中的液流电池组合单元51可以包括4组；其中，每组液流电池组合单元51均包括20片串联在一起的液流电池。另外，图6中标记为9的结构是绝缘端板7的四角上的电解液流通孔。

可选地，在一种实现方式中，单片液流电池6所外接的开路电压监测设备可以连接电池管理系统(BMS)。由此，通过实时监测液流电池电堆的开路电压，可以在BMS中及时生成对液流电池电堆的控制逻辑，还可以对液流电池电堆进行远程分析等，且不影响电堆输入/输出功率。

在一个实施例中，上述的第一金属集流板1、第二金属集流板2以及第三金属集流板3均可以为铜板，铜板的厚度为0.5～1.5mm。当然，第四金属集流板4也可以一样配置。

优选地，绝缘端板7可以为聚丙烯PP材料的加厚硬质端板，以便实现热熔接。当然，PP材料的绝缘端板仅仅作为示例，并不构成对本实用新型实施例的限定。

综上，本实用新型实施例提供的可实时监测开路电压的液流电池电堆，可以实时监测电堆的开路电压，显著的提高了数据采集频率，显著提升了电池系统整体的运行效率，提高了数据采集精度；该电堆具有较小的内阻，可以减少电堆电流损失，且电堆结构便于组装，运输，安装。

需要说明的是，术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本公开实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

尽管在此结合各实施例对本申请进行了描述，然而，在实施所要求保护的本申请过程中，本领域技术人员通过查看所述附图以及公开内容，可理解并实现所述公开实施例的其他变化。在本实用新型的描述中，“包括”一词不排除其他组成部分，“一”或“一个”不排除多个的情况，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外,相互不同的实施例中记载了某些措施，但这并不表示这些措施不能组合起来产生良好的效果。

在本实用新型的描述中，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”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

在本实用新型中，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。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实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，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”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种可实时监测开路电压的液流电池电堆，其特征在于，包括：

液流电池组，用于外接充放电设备；

单片液流电池，与所述液流电池组共享电解液液路，并与所述液流电池组并联；

第一金属集流板，被夹于所述液流电池组和所述单片液流电池之间，且与所述液流电池组和所述单片液流电池电连接；

两个绝缘端板，分别位于所述液流电池组和所述单片液流电池的外侧；

第二金属集流板，被夹于所述液流电池组和一个所述绝缘端板之间，且与所述液流电池组电连接；

第三金属集流板，被夹于所述单片液流电池和另一个所述绝缘端板之间，且与所述单片液流电池电连接；

其中，所述两个绝缘端板、所述液流电池组以及所述单片液流电池叠合在一起形成电堆主体，四个叠合面通过热熔工艺实现密封；所述第二金属集流板的两端从其中两个相对的叠合面分别伸出电堆主体，所述第一金属集流板的一端从所述两个相对的叠合面中的一面伸出电堆主体，另一端不伸出电堆主体；所述第三金属集流板的一端从所述两个相对的叠合面中的另一面伸出电堆主体，另一端不伸出电堆主体；

所述液流电池电堆通过所述第一金属集流板和所述第三金属集流板外接开路电压监测设备。

2.根据权利要求1所述的可实时监测开路电压的液流电池电堆，其特征在于，所述液流电池组，包括多个并联的液流电池组合单元，每组液流电池组合单元均包括多片串联在一起的液流电池；其中，所有的液流电池和所述单片液流电池共享电解液液路；

所述液流电池电堆还包括：第四金属集流板；

所述第四金属集流板，被夹于相邻的液流电池组合单元之间，且与液流电池组合单元电连接；所述第四金属集流板的两端从所述两个相对的叠合面分别伸出电堆主体。

3.根据权利要求2所述的可实时监测开路电压的液流电池电堆，其特征在于，所述液流电池组合单元包括4组，每组液流电池组合单元均包括20片串联在一起的液流电池。

4.根据权利要求1所述的可实时监测开路电压的液流电池电堆，其特征在于，所述开路电压监测设备连接电池管理系统BMS。

5.根据权利要求1所述的可实时监测开路电压的液流电池电堆，其特征在于，所述第一金属集流板、所述第二金属集流板以及所述第三金属集流板均为铜板，所述铜板的厚度为0.5～1.5mm。

6.根据权利要求2所述的可实时监测开路电压的液流电池电堆，其特征在于，所述第一金属集流板、所述第二金属集流板、所述第三金属集流板以及所述第四金属集流板均为铜板，所述铜板的厚度为0.5～1.5mm。

7.根据权利要求1所述的可实时监测开路电压的液流电池电堆，其特征在于，所述绝缘端板为聚丙烯PP材料的加厚硬质端板。