CN219457978U - 一种用于大容量电池的换液装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种用于大容量电池的换液装置，主要解决现有大容量电池性能下降的问题。该换液装置包括排液组件和注液组件；排液组件用于与共享电解液系统连接，排出共享电解液系统中的电解液；注液组件包括注液管、第一抽真空阀、注液阀、储液仓和抽真空设备；注液管的一端用于与共享电解液系统连接，另一端分别与抽真空设备、储液仓连接；第一抽真空阀设置在抽真空设备的进口管路上；注液阀设置在注液管与储液仓之间的管路上。以上换液装置能够对大容量电池的电解液进行更换，提高大容量电池的倍率、寿命、循环等性能。同时，该换液装置采用抽真空后进行注液的方式，使得各单体电池电解液的液位一致性较好，提升了大容量电池的性能。

Description

一种用于大容量电池的换液装置

技术领域

本实用新型属于电池领域，具体涉及一种用于大容量电池的换液装置。

背景技术

锂离子电池具有封装可靠度高、系统能量效率高、结构简单、扩容相对方便等优点。因此可将多个锂离子电池并联组成大容量锂电池，进而将大容量锂电池应用在储能、动力电池等多个领域。但是，将锂离子电池并联组成大容量电池时，使其具有稳定的电性能和较高的成品率是需要解决的问题，其中，如何为组成大容量锂电池的各个电芯提供一个相同工作环境是较为关键的问题。

中国专利CN114759251A公开了一种大容量电池，该大容量电池包括至少两个单体电池和电解液储液管路，电解液储液管路包括具有多支路储液管道的主管道和多个支管，所述主管道内有储液腔，可容纳电解液，所述支管设于所述主管道和单体电池之间，所述单体电池壳体上设有开口，所述支管与所述电池壳体开口一一对应连接，以实现所述电解液储液管路与单体电池连通。

以上电解液储液管路能够给各单体电池提供一个相同工作环境，使其性能有所提升。但是，大容量电池在充放电一段时间后，各单体电池内电解液已无法满足要求，例如，锂离子消耗等，导致大容量电池的性能下降和循环寿命降低。或者，大容量电池在工作一定时间后，不可避免的会存在水、有机物以及少量等金属离子(铁、钠、铝、镍)等杂质，杂质的含量会对大容量电池的性能产生严重的影响。

发明内容

为解决现有大容量电池性能下降的问题，本实用新型提供一种用于大容量电池的换液装置。

为解决上述问题，本实用新型的技术方案是：

本实用新型提供一种用于大容量电池的换液装置，所述大容量电池包括并联的多个单体电池，多个单体电池的电解液区均连通形成共享电解液系统，该换液装置包括排液组件和注液组件；所述排液组件与共享电解液系统连接，用于排出共享电解液系统中的电解液；所述注液组件包括注液管、第一抽真空阀、注液阀、储液仓和抽真空设备；所述注液管的一端用于与共享电解液系统连接，另一端分别与抽真空设备、储液仓连接；所述第一抽真空阀设置在抽真空设备的进口管路上；所述注液阀设置在注液管与储液仓之间的管路上。以上换液装置能够对大容量电池的电解液进行更换，提高了大容量电池的倍率、寿命、循环等性能。同时，该换液装置采用抽真空后进行注液的方式，使得各单体电池电解液的液位一致性较好，提升了大容量电池的性能。

以上排液组件需在注液前将共享电解液系统内的电解液排出即可，其具有多种结构形式，本实用新型提供以下两种结构：

第一种，上述排液组件包括集液仓和排液阀，所述集液仓分别与第一抽真空阀、共享电解液系统连接，所述排液阀设置在集液仓与共享电解液系统之间。排液时，抽真空设备将集液仓内腔抽吸为负压腔体，随后通过该负压腔体对共享电解液系统内的电解液进行抽吸，重复该过程多次，完成排液过程。该种结构只需增加集液仓和排液阀即可，同时还可与注液组件一体集成，使得整个换液装置的结构相对简单，成本较低；

第二种，所述排液组件包括高压气体机构和收集仓，所述高压气体机构将共享电解液系统内的电解液通过高压气体排出；所述收集仓用于与共享电解液系统连接，用于收集排出的电解液。

上述第二种结构的排液组件中，为将电解液快速完全排出，可通过上进下出的方式进行排液，此时，各单体电池内腔包括气体区和电解液区；各单体电池的电解液区互通形成共享电解液系统，各单体电池的气体区互通；所述高压气体机构用于与气体区连接，高压气体从气体区进入，挤压电解液区内的电解液，使其快速排出至收集仓。

进一步地，为方便现场使用和安装，上述高压气体机构为压力气瓶，其内填充的高压气体为惰性气体，惰性气体不与电解液发生反应，避免对大容量电池的性能产生影响。

现有储备设备中具有多个大容量电池，为节省成本，上述换液装置可为移动式换液装置，能够为储能设备中的多个大容量电池进行换液操作。在本实用新型移动式换液装置中，上述排液组件和注液组件设置在移动支架上，移动支架为具有万向轮的支架，可搭载换液装置在储能设备中移动，为多个大容量电池进行换液。

进一步地，为提高换液装置的使用寿命，所述移动支架上设置有保护箱，所述排液组件和注液组件设置在保护箱内。

进一步地，所述注液管上设置有压力测量机构，该压力测量机构可在抽真空时及时监控共享电解液系统内的压力，防止抽真空超过设定值，进而使得后续注液时共享电解液系统的电解液注入过多，对大容量电池的性能产生影响。

进一步地，所述抽真空设备为真空泵，真空泵结构简单，方便储能设备现场使用，同时，为保证真空泵的可靠使用，真空泵的进口管路上还设有油水分离器。

和现有技术相比，本实用新型技术方案具有如下优点：

本实用新型换液装置能够对大容量电池的电解液进行更换，提高了大容量电池的倍率、寿命、循环等性能。同时，该换液装置采用抽真空后进行注液的方式，即通过腔体压力差的原理进行注液，注液后各单体电池电解液的液位一致性较好，提升了大容量电池的性能。

本实用新型的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本实用新型的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有大容量电池形成共享电解液系统的示意图；

图2为本实用新型实施例1中换液装置与大容量电池的结构示意图；

图3为本实用新型实施例1中换液装置设有移动支架与保护箱的示意图；

图4为本实用新型实施例2中换液装置与大容量电池的结构示意图一；

图5为本实用新型实施例2中换液装置与大容量电池的结构示意图二。

附图标记：1-单体电池，2-共享电解液系统，3-中空气管，4-排液组件，5-注液组件，6-移动支架，7-保护箱，8-压力测量机构，21-泄爆部，22-密封阀，31-进气阀，41-集液仓，42-排液阀，43-高压气体机构，44-收集仓，45-集液阀，46-气体控制阀，47-排液管，51-注液管，52-第一抽真空阀，53-注液阀，54-储液仓，55-抽真空设备，56-油水分离器，57-第二抽真空阀。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用来解释本实用新型的技术原理，目的并不是用来限制本实用新型的保护范围。

现有的大容量电池为改善其性能，将多个大容量电池中多个单体电池的电解液实现互通，形成共享电解液系统。上述共享电解液系统的目的是将多个单体电池的电解液连通，将所有单体电池处于一个电解液体系下，以上共享电解液系统可通过多种方式实现：

一、通过在多个单体电池上设置开口，然后将多个单体电池浸泡在一个盛装有电解液的密封箱体内，使得多个单体电池电解液区内的电解液和密封箱体内的电解液构成一个电解液体系，即形成了大容量电池的共享电解液系统；

二、通过在多个单体电池上设置开口，通过管路将每个单体电池的开口连通，使得多个单体电池电解液区内的电解液和管路内的电解液构成一个电解液体系，即形成了大容量电池的共享电解液系统。

以上共享电解液系统使各单体电池均处于统一的电解液体系下，减少了各单体电池之间容量之间的差异，一定程度上提升了各单体电池之间的一致性，从而一定程度上提升了大容量电池的循环寿命。但是，大容量电池的电解液在长期使用后，其内部的电解液已无法满足大容量电池的性能，此时，可通过对大容量电池的电解液进行更换，通过排出旧的电解液，注入新的电解液进，对大容量的性能进行再次优化，从而提高大容量电池的性能。

目前可通过多种方式对大容量电池进行换液，例如，通过放液阀和注液泵对大容量电池进行换液，但是，通过注液泵对大容量电池进行注液时，靠近注液泵的单体电池注液量较多，远离注液泵的单体电池注液量较少，注液完成后，各单体电池电解液的液位一致性较差，从而影响了大容量电池的性能。基于此，本实用新型提供一种注液一致性较好的换液装置。

本实用新型提供的换液装置主要包括排液组件和注液组件，排液组件将共享电解液系统中的原有电解液排出，随后通过注液组件填充新的电解液。以上注液组件注入电解液时，主要通过压力差进行注液，即先对共享电解液系统进行抽真空，随后通过负压腔体抽吸电解液，通过负压抽吸电解液后，多个单体电池内电解液的液位一致性较好，保证了大容量电池的性能。此外，该种注液组件在注入电解液的全过程中保持了较好的密封性，注液过程中全程不与空气接触，对电解液的性能影响较小。此外，该种方式相对于通过注液泵进行主动补液的结构，其无需设置排气装置，成本较低。

依据上述描述的通过管路构成的共享电解液系统的大容量电池为基础，下面通过几个实施例对本实用新型的换液装置进行更加详细的介绍。

实施例1

如图1所示，本实施例提供的大容量电池包括并联的多个单体电池1，多个单体电池1的电解液区均连通，形成共享电解液系统2，该共享电解液系统2包括中空构件，该中空构件为具有腔体的结构，例如，共享管等。该中空构件均与多个单体电池1的内腔连通，形成了一个电解液的共享空间，在这个空间中，各单体电池1的电解液成分、环境、温度、离子交换等都大体保持动态一致性，从而达到各个单体电池1电解液共享及工作状态大体相同的理想状态。此外，该中空构件上可设置有泄爆部21，在某单体电池1发生热失控时，通过中空构件将高温高压烟气定向排出，该泄爆部21可为泄爆阀或泄爆膜。以上泄爆部21可设置在中空构件的一端，同时，还可以在中空构件的另一端设置密封阀22，对中空构件进行密封，密封阀22可采用截止阀等阀门。

如图2所示，本实施例中的换液装置能够对大容量电池进行排液和换液，对大容量电池的电解液进行更换，从而提升大容量电池的倍率、寿命、循环等性能，避免大容量电池电解液中物质差异以及杂质等带来的性能问题。该换液装置一是可在制作大容量电池时向大容量电池内注入电解液形成共享电解液系统，二是可在大容量电池运行一定循环次数后，对共享电解液系统的电解液进行更换，从而进一步提高大容量电池的性能。

本实施例中的换液装置具体包括排液组件4和注液组件5；排液组件4用于与共享电解液系统2连接，将共享电解液系统2中的电解液排出；注液组件5在共享电解液系统2中的旧电解液排出后，补入新的电解液。

本实施例中的注液组件5包括注液管51、第一抽真空阀52、注液阀53、储液仓54和抽真空设备55；注液管51的一端用于与共享电解液系统2连接，另一端分别用于与抽真空设备55、储液仓54连接；第一抽真空阀52设置在抽真空设备55的进口管路上；注液阀53设置在注液管51与储液仓54的管路上。上述抽真空设备55可为真空泵，真空泵结构简单，方便储能设备现场使用，此外，为保证真空泵的可靠使用，真空泵的进口管路上还设有油水分离器56，避免汽化的电解液对真空泵产生影响。

本实施例中的排液组件4包括集液仓41和排液阀42，集液仓41分别与抽真空设备55、共享电解液系统2连接，在实施例中，集液仓41与共享电解液系统2之间通过注液管51、排液管47连接，排液阀42设置在排液管47上。为方便集液仓41的多次抽真空，集液仓41与真空设备55之间的管路上还设置有第二抽真空阀57，为方便对集液仓41进行多次抽真空，可将真空设备55与集液仓41的内腔顶端连接。

如图3所示，在本实施例中，上述注液管51上还设置有压力测量机构8，该压力测量机构8可及时监控抽真空时共享电解液系统2内的压力，防止抽真空时抽真空过大，使得后续共享电解液系统2的电解液填充过多，对大容量电池的性能产生影响。

现有储备设备中具有多个大容量电池，为节省成本，上述换液装置可为移动式换液装置，能够为储能设备中的多个大容量电池进行换液操作。如图3所示，在本实施例中，上述排液组件4和注液组件5设置在移动支架6上。移动支架为具有万向轮的支架，可搭载换液装置进行移动，为储能设备中的多个大容量电池进行换液。同时，移动支架6上设置有保护箱7，排液组件4和注液组件5均设置在保护箱7内，保护箱7可对排液组件4和注液组件5进行保护，提高换液装置的使用寿命。

以上换液装置工作时，首先对各部件进行可靠密封安装，随后进行排液过程，当共享电解液系统2内的电解液完全排出后，随后进行注液过程。若为制作大容量电池时首次向大容量电池内注入电解液，则可省略排液过程，直接进行注液过程。

排液过程如下：将注液管51与共享电解液系统2上的密封阀22连接。排液前各阀门均为常闭状态，需要排液时，打开第二抽真空阀57，启动抽真空设备55，抽真空设备55对集液仓41内进行抽真空，抽到规定负压值时，关闭抽真空设备55和第二抽真空阀57；此时集液仓41内为负压状态，其压力小于共享电解液系统2内的压力，二者存在一定压力差，然后打开排液阀42和密封阀22，共享电解液系统2内的电解液通过压力差自动抽吸进入集液仓41，直至共享电解液系统2和集液仓41内的压力相同，关闭排液阀42和密封阀22。若共享电解液系统2内的电解液已完全排出，则排液完成。

若共享电解液系统2内的电解液未完全排出，则重复以上排液过程，反复多次启动抽真空设备55，直至共享电解液系统2内电解液完全排出，随后关闭排液阀42和密封阀22，在多次排液过程之前，可将集液仓41内已收集的电解液排出。

注液过程如下：打开第一抽真空阀52、密封阀22，启动抽真空设备55，抽真空设备55对共享电解液系统2以及各单体电池1内腔进行抽真空，抽到规定负压值时，关闭抽真空设备55和第一抽真空阀52；此时共享电解液系统2内为负压状态，其压力小于储液仓54内的压力，二者存在一定压力差，然后打开注液阀53，储液仓54内的电解液通过压力差自动进入共享电解液系统2，二者压力相同时，关闭第一抽真空阀52、密封阀22。该动作可以多次重复，至进入大容量电池内的电解液量达到要求为止。本实施例对共享电解液系统2进行抽真空，在共享电解液系统2和储液仓54之间产生压力差，储液仓54内的电解液通过压力差进入共享电解液系统2。通过抽真空产生压力差进行注液时，各单体电池1内的注液量基本一致，从而保证了每个单体电池1注液后电解液的液位一致性。

实施例2

如图4所示，本实施例同样提供一种用于大容量电池的换液装置，其包括排液组件4和注液组件5，排液组件4将共享电解液系统2中的电解液排出；注液组件5在共享电解液系统2中的旧电解液排出后，注入新的电解液。

本实施例中的注液组件5包括注液管51、第一抽真空阀52、注液阀53、储液仓54和抽真空设备55；注液管51的一端用于与共享电解液系统2连接，另一端分别用于与抽真空设备55、储液仓54连接；第一抽真空阀52设置在抽真空设备55的进口管路上；注液阀53设置在注液管51与储液仓54的管路上。上述抽真空设备55可为真空泵。此外，为保证真空泵的可靠使用，真空泵的进口管路上还设有油水分离器56，避免汽化的电解液对真空泵产生影响。

本实施例与实施例1的不同点在于排液组件4的结构不同，本实施例中的排液组件4通过高压气体排液，其主要包括高压气体机构43和收集仓44，高压气体机构内高压气体的压力大于各单体电池1内压力；高压气体机构43将共享电解液系统2内的电解液通过高压气体排出，收集仓44用于与共享电解液系统2连接，用于收集排出的电解液，该收集仓44的进口处设有集液阀45，以保持收集的电解液不与空气接触。

为方便换液现场使用，以上高压气体机构43可为压力气瓶，其内填充的气体为高压惰性气体，为使电解液顺利排出，该惰性气体压力一般大于远大于单体电池内的压力，使得该压力气瓶可一次排出全部单体电池的电解液。该惰性气体在常温下不与电解液中的物质发生反应，压力气瓶内的高压气体将共享电解液系统2内的液体挤压至收集仓44，高压气体机构43的出口一般设置有气体控制阀46，气体控制阀46对高压气体机构43内的高压气体进行密封。此外，上述高压气体机构43还可为持续提供一定压力气体的机构，该机构通过持续输出的高压气体，使各单体电池内的电解液一次排出。

如图4所示，该高压气体机构43可通过注液管51与共享电解液系统2连接，排液时，高压气体机构43内的高压气体推动共享电解液系统2内的电解液至收集仓44，该种方式连接简单，但需要高压气体机构43内高压气体的压力足够高，以使共享电解液系统2内的电解液完全排出，或者通过持续输出的高压气体进行排液。

如图5所示，为将电解液尽量快速全部排出，可通过高压气体上进下出的方式进行排液，此时，各单体电池1内腔包括气体区和电解液区，各单体电池1的气体区互通，在本实施例中，各单体电池1的气体区通过中空气管3互通，且中空气管3上设置有进气阀31；高压气体机构43与多个单体电池1的中空气管3连接，高压气体从气体区进入，挤压电解液区内的电解液，使其快速排出。

当大容量电池长时间使用后，其性能已无法满足要求，此时可通过更换电解液的方式提高其性能，本实施例可通过以下方式更换电解液：

排液过程如下：将收集仓44进口处的集液阀45与共享电解液系统2的泄爆阀连接，将共享电解液系统2的密封阀22与高压气体机构43连接(或者将中空气管3上的进气阀31与高压气体机构43)，打开密封阀22(或者进气阀31)、集液阀45，随后打开高压气体机构43出口处的气体控制阀46，高压气体机构43内的高压气体进入共享电解液系统2中(或者进入气体区)，将共享电解液系统2内的电解液通过高压气体排入收集仓44内。随后，关闭所有阀门，将收集仓44、高压气体机构43与共享电解液系统2分离。随后，还可对排液后的共享电解液系统2内腔加注氮气，使大容量电池达到内压平衡。

注液过程如下：将注液管51与共享电解液系统2上的密封阀22连接，打开第一抽真空阀52、密封阀22，启动抽真空设备55，抽真空设备55对共享电解液系统2以及各单体电池1内腔进行抽真空，抽到规定负压值时，关闭抽真空设备55和第一抽真空阀52；此时共享电解液系统2内为负压状态，其压力小于储液仓54的压力，二者存在一定压力差，然后打开注液阀53，储液仓54内的电解液通过压力差自动进入共享电解液系统2，二者压力相同时，关闭第一抽真空阀52、密封阀22；该动作可以多次重复，至进入大容量电池内的电解液量达到要求为止，即加注至单体电池1内腔高度70％左右的液位。

Claims (10)

1.一种用于大容量电池的换液装置，所述大容量电池包括并联的多个单体电池，多个单体电池的电解液区均连通形成共享电解液系统，其特征在于，所述换液装置包括排液组件和注液组件；

所述排液组件与共享电解液系统连接，用于排出共享电解液系统中的电解液；

所述注液组件包括注液管、第一抽真空阀、注液阀、储液仓和抽真空设备；

所述注液管的一端用于与共享电解液系统连接，另一端分别与抽真空设备、储液仓连接；所述第一抽真空阀设置在抽真空设备的进口管路上；所述注液阀设置在注液管与储液仓之间的管路上。

2.根据权利要求1所述的用于大容量电池的换液装置，其特征在于，所述排液组件包括集液仓和排液阀，所述集液仓分别与第一抽真空阀、共享电解液系统连接，所述排液阀设置在集液仓与共享电解液系统之间。

3.根据权利要求1所述的用于大容量电池的换液装置，其特征在于，所述排液组件包括高压气体机构和收集仓；所述高压气体机构用于将共享电解液系统内的电解液通过高压气体排出；所述收集仓用于与共享电解液系统连接，用于收集排出的电解液。

4.根据权利要求3所述的用于大容量电池的换液装置，其特征在于，各单体电池的气体区互通；所述高压气体机构用于与气体区连接。

5.根据权利要求4所述的用于大容量电池的换液装置，其特征在于，所述高压气体机构为压力气瓶，其内填充的高压气体为惰性气体，且惰性气体的压力大于0.7Mpa。

6.根据权利要求1至5任一所述的用于大容量电池的换液装置，其特征在于，所述排液组件和注液组件设置在移动支架上。

7.根据权利要求6所述的用于大容量电池的换液装置，其特征在于，所述移动支架上设置有保护箱，所述排液组件和注液组件设置在保护箱内。

8.根据权利要求6所述的用于大容量电池的换液装置，其特征在于，所述注液管上设置有压力测量机构。

9.根据权利要求6所述的用于大容量电池的换液装置，其特征在于，所述抽真空设备为真空泵。

10.根据权利要求9所述的用于大容量电池的换液装置，其特征在于，所述真空泵的进口管路上还设有油水分离器。