TWI831429B - 真空式電池結構組件及真空式多單元電池組 - Google Patents
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Abstract
本發明提供了一種真空式電池結構組件及由其組成的真空式多單元電池組，真空式電池結構組件包括：一第一重複單元，包括：一第一框板；及一第二框板，與該第一框板相對設置；以及一電解液通道，設置於該第一框板及該第二框板中，以容納一液態電解液，其中該第一框板及該第二框板的至少一個設有一真空吸附區域，該真空吸附區域包括一真空開孔及一真空流道，該真空開孔位於該第一框板及該第二框板的至少一表面上，該真空流道位於該第一框板及該第二框板的內部，並且通過該真空開孔生成一縱向壓合吸力，以密封該第一框板與該第二框板。
Description
本發明係關於電池的技術領域，特別是關於一種輕量化真空式電池結構組件及由其組成的真空式多單元電池組。
隨著科技的發展，電子設備成為不可或缺的必需品，大大減輕人力及時間成本，為生活帶來便利，例如：顯示裝置、車輛、電腦等，電子設備的電力供應主要分為接電及電池兩種方式。然而，接電一般應用於固定式的電子設備，雖然能夠提供穩定的供電，但具有不便於移動等缺點。對於高移動性的電子設備來說，電池為最重要的元件之一，為了滿足電子設備的各種規格及要求，不同種類的電池應運而生，例如：蓄電池、鋰電池、液流電池等。
在各式各樣的電池中，全釩液流電池具有使用壽命長、安全性高等優點，已成為再生能源的主要儲能技術之一。傳統液流電池多以螺栓鎖固件做為整電堆之固定方式，以此法操作易導致電堆鎖固力不均及拆裝不易之問題，且無法輕易進行內部零件更換。此外，由於需要同時鎖固多個電堆，多個電堆之間所產生的反作用力造成實際上每個電堆之間的距離不一，影響電池中
的電極反應及導電作用的效能，使傳統液流電池的儲電能力參差不齊，良率不佳，更影響電池的使用壽命，甚至造成電子設備發生故障。
綜觀前所述，本發明之發明者思索並設計一種電池結構組件及由其組成的電池組，以期針對習知技術之缺失加以改善，進而增進產業上之實施利用。
有鑑於此，為了解決上述先前技術中存在電池堆鎖固力不均及電池堆拆裝不易等問題，本發明將真空吸盤夾治具整合於電池堆結構中，解決先前技術中使用螺桿鎖固之鎖合方式所產生的技術問題，以降低電池堆的整體體積與重量；而使用真空吸附使接合界面可平均且穩定的固定電池框體，避免傳統鎖固法因施力不均所造成的漏液或零部件損壞之問題；且不需拆除整顆電池堆即可針對發生問題之電池單元進行個別更換，大大提升了電池堆維護之便利性。
本發明提供了一種真空式電池結構組件，其包括：一第一重複單元，包括：一第一框板；及一第二框板，與該第一框板相對設置；以及一電解液通道，設置於該第一框板及該第二框板中，以容納一液態電解液，其中該第一框板及該第二框板的至少一個設有一真空吸附區域，該真空吸附區域包括一真空開孔及一真空流道，該真空開孔位於該第一框
板及該第二框板的至少一表面上，該真空流道位於該第一框板及該第二框板的內部，並且通過該真空開孔生成一縱向壓合吸力，以密封該第一框板與該第二框板。
較佳地，該真空吸附區域的該縱向壓合吸力為：
其中S為該真空吸附區域的一吸附面積、P為真空氣壓、μ為安全係數為2.5~4。
較佳地，該真空式電池結構組件進一步包括：一第二重複單元，該第二重複單元設置在該第一重複單元上，該第二重複單元包括：該第一框板及與該第一框板相對設置的該第二框板。
較佳地，該第二框板的一第一鏤空區中依次包括：一第一碳氈、一第一撓性墊片、一質子交換膜及一第二撓性墊片；該第一框板的一第二鏤空區依次包括：該一第二碳氈、複數個岐管墊片及一石墨板，該真空式電池結構組件內的各該第一框板及該第二框板具有實質上相等的一碳氈壓縮率。
此外，本發明進一步提供了一種真空式多單元電池組，其進一步包括：複數個如上所述的一真空式電池結構組件；一第一端板，覆蓋在該第二框板上；及一第二端板，覆蓋在該第一框板上。
較佳地，該第一端板依次包括：一第一集電板、複數個岐管墊片及一石墨板，該第一集電板設置在該第一端板的一第一集電板槽中，該複數個岐管墊片設置在該第一集電板槽的兩側，該石墨板設置在該岐管墊片上。
較佳地，該第一端板不具有鰭片。
較佳地，該第二端板包括：一第二集電板槽，該第二集電板槽容納一第二集電板。
較佳地，該第一框板設有一微型止回單向閥，該微型止回單向閥連接該真空流道。
較佳地，該真空式多單元電池組係選自於液流電池及燃料電池所組成的群組中的一個。
本發明的有益功效在於利用真空吸盤原理之液流電池框體，於框體組裝時以真空泵浦將框體設計中之真空區內空氣吸出產生負氣壓，利用真空力將框板吸附於另一框板上，達到電堆組裝之目的。本發明透過真空治具結構及電池框板表面結構，於電極面積100cm2液流電池之電極及流道周邊設計一100cm2真空吸附區，並以真空泵浦於抽氣口施以抽氣產生真空，可使吸附範圍達90%相對真空度即23kg之吸力。由實驗結果表明，以本發明應用於液流電池框體可於4bar流體壓力下持續運轉達0.5hr以上且無洩漏發生。
以下將以具體的實施例配合所附的圖式詳加說明本發明的技術特徵，以使所屬技術領域具有通常知識者可易於瞭解本發明的目的、技術特徵、及其優點。
1:真空式電池結構組件/真空式多單元電池組
10:第一重複單元
11:第一端板
12:第二端板
20:第二重複單元
21:第一框板
22:第二框板
30:第三重複單元
31:第一集電板
32:第二集電板
41:石墨板
51:第一岐管墊片
52:第二岐管墊片
61:第一碳氈
62:第二碳氈
71:第一撓性墊片
72:第二撓性墊片
81:質子交換膜
101:第一集電板槽
102:第一集電板槽
103:第一石墨板槽
104:第二石墨板槽
200:真空吸附區域
201:網狀凹槽
202:真空開孔
203:真空抽氣孔
204:微型止回單向閥
205、206:密封膠條
207、208:密封膠條槽
209:電解液開孔
210:石墨板密封膠條
211:石墨板密封膠條槽
212:岐管墊片槽
213:電解液通道
214:第一鏤空區
215:第二鏤空區
216:真空流道
217:耐酸鹼接頭
為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對本發明實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面所描述的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於所屬技術領域中具有通常知識者來講，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
第1圖係本發明的真空式多單元電池組的分解圖。
第2A圖至第2B圖分別係本發明的第一框板及第二框板的示意圖。
第3A圖至第3B圖分別係本發明的第一框板與第二框板組裝前後的示意圖。
第4A圖至第4B圖分別係本發明的第一端板及第二端板的示意圖。
第5A圖至第5B圖分別係本發明的第一端板組裝前後的示意圖。
第6A圖至第6B圖分別係第5B圖的第一端板與第二框板組裝前後的示意圖。
第7A圖至第7B圖分別係第6B圖的第二框板與第一框板組裝前後的示意圖。
第8圖係本發明的真空式多單元電池組組裝了三個重複單元的示意圖。
第9A圖至第9B圖分別係真空式多單元電池組具有一個重複單元及三個重複單元時沿著直線A-A’截取的截面圖。
第10A圖至第10B圖分別係第8圖的真空式多單元電池組與第二端板組裝前後的示意圖。
第11A圖至第11B圖分別係第10B圖的真空式多單元電池組與耐酸鹼接頭組裝前後的示意圖。
本發明的優點、特徵以及達到的技術方法將參照例示性實施例及所附圖式進行更詳細地描述而更容易理解，且本發明可以不同形式來實現，故
不應被理解僅限於此處所陳述的實施例，相反地，對所屬技術領域中具有通常知識者而言，所提供的實施例將使本揭露更加透徹與全面且完整地傳達本發明的範疇，且本發明將僅為所附加的申請專利範圍所定義。
應當理解的是，儘管術語「第一」、「第二」等在本發明中可用於描述各種元件、部件、區域、區段、層及/或部分，但是這些元件、部件、區域、區段、層及/或部分不應受這些術語的限制。這些術語僅用於將一個元件、部件、區域、區段、層及/或部分與另一個元件、部件、區域、區段、層及/或部分區分開。
除非另有定義，本發明所使用的所有術語(包括技術和科學術語)具有與本發明所屬技術領域的通常知識者通常理解的相同含義。將進一步理解的是，諸如在通常使用的字典中定義的那些術語應當被解釋為具有與它們在相關技術和本發明的上下文中的含義一致的定義，並且將不被解釋為理想化或過度正式的意義，除非本文中明確地這樣定義。
請參閱第1圖，第1圖係本發明的真空式多單元電池組1的分解圖。本發明提供了一種真空式電池結構組件1，其是由真空式電池結構組件1組成，真空式電池結構組件1包括：至少一重複單元(舉例而言，包括第一重複單元10、第二重複單元20、第三重複單元30等，第二重複單元20設置在第一重複單元10上，如此類推)，每一重複單元包括第一框板21、第二框板22及電解液通道213，第二框板22與第一框板21相對設置，電解液通道213設置於第一框板21及第二框板22中，並且貫穿第一框板21及第二框板22，以容納一液態電解液，使液態電解液在各個重複單元中流通，液態電解液為硫酸釩溶液。
請一併參閱第2A圖至第3B圖，第2A圖至第2B圖分別係本發明的第一框板21及第二框板22的示意圖，第3A圖至第3B圖分別係本發明的第一框板21與第二框板22組裝前後的示意圖。
第一框板21及第二框板22的至少一個設有一真空吸附區域200、複數個真空吸附密封膠條205、206及微型止回單向閥204，真空吸附區域200包括至少一真空開孔202(請見第6A圖至第7B圖)及至少一真空流道216，真空吸附區域200位於第一框板21及第二框板22的一表面具有複數個網狀凹槽201，以藉由網狀凹槽201加快真空吸附區域200內的空氣抽出，增加真空吸附效率，同時避免真空吸附區域200因為抽真空而導致凹陷，避免造成第一框板21及第二框板22變形損壞。在本實施例中，真空開孔202位於第一框板21及第二框板22的與網狀凹槽相反的另一表面上。在另一實施例中，真空開孔202位於第一框板21及第二框板22的與網狀凹槽的表面上或同時位於第一框板21及第二框板22兩個表面上。真空流道216位於第一框板21及第二框板22的內部的真空抽氣所需之流道結構，並且通過真空開孔202生成一縱向壓合吸力，以密封第一框板21與第二框板22，第一框板21於流道面設有真空流道216及密封膠條槽207、208，而第二框板22於石墨板41面設有真空流道216及密封膠條槽207、208，以供真空吸附時產生真空吸附區域200使用，且皆於另一側面設有真空抽氣孔203。密封膠條205、206選用耐腐蝕性的EPDM規格製品使用。密封膠條205、206分別環繞真空吸附區域200的兩側的密封膠條槽207、208內，緊密地嵌入第一框板21及第二框板22中，避免電堆組裝時需壓縮電極及密封件所產生的組裝後的回彈力導致真空吸附失效。由於真空狀態下外部壓力會大於內部壓力，且電池框體厚度較薄，因此需
於真空抽氣孔203處設置一微型止回單向閥結構204以避免氣壓回衝至低壓處，導致真空區域喪失，確保密封真空區域。
本發明為一可任意拆卸個別單電池之真空式電池結構組件1，故各框板側邊皆設有真空抽氣孔203，在另一實施例中，可將真空抽氣孔203移至端板處，刪去各框板的真空抽氣孔203，從而降低框板厚度。
如第3A圖至第3B圖所示，第一框板21及第二框板22為顛倒之設計，皆於平面處設有真空開孔202，其目的於反覆交疊時可確保各接合面皆具有用於抽氣的真空流道216與密封膠條205、206。當第二框板22下壓時，位於第一框板21及第二框板22的一側的真空開孔202同步抽氣至一定壓力後拔除抽氣針頭，使框體內部形成真空區，並透過微型止回單向閥204來防止外部氣壓回流，以此完成真空吸附之技術實施。因此，真空吸附區域200利用流場技術控制氣流動向，使氣流可快速且確實的抽離框體。第一框板21及第二框板22選用耐腐蝕性的PMMA以CNC銑床進行製作。
各第一框板21及第二框板22之間之縱向壓合吸力主要由設計於板上之真空吸附區域200所影響，本發明之真空吸附區域200的面積為100cm2，真空吸附區域200的縱向壓合吸力符合數學式1所定義：
其中S為真空吸附區域200的一吸附面積、P為真空氣壓、μ為安全係數為2.5~4(在本實施例中採用4為計算值)，其中真空氣壓主要由真空泵浦所決定，本發明採用真空治具專用之真空抽氣泵浦，其真空度可達90%，換算值由
表1所示，其真空氣壓可達-0.912kg/cm2，並透過數學式1計算可得縱向壓合吸力為22.8kg，以此縱向壓合吸力進行各第一框板21及第二框板22之吸附則可進行0.6bar之壓力測試。本發明的真空抽氣泵浦使用中型無油式真空泵浦，型號為UN-90V，該設備之電壓需求為110V、安裝口徑為1/4”管徑，且其設備最大真空度可達680mmHg，最大流量為90L/min，藉此參數則可使輕量化電池框體達真空吸附之需求，若後續操作須將串聯數增加，亦可更換更大流量之真供泵浦以達操作所需。
請一併參閱第4A圖至第4B圖，第一端板11為平面且不安裝密封膠條205、206之設計，並於平面處設有兩真空開孔202；第二端板12為真空吸附區域200，平面上設有真空開孔202，內部設有真空流道216，該設計使氣體可更確實的經真空泵浦抽離框板真空區域，並於周邊安裝密封膠條205、206，作為加強真空度之設計。第一端板11及第二端板12選用耐腐蝕性的PMMA以CNC銑床
進行製作。第一端板11的一表面設有第一集電板槽101及第一石墨板槽102，而第二端板12的一表面設有第二集電板槽102及第二石墨板槽104。
本發明的真空式多單元電池組1的組裝流程請一併參閱第5A圖至第11B圖，第5A圖至第5B圖分別係本發明的第一端板11組裝前後的示意圖，第6A圖至第6B圖分別係第5B圖的第一端板11與第二框板22組裝前後的示意圖，第7A圖至第7B圖分別係第6B圖的第二框板22與第一框板21組裝前後的示意圖，第8圖係本發明的真空式多單元電池組1組裝了三個重複單元的示意圖，第9A圖至第9B圖分別係真空式多單元電池組1具有一個重複單元及三個重複單元時沿著直線A-A’截取的截面圖，第10A圖至第10B圖分別係第8圖的真空式多單元電池組1與第二端板12組裝前後的示意圖，第11A圖至第11B圖分別係第10B圖的真空式多單元電池組1與耐酸鹼接頭217組裝前後的示意圖。
如第5A圖至第5B圖所示，設置一第一端板11以進行第一步組裝，於第一端板11中首先放入第一集電板31於第一集電板槽101後，再將石墨板41放入第一石墨板槽103內，將複數個第一岐管墊片51放在石墨板41的兩側，則完成第一端板11之零組件組裝。本發明將第一集電板槽101縮小至石墨板41內，移除過往做成鰭片之構造，避免集電板影響真空吸附之效果，解決了鰭片因兩側阻值高，電流低，中間阻值低，電流高而造成非對稱型電流分布不均。第一集電板31選用黃銅以CNC銑床進行製作，來作為電堆之導電使用。該零件設計為方形階梯狀，大面為50*50mm，作為與石墨板41的接觸面所使用；小面則為電堆外側露出位置，其尺寸為30*30mm之面積。
如第6A圖至第6B圖所示，當完成第一端板11的零組件組裝後，則進行第二框板22與第一端板11之組裝，將第二框板22之真空吸附區域200面向第
一端板11放置，並注意真空開孔202與第一端板11之真空開孔202位於同向，放置完成後由第一端板11之真空開孔202進行真空抽氣即可吸附第一端板11與第二框板22。完成第一端板11與第二框板22之組裝後，則進行第一串聯之組裝環節，其操作方式為先將第一碳氈61、第一撓性墊片71、質子交換膜81、第二撓性墊片72依序放入第二框板22之中心區域的第一鏤空區214(10*10cm)中，並將質子交換膜81以第一撓性墊片71及第二撓性墊片72夾持，於此則完成第二框板22之零組件放置。第一撓性墊片71及第二撓性墊片72撓性墊片選用耐腐蝕性的EPDM橡膠板並以水刀加工進行製作。第一撓性墊片71及第二撓性墊片72應用於單電池接合面中使用，以壓合固定質子交換膜81及防止電極內電解液洩漏，該第一撓性墊片71及第二撓性墊片72的中央具一鏤空區，為放置碳氈之位置。質子交換膜81則使用杜邦廠商所開發之液流電池用Nafion系列產品，如型號N117或N212等之液流電池用質子交換膜。
如第7A圖至第7B圖所示，接著將第一框板21放置於第二框板22上方，將第一框板21之真空吸附區面向第二框板22放置，並注意真空開孔202與第二框板22之真空開孔202位於同向，放置完成後由第二框板22之真空開孔202進行真空抽氣即可吸附第二框板22與第一框板21。最後將第一框板21之第二碳氈62放置於第一框板21之中心區域的第二鏤空區215(10*10cm)中，並於一側設有石墨板密封膠條槽211，且上下兩側皆具一岐管墊片槽212，並將複數個第二岐管墊片52放置在岐管墊片槽212，岐管墊片槽212內具有複數個電解液開孔209，使電解液在各框板之間流通，並將石墨板41放置在複數個第二岐管墊片52上，將石墨板密封膠條210設置在石墨板密封膠條槽211，防止電解液經由石墨板洩
漏出第二鏤空區215(即電極區域)，至此則完成第一重複單元10(即單電堆或單電池)之組裝。石墨板密封膠條槽211的材質與密封膠條205、206相同。
如第8圖所示，重複執行如第6A圖至第7B圖之第二框板22及第一框板21之步驟，則可串聯複數個重複單元10、20、30(即複數個電堆或多單元電池)至目標串聯數。在本實施例中，以串聯三個重複單元10、20、30為示例，但本發明不限於此，可以依需求串聯其它數量的重複單元，或僅設置一個重複單元10。
第9A圖示出了沿第8圖的直線A-A’截取時僅設置一個重複單元10的單電池的截面圖，第9B圖示出了沿第8圖的直線A-A’截取時設置三個重複單元10、20、30時的多單元電池組的截面圖。第一端板11與第二框板22夾持石墨板41，再依次放置第一碳氈61，第一撓性墊片71、質子交換膜81、第二撓性墊片72、第二碳氈62，最後放置石墨板41夾持在另一框板(即第一框板21)，形成第一重複單元10，如此類推，可接續形成第二重複單元20及第三重複單元30。
如第10A圖至第10B圖所示，完成至目標串聯數後，則將安裝外側第二端板12，以完成電堆主體之組裝流程，其方式先將第二集電板32放置於石墨板41上，再將第二端板12放置於第一框板21上並使第二集電板32進入第二集電板槽102中，並注意真空開孔202與第一框板21之真空開孔202位於同向，放置完成後由第一框板21之真空開孔202進行真空抽氣即可吸附第一框板21與第二端板12。第二集電板32的材料及尺寸與第一集電板31相同。
如第11A圖至第11B圖所示，最後將兩側端板上各安裝兩個耐酸鹼接頭217，耐酸鹼接頭217與電解液開孔209對齊，以作為電解液的出口管路及入口管路的接頭，即完成真空式多單元電池組1的組裝流程。組裝該電堆後進行洩
漏測試，並使用1.2倍流體壓力，即0.6bar進行測試，該測試結果顯示電堆於此壓力下30分鐘(即0.5小時)無發生洩漏現象，並可持續拉長測試時間。本發明利用真空吸盤原理之液流電池框體，於框體組裝時以真空泵浦將框體設計中之真空區內空氣吸出產生負氣壓，利用真空力將框板吸附於另一框板上，達到電堆組裝之目的，並且使各個框板之間在均一的大氣壓下具有實質上相等的距離及碳氈壓縮率。
本發明的真空式多單元電池組1可應用於製造液流電池或燃料電池等蓄電池。
本發明的有益功效在於本發明為一可任意拆卸個別單電池之真空式電池結構組件，利用真空吸盤原理之液流電池框體，於框體組裝時以真空泵浦將框體設計中之真空區內空氣吸出產生負氣壓，利用真空力將框板吸附於另一框板上，達到電堆組裝之目的。本發明透過真空治具結構及電池框板表面結構，於電極面積100cm2液流電池之電極及流道周邊設計一100cm2真空吸附區，並以真空泵浦於抽氣口施以抽氣產生真空，可使吸附範圍達90%相對真空度即23kg之吸力。由實驗結果表明，以本發明應用於液流電池框體可於4bar流體壓力下持續運轉達0.5hr以上且無洩漏發生。本發明的多個電堆之間的距離及碳氈壓縮率實質上相等，使各電堆之間具有實質上相等的電極反應、導電效能及儲電能力，增加電池組的穩定性，解決了傳統液流電池的儲電能力參差不齊，良率不佳，電池的使用壽命不佳等技術問題。
以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。
1:真空式電池結構組件/真空式多單元電池組
11:第一端板
12:第二端板
21:第一框板
22:第二框板
31:第一集電板
32:第二集電板
41:石墨板
51:第一岐管墊片
52:第二岐管墊片
61:第一碳氈
62:第二碳氈
71:第一撓性墊片
72:第二撓性墊片
81:質子交換膜
Claims (8)
- 一種真空式電池結構組件，其包括：一第一重複單元，包括：一第一框板；及一第二框板，與該第一框板相對設置；以及一電解液通道，設置於該第一框板及該第二框板中，以容納一液態電解液，其中該第一框板及該第二框板的至少一個設有一真空吸附區域，該真空吸附區域包括一真空開孔、一真空流道及一微型止回單向閥，該真空開孔位於該第一框板及該第二框板的至少一表面上，該真空流道位於該第一框板及該第二框板的內部，該微型止回單向閥連接該真空流道，並且通過該真空開孔抽氣並通過該微型止回單向閥來防止外部氣體回流，於該第一框板及該第二框板之間生成一縱向壓合吸力，以密封該第一框板與該第二框板；其中該真空吸附區域的該縱向壓合吸力為：
- 如請求項1所述的真空式電池結構組件，其進一步包括：一第二重複單元，該第二重複單元設置在該第一重複單元上，該第二重複單元包括：該第一框板及與該第一框板相對設置的該第二框板。
- 如請求項1所述的真空式電池結構組件，其中該第二框板的一第一鏤空區中依次包括：一第一碳氈、一第一撓性墊片、一質子交換膜及一第二撓性墊片；該第一框板的一第二鏤空區依次包括：該一第二碳氈、複數個岐管墊片及一石墨板，該真空式電池結構組件內的各該第一框板及該第二框板具有實質上相等的一碳氈壓縮率。
- 一種真空式多單元電池組，其進一步包括：複數個如請求項1至3任一項所述的一真空式電池結構組件；一第一端板，覆蓋在該第二框板上；及一第二端板，覆蓋在該第一框板上。
- 如請求項4所述的真空式多單元電池組，其中該第一端板依次包括：一第一集電板、複數個岐管墊片及一石墨板，該第一集電板設置在該第一端板的一第一集電板槽中，該複數個岐管墊片設置在該第一集電板槽的兩側，該石墨板設置在該岐管墊片上。
- 如請求項4所述的真空式多單元電池組，其中該第一端板不具有鰭片。
- 如請求項4所述的真空式多單元電池組，其中該第二端板包括：一第二集電板槽，該第二集電板槽容納一第二集電板。
- 如請求項4所述的真空式多單元電池組，其中該真空式多單元電池組係選自於液流電池及燃料電池所組成的群組中的一個。
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Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW200410435A (en) * | 2002-09-27 | 2004-06-16 | Sony Corp | Battery pack and method for producing same |
| CN103594721A (zh) * | 2013-11-28 | 2014-02-19 | 湖南省银峰新能源有限公司 | 一种液流电池液流框及其形成的电堆 |
| CN207818794U (zh) * | 2017-12-25 | 2018-09-04 | 安徽嘉熠智能科技有限公司 | 一种用于动力电池模组pack组装的装配机器人 |
| CN208781962U (zh) * | 2018-09-04 | 2019-04-23 | 东莞市伟升机械设备科技有限公司 | 电池抽气封装机构 |
| CN209504839U (zh) * | 2018-12-25 | 2019-10-18 | 中材锂膜有限公司 | 一种锂电池隔膜铸片底面真空吸油装置 |
| CN111341996A (zh) * | 2020-03-12 | 2020-06-26 | 瑞浦能源有限公司 | 真空注液方法 |
| TW202111984A (zh) * | 2019-09-05 | 2021-03-16 | 行政院原子能委員會核能研究所 | 分散式液流電池儲能模組 |
| TWM629333U (zh) * | 2021-12-13 | 2022-07-11 | 晟能科技有限公司 | 石墨氈固定模組以及包含石墨氈固定模組的液流電池 |
-
2022
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Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW200410435A (en) * | 2002-09-27 | 2004-06-16 | Sony Corp | Battery pack and method for producing same |
| CN103594721A (zh) * | 2013-11-28 | 2014-02-19 | 湖南省银峰新能源有限公司 | 一种液流电池液流框及其形成的电堆 |
| CN207818794U (zh) * | 2017-12-25 | 2018-09-04 | 安徽嘉熠智能科技有限公司 | 一种用于动力电池模组pack组装的装配机器人 |
| CN208781962U (zh) * | 2018-09-04 | 2019-04-23 | 东莞市伟升机械设备科技有限公司 | 电池抽气封装机构 |
| CN209504839U (zh) * | 2018-12-25 | 2019-10-18 | 中材锂膜有限公司 | 一种锂电池隔膜铸片底面真空吸油装置 |
| TW202111984A (zh) * | 2019-09-05 | 2021-03-16 | 行政院原子能委員會核能研究所 | 分散式液流電池儲能模組 |
| CN111341996A (zh) * | 2020-03-12 | 2020-06-26 | 瑞浦能源有限公司 | 真空注液方法 |
| TWM629333U (zh) * | 2021-12-13 | 2022-07-11 | 晟能科技有限公司 | 石墨氈固定模組以及包含石墨氈固定模組的液流電池 |
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