一种液流电池系统的电堆叠层封装方法及设备技术方案

本发明专利技术涉及液流电池技术领域，具体公开了一种液流电池系统的电堆叠层封装方法及设备。所述封装方法，是在封装过程中，将电堆的液流板框逐层改色，并利用激光焊接工艺，将电堆的端电极、极板组件以及膜组件逐层焊接在一起，从而获得密封性良好的电堆。封装过程中，利用所述封装设备，在被焊接的底层板框上将焊接路径进行改色处理，以增强激光能量的吸收能力，利用上层板框的激光透过性，将激光能量集中在两层板框中间，使两层板框的接触面沿焊接路径熔接在一起，从而获得良好的密封性和良好的连接强度，并以此方式逐层叠加，最终形成密封性良好的液流电池系统的电堆。良好的液流电池系统的电堆。良好的液流电池系统的电堆。

【技术实现步骤摘要】
一种液流电池系统的电堆叠层封装方法及设备


[0001]本专利技术涉及液流电池
，更具体的说是涉及一种液流电池系统的电堆叠层封装方法及设备。

技术介绍

[0002]电化学液流电池一般称为氧化还原液流电池，是一种新型的大型电化学储能装置。目前液流电池主要包括全钒液流电池、锌溴液流电池、铁铬液流电池锌锰液流电池、锌空气液流电池等。液流电池是一种新型蓄电储能设备，一般具有寿命长，环境友好，安全性高等优点，主要应用于电网调峰、风能和太阳能等可再生能源发电等领域，可提高电网稳定性，保障电网安全。
[0003]电堆是液流电池系统的核心部件，是提供电化学反应的场所。液流电池系统的电堆一般采用双极板结构，多层叠加串联。电堆一般包括端电极(引出极)，隔膜或隔膜组件，双极板组件，紧固端板等部件。
[0004]电堆的渗漏是液流电池系统一个比较常见的故障。电堆的封装是液流电池的关键技术之一，直接关系到电堆的可靠性和安全性。
[0005]目前电堆封装方法中，片间密封主要有四种形式：一是依靠橡胶垫的压紧密封。二是依靠板框突起筋条及对应凹槽配合的压紧密封。三是震动摩擦焊接密封。四是激光焊接。
[0006]依靠橡胶垫的压紧密封，是在板框表面需要密封的位置加工有放置橡胶垫或橡胶圈的凹槽，在封装过程中，将橡胶垫或橡胶圈安放在每层板框的凹槽内，将全部组件堆叠后，利用螺栓从端板两端整体紧固，完成电堆的封装。这种封装方式，密封垫和密封圈安放过程繁琐，不易固定，生产效率低。电堆长期使用后，密封材料容易老化，弹性变差，致使电堆出现渗漏。
[0007]依靠板框突起筋条及对应凹槽配合的压紧密封，可省去密封垫或密封圈的安放过程，工艺相对简单。但密封筋条长期受压，材料会产生蠕变，逐渐失去弹性，容易发生电堆渗漏。另外，环境温度和电堆运行温度的大幅度变化，也会造成板框材料的膨胀和收缩，影响片间的密封性。
[0008]震动摩擦焊接密封是利用震动摩擦焊机，将各种板框逐层进行焊接，直至整个电堆封装完成。这种工艺虽然能够将板框逐层焊接密封，但需要在熔接处设计特殊结构且需要专用焊接模具，随着堆叠层数和累积误差的增加，工艺控制难度较大，废品率较高。另外，焊接过程中产生的热量较大，会造成板框或双极板及膜组件不同程度的变形，进而影响到电堆内部的液流分配，影响电堆性能。
[0009]鉴于上述问题的存在，如何提供一种利用激光焊接封装液流电池电堆的方法和设备，就成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0010]本专利技术的目的是提供一种液流电池系统的电堆叠层封装方法，实现电堆组件的逐
层密封焊接，保证电堆密封的可靠性和耐久性以及封装过程自动化的易实现性。
[0011]为实现上述目的，本专利技术提供了一种技术方案，具体的包括如下步骤：
[0012]S1.将第一层液流板框固定在工作台上，对所述液流板框进行改色处理，改色处理后的区域形成焊接路径；
[0013]S2.将第二层液流板框叠放在第一层液流板框上，并沿所述焊接路径进行焊接；
[0014]S3.重复步骤S1中的改色处理动作，对第二层液流板框进行改色处理，改色处理后的区域形成焊接路径；
[0015]S4.将第三层液流板框叠放在第二层液流板框上，并重复步骤S2中的焊接动作；
[0016]重复上述步骤，直至达到需要的层数。
[0017]上述技术方案旨在提供一种电堆叠层封装方法，在封装过程中，将电堆的液流板框逐层改色，并利用激光焊接工艺，将电堆的端电极、极板组件以及膜组件逐层焊接在一起，从而获得密封性良好的电堆。封装过程中，利用所述封装设备，在被焊接的底层板框上将焊接路径进行改色处理，以增强激光能量的吸收能力，利用上层板框的激光透过性，将激光能量集中在两层板框中间，使两层板框的接触面沿焊接路径熔接在一起，从而获得良好的密封性和良好的连接强度，并以此方式逐层叠加，最终形成密封性良好的液流电池系统的电堆。
[0018]进一步的，所述步骤S1中的改色处理包括对所述焊接路径进行可吸收激光能量涂层的改色，还包括对所述焊接路径以外的其他区域表面进行不吸收激光能量涂层的改色。板框改色是将透激光材质的板框表面，通过增加特定颜色层来实现对激光能量的阻挡和吸收，达到良好焊接的目的。改色处理包括将焊接路径改色及表面整体改色，改色处理包括增加可见及不可见的激光能量吸收涂层。
[0019]进一步的，所述步骤S1中的改色处理为利用打印或喷涂或印刷工艺对所述液流板框的加色处理。可选的，所述改色可通过喷墨打印实现，可通过喷枪或喷笔喷涂实现，可通过丝网印刷或涂刷等方式实现。可选的，所述改色所用材料，可以是打印机快干墨水，印刷用快干墨，炭黑等材料。
[0020]进一步的，步骤S2中的焊接为利用激光焊接工艺对上下两层的所述液流板框进行焊接。利用激光焊接工艺将上层透激光板框与下层改色处理板框熔接，上层透激光板框经改色处理后做为下次焊接的下层板框。可选的，激光焊接采用光纤激光焊接设备完成，可选用功率30W～150W，波长800～1000nm的激光器，焊接头可以根据需要安装在三轴、六轴或多轴的工业机器人上，已实现对不同形状的焊接路径的焊接。
[0021]进一步的，液流板框为厚度1～10mm的透明或半透明可透激光材料，优选2
‑
8mm的透明材料或5
‑
10mm的半透明可透激光材料。
[0022]进一步的，所述液流板框为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、丙烯腈
‑
丁二烯
‑
苯乙烯共聚物中的一种或多种组合材料。
[0023]进一步的，所述液流板框可以包含流道结构或不含流道结构。
[0024]电堆的液流板框是与极板或膜或其他金属集流体相结合的部件，板框材质选用聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、丙烯腈
‑
丁二烯
‑
苯乙烯共聚物(ABS)等透明或半透明的能够透过激光的一种或多种材料的组合。板框具体材质的选择，需要保证板框能够和相应的双极板、膜等实现可靠的焊接或粘接，同时对相应电解液体系具备良好的耐受性。
[0025]进一步的，所述液流板框包括端电极组件、极板组件和膜组件。该封装方法用于液流电池电堆的片间密封封装，此技术适用于各类层叠结构液流电池电堆的焊接封装，用于端电极组件，极板组件，膜组件之间的焊接。具体包括：端电极组件与膜组件的焊接，膜组件与极板组件的焊接，极板组件与极板组件的焊接。
[0026]进一步的，所述焊接路径包括外围整体密封路径、电解液进出口密封路径、流道密封路径和结构加强焊接路径。该封装方法逐层对液流板框进行改色激光焊接，适用于：外围整体密封焊接，电解液进出口密封焊接，流道密封焊接，结构加强焊接。
[0027]本专利技术还提出了一种液流电池系统的电堆叠层封装设备，具体包括：三轴数控平台、改色装置和焊接装置，所述改色装置和所述焊接装置均活动连接于所述三轴数控平台上方，所述改色装置包括有喷墨打印头本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种液流电池系统的电堆叠层封装方法，其特征在于，包括如下步骤：S1.将第一层液流板框固定在工作台上，对所述液流板框进行改色处理，改色处理后的区域形成焊接路径；S2.将第二层液流板框叠放在第一层液流板框上，并沿所述焊接路径进行焊接；S3.重复步骤S1中的改色处理动作，对第二层液流板框进行改色处理，改色处理后的区域形成焊接路径；S4.将第三层液流板框叠放在第二层液流板框上，并重复步骤S2中的焊接动作；重复上述步骤，直至达到需要的层数。2.根据权利要求1所述的一种液流电池系统的电堆叠层封装方法，其特征在于，所述步骤S1中的改色处理包括对所述焊接路径进行可吸收激光能量涂层的改色，还包括对所述焊接路径以外的其他区域表面进行不吸收激光能量涂层的改色。3.根据权利要求2所述的一种液流电池系统的电堆叠层封装方法，其特征在于，所述步骤S1中的改色处理为利用打印或喷涂或印刷工艺对所述液流板框的加色处理。4.根据权利要求2所述的一种液流电池系统的电堆叠层封装方法，其特征在于，所述步骤S2中的焊接为利用激光焊接工艺对上下两层的所述液流板框进行焊接。5.根据权利要求4所述的一种液流电池系统的电堆叠层封装...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟琳，刘学军，
申请(专利权)人：刘学军，
类型：发明
国别省市：