一种高电压大功率全钒液流电池储能模块及制造控制方法技术

本发明专利技术公开了一种高电压大功率全钒液流电池储能模块，包括用于存户电流的储能模块本体、用于管理储能模块充放电并进行交直流转换的储能变流器以及电池管理系统；所述储能模块本体由若干电堆模块串联而成；所述电堆模块由若干电堆先串联后再并联而成。所述储能模块本体由3个电堆模块串联而成；所述电堆模块由8个电堆四四一组串联后再进行并联而成。所述单个电堆的功率≥47KW，电压≥108.5V，使得全钒液流电池储能模块的功率≥1125KW，电压≥1300V。电压≥1300V。电压≥1300V。

【技术实现步骤摘要】
一种高电压大功率全钒液流电池储能模块及制造控制方法


[0001]本专利技术涉及一种电池储能模块，尤其是一种高电压、大功率的全钒液流电池储能模块。

技术介绍

[0002]钒液流电池是一种以钒为活性物质呈循环流动液态的氧化还原电池。钒电池电能以化学能的方式存储在不同价态钒离子的硫酸电解液中，通过外接泵把电解液压入电池堆体内，在机械动力作用下，使其在不同的储液罐和半电池的闭合回路中循环流动，采用质子交换膜作为电池组的隔膜，电解质溶液平行流过电极表面并发生电化学反应，通过双电极板收集和传导电流，从而成电能和化学能的相互转化，实现电池的充电和放电。
[0003]目前市面上的钒液流储能系统模块最高直流电压＜1000V，使得双向储能变流器交流侧额定电压值局限在较低值，导致不能配套能效更高的升压变压器。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术提供一种高电压大功率全钒液流电池储能模块及制造控制方法，其功率和电压都超过市面上现有的电池储能模块。
[0005]为解决以上技术问题，本专利技术的技术方案为采用一种高电压大功率全钒液流电池储能模块，包括用于存户电流的储能模块本体、用于管理储能模块充放电并进行交直流转换的储能变流器以及电池管理系统；所述储能模块本体由若干电堆模块串联而成；所述电堆模块由若干电堆先串联后再并联而成。
[0006]作为一种改进，所述储能模块本体由3个电堆模块串联而成；所述电堆模块由8个电堆四四一组串联后再进行并联而成。
[0007]作为一种进一步的改进，所述单个电堆的功率≥47KW，电压≥108.5V，使得全钒液流电池储能模块的功率≥1125KW，电压≥1300V。
[0008]作为另一种更进一步的改进，所述电堆由若干电堆单元堆叠而成；所述电堆单元包括离子交换膜，所述离子交换膜两侧对称设置有碳毡、导流框和双极板；所述导流框和双极板在离子交换膜两侧拼合成容纳电解液的空腔；所述流道口设置在导流框上。
[0009]作为一种改进，所述双极板由热塑性高分子材料与导电碳材料均匀混合后的复合材料制作；所述复合材料中以热塑性高分子材料为基体材料，其含量为20～50％，所述复合材料中以碳粉、石墨粉、碳纳米管为导电材料，其含量为50～80％。
[0010]作为一种改进，所述双极板的制造方法为：
[0011]将热塑性高分子材料以及碳粉、石墨粉、碳纳米管在150～250℃的温度下均匀混合；
[0012]将混合后的材料破碎成直径1～10mm的颗粒料；
[0013]将颗粒料在150～250℃的温度下挤压成板材并裁剪成双极板。
[0014]作为一种改进，所述电堆的电极为石墨毡电极；所述石墨毡电极表面附着有金属
阳离子。
[0015]本专利技术还提供一种高电压大功率全钒液流电池储能模块的制造方法，包括：
[0016]制造电堆，包括：制造电堆单元；将若干电堆单元焊接堆叠；将电堆单元端面镗铣平整；对电堆进行封装；进行气密性检测；进行整体封装；进行性能检测；
[0017]将电堆组装成电堆模块；
[0018]将电堆模块串联成电池模块本体；
[0019]将电池模块本体、储能变流器、电池管理系统组装成电堆模块。
[0020]作为一种改进，所述将电堆组装成电堆模块包括：
[0021]对电堆模块进行三维建模，并划分网格模型，设定input、output及wall；
[0022]设定入口压力、温度、流速，选择求解模型方程，进行求解，并将得到的结果应用到电堆模块中。
[0023]本专利技术还提供一种高电压大功率全钒液流电池储能模块的控制方法，包括：
[0024]根据电解液在电堆内部的流场数据，计算电池储能模块本体所需的目标流量值；
[0025]根据电池储能模块本体所需的目标流量值控制调节泵运行；
[0026]调节泵运行时，采用恒压力闭环控制，通过控制进入电堆的电解液压力以保证电堆运行在目标流量值下。
[0027]本专利技术的有益之处在于：
[0028]1、电堆模块集成电功率获得大幅度提升，设备容量密度同时获得提升；
[0029]2、储能模块直流电压提高非常明显，使得储能转换效率可获得进一步提高；
[0030]3、储能模块集成电功率提升，进一步提高储能站的设备容量密度。
附图说明
[0031]图1为本专利技术的结构原理图。
[0032]图2为电堆模块的结构原理图。
[0033]图3为电堆单元的结构图。
[0034]图4为控制系统的原理图。
[0035]图中标记：
[0036]21离子交换膜、22碳毡、23导流框、24聚合物框体、25双极板、
具体实施方式
[0037]为了使本领域的技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步的详细说明。
[0038]如图1、图2、图3所示，本专利技术提供一种高电压大功率全钒液流电池储能模块，包括用于存户电流的储能模块本体、用于管理储能模块充放电并进行交直流转换的储能变流器以及电池管理系统；所述储能模块本体由若干电堆模块串联而成；所述电堆模块由若干电堆先串联后再并联而成。
[0039]具体地，所述储能模块本体由3个电堆模块串联而成；所述电堆模块由8个电堆四四一组串联后再进行并联而成。所述单个电堆的最大功率≥47KW，最大电压≥108.5V，最大电流≥700A；从而使得全钒液流电池储能模块的最大功率≥1125KW，最大电压≥1300V，最
大电流≥1400A。
[0040]另外，电堆的具体由若干电堆单元堆叠而成；所述电堆单元包括离子交换膜21，所述离子交换膜21两侧对称设置有碳毡22、导流框23和双极板25；所述导流框23和双极板25在离子交换膜21两侧拼合成容纳电解液的空腔；所述流道口设置在导流框上。双极板25与导流框23之间设置有便于激光焊接的聚合物框体24。
[0041]为了提高单个电堆的性能，将单电堆功率从现有的≦30KW提升到≥47KW，本专利技术对电堆做出了如下优化：
[0042]1、提高双极板的电导率。
[0043]本专利技术中，双极板由热塑性高分子材料与导电碳材料均匀混合后的复合材料制作；所述复合材料中以热塑性高分子材料为基体材料，其含量为20～50％，所述复合材料中以碳粉、石墨粉、碳纳米管为导电材料，其含量为50～80％。将短程导电的颗粒状碳粉、石墨粉与长程导电的10～100nm管状碳纳米管结合，解决单纯使用碳粉和石墨粉时双极板电导率低的问题。
[0044]其制造方法为：
[0045]将热塑性高分子材料以及碳粉、石墨粉、碳纳米管在密炼机中150～250℃的温度下均匀混合；
[0046]将混合后的材料破碎成直径1～10mm的颗粒料；
[0047]将颗粒料在150～250℃的温度下通过螺杆挤出机挤压成板材并裁剪成双极板。
[0048]2、通过电极改性增加电流密度。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高电压大功率全钒液流电池储能模块，包括用于存户电流的储能模块本体、用于管理储能模块充放电并进行交直流转换的储能变流器以及电池管理系统；其特征在于：所述储能模块本体由若干电堆模块串联而成；所述电堆模块由若干电堆先串联后再并联而成。2.根据权利要求1所述的一种高电压大功率全钒液流电池储能模块，其特征在于：所述储能模块本体由3个电堆模块串联而成；所述电堆模块由8个电堆四四一组串联后再进行并联而成。3.根据权利要求2所述的一种高电压大功率全钒液流电池储能模块，其特征在于：所述单个电堆的功率≥47KW，电压≥108.5V，使得全钒液流电池储能模块的功率≥1125KW，电压≥1300V。4.根据权利要求1所述的一种高电压大功率全钒液流电池储能模块，其特征在于：所述电堆由若干电堆单元堆叠而成；所述电堆单元包括离子交换膜，所述离子交换膜两侧对称设置有碳毡、导流框和双极板；所述导流框和双极板在离子交换膜两侧拼合成容纳电解液的空腔；所述流道口设置在导流框上。5.根据权利要求4所述的一种高电压大功率全钒液流电池储能模块，其特征在于：所述双极板由热塑性高分子材料与导电碳材料均匀混合后的复合材料制作；所述复合材料中以热塑性高分子材料为基体材料，其含量为20～50％，所述复合材料中以碳粉、石墨粉、碳纳米管为导电材料，其含量为50～80％。6.根据权利要求5所述的一种高电压大功率全钒液流电池储能模块，其特征在于所述双极板的制造方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈继军，赵永贵，梁先升，伍林，唐钢，
申请(专利权)人：四川伟力得能源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：