液流电池堆及包括其的电池系统技术方案

本实用新型专利技术提供了一种液流电池堆及包括其的电池系统。本实用新型专利技术提供了一种液流电池堆，包括多个液流框并排地设置；集流板，设置在液流框内；电极，包括多个正极和负极，正极和负极设置在各集流板之间；离子交换膜，与集流板形成多个容纳电解液的电解液腔体；液流框的侧面上设有两组液流口，两组液流口包括一组正极液流口和一组负极液流口，正极液流口包括正极进液口和正极出液口，负极液流口包括负极进液口和负极出液口，并且每组液流口中的进液口和出液口一一对应地设置并与一个对应的电解液腔体连通；相邻的正极出液口与正极进液口之间串联顺序连通，相邻的负极出液口与负极进液口之间串联顺序连通。提高了液流电池系统的库仑效率和能量效率。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及液流电池领域，特别地，涉及一种液流电池堆及包括其的电池系统。
技术介绍
全钒氧化还原液流电池是一种以不同价态的钒离子电解液进行氧化还原的电化学反应装置，能够高效地实现化学能与电能之间的相互转化。该类电池具有使用寿命长，能量转化效率高，安全性好，环境友好等优点，能用于风能发电和光伏发电配套的大规模储能系统，是电网削峰填谷、平衡负载的主要选择之一。因此，近年来全钒氧化还原液流电池逐渐成为大容量储能电池研究的重点。 全钒氧化还原液流电池分别以钒离子V2+/V3+和V4+/V5+作为电池的正负极氧化还原电对，将正负极电解液分别存储于两个储液罐中，由耐酸液体泵驱动活性电解液至反应场所(电池堆)再回至储液罐中形成循环液流回路，以实现充放电过程。在全钒氧化还原液流电池储能系统中，电池堆性能的好坏决定着整个系统的充放电性能，尤其是充放电功率及效率。电池堆是由多片单电池依次叠放压紧，串联而成。其中，传统的单片液流电池的组成如图Ia和Ib所示。I为液流框，2为集流板，3为电极，4为离子交换膜，各组件组成单体电池，通过N个单体电池的堆叠组成电池堆5。现有的液流电池堆一般采用并行液流的设计方式，且其组成的液流电池系统也为并行液路设计，导致系统旁路电流损耗较大，大大降低液流电池系统的库仑效率。
技术实现思路
本技术目的在于提供一种液流电池堆及包括其的电池系统，以解决旁路电流损耗较大且库伦效率低的技术问题。为实现上述目的，本技术提供了一种液流电池堆，包括多个液流框并排地设置；集流板，设置在液流框内；电极，包括多个正极和负极，正极和负极设置在各集流板之间；离子交换膜，与集流板形成多个容纳电解液的电解液腔体；液流框的侧面上设有两组液流口，两组液流口包括一组正极液流口和一组负极液流口，正极液流口包括正极进液口和正极出液口，负极液流口包括负极进液口和负极出液口，并且每组液流口中的进液口和出液口一一对应地设置并与一个对应的电解液腔体连通；相邻的正极出液口与正极进液口之间串联顺序连通，相邻的负极出液口与负极进液口之间串联顺序连通。进一步地，第n个正极和第n+2个正极内部所对应的电解液腔体内的液流方向相同，其中n为自然数。进一步地，第n个负极和第n+2个负极内部所对应的电解液腔体内的液流方向相同，其中n为自然数。进一步地，相邻正极内部所对应的电解液腔体内的液流方向相反。进一步地，相邻负极内部所对应的电解液腔体内的液流方向相反。本技术还提供一种电池系统，包括一个或多个第一类液流电池堆，第一类液流电池堆为前述的液流电池堆。进一步地，电池系统还包括第二类液流电池，第二类液流电池的正极和负极的电解液液路为并行液路。进一步地，多个液流电池堆之间的液路并联设置。进一步地，多个液流电池堆之间的液路串联设置。进一步地，液流电池堆为全钒液流电池堆。本技术具有以下有益效果通过将液流电池堆中的液路串联设置，消除了液路并联时每个单电池之间的电压不同造成的旁路电流消耗，提高了液流电池系统的库仑效率和能量效率。除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本技术还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本技术作进一步详细的说明。附图说明构成本申请的一部分的附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中图Ia是现有技术的单片液流电池的结构示意图；图Ib是现有技术的电池堆示意图；图2是根据本技术的液流电池堆的截面结构及正极电解液流向示意图；图3是根据本技术的液流电池堆的截面结构及负极电解液流向示意图；图4是根据本技术的液流电池堆中第n个液流框的正极面及正极电解液流向示意图；图5是根据本技术的液流电池堆中第n个液流框的负极面及负极电解液流向示意图；图6是根据本技术的液流电池堆中第n+1个液流框的正极面及正极电解液流向示意图；图7是根据本技术的液流电池堆中第n+1个液流框的负极面及负极电解液流向示意图；以及图8是根据本技术的液流电池系统的结构示意图。具体实施方式以下结合附图对本技术的实施例进行详细说明，但是本技术可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。参见图2和图7，根据本技术的多个液流框I并排地设置；集流板2，设置在液流框I内；电极3，包括多个正极和负极,正极和负极设置在各集流板2之间,离子交换膜4与集流板2形成多个容纳电解液的电解液腔体；液流框I的侧面上设有两组液流口，两组液流口包括一组正极液流口和一组负极液流口，正极液流口包括正极进液口和正极出液口，负极液流口包括负极进液口和负极出液口，并且每组液流口中的进液口和出液口一一对应地设置并与一个对应的电解液腔体连通；相邻的正极出液口与正极进液口之间串联顺序连通，相邻的负极出液口与负极进液口之间串联顺序连通。通过将液流电池堆中的液路串联设置，消除了液路并联时每个单电池之间的电压不同造成的旁路电流消耗，提高了液流电池系统的库仑效率和能量效率。参见图2，相邻正极内部所对应的电解液腔体内的液流方向相反。第n个正极和第n+2个正极内部所对应的电解液腔体内的液流方向相同，其中n为自然数。液流框I、集流板2、电极3和离子交换膜4 ;电池堆中的单节电池6 ;图中箭头方向为正极电解液在电池堆水平截面结构中的流动方向，正极进液口 7，正极出液口 8。电池堆的第一个液流框I的正极进液口 7处的液流主管道在液流框I上并不刻穿，而其出口处的液流主管道在液流框I上刻穿至下一个液流框1，从而第一个液流框I的正极电解液出口成为第二个液流框I的 正极电解液进口，实现相邻单节电池6的正极相互串联。参见图3，相邻负极内部所对应的电解液腔体内的液流方向相反。第n个负极和第n+2个负极内部所对应的电解液腔体内的液流方向相同，其中n为自然数。液流框I、集流板2、电极3和离子交换膜4 ;电池堆中的单节电池6 ;图中箭头方向为负极电解液在电池堆水平截面结构中的的流动方向，负极进液口 9，负极出液口 10，电池堆的第一个液流框I的负极进液口 9处的液流主管道在液流框I上并不刻穿，而其出口处的液流主管道在液流框I上刻穿至下一个液流框1，从而第一个液流框I的负极电解液出口成为第二个液流框I的负极电解液进口，实现相邻单节电池6的负极相互串联。参见图4，液流电池堆中第n个液流框I的正极面101及正极301电解液流向示意图。集流板2上设置有标识缺口 11，标识缺口 11标识各部件的相对位置；箭头方向表示正极电解液的流动方向；负极进液口 14和负极出液口 15，与正极进液口 12和正极出液口 13及正极电极区之间由密封圈隔开。参见图5，液流电池堆中第n个液流框I的负极面101及负极302电解液流向示意图。集流板2上设置有标识缺口 11，标识缺口 11标识各部件的相对位置；箭头方向表示负极电解液的流动方向；正极进液口 12和正极出液口 13与负极进液口 14和负极出液口 15及负极电极区之间由密封圈隔开。参见图6，液流电池堆中第n+1个液流框I的正极面102及正极303电解液流向示意图。集流板2上设置有标识缺口 11，标识缺口 11标识各部件的相对位置；13、12为正极电解液的进口和出口，箭头方向表示正极电解液的流动本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种液流电池堆，包括：多个液流框(1)并排地设置；集流板(2)，设置在所述液流框(1)内；电极(3)，包括多个正极和负极，所述正极和所述负极设置在各所述集流板(2)之间；离子交换膜(4)，与所述集流板(2)形成多个容纳电解液的电解液腔体；其特征在于，所述液流框(1)的侧面上设有两组液流口，所述两组液流口包括一组正极液流口和一组负极液流口，所述正极液流口包括正极进液口和正极出液口，所述负极液流口包括负极进液口和负极出液口，并且每组所述液流口中的所述进液口和出液口一一对应地设置并与一个对应的所述电解液腔体连通；相邻的正极出液口与正极进液口之间串联顺序连通，相邻的负极出液口与负极进液口之间串联顺序连通。

【技术特征摘要】
1.一种液流电池堆，包括 多个液流框(I)并排地设置； 集流板(2)，设置在所述液流框(I)内； 电极(3)，包括多个正极和负极，所述正极和所述负极设置在各所述集流板(2)之间； 离子交换膜(4)，与所述集流板(2)形成多个容纳电解液的电解液腔体； 其特征在于，所述液流框(I)的侧面上设有两组液流口，所述两组液流口包括一组正极液流口和一组负极液流口，所述正极液流口包括正极进液口和正极出液口，所述负极液流口包括负极进液口和负极出液口，并且每组所述液流口中的所述进液口和出液口一一对应地设置并与一个对应的所述电解液腔体连通； 相邻的正极出液口与正极进液口之间串联顺序连通，相邻的负极出液口与负极进液口之间串联顺序连通。2.根据权利要求I所述的液流电池堆，其特征在于，第n个所述正极和第n+2个所述正极内部所对应的所述电解液腔体内的液流方向相同，其中n为自然数。3.根据权利要求I所述的液流电池堆，...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤浩，刘红丽，房红琳，雷姣，李云，杨海玉，
申请(专利权)人：中国东方电气集团有限公司，
类型：实用新型
国别省市：