专利名称：一种集成换热功能的电解液储罐及其控制方法
技术领域：
本发明属于电池储罐散热领域，尤其是涉及一种集成换热功能的电解液储罐及其控制方法。
背景技术：
锌溴电池是以常温运转、电解循环为特征的电力存储用充电电池之一。电池内的活性物质溴，在沸点58. 8摄氏度的温度以下是液态物质。电池中存在着电解液电阻、膜电阻、反应电阻以及电极电阻。在通电(充电、放电)状态下，这种电阻会引起焦耳热，使电池温度上升。溴会成为气态，溴在溶解于电解液的状态下是稳定的，但是成为气体状态后，反应性以及腐蚀性就会上升，性能和使用寿命就会大幅度下降。因而通常需要将电池温度控制在35摄氏度以下。但是电解液温度也不宜过低，当温度过低，储电量便会降低，所以通常保 持电池温度在25摄氏度以上。关于锌溴液流电池的散热一般米用两种方式，一种为水冷方式，具体实现方法在锌侧液罐中装入散热盘管，散热盘管引出后与冷水机相连；如参考专利特开平8-111245所述，散热盘管为钛管或薄壁塑料管，钛管的主要问题是成本比较高，同时如果溴浓度增高，也会对钛管造成不同程度的腐蚀；如果使用薄壁塑料管，由于塑料管的导热系数不够，因此需要集束状的塑料散热盘管，盘管接头处存在多个焊接点，很容易发生焊接点的失效，从而造成系统损坏；还有的采用在循环管路里引入塑料散热盘管，然后对散热盘管进行风冷的方式，该方式除去容易泄漏的问题，另外还存在受环境温度影响较大，如果环境温度过高，风冷达不到期望效果；只能散热，不能升温，一旦系统需要温度升高时，风冷系统很难提供。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种集成换热功能的电解液储罐及其控制方法，它能够降低储罐壁热阻，使得储罐壁的换热能力大幅度增加，不仅能在电池过热时进行降温，同时能在外界温度过低时对电池进行升温，使电池保持在25摄氏度 35摄氏度之间一个最佳的工作温度，从而提高储罐的使用寿命，并省去换热盘管，使整个储罐系统得到简化。本发明的技术方案一种集成换热功能的电解液储罐，包括电解液储罐和冷却/加热装置，电解液储罐外侧设有换热槽，电解液储罐和换热槽之间设有储罐内壁，换热槽外侧设有储罐外壁，冷却/加热装置通过流体流入管和流体流出管分别与换热槽上的入口和出口连接，电解液储罐内还设有温度传感器。由于在电解液储罐外侧设有换热槽，用换热槽将电解液储罐包裹，换热介质的密度大于电解液密度的一半，降低了内壁两侧压差，所以在减小电解液储罐内壁厚度的时同样满足了电解液储罐所需强度，并减小了内壁热阻，大大提升了内壁的热交换能力，缩短了降温时间，节省了冷却/加热装置的能耗。电解液储罐和换热槽组成了夹层结构，在电解液储罐泄漏时夹层的存在阻止了电解液直接泄漏到开放的空间内。前述的这种集成换热功能的电解液储罐中，储罐内壁采用非金属材料。
前述的这种集成换热功能的电解液储罐中,储罐内壁厚度为2mm 4_。前述的这种集成换热功能的电解液储罐中，储罐内壁厚度为3mm。前述的这种集成换热功能的电解液储罐中，储罐外壁内设保温层，储罐外壁的厚度大于5mm。为了保证运输、安装、使用中的强度储罐外壁须在5mm以上。前述的这种集成换热功能的电解液储罐中，储罐内壁和储罐外壁之间设有支架。由于储罐内壁和储罐外壁之间设有支架，对内壁结构起到支撑作用，以增加换热面积。前述的这种集成换热功能的电解液储罐中，换热槽内出口处设有电解液泄漏传感器。当电解液盛放区发生泄漏时，电解液会混入到换热介质中，从而使换热介质中的电导率升高，电解液泄漏传感器通过监测换热介质的电导率变化，可及时发现储罐的泄漏，从而避免更大事故的发生。前述装置电解液储罐集成换热的控制方法为 步骤a，温度传感器对工作中的电解液储罐内的电解液进行温度检测，当检测温度达到35摄氏度时，冷却/加热装置启动冷却功能，将换热介质降温至15摄氏度，换热介质从出口经流体流出管流回冷却/加热装置，经恒温后，换热介质通过流体流入管从入口流入换热槽与电解液储罐内电解液进行热交换，当检测温度达到25摄氏度时，冷却/加热装置停止运转，换热介质与电解液之间自然换热；当温度传感器检测温度低于10摄氏度时，且环境温度低于此温度时，冷却/加热装置开启，将换热介质提升至25摄氏度后，换热介质从出口经流体流出管流回冷却/加热装置，经恒温后，换热介质通过流体流入管从入口流入换热槽与电解液储罐内电解液进行热交换，当检测温度达到25摄氏度时，冷却/加热装置停止运转，换热介质与电解液之间自然换热。步骤b，换热介质流经出口时，电解液泄漏传感器对换热介质检测是否混有电解液，检测无电解液，温度传感器检测温度达到30摄氏度时停止换热，检测中混有电解液则停止电解液储罐工作，进行泄漏检查。一般的，步骤a中冷却/加热装置的加热功能只用于电池启动阶段或泵长期低速运行或待机阶段，正常电池工作过程中，自身热量足以维持其正常运转。与现有技术相比，本发明由于在电解液储罐外侧设有换热槽，用换热槽将电解液储罐包裹，换热介质的密度大于电解液密度的一半，降低了内壁两侧压差，所以在减小电解液储罐内壁厚度的时同样满足了电解液储罐所需强度，并减小了内壁热阻，大大提升了内壁的热交换能力，缩短了降温时间，节省了冷却/加热装置的能耗。电解液储罐和换热槽组成了夹层结构，在电解液储罐泄漏时夹层的存在阻止了电解液直接泄漏到开放的空间内；当电解液盛放区发生泄漏时，电解液会混入到换热介质中，从而使换热介质中的电导率升高，电解液泄漏传感器通过监测换热介质的电导率变化，可及时发现储罐的泄漏，从而避免更大事故的发生。传统储罐考虑到运输、安装、使用中的强度要求，防止因为外力破损或变形，壁厚一般不低于10_。造成储罐壁热阻增加，与储罐壁的热交换能力大大降低。而本发明结构由于使用双层结构，在储罐外壁与内壁之间充入换热介质，而换热介质密度要大于电解液密度的一半，大大减小了储罐内壁两侧的压差，使内壁降低置以往内壁的五分之一厚度仍可以保证强度，同时储罐内壁越薄其热交换能力越强，大大缩减了降温和升温所需时间，使电解液保持在最佳温度状态进行工作，不仅降低了冷却/加热装置的能耗，更加延长了电解液储罐的使用寿命。同时不需借助散热盘管而完成换热，使得整体系统得到简化。按换热效果衡算按照系统需要冷却时静态热传导模型计算电解液储罐换热效果。定义换热要求电解液储罐内电解液温度上限为35摄氏度，下限为25摄氏度。电解液总量为180Kg，在电解液循环泵的作用下，电解液储罐内液体充分混匀。换热介质温度(t)恒温为15摄氏度,系统能效为3. 5,换热介质为水,换热面积为lm2，壁厚为3mm，电解液侧，系统放出总换热量为
dQ = KXAXd(T-t)公式中Q:系统总换热量K:总导热系数T:热流体温度t:冷流体温度A:换热面积对于电解液，则有dQ = MXCpXdTQ:系统总换热量M:电解液质量Cp:电解液比热T:电解液温度当电解液储罐内电解液温度到达35摄氏度时，冷却/加热装置开启，换热介质在冷却/加热装置的作用下，恒温至15摄氏度。塑料的导热系数K为O. 51W/(mK)，此时系统换热功率满足图4所示。电解液35摄氏度时开始降温，冷却到30摄氏度时，降温曲线如图5所示。冷却至30摄氏度所需时间约为20min，换热速度较快，有良好的换热效果。按系统能耗计算根据以上工况，系统峰值换热功率为3. 4kff,估值换热功率1. 7。平均换热功率计算为
广 PiOdrP — down_
hot■ |-
up down计算平均功率为2. 55kW，提供此功率的冷量(Prald)功率为2. 55kW，此时耗电量计算公式为Pp =
e CO 丨)电功率为O. 73kW。电池为5kW模块，能量效率为75%，效率损失部分已热能形式释放，发热功率为1.25kW。其中30%的热量辐射到环境中散去，实际散热需求为O. 875kW。因此平均换热功耗为O. 25kff,约占电池功率的5%，换热能耗很低，有良好的经济性。
图1是本发明的整体结构示意图；图2是外设换热槽的电解液储罐的结构示意图；图3是外设换热槽的电解液储罐的局部放大图；图4是系统换热功率图；图5是降温曲线图。附图中的标记为1-电解液储罐，2-换热槽，3-冷却/加热装置，4-流体流入管，5-入口，6-流体流出管，7-出口，8-电解液泄漏传感器，9-温度传感器，10-支架，11-储罐 内壁，12-储罐外壁。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。本发明的实施例1:如图1和图2所示，一种集成换热功能的电解液储罐，包括电解液储罐I和冷却/加热装置3，电解液储罐I外侧设有换热槽2，电解液储罐I和换热槽2之间设有储罐内壁11，换热槽2外侧设有储罐外壁12，冷却/加热装置3通过流体流入管4和流体流出管6分别与换热槽2上的入口 5和出口 7连接，电解液储罐I内还设有温度传感器9。储罐内壁11采用非金属材料；储罐内壁11厚度为2mm。储罐外壁12为内设保温层的保温材料，储罐外壁12的厚度大于5mm。储罐内壁11和储罐外壁12之间设有支架10。换热槽2内出口 7处设有电解液泄漏传感器8。集成换热功能的电解液储罐装置电解液储罐集成换热的方法步骤a，温度传感器9对工作中的电解液储罐I内的电解液进行温度检测，当检测温度达到35摄氏度时，冷却/加热装置3启动冷却功能，将换热介质降温至15摄氏度，换热介质从出口 7经流体流出管6流回冷却/加热装置3，经恒温后，换热介质通过流体流入管4从入口 5流入换热槽2与电解液储罐I内电解液进行热交换，当检测温度达到25摄氏度时，冷却/加热装置3停止运转，换热介质与电解液之间自然换热；步骤b，换热介质流经出口 7时，电解液泄漏传感器8对换热介质检测是否混有电解液，检测无电解液，温度传感器9检测温度达到30摄氏度时停止换热，检测中混有电解液则停止电解液储罐I工作，进行泄漏检查。本发明的实施例2 :如图1和图2所示，一种集成换热功能的电解液储罐，包括电解液储罐I和冷却/加热装置3，电解液储罐I外侧设有换热槽2，电解液储罐I和换热槽2之间设有储罐内壁11，换热槽2外侧设有储罐外壁12，冷却/加热装置3通过流体流入管4和流体流出管6分别与换热槽2上的入口 5和出口 7连接，电解液储罐I内还设有温度传感器9。储罐内壁11采用非金属材料；储罐内壁11厚度为3mm。
储罐外壁12为内设保温层的保温材料，储罐外壁12的厚度大于5mm。储罐内壁11和储罐外壁12之间设有支架10。换热槽2内出口 7处设有电解液泄漏传感器8。集成换热功能的电解液储罐装置电解液储罐集成换热的方法步骤a，温度传感器9对工作中的电解液储罐I内的电解液进行温度检测，当检测温度达到35摄氏度时，冷却/加热装置3启动冷却功能，将换热介质降温至15摄氏度，换热介质从出口 7经流体流出管6流回冷却/加热装置3，经恒温后，换热介质通过流体流入管4从入口 5流入换热槽2与电解液储罐I内电解液进行热交换，当检测温度达到25摄氏度时，冷却/加热装置3停止运转，换热介质与电解液之间自然换热；步骤b，换热介质流经出口 7时，电解液泄漏传感器8对换热介质检测是否混有电解液，检测无电解液，温度传感器9检测温度达到30摄氏度时停止换热，检测中混有电解液·则停止电解液储罐I工作，进行泄漏检查。本发明的实施例3 :如图1和图2所示，一种集成换热功能的电解液储罐，包括电解液储罐I和冷却/加热装置3，电解液储罐I外侧设有换热槽2，电解液储罐I和换热槽2之间设有储罐内壁11，换热槽2外侧设有储罐外壁12，冷却/加热装置3通过流体流入管4和流体流出管6分别与换热槽2上的入口 5和出口 7连接，电解液储罐I内还设有温度传感器9。储罐内壁11采用非金属材料；储罐内壁11厚度为4_。储罐外壁12为内设保温层的保温材料，储罐外壁12的厚度大于5mm。储罐内壁11和储罐外壁12之间设有支架10。换热槽2内出口 7处设有电解液泄漏传感器8。集成换热功能的电解液储罐装置电解液储罐集成换热的方法步骤a，温度传感器9对工作中的电解液储罐I内的电解液进行温度检测，当温度传感器9检测温度低于10摄氏度时，且环境温度低于此温度时，冷却/加热装置3开启，将换热介质提升至25摄氏度后，换热介质从出口 7经流体流出管6流回冷却/加热装置3，经恒温后，换热介质通过流体流入管4从入口 5流入换热槽2与电解液储罐I内电解液进行热交换，当检测温度达到25摄氏度时，冷却/加热装置3停止运转，换热介质与电解液之间自然换热；步骤b，换热介质流经出口 7时，电解液泄漏传感器8对换热介质检测是否混有电解液，检测无电解液，温度传感器9检测温度达到30摄氏度时停止换热，检测中混有电解液则停止电解液储罐I工作，进行泄漏检查。工作原理在电池工作过程中，电解液储罐I内电解液温度上升，与换热介质之间产生温差，使得换热介质温度上升，当温度传感器9测出电解液温度上升至35摄氏度时，冷却/加热装置3启动，换热介质热流体从出口 7被泵抽出，沿流体流出管6进入冷却/加热装置3，被冷却后换热介质冷流体经过流体流入管4，从入口 5回到换热槽2，继续进行热交换，当温度传感器9检测温度达到30摄氏度时，冷却/加热装置3停止工作。在电池处于低温环境或长期静置过程中，电解液储罐I中电解液温度降低，与换热介质之间产生温差，使的换热介质温度下降，当温度传感器9测出电解液温度下降至15摄氏度时，冷却/加热装置3启动，换热介质冷流体从出口 7被泵抽出，沿流体流出管6进入冷却/加热装置3，被加热后换热介质热流体经过流体流入管4，从入口 5回到换热槽2，继续进行热交换，当温度传感器9检测温度达到25摄氏度时，冷却/加热装置3停止工作。同时，由于该装置为夹层结构，当电解液储罐I发生泄漏时，电解液会混入到换热 介质中，从而使换热介质中的电导率升高，通过安装在出口 7处的电解液泄漏传感器8通过监测换热介质的电导率变化，可及时发现储罐的泄漏，从而避免更大事故的发生，同时夹层的存在阻止了电解液直接泄漏到开放的空间内。
权利要求
1.一种集成换热功能的电解液储罐，包括电解液储罐(I)和冷却/加热装置(3)，其特征在于电解液储罐(I)外侧设有换热槽(2)，电解液储罐(I)和换热槽(2)之间设有储罐内壁(11)，换热槽(2)外侧设有储罐外壁(12)，冷却/加热装置(3)通过流体流入管(4)和流体流出管(6 )分别与换热槽(2 )上的入口( 5 )和出口( 7 )连接，电解液储罐(I)内还设有温度传感器(9)。
2.根据权利要求1所述的一种集成换热功能的电解液储罐，其特征在于储罐内壁(11)采用非金属材料。
3.根据权利要求2所述的一种集成换热功能的电解液储罐，其特征在于储罐内壁(11)厚度为2mm 4mm。
4.根据权利要求3所述的一种集成换热功能的电解液储罐，其特征在于储罐内壁(11)厚度为3mm。
5.根据权利要求1所述的一种集成换热功能的电解液储罐，其特征在于储罐外壁(12)为内设保温层的保温材料，储罐外壁(12)的厚度大于5mm。
6.根据权利要求1所述的一种集成换热功能的电解液储罐，其特征在于储罐内壁(11)和储罐外壁(12)之间设有支架(10)。
7.根据权利要求1所述的一种集成换热功能的电解液储罐,其特征在于换热槽(2)内出口(7)处设有电解液泄漏传感器(8)。
8.采用权利要求1 7中任意一项所述装置电解液储罐集成换热的控制方法，其特征在于 步骤a，温度传感器(9)对工作中的电解液储罐(I)内的电解液进行温度检测，当检测温度达到35摄氏度时，冷却/加热装置(3)启动冷却功能，将换热介质降温至15摄氏度，换热介质从出口 (7)经流体流出管(6)流回冷却/加热装置(3)，经恒温后，换热介质通过流体流入管(4 )从入口( 5 )流入换热槽(2 )与电解液储罐(I)内电解液进行热交换，当检测温度达到25摄氏度时，冷却/加热装置(3)停止运转，换热介质与电解液之间自然换热；当温度传感器(9)检测温度低于10摄氏度时，且环境温度低于此温度时，冷却/加热装置(3)开启，将换热介质提升至25摄氏度后，换热介质从出口(7)经流体流出管(6)流回冷却/加热装置(3 )，经恒温后，换热介质通过流体流入管(4 )从入口( 5 )流入换热槽(2 )与电解液储罐(I)内电解液进行热交换，当检测温度达到25摄氏度时，冷却/加热装置(3)停止运转，换热介质与电解液之间自然换热； 步骤b，换热介质流经出口(7)时，电解液泄漏传感器(8)对换热介质检测是否混有电解液，检测无电解液，温度传感器(9)检测温度达到30摄氏度时停止换热，检测中混有电解液则停止电解液储罐(I)工作，进行泄漏检查。
全文摘要
本发明公开了一种集成换热功能的电解液储罐，包括电解液储罐(1)和冷却/加热装置(3)，电解液储罐(1)外侧设有换热槽(2)，电解液储罐(1)和换热槽(2)之间设有储罐内壁(11)，换热槽(2)外侧设有储罐外壁(12)，冷却/加热装置(3)通过流体流入管(4)和流体流出管(6)分别与换热槽(2)上的入口(5)和出口(7)连接，电解液储罐(1)内还设有温度传感器(9)。本发明能够降低储罐壁热阻，使得储罐壁的换热能力大幅度增加，不仅能在电池过热时降温，同时能在外界温度过低时对电池升温，使电池保持在25摄氏度～35摄氏度之间最佳的工作温度，提高储罐的使用寿命，并省去换热盘管，使整个储罐系统得到简化。
文档编号H01M8/04GK103000922SQ201210530339
公开日2013年3月27日 申请日期2012年12月10日 优先权日2012年12月10日
发明者孟琳, 刘学军, 陆克, 张祺 申请人:青海百能汇通新能源科技有限公司