锂离子液流电池的液流泵间歇工作自动控制器的制造方法
【专利摘要】锂离子液流电池的液流泵间歇工作自动控制器，属于化学电池技术与自动化技术交叉领域。本发明为锂离子液流电池系统增加一个液流泵间歇工作自动控制器，它能自动判断锂离子液流电池使用情况，完全自动地使液流泵启动与停止，间歇工作，减少液流泵工作时间，从而减少能源损耗，减少整个系统的机械磨损，延长系统寿命；使电池电压在设定的最小工作电压与最大工作电压之间循环变化，工作稳定可靠；使锂离子液流电池的正负极悬浮液间歇循环，进入电池正负极反应腔反应完成后才被循环出去，放电充分达到节能效果。
【专利说明】锂离子液流电池的液流泵间歇工作自动控制器
【技术领域】
[0001]锂离子液流电池的液流泵间歇工作自动控制器，属于化学电池技术与自动化技术交叉领域。
【背景技术】
[0002]锂离子液流电池，是最近几年刚开始研发的前沿的新型电池，主要用于风能、太阳能等间断性能源的储存，电网储能调峰，以及汽车电池等领域。
[0003]如图1所示，锂离子液流电池主要由正极集流体2，负极集流体3，正极反应腔4，负极反应腔5，多孔隔膜6，液流泵7，液流泵8，正极悬浮液存储罐9，负极悬浮液存储罐10，正极悬浮液11，负极悬浮液12等组成；液流泵7与8分别把充好电的正负极悬浮液抽进正负极反应腔内，正负极悬浮液是由含锂的活性物质微颗粒、电解液、导电剂等成分混合而成，比较粘稠，可以通过多孔隔膜6传导锂离子，实现电池内部的离子导电，正极集流体2与负极集流体3之间连接用电负载，电子从负极集流体3通过负载流向正极集流体2,随着电能消耗，正极集流体2与负极集流体3之间的电压逐渐降低，使用液流泵对正负极悬浮液进行循环，正负极悬浮液在液流泵推动下通过密封管道在悬浮液存储罐和正负极反应腔之间连续流动或间歇流动，不断更新正负极反应腔内的正负极悬浮液，维持正负极集流体之间的电压在应用电压范围内变化，使用电负载持续工作。
[0004]麻省理工学院研究人员于2009年6月12日首次申请了关于锂离子液流电池的国际专利，并于2011年6月在第五届国际锂电池研讨会上发表了锂离子液流电池的会议报告，研究工作采用不同的电极活性材料进行测试，以钴酸锂为正极，石墨为负极，在液流泵连续工作电极悬浮液连续流动模式下获得电池的充电容量和放电容量分别为146mAh/g和127mAh/g，在液流泵间歇工作电极悬浮液间歇流动模式下的充放电容量分别为145mAh/g和118mAh/g，两种模式下的机械损耗分别为22%和I可见液流泵连续工作浪费能源太多，间歇工作可以大幅度节能，需要开发一种如图1所示的锂离子液流电池的液流泵间歇工作自动控制器1，使液流泵自动启动与停止，间歇工作。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种自动控制器，自动判断锂离子液流电池使用情况，完全自动使液流泵启动与停止，间歇工作，减少液流泵工作时间，从而减少能源损耗，延长系统寿命。
[0006]本发明所采用的技术方案是:锂离子液流电池的液流泵间歇工作自动控制器，其特征是:锂离子液流电池的液流泵间歇工作自动控制器与锂离子液流电池的正极集流体、负极集流体电连接，实时监测正负极集流体之间的电压，锂离子液流电池带动负载工作时，这个电压逐渐变小，当达到设定的最低工作电压时，自动启动液流泵，液流泵工作时，把充好电尚未使用的正负极悬浮液分别逐渐抽进正极反应腔与负极反应腔内，正极反应腔与负极反应腔内原来的正负极悬浮液被逐渐挤压出去，此时由于正在更新电池正负极悬浮液，正负极集流体之间的电压逐渐上升，当这个电压达到设定的最高工作电压时，自动使液流泵停止工作，锂离子液流电池持续带动负载工作，电压再次逐渐变小，如此循环，液流泵工作一段时间停止一段时间，自动间歇工作，确保锂离子液流电池正负极集流体之间的电压在最低工作电压与最高工作电压之间循环变化，带动负载稳定工作；锂离子液流电池的液流泵间歇工作自动控制器由稳压电源、电压比较器、开关三极管、或门电路、继电器、电阻这几种电子元器件组成，稳压电源正负极分别连接两个串联的电阻的两端，从这两个串联电阻之间的连接点引出导线接电压比较器的一个输入端，调节这两个电阻的阻值大小，就可以设定锂离子液流电池的最大或者最小工作电压，电压比较器的另一个输入端连接锂离子液流电池的正极集流体，稳压电源的负极连接地线，锂离子液流电池的负极集流体也连接地线，这样锂离子液流电池的正极集流体的电压就是锂离子液流电池实时电压，电压比较器就可以比较设定的锂离子液流电池的最大或者最小工作电压与锂离子液流电池实时电压的大小，当锂离子液流电池实时电压达到设定值时，电压比较器的输出电压发生跳变，使开关三极管导通，从而使继电器通电动作，使液流泵启动或者停止工作；锂离子液流电池的液流泵间歇工作自动控制器有两组电压比较器，一组电压比较器用于比较设定的锂离子液流电池的最小工作电压与锂离子液流电池实时电压的大小，另一组电压比较器用于比较设定的锂离子液流电池的最大工作电压与锂离子液流电池实时电压的大小；每一组电压比较器由2个电压比较器并联组成，这2个电压比较器的正输入端连接在一起、负输入端也连接在一起，这2个电压比较器的输出端分别与一个或门电路的2个输入端连接，或门电路的输出端与开关三极管的基极连接，这样2个电压比较器中的任一个输出电压跳变都可以使开关三极管导通，从而使继电器通电动作，使液流泵启动或者停止工作，如果一个电压比较器发生故障，另一个可以继续正常工作，这样就提高了锂离子液流电池的液流泵间歇工作自动控制器的可靠性。
[0007]本发明的有益效果是:1、全自动实时监测锂离子液流电池的电压变化，使电池电压在设定的最小工作电压与最大工作电压之间循环变化，工作稳定可靠；2、使液流泵间歇工作，工作时间少，耗能少，节能；3、锂离子液流电池的正负极悬浮液间歇循环，进入电池正负极反应腔反应完成后才被循环出去，放电充分达到节能效果，减少循环速率，减少整个系统的机械磨损，延长液流泵与电池系统的使用寿命。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明进一步说明。
[0009]图1是锂离子液流电池的液流泵间歇工作自动控制器与锂离子液流电池系统的示意图。
[0010]图2是锂离子液流电池的液流泵间歇工作自动控制器I的电路原理图。
[0011]图中:1.锂离子液流电池的液流泵间歇工作自动控制器，2.正极集流体，3.负极集流体，4.正极反应腔，5负极反应腔，6.多孔隔膜，7.液流泵，8.液流泵，9.正极悬浮液存储罐，10.负极悬浮液存储罐，11.正极悬浮液，12.负极悬浮液。
【具体实施方式】
[0012]如图1所示，锂离子液流电池的液流泵间歇工作自动控制器I的负极接地线，电压测量接线端A与锂离子液流电池的正极集流体2连接，地线接线端B与锂离子液流电池的负极集流体3连接，这样锂离子液流电池的正极集流体2的电压就是锂离子液流电池实时电压，锂离子液流电池的液流泵间歇工作自动控制器I实时监测锂离子液流电池实时电压，自动控制液流泵7与液流泵8的启动与停止，使之间歇工作。
[0013]图2是锂离子液流电池的液流泵间歇工作自动控制器I的电路原理图，使稳压电源VCC电压为正5伏，其正负极分别连接两个串联的电阻Rl与R2的两端，从Rl与R2之间的连接点引出导线连接第一组电压比较器的“+”输入端，调节Rl与R2的阻值大小，使Rl阻值12K，R2阻值13K，设定锂离子液流电池的最小工作电压5*R2/(R1+R2) = 2.6伏；第一组电压比较器由电压比较器I与电压比较器2并联组成即使一个坏了另一个还可以正常工作，提高可靠性，第一组电压比较器的输入端连接锂离子液流电池的正极集流体2，两个输出端分别和或门I的两个输入端连接，或门I的输出端与开关三极管Tl的基极连接；稳压电源的负极连接地线，锂离子液流电池的负极集流体3也连接地线，这样锂离子液流电池的正极集流体2的电压就是锂离子液流电池实时电压，第一组电压比较器就可以比较设定的锂离子液流电池的最小工作电压与锂离子液流电池实时电压的大小，锂离子液流电池带动负载工作时，实时电压逐渐变小，当实时电压略小于2.6伏时，第一组电压比较器的输出电压从O伏跳变到正5伏，或门I的输出电压也变为正5伏，使开关三极管Tl导通，从而使继电器relayl通电动作,继电器relayl自锁保持通电状态,使液流泵马达pumpmotorl与pumpmotor2启动开始工作,两个液流泵7与8分别逐渐把充好电的正极悬浮液11和负极悬浮液12从正极悬浮液存储罐9和负极悬浮液存储罐10抽进正极反应腔4和负极反应腔5内，正极反应腔与负极反应腔内原来的正负极悬浮液被逐渐挤压出去，此时由于正在更新电池正负极悬浮液，正负极集流体之间的电压逐渐上升。
[0014]稳压电源VCC正负极分别连接两个串联的电阻R3与R4的两端，从R3与R4之间的连接点引出导线连接第二组电压比较器的输入端，调节R3与R4的阻值大小，使R3阻值5.1K，R4阻值20K，设定锂离子液流电池的最大工作电压5*R4/(R3+R4) = 3.984伏；第二组电压比较器由电压比较器3与电压比较器4并联组成即使一个坏了另一个还可以正常工作，提高可靠性，第二组电压比较器的“ + ”输入端连接锂离子液流电池的正极集流体2，两个输出端分别和或门2的两个输入端连接，或门2的输出端与开关三极管T2的基极连接；第二组电压比较器可以比较设定的锂离子液流电池的最大工作电压与锂离子液流电池实时电压的大小，液流泵工作时，两个液流泵7与8分别逐渐把充好电的正极悬浮液11和负极悬浮液12从正极悬浮液存储罐9和负极悬浮液存储罐10抽进正极反应腔4和负极反应腔5内，正极反应腔与负极反应腔内原来的正负极悬浮液被逐渐挤压出去，此时由于正在更新电池正负极悬浮液，正负极集流体之间的电压逐渐上升，当实时电压略大于3.984伏时，第二组电压比较器的输出电压从O伏跳变到正5伏，或门2的输出电压也变为正5伏，使开关三极管T2导通，从而使继电器relay2通电动作，断开继电器relayl的电源，继电器
I动作，使液流泵马达pumpmotorl与pumpmotor2断电,两个液流泵7与8停止工作,锂离子液流电池持续带动负载工作，其实时电压再次逐渐变小。
[0015]如此循环，液流泵工作一段时间停止一段时间，自动间歇工作，确保锂离子液流电池正负极集流体之间的电压在最低工作电压与最高工作电压之间循环变化，带动负载稳定工作。
【权利要求】
1.锂离子液流电池的液流泵间歇工作自动控制器，其特征是:锂离子液流电池的液流泵间歇工作自动控制器与锂离子液流电池的正极集流体、负极集流体电连接，实时监测正负极集流体之间的电压，锂离子液流电池带动负载工作时，这个电压逐渐变小，当达到设定的最低工作电压时，自动启动液流泵，液流泵工作时，把充好电尚未使用的正负极悬浮液分别逐渐抽进正极反应腔与负极反应腔内，正极反应腔与负极反应腔内原来的正负极悬浮液被逐渐挤压出去，此时由于正在更新电池正负极悬浮液，正负极集流体之间的电压逐渐上升，当这个电压达到设定的最高工作电压时，自动使液流泵停止工作，锂离子液流电池持续带动负载工作，电压再次逐渐变小，如此循环，液流泵工作一段时间停止一段时间，自动间歇工作，确保锂离子液流电池正负极集流体之间的电压在最低工作电压与最高工作电压之间循环变化，带动负载稳定工作。
2.根据权利要求1所述的锂离子液流电池的液流泵间歇工作自动控制器，其特征是:锂离子液流电池的液流泵间歇工作自动控制器由稳压电源、电压比较器、开关三极管、或门电路、继电器、电阻这几种电子元器件组成；稳压电源正负极分别连接两个串联的电阻的两端，从这两个串联电阻之间的连接点引出导线连接电压比较器的一个输入端，调节这两个电阻的阻值大小，就可以设定锂离子液流电池的最大或者最小工作电压，电压比较器的另一个输入端连接锂离子液流电池的正极集流体，稳压电源的负极连接地线，锂离子液流电池的负极集流体也连接地线，这样锂离子液流电池的正极集流体的电压就是锂离子液流电池实时电压，电压比较器就可以比较设定的锂离子液流电池的最大或者最小工作电压与锂离子液流电池实时电压的大小，当锂离子液流电池实时电压达到设定值时，电压比较器的输出电压发生跳变，使开关三极管导通，从而使继电器通电动作，使液流泵启动或者停止工作。
3.根据权利要求2所述的锂离子液流电池的液流泵间歇工作自动控制器，其特征是:锂离子液流电池的液流泵间歇工作自动控制器有两组电压比较器，一组电压比较器用于比较设定的锂离子液流电池的最小工作电压与锂离子液流电池实时电压的大小，另一组电压比较器用于比较设定的锂离子液流电池的最大工作电压与锂离子液流电池实时电压的大小；每一组电压比较器由2个电压比较器并联组成，这2个电压比较器的正输入端连接在一起、负输入端也连接在一起，这2个电压比较器的输出端分别与一个或门电路的2个输入端连接，或门电路的输出端与开关三极管的基极连接，这样2个电压比较器中的任一个输出电压跳变都可以使开关三极管导通，从而使继电器通电动作，使液流泵启动或者停止工作，如果一个电压比较器发生故障，另一个可以继续正常工作，这样就提高了锂离子液流电池的液流泵间歇工作自动控制器的可靠性。
【文档编号】H01M8/18GK103985893SQ201410241236
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年6月1日 优先权日:2014年6月1日
【发明者】刘现营 申请人:上海采科实业有限公司