一种散热效果好的储电充电装置的制作方法

本发明涉及一种充电装置，具体涉及一种散热效果好的储电充电装置。

背景技术

随着新能源利用技术的不断发展，新能源汽车在世界范围内尤其是中国迎来了大发展。在技术和政策的双重支持下，我国新能源汽车尤其是纯电动汽车每年以近30万辆的增速持续增长。大量纯电动汽车的出现意味着我国对充电桩及充换电站的需求越来越大，目前国内充电设施与新能源汽车保有量的比例维持在1:4左右，与标准化的1:1相差甚远。

目前市场上充电桩主要作为电力转换装置出现，其结构相对简单，主要由输入、输出和控制三个部分组成，按照充电方式可分为直流充电桩、交流充电桩和交直流一体充电桩三种。这三种充电桩都需要依赖于电网提供即时的电力，这在对电网带来很大的用电压力的同时，也会因电网“限电”“停电”等问题影响其稳定运行。同时，充电桩在运行过程中其内部换流器尤其是变压装置在运行过程中会产生大量的热量，废热的产生在造成能源浪费的同时也在很大程度上影响着充电桩的工作效率和使用寿命。另外，由于充电桩依托于固定的电力网络，其使用范围局限于某一固定区域，针对一些电网未能达到的区域诸如边疆、荒岛等，充电桩也都得不到稳定便捷的使用。

液流电池技术是一种新型储能技术，其通过溶解在循环的电解液中活性物质电子的得失（价态变化）进行“电能-化学能-电能”的转化，进而实现电能的储存与释放。相对于其他储能技术，液流电池具有输出功率与容量相互独立、系统设计灵活、响应速度快、自放电速率低、充放电过程相互独立及使用寿命长等优点，在储能领域得到了越来越多的应用。

但是，液流电池循环过程中能量效率相对较低，实验证明温度的适当提升能够提升电池的工作效率，同时充电桩的散热技术一直影响着充电装置的高效稳定长久的运行。因此，一种更加节能环保高效稳定的充电装置亟待出现。

技术实现要素：

针对上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种运行过程自冷却、充放电过程相独立、高效节能、持续稳定、环境友好的一种散热效果好的储电充电装置。其通过液流电池中电解液的循环过程流经换流器内部变压器线圈对换流器进行高效冷却，而换流器运行中产生的废热能够对电解液预热提高电池运行效率。

装置整体可以在通过电网在夜间或闲时充电起到电网调峰的作用，降低充电成本；还可以通过太阳能、风能等具有间歇性、波动性问题的可再生能源直接充电，降低可再生能源并网的难度；同时还能够直接更换充电后的电解液完成快速充电的过程。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：一种散热效果好的储电充电装置，包括充电装置本体以及设置在充电装置本体上的正极储液罐、负极储液罐、正极储液罐电解液进口、负极储液罐电解液进口、液流电池堆、正极电解液循环泵、负极电解液循环泵、液流电池控制单元、正极电解液循环管路、负极电解液循环管路、换流器、市电输入单元、新能源发电输入单元、交流供电输出单元、直流供电输出单元、壳体；其中壳体包覆在充电装置外部，正极电解液进口位于正极储液罐外侧，正极储液罐通过正极电解液循环管路经过换流器与液流电池堆相连，正极电解液循环泵与正极电解液循环管路相连，负极电解液进口位于负极储液罐外侧，负极储液罐通过负极电解液循环管路经过换流器与液流电池堆相连，负极电解液循环泵与负极电解液循环管路相连，液流电池堆、液流电池控制单元、换流器、市电输入单元、新能源发电输入单元、交流供电输出单元、直流供电输出单元通过电路相连；

在充电装置本体上安装有液流电池堆，包括集流板、正极、交换膜、负极，其中集流板位于正极和负极两侧，正极和负极通过交换膜相连；

在充电装置本体上安装有换流器，包括逻辑电路模块、驱动电路模块、高压滤波器模块、转换电路模块、整流电路模块、低压滤波器模块、变压器模块、印刷电路板，其中逻辑电路模块、驱动电路模块、高压滤波器模块、转换电路模块、整流电路模块、低压滤波器模块、变压器模块通过印刷电路板相连；

在换流器上安装有变压器，包括线圈正极电解液流道、线圈负极电解液流道、线圈正极电解液进口、线圈正极电解液出口、线圈正极电解液出口、电路板负极电解液出口、变压器线圈，其中线圈正极电解液流道、线圈负极电解液流道均位于变压器线圈金属芯内部，线圈正极电解液进口和线圈正极电解液出口通过线圈正极电解液流道相连，线圈正极电解液出口和电路板负极电解液出口通过线圈负极电解液流道相连。

所述的电解液包括具有氧化还原特性的电解液，具体来说应包括含有氧化还原电对v⁴⁺/v⁵⁺、v²⁺/v³⁺、cr²⁺/cr³⁺、fe²⁺/fe³⁺、mn²⁺/mn³⁺等的无机电解液、基于咯嗪、硝酰自由基或醌类的有机电解液、含有硫化锂、钛酸锂、锂镍锰氧化物或高分子聚合物的纳米流体电解液。

所述的正极储液罐应为具有较高散热面积的压力容器，制备材料为金属材料或碳材料的导热材料。

所述的负极储液罐应为具有较高散热面积的压力容器，制备材料为金属材料或碳材料的导热材料。

所述的液流电池堆包括集流板、正极、交换膜、负极结构，其中所述的集流板应为金属材料或碳材料等的电材料，所述的正极应为具有多孔结构的金属材料或碳材料的导电材料，所述的交换膜包括阳离子交换膜、阴离子交换膜或中性交换膜，所述的负极应为具有多孔结构的金属材料或碳材料的导电材料。

所述的正极电解液循环泵应为离心泵或蠕动泵，是具有循环功能的液体输送装置。

所述的负极电解液循环泵应为离心泵或蠕动泵，是具有循环功能的液体输送装置。

所述的换流器应为换流器、逆变器或直流-直流变换器，是具有电流转换功能的装置。

所述的变压器线圈应为呈环形的导线绕组，且线圈内部刻蚀有电解液通过的流道，应为空芯线圈、铁氧体线圈、铁芯线圈或铜芯线圈。

由以上技术方案可见，本发明具有以下优点：

1、运行过程自冷却更高效，无需额外做功的前提下实现换流器及液流电池的协同互补运行；运行过程中使电解液在进入电堆前进入换流器内印刷电路板中的流道，对换流器进行冷却无需额外做功，同时预热液流电池电解液进一步提升电池的工作效率。

2、冷却过程高效低阻，电解液直接流入换流器中产废热最严重的部件变压器线圈内部进行冷却，最大程度的降低了换热的热阻，使换热效率进一步提升，使线圈冷却及电解液预热过程更加高效。

3、电堆充电方式更加多元自由，更低成本利用传统电力、更直接利用可再生能源、更高效实现充电过程。充电装置整体可以在通过电网在夜间或闲时充电起到电网调峰的作用，降低充电成本；还可以通过太阳能、风能等具有间歇性、波动性问题的可再生能源直接充电，降低可再生能源并网的难度；同时还能够直接更换充电后的电解液完成快速充电的过程。

4、电堆充放电过程相互独立，实现分布式，装置内储液罐可以根据需求调整容积无限制的调整装置最大储能量，放电过程可以独立于电网运行，适用于对偏远地区的设备的充电；另外，液流电池所循环的电解液成本低简单易得，电池本身具有输出功率与容量相互独立、系统设计灵活、响应速度快、自放电速率低及使用寿命长等优点。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种分布式热平衡储电充电装置结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种分布式热平衡储电充电装置结构中印刷电路板中流道结构示意图。

图中，1-正极储液罐；2-负极储液罐；3-正极储液罐电解液进口；4-负极储液罐电解液进口；5-液流电池堆；6-正极电解液循环泵；7-负极电解液循环泵；8-液流电池控制单元；9-正极电解液循环管路；10-负极电解液循环管路；11-换流器；12-市电输入单元；13-新能源发电输入单元；14-交流供电输出单元；15-直流供电输出单元；16-壳体；17-集流板；18-正极；19-交换膜；20-负极；21-逻辑电路模块；22-驱动电路模块；23-高压滤波器模块；24-转换电路模块；25-整流电路模块；26-低压滤波器模块；27-变压器模块；28-印刷电路板；29-线圈正极电解液流道；30-线圈负极电解液流道；31-线圈正极电解液进口；32-线圈正极电解液出口；33-线圈正极电解液出口；34-电路板负极电解液出口；35-变压器线圈。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

参见图1，本发明一种散热效果好的储电充电装置，包括充电装置本体以及设置在充电装置本体上的正极储液罐1、负极储液罐2、正极储液罐电解液进口3、负极储液罐电解液进口4、液流电池堆5、正极电解液循环泵6、负极电解液循环泵7、液流电池控制单元8、正极电解液循环管路9、负极电解液循环管路10、换流器11、市电输入单元12、新能源发电输入单元13、交流供电输出单元14、直流供电输出单元15、壳体16；其中壳体16包覆在充电装置外部，正极储液罐电解液进口3位于正极储液罐1外侧，正极储液罐1通过正极电解液循环管路9经过换流器11与液流电池堆5相连，正极电解液循环泵6与正极电解液循环管路9相连，负极储液罐电解液进口4位于负极储液罐2外侧，负极储液罐2通过负极电解液循环管路10经过换流器11与液流电池堆5相连，负极电解液循环泵7与负极电解液循环管路10相连，液流电池堆5、液流电池控制单元8、换流器11、市电输入单元12、新能源发电输入单元13、交流供电输出单元14、直流供电输出单元15通过电路相连；

其中电解液包括具有氧化还原特性的电解液，具体来说应包括含有氧化还原电对v⁴⁺/v⁵⁺、v²⁺/v³⁺、cr²⁺/cr³⁺、fe²⁺/fe³⁺、mn²⁺/mn³⁺的无机电解液、基于咯嗪、硝酰自由基或醌类的有机电解液、含有硫化锂、钛酸锂、锂镍锰氧化物或高分子聚合物的纳米流体电解液；正极储液罐1应为具有较高散热面积的压力容器，材料应为金属材料或碳材料的导热材料；负极储液罐2应为具有较高散热面积的压力容器，材料应为金属材料或碳材料的导热材料；正极电解液循环泵6应为离心泵或蠕动泵的具有循环功能的液体输送装置；负极电解液循环泵7应为离心泵或蠕动泵的具有循环功能的液体输送装置；换流器11应为换流器、逆变器、直流-直流变换器的具有电流转换功能的装置。

在充电装置本体上安装有液流电池堆5，包括集流板17、正极18、交换膜19、负极20，其中集流板17位于正极18和负极20两侧，正极18和负极20通过交换膜19相连；

其中正极18应为具有多孔结构的金属材料或碳材料的导电材料，交换膜19包括阳离子交换膜、阴离子交换膜或中性交换膜，所述的负极20应为具有多孔结构的金属材料或碳材料的导电材料。

在充电装置本体上安装有换流器11，包括逻辑电路模块21、驱动电路模块22、高压滤波器模块23、转换电路模块24、整流电路模块25、低压滤波器模块26、变压器模块27、印刷电路板28，其中逻辑电路模块21、驱动电路模块22、高压滤波器模块23、转换电路模块24、整流电路模块25、低压滤波器模块26、变压器模块27通过印刷电路板28相连。

在换流器11上安装有印刷电路板28，包括线圈正极电解液流道29、线圈负极电解液流道30、线圈正极电解液进口31、线圈正极电解液出口32、线圈正极电解液出口33、电路板负极电解液出口34、变压器线圈35，其中线圈正极电解液流道29、线圈负极电解液流道30均位于变压器线圈35金属芯内部，线圈正极电解液进口32和线圈正极电解液出口33通过线圈正极电解液流道29相连，线圈正极电解液出口33和电路板负极电解液出口34通过线圈负极电解液流道30相连；

其中变压器线圈35应为呈环形的导线绕组，且线圈内部刻蚀有电解液通过的流道，应为空芯线圈、铁氧体线圈、铁芯线圈或铜芯线圈。

本装置具有创造性的提出了一种散热效果好的储电充电装置，在装置运行过程自冷却更高效，无需额外做功的前提下实现换流器及液流电池的协同互补运行，即运行过程中使电解液在进入电堆前进入换流器内印刷电路板中的流道，对换流器进行冷却无需额外做功，同时预热液流电池电解液进一步提升电池的工作效率；冷却过程高效低阻，即电解液直接流入换流器中产废热最严重的部件变压器线圈内部进行冷却，最大程度的降低了换热的热阻，使换热效率进一步提升，使线圈冷却及电解液预热过程更加高效；电堆充电方式更加多元自由，更低成本利用传统电力、更直接利用可再生能源、更高效实现充电过程，即充电装置整体可以在通过电网在夜间或闲时充电起到电网调峰的作用，降低充电成本，还可以通过太阳能、风能等具有间歇性、波动性问题的可再生能源直接充电，降低可再生能源并网的难度，同时还能够直接更换充电后的电解液完成快速充电的过程；电堆充放电过程相互独立，实现分布式，即装置内储液罐可以根据需求调整容积无限制的调整装置最大储能量，放电过程可以独立于电网运行，适用于对偏远地区的设备的充电。另外，液流电池所循环的电解液成本低简单易得，电池本身具有输出功率与容量相互独立、系统设计灵活、响应速度快、自放电速率低及使用寿命长等优点。