流动电解质电池和控制流动电解质电池的方法
【专利说明】流动电解质电池和控制流动电解质电池的方法发明领域
[0001]本发明涉及流动电解质电池。具体地，即使非排他地，本发明涉及流动电解质电池中的安全系统和电解质处理。
[0002]发明背景
[0003]流动电解质电池，如锌-溴电池、锌-氯电池、以及钒流动电池，在铅酸电池的基础上提供了重要的改进。典型的铅-酸电池在较热的气候条件下的寿命通常很短，特别是当它们偶尔完全放电时。由于铅是铅-酸电池的主要组分并且在制造和处理过程中可引起严重的环境问题，因此铅-酸电池对环境也是有害的。在另一方面，流动电解质电池的有效寿命不受深度放电应用的影响，并且与铅-酸电池的能量重量比相比，流动电解质电池的能量重量比高至六倍。
[0004]参照图1，流程图示出了根据现有技术已知的碱性锌-溴流动电解质电池100。该锌-溴电池100包含负极电解质流通路径105和独立的正极电解质流通路径110。负极电解质流通路径105含有作为活性化学物质的锌离子，且正极电解质流通路径110含有作为活性化学物质的溴离子。该锌-溴电池100还包含负极电解质栗115、正极电解质栗120、负极锌电解质(阳极电解液)槽125、和正极溴电解质(阴极电解液)槽130。
[0005]为获得高电压，该锌-溴电池100还包含以双极型布置连接的单电池(cell)堆叠135，与单个单电池相比，该电池堆叠135产生了更高的总电压。
[0006]例如，单电池135包含半单电池140、145，其包括双极型电极板155和微孔隔离板165。因而，该锌-溴电池100具有位于集电极板160处的正极性端和位于另一个集电极板150处的负极性端。
[0007]充电过程中，在诸如半单电池145的正极半单电池中的化学反应可根据以下方程式描述:
[0008]2Br ^ — Br 2+2e ^ 方程式 1
[0009]因此，在与正极电解质流通路径110液压连通的半单电池中形成溴，并且随后储存在正极溴电解质槽130中。在充电过程中，在诸如半单电池140的负极半单电池中的化学反应可根据以下方程式描述:
[0010]Zn2++2e — Zn 方程式 2
[0011]因此，在与负极电解质流通路径105接触的集电极板150上形成了金属锌层170。在放电过程中，随后的半单电池140、150中的化学反应与方程式1和方程式2相反。
[0012]现有技术的碱性锌-溴流动电解质电池100的问题是，足够迅速且安全地清除(strip)电池100的金属锌层170，并且不损害电池100通常是不可能的。
[0013]由于定期维护步骤以提高电池100的效率，以及作为中和电池100中储存的能量的紧急过程的一部分，清除流动电解质电池100是重要的。
[0014]由于它通常需要外部维护总线、直流(DC)-DC变换器、或清除回路(strippercircuit)，并且易于损害电池100，特别是电池100的电极，因此使用电流清除现有技术的锌_溴流动电解质电池100是昂贵的。
[0015]此外，由于可产生过多的热量，因此从完全充电迅速电清除锌-溴流动电解质电池100通常是不安全的。
[0016]现有技术的锌-溴流动电解质电池100的另外的问题是，不均匀的锌沉淀和树枝状结晶均可降低电池100的效率，甚至对电池100的单电池造成损害。
[0017]然而关于锌-溴流动电解质电池100的另外问题是，例如由于充电系统中的故障，过度充电可严重损害电池100。
[0018]因此，亟需克服或减轻与现有技术的流动电解质电池有关的许多上述所讨论的问题。
[0019]发明目的
[0020]本发明的一些实施方案的目的是向消费者提供对上述现有技术的改进和优点，和/或克服并减轻现有技术的一个或多个上述缺点，和/或提供有用的商业选择。
[0021]发曰月概沐
[0022]根据一个方面，本发明涉及流动电解质电池，包含:
[0023]堆叠，其包含多个电极；
[0024]与该堆叠连接的负极电解质回路，其用于使负极电解质流通经过该堆叠；
[0025]与该堆叠连接的正极电解质回路，其用于使正极电解质流通经过该堆叠，；以及
[0026]连接正极电解质回路和负极电解质回路的阀；
[0027]其中该阀包括阻止电解质在该正极电解质回路和该负极电解质回路之间流动的关闭设置，以及使电解质从该正极电解质回路和该负极电解质回路中的至少一个向该正极电解质回路和该负极电解质回路中的另一个流动的开启设置；以及
[0028]其中在充电或放电运行过程中，该负极电解质回路在与所述正极电解质回路不同的压力下运行，并且该阀通过该正极电解质回路和负极电解质回路之间的压差的变化而开启和关闭。
[0029]优选地，在开启设置中，该阀使电解质从该正极电解质回路向该负极电解质回路流动。
[0030]优选地，在开启设置中，该阀阻止电解质从该负极电解质回路向该正极电解质回路流动。
[0031 ] 优选地，该阀包括单向阀。可选地，该阀是电致动的。
[0032]优选地，该流动电解质电池还包含压力调节器，其用于控制该正极电解质回路和该负极电解质回路中的至少一个的压力。
[0033]优选地，在充电或放电运行过程中，该负极电解质回路设置为在高于该正极电解质回路的压力下运行，并且设置该阀以便其通过负极电解质回路的更高的压力而关闭。
[0034]优选地，该正极电解质回路和该负极电解质回路分别包括正极电解质贮存器和负极电解质贮存器，其中该流动电解质电池还包括在该正极电解质贮存器和负极电解质贮存器之间的溢流通道，该溢流通道使电解质从该正极电解质贮存器和负极电解质贮存器之一溢流至该正极电解质贮存器和负极电解质贮存器中的另一个。
[0035]优选地，该流动电解质电池还包含充电模块，其用于使该流动电解质电池充电。
[0036]优选地，该流动电解质电池包含电池控制模块，其用于检测该流动电解质电池的过度充电，设置该模块以当检测到过度充电时开启该阀。适当地，设置该电池控制模块以通过改变该负极电解质回路和该正极电解质回路中的一个或多个中的压力而开启该阀。
[0037]优选地，设置该电池控制模块以检测过度充电电流，并且控制该阀以使该流动电解质电池以与过度充电电流一致的速率化学放电。
[0038]优选地，该流动电解质电池还包含电池控制模块，其用于电化学抛光该流动电解质电池堆叠。
[0039]优选地，设置该电池控制模块以周期性开启该阀从而使该电池部分地化学放电。
[0040]优选地，该流动电解质电池包括锌-溴流动电解质电池。
[0041]根据第二个方面，本发明涉及控制流动电解质电池的方法，该电池包含电极堆叠、负极电解质回路和正极电解质回路以及在该正极电解质回路和负极电解质回路之间的阀，该方法包括:
[0042]通过该正极电解质回路使该正极电解质流通经过该堆叠；
[0043]通过该负极电解质回路使该负极电解质流通经过该堆叠；
[0044]开启该阀以使该正极电解质从该正极电解质回路向该负极电解质回路流动；以及
[0045]通过该负极电解质回路使正极电解质和负极电解质流通经过该堆叠；以及
[0046]其中开启所述阀通过以下方法进行:
[0047]在第一压力下运行该正极电解质回路；和
[0048]在不同于第一压力的第二压力下运行该负极电解质回路。
[0049]优选地，该方法还包括:
[0050]确定该流动电解质电池应至少部分放电；以及
[0051 ] 其中在确定该动电解质电池应至少部分放电之后开启该阀。
[0052]优选地，确定该流动电解质电池应至少部分放电包括以下至少一项:
[0053]在该流动电解质电池中检测到错误；
[0054]检测到该流动电解质电池的过度充电；以及
[0055]确定已经达到该流动电解质电池的电化学抛光的阈值。
[0056]优选地，第一压力大于第二压力。
[0057]附图简沐
[0058]为了有助于理解本发明并使本领域技术人员能执行本发明，以下参照附图，仅通过示例的方式描述了本发明的优选实施