专利名称：用于钒电池材料和电堆结构评价的移动式全钒液流电池系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及全钒液流电池系统，特别是用于钒电池材料和电堆结构评价的移动式全钥;液流电池系统。
背景技术：
全钒液流电池是一种以各种价态钒离子(V2+、V3+、V4+、V5+)的硫酸溶液为能量储存介质，功率大小由钒电池堆决定的新型液流电池系统。其具有功率和容量可独立设计，循环寿命长、安全环保、电解液可循环利用及选址灵活等诸多优点，在大规模电力储能领域有广阔的应用前景，目前正受到各国的广泛重视和研究。在全钒液流电池充放电过程中，正负极电解液在各自电极区进行化学反应，通过钒离子价态的变化实现能量的储存和释放。全钒液流电池的关键材料主要包括集流体、双极板、隔膜、电解液以及电极等，材料特性对钒电池性能的发挥具有重要影响。此外，改变钒电池堆结构如调整电解液流道等方式也会对钒电池性能产生影响。因此，建立全钒液流电池测试系统，实现对钒电池材料和电堆结构的测试评价，是全钒液流电池设计和开发过程中非常重要的环节。据申请人所知，现有的大部分专利文献所公开的有关对全钒液流电池检测评价的方法和装置是针对特定应用领域的全钒液流电池系统。如中国专利CN 201435423报道的通信用全钒液流电池系统，其基本结构和功能均比较复杂，不适合用于钒电池材料和结构的测评。再如中国专利201120428876. 8报道的一种节能型移动式全钒液流电池检测评价装置，其主要应用于电堆成品的性能测试，其装置结构复杂，不适用于对电堆的各种关键材料的性能进行评价。因此，需要从整体上对全钒液流电池的测试系统各部件的结构及布局进行优化设计，从而满足测试系统内各部件的布局紧凑，结构简单，拆装方便，易于观察和测试的要求。
发明内容
本发明的目的是，针对现有技术存的不足进行改进，提出并研究用于钒电池材料和电堆结构评价的移动式全钒液流电池系统。该全钒液流电池系统为一整体可便携移动单元，系统内各部件结构简单，合理布局在箱体内，同时各种接口及显示量值的器件分布在箱体侧门或前门上，箱体前门和后门采用透明材料，且能够通过把手开启，便于测试和观察。本发明的技术解决方案是，包括钒电池堆、正极电解液储液罐、负极电解液储液罐、正极电解液循环泵、负极电解液循环泵，电解液管路及辅件，辅件包括各种接口、显示窗、导线、气管，其特征在于，电池系统由钒电池堆、正极电解液储液罐、负极电解液储液罐、正极电解液循环泵、负极电解液循环泵、电解液管路及辅件集成在箱体内组成，上述组成电池系统的部件固定于底板上，通过电解液管路实现相互连接，电池系统的各种接口及显示窗均匀分布在箱体左侧板、右侧板和前门上；电池系统的各种接口包括充氮气排空气集成接头，断流止回阀，集成外电源接头；显示窗采用液晶屏。其特征在于，钒电池堆采用单电池结构，其包括一正半电池和一负半电池。其特征在于，正极电解液储液罐、负极电解液储液罐、正极电解液循环泵、负极电解液循环泵及电解液管路对称分布在钒电池堆两侧。其特征在于，电解液管路均采用耐腐蚀软管。其特征在于，正极储液罐和负极储液罐分别配有充氮气孔和排空气孔，正极储液罐和负极储液罐的充氮气孔和排空气孔分别通过气管连接至箱体左侧板上的充氮气排空气集成接头，外接氮气瓶即可实现充氮气排空气操作；气管通过断流止回阀实现中断或启动充气排气操作。其特征在于，钒电池堆配有正极耳和负极耳，钒电池堆的正极耳和负极耳分别通 过导线连接至箱体右侧板上的集成外电源接头，外接充放电设备即开始测试。其特征在于，正极电解液循环泵和负极电解液循环泵采用可调速蠕动泵，正极电解液循环泵和负极电解液循环泵配有电源插头，正极电解液循环泵和负极电解液循环泵的电源插头通过导线连接至箱体右侧板上的集成外电源接头，外接电源即启停正极电解液循环泵和负极电解液循环泵。其特征在于，箱体的前门设有采用液晶屏的显示窗，显示窗配有信号线，正负极电解液温度值及流量值通过信号线在箱体的前门的液晶屏上显示。其特征在于，箱体的前门和后门采用透明有机玻璃材料，箱体的其余部分的材质为铝型材，箱体的左侧门和右侧门上设有排气窗，箱体的前门和后门上均设置把手，底板表
面覆盖绝缘油漆。其特征在于，电池系统的各部件通过固定套固定于底板上，各部件与固定套之间的配合关系为插拔式，固定套形状为圆形或方形。本发明的创新点在于1、本发明作为一整体便携移动单元，易于整体移动，方便测试。2、本发明内部的各部件结构简单，布局合理，方便拆装，适合用于对不同电堆材料和结构的快速评价。3、本发明中的各种接口、电源开关及显示量值的器件分布在箱体的侧门或前门上，箱体的前门和后门采用透明材料，且能够通过把手开启，系统能够实现一键启停，便于测试和观察。本发明的优点是，构思新颖、设计合理，电池系统内电堆结构简单，部件布局合理，拆装方便，易于整体移动、便于观察和测试，适合用于钒电池材料测试和电堆的结构评价。
图1、本发明的基本结构框图。图2、本发明的基本结构立体图。图3、本发明的基本结构前视图。图4、本发明的基本结构右视图。图5、本发明的基本结构左视图。图6、本发明的基本结构后视图。图7、本发明各部件布局图。图8、本发明采用的固定套结构示意图。
图中，1、正半电池；2、负半电池；3、出液管；4、5、进液管；6、负极电解液储液罐；7、负极电解液循环泵；8、正极电解液储液罐；9、正极电解液循环泵；10、集成外电源接头；
11、液晶屏；12、充氮气排空气集成接头；13、14、15、16断流止回阀；17、18、19、20、气管；21、
22、23、24、25、26、导线;27、28、29、30、信号线;31、32、33、34、35、36、电解液管路；37、充氮气孔；38、39、排空气孔；40、充氮气孔；41、进液管；42、出液管；43、进液管；44、出液管；45、出液管；46、正极耳；47、负极耳；48、固定套；49、箱体；50、箱体左侧板；51、箱体右侧板；52、前门；53、后门；54、底板；55、排气窗；56、前门把手；57、后门把手；10_1、启动按钮；10-2、停止按钮；10-3、正极耳外接头；10-4、负极耳外接头；10-5、电源外接头；11_1、温度变送器；11_2、流量变送器；12-1、注气口 ；12-2、排气口。
具体实施例方式下面，结合附图对本发明的实施例进一步的描述。如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8所示，本发明由钒电池堆、正极电解液储液罐8、负极电解液储液罐6、正极电解液循环泵9、负极电解液循环泵7、电解液管路31、32、33、34、35、36及辅件集成在箱体49内而组成。辅件包括各种接口、显示窗、导线21、22、
23、24、25、26，气管17、18、19、20。各种接口包括充氮气排空气集成接头12和断流止回阀13、14、15、16以及集成外电源接头10。钒电池堆为单电池结构，包括一正半电池I和一负半电池2，钒电池堆位于箱体49正中心，正极电解液储液罐8、负极电解液储液罐6、正极电解液循环泵9、负极电解液循环泵7及电解液管路31、32、33、34、35、36对称分布在钒电池堆两侧。其中，钒电池堆、正极电解液储液罐8、负极电解液储液罐6、以及正极电解液循环泵9和负极电解液循环泵7均采用固定套48固定于底板54上。正极电解液储液罐8配有充氮气孔37和排空气孔38，负极电解液储液罐6配有充氮气孔40和排空气孔39，正极电解液储液罐8和负极电解液储液罐6的充氮气孔37、40以及排空气孔38、39分别通过气管17、18、19、20连接至箱体左侧板50上的注气口 12-1和排气口 12-2，气管17、18、19、20上分别设有断流止回阀13、14、15、16。钒电池堆配有正极耳46和负极耳47，钒电池堆的正极耳46和负极耳47分别通过导线21、22连接至箱体右侧板51上的正极耳外接头10-3和负极耳外接头10-4。正极电解液循环泵9、负极电解液循环泵7的电源插头通过导线23、24、25、26连接至箱体右侧板51上的电源外接头10-5，正极电解液循环泵9和负极电解液循环泵7的启动和停止，分别通过循环泵启动按钮10-1和循环泵停止按钮10-2控制。正负极电解液温度值及流量值分别通过信号线27、28、29、30在箱体49的前门52的温度变送器11_1和流量变送器11-2上以数字形式在箱体49的前门52的液晶屏11上显示。由图1所示，加粗黑实线为正极电解液流向，加粗黑虚线为负极电解液流向。全钒液流电池系统工作过程中，正极电解液循环泵9驱动正极电解液通过软管32、33从正极电解液储液罐8注入到钒电池堆的正半电池I中，其完成化学反应后再通过软管31返回到正极电解液储液罐8。负极电解液循环泵7驱动负极电解液通过软管35、36从负极电解液储液罐6注入到钒电池堆的负半电池2中，其完成化学反应后再通软管34返回到负极电解液储液罐6。正极电解液循环泵9和负极电解液循环泵7采用可调速蠕动泵。结合图1，对本发明的工作过程进一步说明如下。部件固定、拆装通过固定套48配合螺杆把电池系统的各部件固定于底板54上，各部件与固定套48之间的结构为插拔式，前门52设置前门把手56，后门53上设置后门把手57，前门52和后门53均为单开门，方便部件拆装。管路连接电解液管路31、32、33、34、35、36采用耐腐蚀性软管，耐腐蚀性软管与各部件的进出液管3、4、5、41、42、43、44、45连接处至少用两道扎带扎紧，确保不漏液。充氮气排空气氮气瓶气管口外接注气口 12-1，拧开气管17、18、19、20上的断流止回阀13、14、15、16开始对正极电解液储液罐8、负极电解液储液罐6进行充氮气操作，通过氮气瓶上的表头调整气流大小，10分钟后，旋紧表头停止充气，接着拧紧断流止回阀13、14、15、16。启停、调节循环泵通过电源外接头10-5与电网连接，对正极电解液循环泵9、负极电解液循环泵7进行通电操作。测试过程中，通过循环泵启动按钮10-1和循环泵停止按 钮10-2启动和停止正极电解液循环泵9、负极电解液循环泵7。通过正极电解液循环泵9、负极电解液循环泵7自身携带的流量调节旋钮进行测试过程中流量的调节，流量值在箱体49的前门52的流量变送器11-2上以数字形式显示。实时温度值在温度变送器11-1上显
/Jn o钒电池堆充放电充放电仪器通过正极耳外接头10-3和负极耳外接头10-4与钒电池堆连接，设置相关程序即可对钒电池堆进行充放电操作。测试、处理在上述过程完成的基础上开始进行相关测试，可通过箱体49的前门52和后门53观察测试过程，若测试出现异常如漏液情况，通过开启的箱体49的前门52和后门53进行即时处理。
权利要求
1.用于钒电池材料和电堆结构评价的移动式全钒液流电池系统，包括钒电池堆、正极电解液储液罐、负极电解液储液罐、正极电解液循环泵、负极电解液循环泵，电解液管路及辅件，辅件包括各种接口、显示窗、导线、气管，其特征在于，电池系统由钒电池堆、正极电解液储液罐(8)、负极电解液储液罐(6)、正极电解液循环泵(9)、负极电解液循环泵(7)、电解液管路(31、32、33、34、35、36)及辅件集成在箱体(49)内组成，上述组成电池系统的部件固定于底板(54)上，通过电解液管路(31、32、33、34、35、36)实现相互连接，电池系统的各种接口及显示窗均匀分布在箱体左侧板(50)、右侧板(51)和前门(52)上；电池系统的各种接口包括充氮气排空气集成接头(12)，断流止回阀(13、14、15、16)，集成外电源接头(10);显示窗采用液晶屏(11)。
2.根据权利要求1所述的用于钒电池材料和电堆结构评价的移动式全钒液流电池系统，其特征在于，钒电池堆采用单电池结构，其包括一正半电池(I)和一负半电池(2)。
3.根据权利要求1所述的用于钒电池材料和电堆结构评价的移动式全钒液流电池系统，其特征在于，正极电解液储液罐(8)、负极电解液储液罐(6)、正极电解液循环泵(9)、负极电解液循环泵(7 )及电解液管路(31、32、33、34、35、36 )对称分布在钒电池堆两侧。
4.根据权利要求1所述的用于钒电池材料和电堆结构评价的移动式全钒液流电池系统，其特征在于，电解液管路(31、32、33、34、35、36)均采用耐腐蚀软管。
5.根据权利要求1所述的用于钒电池材料和电堆结构评价的移动式全钒液流电池系统，其特征在于，正极电解液储液罐(8)和负极电解液储液罐(6)分别配有充氮气孔和排空气孔，正极电解液储液罐(8)和负极电解液储液罐(6)的充氮气孔和排空气孔分别通过气管(17、18、19、20)连接至箱体左侧板(50)上的充氮气排空气集成接头(12)，外接氮气瓶即可实现充氮气排空气操作；气管(17、18、19、20)通过断流止回阀(13、14、15、16)实现中断或启动充气排气操作。
6.根据权利要求1所述的用于钒电池材料和电堆结构评价的移动式全钒液流电池系统，其特征在于，钒电池堆配有正极耳和负极耳，钒电池堆的正极耳和负极耳分别通过导线(21、22)连接至箱体右侧板(51)上的集成外电源接头(10)，外接充放电设备即可开始测试。
7.根据权利要求1所述的用于钒电池材料和电堆结构评价的移动式全钒液流电池系统，其特征在于，正极电解液循环泵(9)和负极电解液循环泵(7)采用可调速蠕动泵，正极电解液循环泵(9)和负极电解液循环泵(7)配有电源插头，正极电解液循环泵(9)和负极电解液循环泵(7)的电源插头通过导线(23、24、25、26)连接至箱体右侧板(51)上的集成外电源接头(10)，外接电源即可启停正极电解液循环泵(9)和负极电解液循环泵(7)。
8.根据权利要求1所述的用于钒电池材料和电堆结构评价的移动式全钒液流电池系统，其特征在于，采用液晶屏(11)的显示窗设在箱体的前门(52)上，显示窗配有信号线(28、30、27、29)，正负极电解液温度值及流量值通过信号线(28、30、27、29)在箱体的前门(52)上的显示窗的液晶屏(11)上显示。
9.根据权利要求1所述的用于钒电池材料和电堆结构评价的移动式全钒液流电池系统，其特征在于，箱体(49 )的前门(52 )和后门(53 )采用透明有机玻璃材料，箱体(49 )的其余部分的材质为铝型材，箱体左侧板(50 )和箱体右侧板(51)上设有排气窗(55 )，箱体(49 )的前门(52)和后门(53)上均设置把手，底板(54)表面覆盖绝缘油漆。
10.根据权利要求1所述的用于钒电池材料和电堆结构评价的移动式全钒液流电池系统，其特征在于，电池系统的各部件通过固定套(48)固定于底板(54)上，各部件与固定套(48)之间的配合关系为插拔式，固定套(48)的形状为圆形或方形。
全文摘要
本发明涉及一种用于钒电池材料和电堆结构评价的移动式全钒液流电池系统，其包括钒电池堆、正负极电解液储液罐、正负极电解液循环泵，电解液管路及辅件，辅件包括各种接口、显示窗、导线、气管等。电池系统由钒电池堆、正负极电解液储液罐、正负极电解液循环泵、电解液管路及辅件集成在一个箱体内组成，上述部件固定于底板上，通过电解液管路实现相互连接，系统的各种接口及显示值均匀分布在箱体左右侧板或前门上。电池系统的各种接口包括充氮气排空气集成接头，断流止回阀，集成外电源接头；显示窗采用液晶屏。优点是，设计合理，构思新颖、结构简单、拆装方便、易于整体移动、便于观察和测试，适合用于钒电池材料测试和电堆结构的评价。
文档编号H01M8/24GK103000925SQ20121046526
公开日2013年3月27日 申请日期2012年11月19日 优先权日2012年11月19日
发明者李爱魁, 马军, 杨祥军, 刘飞 申请人:国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司, 国家电网公司, 国网电力科学研究院