一种液流电池电堆液流框结构的制作方法

1.本实用新型涉及液流电池技术领域，更具体的说是涉及一种液流电池电堆液流框结构。


背景技术：

2.电化学液流电池一般称为氧化还原液流电池，是一种新型的大型电化学储能装置。目前液流电池主要包括全钒液流电池、锌溴液流电池、铁铬液流电池锌锰液流电池、锌空气液流电池等。液流电池是一种新型蓄电储能设备，一般具有寿命长，环境友好，安全性高等优点，主要应用于电网调峰、风能和太阳能等可再生能源发电等领域，可提高电网稳定性，保障电网安全。
3.电堆是液流电池系统的核心部件，是提供电化学反应的场所。液流电池系统的电堆一般采用双极板结构，多层叠加串联。电堆一般包括端电极(引出极)，隔膜或隔膜组件，双极板组件，紧固端板等部件。
4.电堆的渗漏是液流电池系统一个比较常见的故障。电堆的封装是液流电池的关键技术之一，直接关系到电堆的可靠性和安全性。
5.目前电堆封装方法中，片间密封主要有四种形式：一是依靠橡胶垫的压紧密封。二是依靠板框突起筋条及对应凹槽配合的压紧密封。三是震动摩擦焊接密封。四是激光焊接。
6.依靠橡胶垫的压紧密封，是在板框表面需要密封的位置加工有放置橡胶垫或橡胶圈的凹槽，在封装过程中，将橡胶垫或橡胶圈安放在每层板框的凹槽内，将全部组件堆叠后，利用螺栓从端板两端整体紧固，完成电堆的封装。这种封装方式，密封垫和密封圈安放过程繁琐，不易固定，生产效率低。电堆长期使用后，密封材料容易老化，弹性变差，致使电堆出现渗漏。
7.依靠板框突起筋条及对应凹槽配合的压紧密封，可省去密封垫或密封圈的安放过程，工艺相对简单。但密封筋条长期受压，材料会产生蠕变，逐渐失去弹性，容易发生电堆渗漏。另外，环境温度和电堆运行温度的大幅度变化，也会造成板框材料的膨胀和收缩，影响片间的密封性。
8.震动摩擦焊接密封是利用震动摩擦焊机，将各种板框逐层进行焊接，直至整个电堆封装完成。这种工艺虽然能够将板框逐层焊接密封，但需要在熔接处设计特殊结构且需要专用焊接模具，随着堆叠层数和累积误差的增加，工艺控制难度较大，废品率较高。另外，焊接过程中产生的热量较大，会造成板框或双极板及膜组件不同程度的变形，进而影响到电堆内部的液流分配，影响电堆性能。
9.激光焊接封装焊接牢固，被焊接部件变形小，密封性好。但由于激光焊接的工艺限制，需要被焊接的上层部件有较好的激光透过性，底层部件不能透过激光，且被焊接部件的厚度受限制。
10.鉴于上述问题的存在，如何提供一种适用于叠层焊接封装的电堆液流框结构，就成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

11.本实用新型旨在一定程度上解决现有技术中存在的技术问题。为此，本实用新型提出了一种适用于叠层焊接封装的电堆液流框结构，特别是适用于激光叠层焊接的电堆液流框结构，液流框厚度不受限制。
12.具体的，本实用新型的电堆液流框结构按照焊接轨迹不同分为两种结构，分别为第一液流框和第二液流框，在电堆叠层封装时，两种结构的第一液流框和第二液流框交替叠放并逐层焊接的电堆，所述第一液流框的正面设有靠近边缘并绕框一周的第一凹槽，其背面设有靠近边缘并绕框一周的第一凸台，所述第一凹槽距边缘的距离小于所述第一凸台距边缘的距离，所述第一凸台距边缘的平面区域为第一焊接区域，所述第二液流框的正面设有靠近边缘并绕框一周的第二凸台，背面设有靠近边缘并绕框一周的第二凹槽，所述第二凹槽距离所述第二液流框的边缘长度等于所述第一凸台距离所述第一液流框的边缘长度，所述第二凸台距离所述第二液流框的边缘长度等于所述第一凹槽距离所述第一液流框的边缘长度，所述第二凸台距离所述第二液流框的边缘平面为第二焊接区域，所述第二凹槽的槽宽大于等于所述第一凸台的宽度，所述第二凸台的宽度小于等于所述第一凹槽的槽宽；所述第一液流框和第二液流框为可透激光材质，所述第一凸台、第二凸台、第一焊接区域和第二焊接区域处为同种材质的可吸收激光着色材料。
13.进一步的，所述第一焊接区域的厚度为0.5～5mm，所述第一凹槽的槽宽为2～10mm。
14.作为优选，所述第一焊接区域的厚度为1～2.5mm，所述第一凹槽的槽宽为3～6mm。
15.进一步的，所述第二焊接区域的厚度为0.5～5mm，所述第二凹槽的槽宽为2～10mm。
16.作为优选，所述第二焊接区域的厚度为1～2.5mm，所述第二凹槽的槽宽为3～6mm。
17.进一步的，所述可吸收激光着色材料的颜色可以是吸收激光能量的任何颜色，作为优选，所述可吸收激光着色材料为黑色材料。
18.进一步的，所述第一液流框由一种或多种的透明或半透明的可透激光材质组成。
19.进一步的，所述第二液流框由一种或多种的透明或半透明的可透激光材质组成。
20.作为优选，所述可透激光材质为(pe)、聚丙烯(pp)、聚氯乙烯(pvc)、丙烯腈
‑
丁二烯
‑
苯乙烯共聚物(abs)。
21.本实用新型的电堆液流框结构可用于不同厚度和材质液流框，适用于全钒液流电池、锌溴液流电池、铁铬液流电池锌锰液流电池、锌空气液流电池等不同电池体系的电堆。特别是适用于激光叠层焊接的电堆液流框结构，液流框厚度不受限制。
22.与现有技术相比，本实用新型的整体技术效果在于：1、焊接区域带凹槽和凸台的液流框结构，使焊接区域厚度不受液流框厚度约束；2、焊接区域可透激光；3、凸台部分为吸收激光材质；4、液流框可使用双色注塑一次注塑成型。基于上述技术效果，本实用新型的技术方案解决了现有技术中激光焊接因液流框激光透过性问题带来的焊接部件厚度受限，焊接部位需单独着色处理等工艺上的限制，极大提高了激光焊接的生产效率，降低了激光焊接的技术门槛，保证了封装的密封效果的同时，降低了废品率。
附图说明
23.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
24.图1为本实用新型实施例中第一液流框的正面视图；
25.图2为图1中a
‑
a的剖切视图；
26.图3为图2中x处的放大视图；
27.图4为本实用新型实施例中第一液流框的背面视图；
28.图5为本实用新型实施例中第二液流框的正面视图；
29.图6为图5中b
‑
b的剖切视图；
30.图7为图6中y处的放大视图；
31.图8为本实用新型实施例中第二液流框的背面视图；
32.图9为本实用新型实施例中两层叠加焊接示意图；
33.图10为图9中c
‑
c的剖切视图；
34.图11为图10中z处的放大视图；
35.图12为本实用新型实施例中多层叠加焊接示意图；
36.图13为图12中d
‑
d的剖切视图；
37.图14为图13中g处的放大视图；
38.图15为传统电池电堆结构示意图；
39.图16为传统电池电堆封装后外观。
40.其中：
[0041]1‑
第一液流框，101
‑
第一凹槽，102
‑
第一凸台，103
‑
第一焊接区域；
[0042]2‑
第二液流框，201
‑
第二凸台，202
‑
第二凹槽，203
‑
第二焊接区域；
[0043]
301
‑
电解液进出口，302
‑
紧固端板，303
‑
端电极，304
‑
膜组件，305
‑
极板组件；
[0044]
s1
‑
第一焊接轨迹；s2
‑
第二焊接轨迹。
具体实施方式
[0045]
下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
[0046]
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
[0047]
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个
以上，除非另有明确具体的限定。
[0048]
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
[0049]
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0050]
实施例：
[0051]
本实用新型实施例提供了下述实施方式：
[0052]
一种液流电池电堆液流框结构，包括若干层第一液流框1和第二液流框2，该两种结构的第一液流框1和第二液流框2交替叠放，逐层焊接，进而完成整个电堆的封装；
[0053]
如图1
‑
4所示，第一液流框1的正面设有绕框一周的第一凹槽101，背面设有绕框一周的第一凸台102，该第一凹槽101距离第一液流框1的边缘长度小于该第一凸台102距离第一液流框1的边缘长度，该第一凸台102距离第一液流框1的边缘平面为第一焊接区域103，该第一焊接区域103的厚度为m，该第一凹槽101的槽宽为n；
[0054]
如图5
‑
8所示，第二液流框2的正面设有绕框一周的第二凸台201，背面设有绕框一周的第二凹槽202，该第二凹槽202距离第二液流框2的边缘长度等于第一凸台102距离第一液流框1的边缘长度，该第二凸台201距离第二液流框2的边缘长度等于第一凹槽101距离第一液流框1的边缘长度，该第二凸台201距离第二液流框2的边缘平面为第二焊接区域203，该第二焊接区域203的厚度为e，该第二凹槽202的槽宽为f；
[0055]
在本实施例中，该第一焊接区域103的厚度m为1mm，该第一凹槽101的槽宽n为3mm；该第二焊接区域203的厚度e为1mm，该第二凹槽202的槽宽f为3mm；
[0056]
在本实施例中，第一液流框1和第二液流框2的材质选用透明或半透明的可透激光材料中的一种或多种，例如聚乙烯(pe)、聚丙烯(pp)、聚氯乙烯(pvc)、丙烯腈
‑
丁二烯
‑
苯乙烯共聚物(abs)。
[0057]
在本实施例中，第一凸台102和第二凸台201处的材质为可吸收激光能量的着色材料，优选黑色。
[0058]
如图9
‑
11所示，将第二液流框2叠放于第一液流框1之上，沿第一焊接轨迹s1进行焊接，将两个液流框封装在一起。
[0059]
如图12
‑
14所示，多层液流框封装时，交替叠放第一液流框1和第二液流框2，沿第一焊接轨迹s1和第二焊接轨迹s2进行焊接，叠一层，焊一层，直至整个电堆封装完毕。
[0060]
如图15
‑
16所示，传统的液流电池封装结构包括电解液进出口301，紧固端板302，端电极303，膜组件304，极板组件305，通过多层叠加串联后，利用紧固螺栓从紧固端板302的两端进行整体紧固，完成电堆的封装。电堆长期使用后，密封材料容易老化，弹性变差，致
使电堆出现渗漏。
[0061]
而本实施例中的结构可用于不同厚度和材质液流框，适用于全钒液流电池、锌溴液流电池、铁铬液流电池锌锰液流电池、锌空气液流电池等不同电池体系的电堆；与传统的液流电池电堆结构相比，液流框厚度不受限制，焊接工艺容易控制，焊接的密封性好。
[0062]
在一些优选实施方式中，该第一焊接区域103的厚度m为2.5mm，该第一凹槽101的槽宽n为6mm；该第二焊接区域203的厚度e为2.5mm，该第二凹槽202的槽宽f为6mm。
[0063]
在另外一些优选实施方式中，该第一焊接区域103的厚度m为0.5～5mm，该第一凹槽101的槽宽n为2～10mm；该第二焊接区域203的厚度e为0.5～5mm，该第二凹槽202的槽宽f为2～10mm。
[0064]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
[0065]
尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。