一种通过电机驱动的锂液流电池系统技术方案

本发明专利技术提供一种通过电机驱动的锂液流电池系统，该系统包括：控制装置、气体供应部和电池模块部。其中，气体供应部提供的气体在电池模块部的电机和活塞的作用下进入储液装置并完成电池反应器正极反应腔和负极反应腔的单独、同步或依次换液，通过控制装置控制气体供应部提供的气体的流量以及电池模块部的电机的转速。其中，在活塞与储液装置中的悬浮液之间通过气体隔离开。通过本发明专利技术能够有效地防止电极悬浮液的泄露或与大气中的水汽、氧气接触，提高了电池系统的安全性，并且避免了由于机械部件与电极悬浮液直接接触而造成的机械摩擦加剧以及机械结构寿命的降低。另外，还提供了上述的通过电机驱动的锂液流电池系统的工作方法。

【技术实现步骤摘要】
一种通过电机驱动的锂液流电池系统
本专利技术属于电化学动力电池技术，具体涉及通过电机驱动的锂液流电池系统。
技术介绍
锂液流电池是最新发展起来的一种电化学电池技术，它综合了锂电池和液流电池的优点，是一种输出功率和储能容量彼此独立，且能量密度大、成本较低的新型二次电池。它可以广泛应用于分布式发电、智能电网、基站储能、电网调峰调频等领域。利用化学电源进行蓄电储能，可以不受地理条件限制，有望实现大规模储能，具有重大社会经济价值。虽然锂离子液流电池在大规模储能应用中拥有诸多的优势，但是，由于电极悬浮液的粘度很大，使用液泵对电极悬浮液进行循环时会产生较大的机械损耗，严重降低电池的能量效率，同时液泵的使用寿命也会降低。液泵还容易导致电极悬浮液的泄露或与大气中的水汽、氧气接触，造成安全隐患。
技术实现思路
针对以上存在的问题，本专利技术提供一种通过电机驱动的锂液流电池系统，该系统包括：控制装置、气体供应部和电池模块部。其中，气体供应部包括：正极储气装置，在正极储气装置中存储有氮气或惰性气体，在正极储气装置上设有正极第一端口控制阀及正极第二端口控制阀；负极储气装置，在负极储气装置中存储有氮气或惰性气体，在负极储气装置上设有负极第一端口控制阀及负极第二端口控制阀。其中，电池模块部包括：反应器，该反应器设有正极反应腔、负极反应腔；正极气缸，该正极气缸设有第一正极气体进出端口、第二正极气体进出端口、第一正极气体补排端口、第二正极气体补排端口、正极气缸第一腔体及正极气缸第二腔体；负极气缸，该负极气缸设有第一负极气体进出端口、第二负极气体进出端口、第一负极气体补排端口、第二负极气体补排端口、负极气缸第一腔体及负极气缸第二腔体；正极活塞，该正极活塞容置于正极气缸中；负极活塞，该负极活塞容置于负极气缸中；正极电机，该正极电机连接于正极活塞的活塞杆，用以驱动正极活塞在正极气缸中往复运动；负极电机，该负极电机连接于负极活塞的活塞杆，用以驱动负极活塞在负极气缸中往复运动；第一正极悬浮液储液装置，该第一正极悬浮液储液装置经由第一正极气体管路、正极气缸的第一正极气体进出端口与正极气缸第一腔体流体连通并且经由第一正极液体管路连接于反应器的正极反应腔，第一正极悬浮液储液装置用以存储正极悬浮液并且在第一正极气体管路上设有气路控制阀；第二正极悬浮液储液装置，该第二正极悬浮液储液装置经由第二正极气体管路、正极气缸的第二正极气体进出端口与正极气缸第二腔体流体连通并且经由第二正极液体管路连接于反应器的正极反应腔，第二正极悬浮液储液装置用以存储正极悬浮液并且在第二正极气体管路上设有气路控制阀；第一负极悬浮液储液装置，该第一负极悬浮液储液装置经由第一负极气体管路、负极气缸的第一负极气体进出端口与负极气缸第一腔体流体连通并且经由第一负极液体管路连接于反应器的负极反应腔，第一负极悬浮液储液装置用以存储负极悬浮液并且在第一负极气体管路上设有气路控制阀；第二负极悬浮液储液装置，该第二负极悬浮液储液装置经由第二负极气体管路、负极气缸的第二负极气体进出端口与负极气缸第二腔体流体连通并且经由第二负极液体管路连接于反应器的负极反应腔，第二负极悬浮液储液装置用以存储负极悬浮液并且在第二负极气体管路上设有气路控制阀。其中，控制装置控制正极电机及负极电机的开启、关闭及转速；控制装置控制正极第一端口控制阀、正极第二端口控制阀、负极第一端口控制阀、负极第二端口控制阀的开启及关闭；控制装置控制第一正极气体管路的气路控制阀、第二正极气体管路的气路控制阀、第一负极气体管路的气路控制阀、第二负极气体管路的气路控制阀的开启及关闭。其中，在正极活塞与第一正极悬浮液储液装置中的正极悬浮液之间并且在正极活塞与第二正极悬浮液储液装置中的正极悬浮液之间通过氮气或惰性气体隔离开；并且，在负极活塞与第一负极悬浮液储液装置中的负极悬浮液之间并且在负极活塞与第二负极悬浮液储液装置中的负极悬浮液之间通过氮气或惰性气体隔离开。正极活塞与正极悬浮液储液装置中的正极悬浮液的隔离是通过正极气缸第一腔体、正极气缸第二腔体、第一正极气体管路、第二正极气体管路以及正极悬浮液储液装置中的气体来实现；负极活塞与负极悬浮液储液装置中的负极悬浮液的隔离是通过负极气缸第一腔体、负极气缸第二腔体、第一负极气体管路、第二负极气体管路以及负极悬浮液储液装置中的气体来实现。这样防止了活塞与电极悬浮液的直接接触，避免了因机械摩擦导致温度升高而影响电极悬浮液的温度。同时避免了电极悬浮液内的悬浮颗粒进入到活塞与缸体之间的缝隙内，造成活塞与缸体的磨损。根据本专利技术的第一实施例，正极电机包括第一正极电机和第二正极电机，正极气缸包括第一正极气缸和第二正极气缸，第一正极电机驱动容置于第一正极气缸中的第一正极活塞并且第二正极电机驱动容置于第二正极气缸中的第二正极活塞，并且第一正极气体进出端口和第一正极气体补排端口位于第一正极气缸的底部或靠近底部的位置，第二正极气体进出端口和第二正极气体补排端口位于第二正极气缸的底部或靠近底部的位置。由第一正极活塞的下表面、第一正极气缸的气缸侧壁和第一正极气缸的气缸底部构成正极气缸第一腔体，并且由第二正极活塞的下表面、第二正极气缸的气缸侧壁和第二正极气缸的气缸底部构成正极气缸第二腔体。负极电机包括第一负极电机和第二负极电机，负极气缸包括第一负极气缸和第二负极气缸，第一负极电机驱动容置于第一负极气缸中的第一负极活塞并且第二负极电机驱动容置于第二负极气缸中的第二负极活塞，并且第一负极气体进出端口和第一负极气体补排端口位于第一负极气缸的底部或靠近底部的位置，第二负极气体进出端口和第二负极气体补排端口位于第二负极气缸的底部或靠近底部的位置。由第一负极活塞的下表面、第一负极气缸的气缸侧壁和第一负极气缸的气缸底部构成负极气缸第一腔体，并且由第二负极活塞的下表面、第二负极气缸的气缸侧壁和第二负极气缸的气缸底部构成负极气缸第二腔体。也就是说，在第一实施例中，利用两个正极电机、两个正极气缸和两个正极活塞完成正极悬浮液的换液并且利用两个负极电机、两个负极气缸和两个负极活塞完成负极悬浮液的换液。根据本专利技术的第二实施例，第一正极气体进出端口和第一正极气体补排端口位于正极气缸的底部或靠近底部的位置，第二正极气体进出端口和第二正极气体补排端口位于正极气缸的顶部或靠近顶部的位置。由正极活塞的下表面、正极气缸的气缸侧壁和正极气缸的气缸底部构成正极气缸第一腔体，并且由正极活塞的上表面、正极气缸的气缸侧壁和正极气缸的气缸顶部构成正极气缸第二腔体。第一负极气体进出端口和第一负极气体补排端口位于负极气缸的底部或靠近底部的位置，第二负极气体进出端口和第二负极气体补排端口位于负极气缸的顶部或靠近顶部的位置。由负极活塞的下表面、负极气缸的气缸侧壁和负极气缸的气缸底部构成负极气缸第一腔体，并且由负极活塞的上表面、负极气缸的气缸侧壁和负极气缸的气缸顶部构成负极气缸第二腔体。也就是说，在第二实施例中，利用一个正极电机、一个正极气缸和一个正极活塞完成正极悬浮液的换液并且利用一个负极电机、一个负极气缸和一个负极活塞完成负极悬浮液的换液。其中，正极气缸第一腔体和正极气缸第二腔体设置于同一个正极气缸的下部部分和上部部分，并且负极气缸第一腔体和负极气缸第二腔体设置于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通过电机驱动的锂液流电池系统，其特征在于，该系统包括：控制装置、气体供应部和电池模块部，其中，所述气体供应部包括：正极储气装置，在所述正极储气装置中存储有氮气或惰性气体，在所述正极储气装置上设有正极第一端口控制阀和正极第二端口控制阀；负极储气装置，在所述负极储气装置中存储有氮气或惰性气体，在所述负极储气装置上设有负极第一端口控制阀和负极第二端口控制阀；其中，所述电池模块部包括：反应器，所述反应器设有正极反应腔和负极反应腔；正极气缸，所述正极气缸设有第一正极气体进出端口、第二正极气体进出端口、第一正极气体补排端口、第二正极气体补排端口、正极气缸第一腔体和正极气缸第二腔体；负极气缸，所述负极气缸设有第一负极气体进出端口、第二负极气体进出端口、第一负极气体补排端口、第二负极气体补排端口、负极气缸第一腔体和负极气缸第二腔体；正极活塞，所述正极活塞容置于所述正极气缸中；负极活塞，所述负极活塞容置于所述负极气缸中；正极电机，所述正极电机连接于所述正极活塞的活塞杆，用以驱动所述正极活塞在所述正极气缸中往复运动；负极电机，所述负极电机连接于所述负极活塞的活塞杆，用以驱动所述负极活塞在所述负极气缸中往复运动；第一正极悬浮液储液装置，所述第一正极悬浮液储液装置经由第一正极气体管路、所述正极气缸的第一正极气体进出端口与所述正极气缸第一腔体流体连通并且经由第一正极液体管路连接于所述反应器的正极反应腔，所述第一正极悬浮液储液装置用以存储正极悬浮液并且在所述第一正极气体管路上设有气路控制阀；第二正极悬浮液储液装置，所述第二正极悬浮液储液装置经由第二正极气体管路、所述正极气缸的第二正极气体进出端口与所述正极气缸第二腔体流体连通并且经由第二正极液体管路连接于所述反应器的正极反应腔，所述第二正极悬浮液储液装置用以存储正极悬浮液并且在所述第二正极气体管路上设有气路控制阀；第一负极悬浮液储液装置，所述第一负极悬浮液储液装置经由第一负极气体管路、所述负极气缸的第一负极气体进出端口与所述负极气缸第一腔体流体连通并且经由第一负极液体管路连接于所述反应器的负极反应腔，所述第一负极悬浮液储液装置用以存储负极悬浮液并且在所述第一负极气体管路上设有气路控制阀；第二负极悬浮液储液装置，所述第二负极悬浮液储液装置经由第二负极气体管路、所述负极气缸的第二负极气体进出端口与所述负极气缸第二腔体流体连通并且经由第二负极液体管路连接于所述反应器的负极反应腔，所述第二负极悬浮液储液装置用以存储负极悬浮液并且在所述第二负极气体管路上设有气路控制阀；其中，在所述正极活塞与所述第一正极悬浮液储液装置中的正极悬浮液之间并且在所述正极活塞与所述第二正极悬浮液储液装置中的正极悬浮液之间通过氮气或惰性气体隔离开；并且，在所述负极活塞与所述第一负极悬浮液储液装置中的负极悬浮液之间并且在所述负极活塞与所述第二负极悬浮液储液装置中的负极悬浮液之间通过氮气或惰性气体隔离开。...

【技术特征摘要】
1.一种通过电机驱动的锂液流电池系统，其特征在于，该系统包括：控制装置、气体供应部和电池模块部，其中，所述气体供应部包括：正极储气装置，在所述正极储气装置中存储有氮气或惰性气体，在所述正极储气装置上设有正极第一端口控制阀和正极第二端口控制阀；负极储气装置，在所述负极储气装置中存储有氮气或惰性气体，在所述负极储气装置上设有负极第一端口控制阀和负极第二端口控制阀；其中，所述电池模块部包括：反应器，所述反应器设有正极反应腔和负极反应腔；正极气缸，所述正极气缸设有第一正极气体进出端口、第二正极气体进出端口、第一正极气体补排端口、第二正极气体补排端口、正极气缸第一腔体和正极气缸第二腔体；负极气缸，所述负极气缸设有第一负极气体进出端口、第二负极气体进出端口、第一负极气体补排端口、第二负极气体补排端口、负极气缸第一腔体和负极气缸第二腔体；正极活塞，所述正极活塞容置于所述正极气缸中；负极活塞，所述负极活塞容置于所述负极气缸中；正极电机，所述正极电机连接于所述正极活塞的活塞杆，用以驱动所述正极活塞在所述正极气缸中往复运动；负极电机，所述负极电机连接于所述负极活塞的活塞杆，用以驱动所述负极活塞在所述负极气缸中往复运动；第一正极悬浮液储液装置，所述第一正极悬浮液储液装置经由第一正极气体管路、所述正极气缸的第一正极气体进出端口与所述正极气缸第一腔体流体连通并且经由第一正极液体管路连接于所述反应器的正极反应腔，所述第一正极悬浮液储液装置用以存储正极悬浮液并且在所述第一正极气体管路上设有气路控制阀；第二正极悬浮液储液装置，所述第二正极悬浮液储液装置经由第二正极气体管路、所述正极气缸的第二正极气体进出端口与所述正极气缸第二腔体流体连通并且经由第二正极液体管路连接于所述反应器的正极反应腔，所述第二正极悬浮液储液装置用以存储正极悬浮液并且在所述第二正极气体管路上设有气路控制阀；第一负极悬浮液储液装置，所述第一负极悬浮液储液装置经由第一负极气体管路、所述负极气缸的第一负极气体进出端口与所述负极气缸第一腔体流体连通并且经由第一负极液体管路连接于所述反应器的负极反应腔，所述第一负极悬浮液储液装置用以存储负极悬浮液并且在所述第一负极气体管路上设有气路控制阀；第二负极悬浮液储液装置，所述第二负极悬浮液储液装置经由第二负极气体管路、所述负极气缸的第二负极气体进出端口与所述负极气缸第二腔体流体连通并且经由第二负极液体管路连接于所述反应器的负极反应腔，所述第二负极悬浮液储液装置用以存储负极悬浮液并且在所述第二负极气体管路上设有气路控制阀；其中，在所述正极活塞与所述第一正极悬浮液储液装置中的正极悬浮液之间并且在所述正极活塞与所述第二正极悬浮液储液装置中的正极悬浮液之间通过氮气或惰性气体隔离开；并且，在所述负极活塞与所述第一负极悬浮液储液装置中的负极悬浮液之间并且在所述负极活塞与所述第二负极悬浮液储液装置中的负极悬浮液之间通过氮气或惰性气体隔离开。2.根据权利要求1所述的通过电机驱动的锂液流电池系统，其中，所述控制装置控制所述正极电机和所述负极电机的开启、关闭及转速；所述控制装置控制所述正极第一端口控制阀、所述正极第二端口控制阀、所述负极第一端口控制阀、所述负极第二端口控制阀的开启及关闭；所述控制装置控制所述第一正极气体管路的气路控制阀、所述第二正极气体管路的气路控制阀、所述第一负极气体管路的气路控制阀、所述第二负极气体管路的气路控制阀的开启、关闭及气体流向。3.根据权利要求1所述的通过电机驱动的锂液流电池系统，其中，所述正极电机包括第一正极电机和第二正极电机，所述正极气缸包括第一正极气缸和第二正极气缸，所述第一正极电机驱动容置于所述第一正极气缸中的第一正极活塞并且所述第二正极电机驱动容置于所述第二正极气缸中的第二正极活塞，并且所述第一正极气体进出端口和所述第一正极气体补排端口位于所述第一正极气缸的底部或靠近底部的位置，所述第二正极气体进出端口和所述第二正极气体补排端口位于所述第二正极气缸的底部或靠近底部的位置，由所述第一正极活塞的下表面、所述第一正极气缸的气缸侧壁和所述第一正极气缸的气缸底部构成所述正极气缸第一腔体，并且由所述第二正极活塞的下表面、所述第二正极气缸的气缸侧壁和所述第二正极气缸的气缸底部构成所述正极气缸第二腔体；其中，所述负极电机包括第一负极电机和第二负极电机，所述负极气缸包括第一负极气缸和第二负极气缸，所述第一负极电机驱动容置于所述第一负极气缸中的第一负极活塞并且所述第二负极电机驱动容置于所述第二负极气缸中的第二负极活塞，并且所述第一负极气体进出端口和所述第一负极气体补排端口位于所述第一负极气缸的底部或靠近底部的位置，所述第二负极气体进出端口和所述第二负极气体补排端口位于所述第二负极气缸的底部或靠近底部的位置，由所述第一负极活塞的下表面、所述第一负极气缸的气缸侧壁和所述第一负极气缸的气缸底部构成所述负极气缸第一腔体，并且由所述第二负极活塞的下表面、所述第二负极气缸的气缸侧壁和所述第二负极气缸的气缸底部构成所述负极气缸第二腔体。4.根据权利要求1所述的通过电机驱动的锂液流电池系统，其中，所述第一正极气体进出端口和所述第一正极气体补排端口位于所述正极气缸的底部或靠近底部的位置，所述第二正极气体进出端口和所述第二正极气体补排端口位于所述正极气缸的顶部或靠近顶部的位置，由所述正极活塞的下表面、所述正极气缸的气缸侧壁和所述正极气缸的气缸底部构成所述正极气缸第一腔体，并且由所述正极活塞的上表面、所述正极气缸的气缸侧壁和所述正极气缸的气缸顶部构成所述正极气缸第二腔体；其中，所述第一负极气体进出端口和所述第一负极气体补排端口位于所述负极气缸的底部或靠近底部的位置，所述第二负极气体进出端口和所述第二负极气体补排端口位于所述负极气缸的顶部或靠近顶部的位置，由所述负极活塞的下表面、所述负极气缸的气缸侧壁和所述负极气缸的气缸底部构成所述负极气缸第一腔体，并且由所述负极活塞的上表面、所述负极气缸的气缸侧壁和所述负极气缸的气缸顶部构成所述负极气缸第二腔体。5.根据权利要求1-4中任一项所述的通过电机驱动的锂液流电池系统，其中，所述控制装...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晓虎，陈永翀，张彬，张艳萍，张萍，
申请(专利权)人：北京好风光储能技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11