一种盘管-散热一体的液流电池电堆进出液管结构的制作方法

本发明属于储能，具体地说，涉及盘管-散热一体的液流电池电堆进出液管结构。

背景技术：

1、在实现碳达峰和碳中和目标的背景下，风能和光伏发电装机容量迅速增加。然而，由于风光发电的间歇性和波动性特征，储能系统的需求日益迫切，其中长时储能更是成为关键需求。全钒液流电池凭借其本征安全性、寿命长、布置灵活及技术成熟度较高的优势，成为长时储能技术的有力竞争者。

2、全钒液流电池系统的单堆功率通常为10至32kw，通过将6至8个电堆电气和电解液管路串并联组装在预制舱内，可以形成百千瓦级的电池系统。目前，管路通常采用并联的集中式设计，每个电堆的进出液管路连接至一根电解液母管，母管再与储液罐和循环泵形成电解液循环回路。然而，这种设计方式存在明显的技术弊端：由于电解液具有导电性，电堆之间的不一致性会导致电压差，进而通过电解液支管和母管形成电流回路，这种电流被称为旁路电流。

3、旁路电流因为焦耳效应而引起热损失，从而降低了系统整体的充放电效率。依据电路潮流计算的理论知识，降低系统端电压可以减小旁路电流。目前，行业内普遍通过减少电堆串联数量以降低系统电压来减小旁路损失。然而，这种方法带来了新的问题：系统电压降低会导致主电流增大，增大了电气线路上的输电损耗。此外，较低的电压通常难以适配市场上同等功率的储能逆变器产品，增加了额外的定制化成本。

4、另一种减小旁路电流的方式是增大电解液管路的电阻，这可以通过延长电解液在电堆进出液口处的流经长度来实现。然而，这种方法的实际效果和实施难度仍需要进一步验证和优化。

5、综上所述，全钒液流电池系统在现有设计中面临旁路电流导致的效率损失难题。如何有效地减少旁路电流，维持系统电压的合理水平，同时避免增加输电损耗和定制化成本，已成为亟待解决的关键技术问题。

6、有鉴于此特提出本发明。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：

2、一种盘管-散热一体的液流电池电堆进出液管结构，包括：

3、电堆；

4、所述电堆的下表面和上表面分别设置有进液冷却器和出液冷却器；

5、所述电堆的表面连通有正极进液管、负极出液管、正极出液管和负极进液管；

6、所述正极进液管与正极出液管在电堆内呈自下而上的对角线u型回路连通，所述负极进液管与正极出液管在电堆内呈自下而上的对角线u型回路连通；

7、所述正极进液管与负极进液管共同位于进液冷却器内设置，所述负极出液管与正极出液管共同设置在外出液冷却器的内壁；

8、所述正极进液管、负极出液管、负极进液管和正极出液管均包括电解液盘管，所述电解液盘管的一端连通有用于连通电堆的转接管，所述电解液盘管的另一端连通有用于连通电解液母管的外接管。

9、优选的，所述进液冷却器包括封闭的底部壳体，所述底部壳体的内壁固定连接有两个底部封架，所述正极进液管和负极进液管的两个电解液盘管均位于两个底部封架之间设置。

10、优选的，所述出液冷却器包括顶部壳体，所述顶部壳体的内壁固定连接有两个顶部封架，所述正极出液管和负极出液管的两个电解液盘管均位于两个顶部封架之间设置。

11、优选的，所述底部壳体的表面设置有底部正极出液口、底部正极进液口、底部负极出液口和底部负极进液口，所述底部壳体的两侧错位设置有底部冷水进口和底部冷水出口；

12、所述正极进液管的外接管位于底部负极进液口安装设置，所述正极进液管的转接管位于底部正极出液口安装设置；

13、所述负极进液管的外接管位于底部正极进液口安装设置，所述负极进液管的转接管位于底部负极出液口安装设置。

14、优选的，所述顶部壳体的表面设置有顶部正极出液口、顶部正极进液口、顶部负极出液口和顶部负极进液口，所述顶部壳体的两侧错位设置有顶部冷水进口和顶部冷水出口；

15、所述正极出液管的外接管位于顶部正极出液口安装设置，所述正极出液管的转接管位于顶部正极进液口安装设置；

16、所述负极出液管的外接管位于顶部负极出液口安装设置，所述负极出液管的转接管位于顶部负极进液口安装设置。

17、优选的，所述转接管的表面设置有阀门，所述转接管与电解液盘管的一端设置有第一连接法兰，所述外接管与电解液盘管的另一端设置有第二连接法兰。

18、优选的，所述底部壳体和顶部壳体的内壁均设置有用于电解液盘管密封放置的换热室，且换热室的两侧均设置有隔断室。

19、优选的，所述电解液盘管包括直管、螺旋盘绕形、螺旋环绕形、方形螺旋形和s形设置。

20、优选的，所述换热室通冷却介质或高速气流。

21、有益效果：

22、本发明提供了一种能够减低全钒液流电池系统旁路电流损失，同时集成了电解液散热系统的盘管-散热一体的电堆进出液管路结构，通过将电解液母管到电堆进出液口的一段管路合理设计为电解液盘管结构，这样可以在充分利用电堆顶部和底部空间的同时延长电解液的流经长度，增大了该部分电解液的电阻，这样可以有效降低电流从电解液支管流过，从而减少旁路电流损失，由于该盘管结构有效增大了管路散热面积，为充分利用这部分散热面积，使用底部壳体或顶部壳体包覆这部分管路，形成一种简易的管壳式换热器结构，相较于传统的解决方案而言，本方案相比传统的盘管与冷却管路分离设计的方式，减少了冷却管路的使用，节省空间，同时降低系统整体的流阻以减少泵功。此外，对每个电堆的进出口均进行了热管理，相比传统的仅在正极侧进液母管处安装换热器的方式，冷却的均匀性要更好。

23、下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。

技术特征：

1.一种盘管-散热一体的液流电池电堆进出液管结构，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种盘管-散热一体的液流电池电堆进出液管结构，其特征在于，所述进液冷却器(2)包括封闭的底部壳体(21)，所述底部壳体(21)的内壁固定连接有两个底部封架(22)，所述正极进液管(4)和负极进液管(6)的两个电解液盘管(71)均位于两个底部封架(22)之间设置。

3.根据权利要求2所述的一种盘管-散热一体的液流电池电堆进出液管结构，其特征在于，所述出液冷却器(3)包括顶部壳体(31)，所述顶部壳体(31)的内壁固定连接有两个顶部封架(32)，所述正极出液管(7)和负极出液管(5)的两个电解液盘管(71)均位于两个顶部封架(32)之间设置。

4.根据权利要求2所述的一种盘管-散热一体的液流电池电堆进出液管结构，其特征在于，所述底部壳体(21)的表面设置有底部正极出液口(23)、底部正极进液口(24)、底部负极出液口(25)和底部负极进液口(26)，所述底部壳体(21)的两侧错位设置有底部冷水进口(27)和底部冷水出口(28)；

5.根据权利要求3所述的一种盘管-散热一体的液流电池电堆进出液管结构，其特征在于，所述顶部壳体(31)的表面设置有顶部正极出液口(36)、顶部正极进液口(35)、顶部负极出液口(34)和顶部负极进液口(33)，所述顶部壳体(31)的两侧错位设置有顶部冷水进口(37)和顶部冷水出口(38)；

6.根据权利要求1所述的一种盘管-散热一体的液流电池电堆进出液管结构，其特征在于，所述转接管(72)的表面设置有阀门(74)，所述转接管(72)与电解液盘管(71)的一端设置有第一连接法兰(75)，所述外接管(73)与电解液盘管(71)的另一端设置有第二连接法兰(76)。

7.根据权利要求5所述的一种盘管-散热一体的液流电池电堆进出液管结构，其特征在于，所述底部壳体(21)和顶部壳体(31)的内壁均设置有用于电解液盘管(71)密封放置的换热室(8)，且换热室(8)的两侧均设置有隔断室(9)。

8.根据权利要求1所述的一种盘管-散热一体的液流电池电堆进出液管结构，其特征在于，所述电解液盘管(71)包括直管、螺旋盘绕形、螺旋环绕形、方形螺旋形和s形设置。

9.根据权利要求7所述的一种盘管-散热一体的液流电池电堆进出液管结构，其特征在于，所述换热室(8)通冷却介质或高速气流。

技术总结本发明公开了一种盘管‑散热一体的液流电池电堆进出液管结构，涉及储能技术领域，本方案有效降低了全钒液流电池系统的旁路电流损失，并集成了电解液的散热系统，通过将电解液母管到电堆进出液口的一段管路设计为电解液盘管结构，充分利用电堆顶部和底部空间，延长电解液的流经长度，增大电解液的电阻，减少电流通过电解液支管流动，从而降低旁路电流损失，本方案减少了冷却管路的使用，节省了空间，降低了系统整体的流阻，减少了泵功，同时，对每个电堆的进出口均进行了热管理，提升了冷却的均匀性，相较于传统仅在正极侧进液母管处安装换热器的方式，冷却效果更佳。技术研发人员：贾雄杰,姜帆,李威加,黄学东,李辉,李俊军,李鑫强,董弘川受保护的技术使用者：天津泰然储能科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/8/27