流動(dòng)電解質(zhì)電池和控制流動(dòng)電解質(zhì)電池的方法
【專利說明】流動(dòng)電解質(zhì)電池和控制流動(dòng)電解質(zhì)電池的方法發(fā)明領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及流動(dòng)電解質(zhì)電池。具體地，即使非排他地，本發(fā)明涉及流動(dòng)電解質(zhì)電池中的安全系統(tǒng)和電解質(zhì)處理。
[0002]發(fā)明背景
[0003]流動(dòng)電解質(zhì)電池，如鋅-溴電池、鋅-氯電池、以及釩流動(dòng)電池，在鉛酸電池的基礎(chǔ)上提供了重要的改進(jìn)。典型的鉛-酸電池在較熱的氣候條件下的壽命通常很短，特別是當(dāng)它們偶爾完全放電時(shí)。由于鉛是鉛-酸電池的主要組分并且在制造和處理過程中可引起嚴(yán)重的環(huán)境問題，因此鉛-酸電池對(duì)環(huán)境也是有害的。在另一方面，流動(dòng)電解質(zhì)電池的有效壽命不受深度放電應(yīng)用的影響，并且與鉛-酸電池的能量重量比相比，流動(dòng)電解質(zhì)電池的能量重量比高至六倍。
[0004]參照?qǐng)D1，流程圖示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)已知的堿性鋅-溴流動(dòng)電解質(zhì)電池100。該鋅-溴電池100包含負(fù)極電解質(zhì)流通路徑105和獨(dú)立的正極電解質(zhì)流通路徑110。負(fù)極電解質(zhì)流通路徑105含有作為活性化學(xué)物質(zhì)的鋅離子，且正極電解質(zhì)流通路徑110含有作為活性化學(xué)物質(zhì)的溴離子。該鋅-溴電池100還包含負(fù)極電解質(zhì)栗115、正極電解質(zhì)栗120、負(fù)極鋅電解質(zhì)(陽極電解液)槽125、和正極溴電解質(zhì)(陰極電解液)槽130。
[0005]為獲得高電壓，該鋅-溴電池100還包含以雙極型布置連接的單電池(cell)堆疊135，與單個(gè)單電池相比，該電池堆疊135產(chǎn)生了更高的總電壓。
[0006]例如，單電池135包含半單電池140、145，其包括雙極型電極板155和微孔隔離板165。因而，該鋅-溴電池100具有位于集電極板160處的正極性端和位于另一個(gè)集電極板150處的負(fù)極性端。
[0007]充電過程中，在諸如半單電池145的正極半單電池中的化學(xué)反應(yīng)可根據(jù)以下方程式描述:
[0008]2Br ^ — Br 2+2e ^ 方程式 1
[0009]因此，在與正極電解質(zhì)流通路徑110液壓連通的半單電池中形成溴，并且隨后儲(chǔ)存在正極溴電解質(zhì)槽130中。在充電過程中，在諸如半單電池140的負(fù)極半單電池中的化學(xué)反應(yīng)可根據(jù)以下方程式描述:
[0010]Zn2++2e — Zn 方程式 2
[0011]因此，在與負(fù)極電解質(zhì)流通路徑105接觸的集電極板150上形成了金屬鋅層170。在放電過程中，隨后的半單電池140、150中的化學(xué)反應(yīng)與方程式1和方程式2相反。
[0012]現(xiàn)有技術(shù)的堿性鋅-溴流動(dòng)電解質(zhì)電池100的問題是，足夠迅速且安全地清除(strip)電池100的金屬鋅層170，并且不損害電池100通常是不可能的。
[0013]由于定期維護(hù)步驟以提高電池100的效率，以及作為中和電池100中儲(chǔ)存的能量的緊急過程的一部分，清除流動(dòng)電解質(zhì)電池100是重要的。
[0014]由于它通常需要外部維護(hù)總線、直流(DC)-DC變換器、或清除回路(strippercircuit)，并且易于損害電池100，特別是電池100的電極，因此使用電流清除現(xiàn)有技術(shù)的鋅_溴流動(dòng)電解質(zhì)電池100是昂貴的。
[0015]此外，由于可產(chǎn)生過多的熱量，因此從完全充電迅速電清除鋅-溴流動(dòng)電解質(zhì)電池100通常是不安全的。
[0016]現(xiàn)有技術(shù)的鋅-溴流動(dòng)電解質(zhì)電池100的另外的問題是，不均勻的鋅沉淀和樹枝狀結(jié)晶均可降低電池100的效率，甚至對(duì)電池100的單電池造成損害。
[0017]然而關(guān)于鋅-溴流動(dòng)電解質(zhì)電池100的另外問題是，例如由于充電系統(tǒng)中的故障，過度充電可嚴(yán)重?fù)p害電池100。
[0018]因此，亟需克服或減輕與現(xiàn)有技術(shù)的流動(dòng)電解質(zhì)電池有關(guān)的許多上述所討論的問題。
[0019]發(fā)明目的
[0020]本發(fā)明的一些實(shí)施方案的目的是向消費(fèi)者提供對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的改進(jìn)和優(yōu)點(diǎn)，和/或克服并減輕現(xiàn)有技術(shù)的一個(gè)或多個(gè)上述缺點(diǎn)，和/或提供有用的商業(yè)選擇。
[0021]發(fā)曰月概沐
[0022]根據(jù)一個(gè)方面，本發(fā)明涉及流動(dòng)電解質(zhì)電池，包含:
[0023]堆疊，其包含多個(gè)電極；
[0024]與該堆疊連接的負(fù)極電解質(zhì)回路，其用于使負(fù)極電解質(zhì)流通經(jīng)過該堆疊；
[0025]與該堆疊連接的正極電解質(zhì)回路，其用于使正極電解質(zhì)流通經(jīng)過該堆疊，；以及
[0026]連接正極電解質(zhì)回路和負(fù)極電解質(zhì)回路的閥；
[0027]其中該閥包括阻止電解質(zhì)在該正極電解質(zhì)回路和該負(fù)極電解質(zhì)回路之間流動(dòng)的關(guān)閉設(shè)置，以及使電解質(zhì)從該正極電解質(zhì)回路和該負(fù)極電解質(zhì)回路中的至少一個(gè)向該正極電解質(zhì)回路和該負(fù)極電解質(zhì)回路中的另一個(gè)流動(dòng)的開啟設(shè)置；以及
[0028]其中在充電或放電運(yùn)行過程中，該負(fù)極電解質(zhì)回路在與所述正極電解質(zhì)回路不同的壓力下運(yùn)行，并且該閥通過該正極電解質(zhì)回路和負(fù)極電解質(zhì)回路之間的壓差的變化而開啟和關(guān)閉。
[0029]優(yōu)選地，在開啟設(shè)置中，該閥使電解質(zhì)從該正極電解質(zhì)回路向該負(fù)極電解質(zhì)回路流動(dòng)。
[0030]優(yōu)選地，在開啟設(shè)置中，該閥阻止電解質(zhì)從該負(fù)極電解質(zhì)回路向該正極電解質(zhì)回路流動(dòng)。
[0031 ] 優(yōu)選地，該閥包括單向閥?？蛇x地，該閥是電致動(dòng)的。
[0032]優(yōu)選地，該流動(dòng)電解質(zhì)電池還包含壓力調(diào)節(jié)器，其用于控制該正極電解質(zhì)回路和該負(fù)極電解質(zhì)回路中的至少一個(gè)的壓力。
[0033]優(yōu)選地，在充電或放電運(yùn)行過程中，該負(fù)極電解質(zhì)回路設(shè)置為在高于該正極電解質(zhì)回路的壓力下運(yùn)行，并且設(shè)置該閥以便其通過負(fù)極電解質(zhì)回路的更高的壓力而關(guān)閉。
[0034]優(yōu)選地，該正極電解質(zhì)回路和該負(fù)極電解質(zhì)回路分別包括正極電解質(zhì)貯存器和負(fù)極電解質(zhì)貯存器，其中該流動(dòng)電解質(zhì)電池還包括在該正極電解質(zhì)貯存器和負(fù)極電解質(zhì)貯存器之間的溢流通道，該溢流通道使電解質(zhì)從該正極電解質(zhì)貯存器和負(fù)極電解質(zhì)貯存器之一溢流至該正極電解質(zhì)貯存器和負(fù)極電解質(zhì)貯存器中的另一個(gè)。
[0035]優(yōu)選地，該流動(dòng)電解質(zhì)電池還包含充電模塊，其用于使該流動(dòng)電解質(zhì)電池充電。
[0036]優(yōu)選地，該流動(dòng)電解質(zhì)電池包含電池控制模塊，其用于檢測該流動(dòng)電解質(zhì)電池的過度充電，設(shè)置該模塊以當(dāng)檢測到過度充電時(shí)開啟該閥。適當(dāng)?shù)?，設(shè)置該電池控制模塊以通過改變該負(fù)極電解質(zhì)回路和該正極電解質(zhì)回路中的一個(gè)或多個(gè)中的壓力而開啟該閥。
[0037]優(yōu)選地，設(shè)置該電池控制模塊以檢測過度充電電流，并且控制該閥以使該流動(dòng)電解質(zhì)電池以與過度充電電流一致的速率化學(xué)放電。
[0038]優(yōu)選地，該流動(dòng)電解質(zhì)電池還包含電池控制模塊，其用于電化學(xué)拋光該流動(dòng)電解質(zhì)電池堆疊。
[0039]優(yōu)選地，設(shè)置該電池控制模塊以周期性開啟該閥從而使該電池部分地化學(xué)放電。
[0040]優(yōu)選地，該流動(dòng)電解質(zhì)電池包括鋅-溴流動(dòng)電解質(zhì)電池。
[0041]根據(jù)第二個(gè)方面，本發(fā)明涉及控制流動(dòng)電解質(zhì)電池的方法，該電池包含電極堆疊、負(fù)極電解質(zhì)回路和正極電解質(zhì)回路以及在該正極電解質(zhì)回路和負(fù)極電解質(zhì)回路之間的閥，該方法包括:
[0042]通過該正極電解質(zhì)回路使該正極電解質(zhì)流通經(jīng)過該堆疊；
[0043]通過該負(fù)極電解質(zhì)回路使該負(fù)極電解質(zhì)流通經(jīng)過該堆疊；
[0044]開啟該閥以使該正極電解質(zhì)從該正極電解質(zhì)回路向該負(fù)極電解質(zhì)回路流動(dòng)；以及
[0045]通過該負(fù)極電解質(zhì)回路使正極電解質(zhì)和負(fù)極電解質(zhì)流通經(jīng)過該堆疊；以及
[0046]其中開啟所述閥通過以下方法進(jìn)行:
[0047]在第一壓力下運(yùn)行該正極電解質(zhì)回路；和
[0048]在不同于第一壓力的第二壓力下運(yùn)行該負(fù)極電解質(zhì)回路。
[0049]優(yōu)選地，該方法還包括:
[0050]確定該流動(dòng)電解質(zhì)電池應(yīng)至少部分放電；以及
[0051 ] 其中在確定該動(dòng)電解質(zhì)電池應(yīng)至少部分放電之后開啟該閥。
[0052]優(yōu)選地，確定該流動(dòng)電解質(zhì)電池應(yīng)至少部分放電包括以下至少一項(xiàng):
[0053]在該流動(dòng)電解質(zhì)電池中檢測到錯(cuò)誤；
[0054]檢測到該流動(dòng)電解質(zhì)電池的過度充電；以及
[0055]確定已經(jīng)達(dá)到該流動(dòng)電解質(zhì)電池的電化學(xué)拋光的閾值。
[0056]優(yōu)選地，第一壓力大于第二壓力。
[0057]附圖簡沐
[0058]為了有助于理解本發(fā)明并使本領(lǐng)域技術(shù)人員能執(zhí)行本發(fā)明，以下參照附圖，僅通過示例的方式描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施