一种模块化液流电池系统及其布置方式的制作方法

1.本发明属于储能技术领域，具体涉及一种模块化液流电池系统及其布置方式。


背景技术：

2.储能技术是调整优化能源结构、转变能源方向的重大选择，是未来能源结构转变和电力生产消费方式变革的战略性支撑技术。储能技术的应用将贯穿于电力系统发、配、输、用各个环节，强有力的满足经济社会发展对优质、安全、可靠供电的要求。
3.液流电池是储能技术路线中较为重要、可大规模应用的一种技术路线。主要是一种正、负极活性物质均为液体的电化学电池，其液态活性物质既为电极活性材料，又为电解质溶液，被分别储存在独立的储液罐中，通过外接管路与流体泵使电解质溶液流入电池堆内进行反应。在机械动力作用下，液态活性物质在不同的储液罐与电池堆的闭合回路中循环流动，采用离子交换膜作为电池组的隔膜，电解质溶液平行流过电极表面并发生电化学反应。液流电池系统较锂电池系统，具有系统复杂等劣势。多管道、多设备、土建周期长、设计周期长等，延长了项目建设周期、增加了施工难度。


技术实现要素：

4.基于上述提出的液流电池系统思路和解决的现实问题，本发明提供如下技术方案：
5.一种模块化液流电池系统，该系统包括集装箱箱体，所述集装箱箱体内含电解液循环泵、换热设备、电池堆区、热管理系统和漏液收集系统；其中，
6.所述集装箱箱体的侧边位置处设置正负极电解液管道接口，所述正负极电解液管道接口连接至电解液循环泵的入口侧，所述电解液循环泵的出口侧连接换热设备的管程进口，所述换热设备的管程出口与电池堆区进口相连，所述电池堆区的下端连接有漏液收集系统，同时，电池堆区的侧边还安装有热管理系统。
7.优选的，所述集装箱箱体内设置钢支架，所述电池堆区放置于集装箱内部钢支架上。
8.优选的，所述电池堆区包含多台电池堆模块，电池堆模块之间通过液路并联，进行电解液输送及化学反应。
9.优选的，所述漏液收集系统包括接液装置、连通管道和漏液收集装置，其中，
10.所述接液装置的一端与电池堆区连接，所述接液装置的另一端与通过所述连通管道与所述漏液收集装置连接，所述漏液收集装置的末端连接有排液管道，所述排液管道排出集装箱箱体外侧。
11.优选的，所述热管理系统包括加热器、循环水泵、膨胀水箱和换热器；所述加热器出口与循环水泵入口相连，循环水泵出口与换热器壳侧入口相连，换热器壳侧出口与膨胀水箱相连，所述膨胀水箱与加热器回液口相连，进行加热热水的循环。
12.优选的，所述热管理系统安装在集装箱箱体内部钢支架上，其中，
13.热管理系统内部的膨胀水箱布置于集装箱箱体内钢支架二层，所述换热器、循环水泵、加热器布置于钢支架一层。
14.优选的，所述集装箱箱体内壁顶部设置有电缆桥架，所述电缆桥架内置电缆管道。
15.本发明还提供一种模块化液流电池布置方式，所述布置方式用于上述模块化液流电池系统，其中，所述模块化液流电池系统旁还设置有储罐，所述储罐包括一号储罐和二号储罐，所述一号储罐和二号储罐并列放置；
16.所述模块化液流电池系统设置为一个或多个，其中，
17.所述模块化液流电池系统和储罐之间水平或上下放置。
18.优选的，所述模块化液流电池系统设置为单层、多层或叠层布置。
19.优选的，所述模块化液流电池系统设置为单层布置，所述单层布置包括一个模块化液流电池系统和储罐，其中，所述储罐包括正极电解液储罐和负极电解液储罐。
20.优选的，所述单层布置还包括单个所述模块化液流电池系统和储罐为基本单元，多个基本单元并排布置或并列放置。
21.优选的，所述模块化液流电池系统设置为多层布置，所述多层布置包括多个模块化液流电池系统和储罐，其中，
22.所述储罐包括正极电解液储罐和负极电解液储罐；
23.多个模块化液流电池系统堆叠放置。
24.优选的，所述模块化液流电池系统设置为叠层布置，所述叠层布置包括一个模块化液流电池系统和储罐，其中，所述液流电池系统位于所述储罐的上端。
25.本发明的技术效果和优点：
26.本发明涉及的模块化液流电池系统，通过将功率单元、热管理单元、电解液循环系统、相关仪器仪表设备进行模块化紧凑式布置，同时设置电解液排液及防漏系统，形成了功率单元模块，可以实现多模块的功率容量配置。可根据用户需求，进行堆积木式的批量化设计，可进行多种功率，多种容量式项目的优盘化配置，即插即用。本专利还提出了模块化设计产品的多种形式的布置方法，可根据不同应用场景进行应用设计，以模块化单元为基础，实现多种规格的设计融合。通过模块化设计，实现液流电池系统批量化生产，提高产品标准化、预制化水平，有利提高施工质量安全、大大缩短施工周期、降低项目初投资，提高了系统经济性。
27.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
28.图1为本发明的液流电池系统俯视示意图；
29.图2为本发明的液流电池系统主视示意图；
30.图3为本发明的漏液收集系统示意图；
31.图4为本发明的液流电池功率-容量单元图；
32.图5为本发明的液流电池规模化布置形式图；
33.图6为本发明的液流电池多层功率-容量单元图；
34.图7为本发明的液流电池叠层布置图。
35.图中：1-集装箱箱体；2-电解液循环泵；3-换热设备；4-电池堆区；5
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热管理系统；6-正负极电解液管道接口；7-接液装置；8-漏液收集装置；9
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连通管道；10-排液管道；11-模块化液流电池系统；12-储罐。
具体实施方式
36.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
37.本发明提供了一套模块化液流电池系统，该系统包括集装箱箱体1，所述集装箱箱体1内含电解液循环泵2、换热设备3、电池堆区4、热管理系统5 和漏液收集系统；其中，
38.所述集装箱箱体1的侧边位置处设置正负极电解液管道接口6，所述正负极电解液管道接口6连接至正负极循环泵的入口侧，所述正负极循环泵的出口侧连接换热设备3的管程进口，所述换热设备3的管程出口与电池堆区4 进口相连，所述电池堆区4的下端连接有漏液收集系统，同时，电池堆的侧边还安装有热管理系统5。
39.下面结合附图对本发明的实施方式进行详细的说明。
40.具体地，如图1所示，所述集装箱箱体1内包含电池堆区4、换热设备3 和热管理系统5；其中，所述集装箱箱体1的侧边位置处设置正负极电解液管道接口6和气相管道接口，所述正负极电解液管道接口6分别连接至正、负极储罐12，气相管道接口连接至正、负极储罐12的顶端，通过正负极电解液管道接口6和气相管道接口实现集装箱内外系统的相连。所述集装箱内部正负极电解液管道接口6另一侧连接至正负极循环泵的入口侧。正负极循环泵的出口侧连接换热设备3的管程进口，换热设备3出口与电池堆区4进口相连。
41.所述电池堆区4包含多台电池堆模块，电池堆模块通过液路并联，实现了电解液输送及化学反应。所述电池堆区4的下端连接有漏液收集系统，具体如图3所示，所述漏液收集系统包括接液装置7、连通管道9和漏液收集装置8，所述接液装置7的一端与电池堆区4连接，所述接液装置7的另一端和漏液收集装置8之间通过连通管道9联通，所述漏液收集装置8的末端连接有排液管道10，排液管道10排出集装箱箱体1外侧。
42.如图2所示，所述电池堆区4的侧边还设置有热管理系统5，所述热管理系统5包括加热器、循环水泵、膨胀水箱、换热器及相关管路。所述加热器出口与循环水泵入口相连，循环水泵出口与换热器壳侧入口相连，换热器壳侧出口与膨胀水箱相连，所述膨胀水箱与加热器回液口相连，实现加热热水的循环。所述热管理系统5安装在集装箱箱体1内部钢支架上，其中，热管理系统5内部的膨胀水箱布置于集装箱箱体1内钢支架第二层，所述换热器、循环水泵、加热器布置于钢支架第一层。
43.所述集装箱箱体1内壁顶部设置有电缆桥架，所述电缆桥架内置电缆管道。所述集装箱箱体1内设置钢支架，其中，电池堆区4放置于集装箱内部钢支架上，膨胀水箱布置于集装箱内钢支架二层，换热器、管道、泵、加热器布置于钢支架一层。所述集装箱箱体1内置相关辅助设备，相关辅助设备主要有保温层、通风口、防腐层、支撑、门、管道进出口、照明、烟感；相关辅助设备都设置于集装箱内壁顶端位置。
44.本发明还涉及一种模块化液流电池系统的布置方式，其中，所述模块化液流电池系统11旁还设置有储罐12，具体地，
45.储罐12分为一号储罐和二号储罐，所述一号储罐和二号储罐并列放置；
46.模块化液流电池系统11设置为一个或多个，其中，
47.所述模块化液流电池系统11和储罐12之间水平或上下放置。
48.具体地，如图4所示，所述模块化液流电池系统11搭配正负极储罐12 为一液流电池的功率-容量模块单元，所述功率容量单元由一个模块化液流电池系统11和两储罐12组成。在本实施例中，所述储罐12分为一号储罐12 和二号储罐12，所述一号储罐12和二号储罐12并列放置，其中，所述一号储罐12和所述二号储罐12分别为正极储罐12和负极储罐12。所述单层布置还包括单个所述模块化液流电池系统11和储罐12为基本单元，多个基本单元并排布置或并列放置。所述功率-容量模块单元可采用多个规模化布置形式，可采用多个功率-容量模块并排成一列为一组，同时可采用多组放置。其中模块化液流电池系统11可搭配集中放置于内侧或外侧。
49.容量模块、功率模块间的衔接，包含管路连接与框架连接两种连接方式。所述管路连接，如连接管道、排液管道10的连接，采用活结连接方式将管路与储罐12连接；而管路连接，如正负极电解液管道接口6、换热设备3的连接，采用活结连接方式将电解液循环泵2与电堆管路连接。对于框架，其采用金属材料，如铁制材料。
50.在本实施例中，本模块化液流电池系统11可以实现单层布置、多层放置或叠层放置。
51.具体地，所述模块化液流电池系统11可以实现单层布置。所述单层布置包括一个模块化液流电池系统11和储罐12，其中，所述储罐12包括正极电解液储罐和负极电解液储罐。如图5所示为主要的布置形式。根据功率及容量规模，可以将集装箱模块功率单元配置一对正负极电解液储罐12，形成液流电池的功率-容量单元，再配置电气及控制集装箱，形成完整系统。也可根据功率及容量规模实现多集装箱配置一对正负极电解液储罐12的布置形式。所述单层布置还包括单个所述模块化液流电池系统11和储罐12为基本单元，多个基本单元并排布置或并列放置。可将功率-容量单元进行批量化复制布置，形式大规模储能布置形式。
52.具体地，所述模块化液流电池系统11可以实现多层布置。所述多层布置包括多个模块化液流电池系统11和储罐12，其中，所述储罐12包括正极电解液储罐和负极电解液储罐；多个模块化液流电池系统11堆叠放置。如图6 所示，为主要的布置形式。根据功率及容量规模，为节约占地，可以将多台集装箱模块功率单元配置一对正负极电解液储罐12，形成液流电池的功率
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容量单元，再配置电气及控制集装箱，形成完整系统。也可根据功率及容量规模实现多集装箱配置一对正负极电解液储罐12的布置形式。在此基础上，可将功率-容量单元进行批量化复制布置，形式大规模储能布置形式。
53.具体地，所述模块化液流电池系统11可以实现叠层布置。所述叠层布置包括一个模块化液流电池系统11和储罐12，其中，所述模块化液流电池系统 11位于所述储罐12的上端。如图7所示为主要的布置形式。根据功率及容量规模，形成厂房式布置形式，一层为正负极电解液储罐12，二层为模块化液流电池集装箱。该种布置节约了占地，可以将集装箱模块功率单元与一对正负极电解液储罐12上下对应匹配，形成液流电池的功率-容量单元，再配
置电气及控制集装箱，形成完整系统。本种布置方法也可以将功率-容量单元进行批量化布置，形成大规模布置形式。
54.技术效果：本发明采用模块化设计，形成标准产品，则可以在土建征地的同时即可开展模块化设计及制造，可以多步骤多阶段实现平行施工，大大减少施工周期、提高安全质量、降低成本，有利于大规模储能的快速安全保质建设。
55.在本实施例中模块化液流电池系统11，通过将功率单元、热管理单元、电解液循环系统、相关仪器仪表设备进行模块化紧凑式布置，同时设置电解液排液及防漏系统，形成了功率单元模块，可以实现多模块的功率容量配置。可根据用户需求，进行堆积木式的批量化设计，可进行多种功率，多种容量式项目的优盘化配置，即插即用。
56.本专利还提出了模块化液流电池系统11布局的多种形式，可根据不同应用场景进行应用设计，以模块化单元为基础，实现多种规格的设计融合。通过模块化设计，实现液流电池系统批量化生产，提高产品标准化、预制化水平，有利提高施工质量安全、大大缩短施工周期、降低项目初投资，提高了系统经济性。
57.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。