CN105047946B - 电池堆及其电池单元 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种电池堆及其电池单元，其中，电池单元包括依次叠置的多个单电池，且相邻的两个单电池之间共用一个双极板，沿电解液的流动方向，电解液在相邻两个单电池之间串行流动。本发明中的电池单元，包括依次叠置的多个单电池，由于相邻的两个单电池之间共用一个双极板，且沿电解液的流动方向，电解液在相邻两个单电池之间串行流动，即位于上游的单电池的电解液出口与位于其下游且紧邻其的单电池的电解液进口连通，这样，电解液在电池单元内部便可串行流动，进而可以有效地控制旁路电流损失，并提高电池的节数、电池堆的整体功率以及电池堆的能量效率。

Description

电池堆及其电池单元
技术领域
本发明涉及液流电池领域，具体而言，涉及一种电池堆及其电池单元。
背景技术
如图1所示，现有的液流电池堆，其单电池一般通过多片单电池的串联叠合，以两端的端板将中间的电池组件通过螺栓的紧固力将电池装配成整体。图2和图3显示了现有液流电池堆的正极和负极电解液的流动方式，为并行流动。在图1至图3中，1为液流框，2为双极板，3为多孔电极，4为离子交换膜。
现有设计的并行流动形式的液流电池堆能够降低一定的液流压降从而减少泵耗，然而，随着电池堆内电池节数的提高，由于电解液的离子导电性，在不同的节电池之间形成自放电，并行的液流设计将造成巨大的旁路电流损失。
另外，大功率电堆的设计，要求单电池面积增大或电池节数增加，而单电池面积的增大会带来密封困难，电池节数的无限制增加则带来巨大的旁路电流损失。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种电池堆及其电池单元，以解决现有技术中的电池堆的旁路电流损失较大的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种电池单元，包括依次叠置的多个单电池，且相邻的两个单电池之间共用一个双极板，沿电解液的流动方向，电解液在相邻两个单电池之间串行流动。
进一步地，多个单电池还包括依次叠置的第一单电池、第二单电池和第三单电池，第一单电池包括第一正极液流框，第二单电池包括第二正极液流框，第三单电池包括第三正极液流框；其中，第一正极液流框、第二正极液流框和第三正极液流框上均设置有第一导流部，使电解液横穿第一正极液流框、第二正极液流框或第三正极液流框，且使电解液依次在第一正极液流框、第二正极液流框和第三正极液流框之间串行流动。
进一步地，在第一正极液流框、第二正极液流框和第三正极液流框上设置有位置相对应的正极电解液进口和位置相对应的正极电解液出口，且第一正极液流框的正极电解液进口与第一正极液流框的第一导流部连通，第三正极液流框的正极电解液出口与第三正极液流框的第一导流部连通。
进一步地，第一正极液流框上的第一导流部包括相互连通的第一正框进口导流槽和第一正框出口导流槽，第一正框进口导流槽设置在第一正极液流框的靠近其正极电解液进口的一端，且该正极电解液进口与第一正框进口导流槽连通，第一正框出口导流槽设置在第一正极液流框的靠近其正极电解液出口的一端；第二正极液流框上的第一导流部包括相互连通的第二正框导流槽和第二正框导流孔，第二正框导流槽设置在第二正极液流框的靠近其正极电解液进口的一端，第二正框导流孔设置在第二正极液流框的靠近其正极电解液出口的一端；第三正极液流框上的第一导流部包括相互连通的第三正框导流孔和第三正框导流槽，第三正框导流孔设置在第三正极液流框的靠近其正极电解液进口的一端，第三正框导流槽设置在第三正极液流框的靠近其正极电解液出口的一端，且该正极电解液出口与第三正框导流槽连通。
进一步地，第一正极液流框上设置有第一正极容纳腔和第一正极连通槽，且第一正框进口导流槽和第一正框出口导流槽均通过第一正极连通槽与第一正极容纳腔连通；第二正极液流框上设置有第二正极容纳腔和第二正极连通槽，且第二正框导流槽和第二正框导流孔均通过第二正极连通槽与第二正极容纳腔连通；第三正极液流框上设置有第三正极容纳腔和第三正极连通槽，且第三正框导流槽和第三正框导流孔均通过第三正极连通槽与第三正极容纳腔连通。
进一步地，第一单电池包括第一负极液流框，第二单电池包括第二负极液流框，第三单电池包括第三负极液流框；其中，第一负极液流框、第二负极液流框和第三负极液流框上均设置有第二导流部，使电解液横穿第一负极液流框、第二负极液流框或第三负极液流框，且使电解液在第一负极液流框、第二负极液流框和第三负极液流框之间串行流动。
进一步地，第一负极液流框、第二负极液流框和第三负极液流框的相对位置上对应地设置有负极电解液进口和负极电解液出口，且第一负极液流框的负极电解液进口与第一负极液流框的第二导流部连通，第三负极液流框的负极电解液出口与第三负极液流框的第二导流部连通。
进一步地，第一负极液流框上的第二导流部包括相互连通的第一负框导流槽和第一负框导流孔，第一负框导流槽设置在第一负极液流框的靠近其负极电解液进口的一端，且该负极电解液进口与第一负框导流槽连通，第一负框导流孔设置在第一负极液流框的靠近其负极电解液出口的一端；第二负极液流框上的第二导流部包括相互连通的第二负框导流槽和第二负框导流孔，第二负框导流槽设置在第二负极液流框的靠近其负极电解液出口的一端，第二负框导流孔设置在第二负极液流框的靠近其负极电解液进口的一端；第三负极液流框上的第二导流部包括相互连通的第三负框进口导流槽和第三负框出口导流槽，第三负框进口导流槽设置在第三负极液流框的靠近其负极电解液进口的一端，第三负框出口导流槽设置在第三负极液流框的靠近其负极电解液出口的一端，且第三负框出口导流槽与该负极电解液出口连通。
进一步地，第一负极液流框上设置有第一负极容纳腔和第一负极连通槽，且第一负框导流槽和第一负框导流孔均通过第一负极连通槽与第一负极容纳腔连通；第二负极液流框上设置有第二负极容纳腔和第二负极连通槽，且第二负框导流槽和第二负框导流孔均通过第二负极连通槽与第二负极容纳腔连通；第三负极液流框上设置有第三负极容纳腔和第三负极连通槽，且第三负框进口导流槽和第三负框出口导流槽均通过第三负极连通槽与第三负极容纳腔连通。
进一步地，第一单电池包括第一离子交换膜，第一离子交换膜夹设在第一正极液流框和第一负极液流框之间，且第一离子交换膜上设置有第一导通孔，第一导通孔连通第一负框导流孔和第二负框导流槽；第二单电池包括第二离子交换膜，第二离子交换膜夹设在第二正极液流框和第二负极液流框之间，且第二离子交换膜上设置有第二导通孔和第三导通孔，第二导通孔连通第二负框导流孔和第三负框进口导流槽，第三导通孔连通第一正框出口导流槽和第二正框导流孔；第三单电池包括第三离子交换膜，第三离子交换膜夹设在第三正极液流框和第三负极液流框之间，且第三离子交换膜上设置有第四导通孔，第四导通孔连通第二正框导流槽和第三正框导流孔。
进一步地，第一正极液流框上设置有第五导通孔，第五导通孔与第一导通孔连通；第二正极液流框上设置有第六导通孔，第六导通孔与第二导通孔连通；第二负极液流框上设置有第七导通孔，第七导通孔与第三导通孔连通；第三负极液流框上设置有第八导通孔，第八导通孔与第四导通孔连通。
进一步地，第一单电池和第三单电池均包括第一双极板，第一单电池和第二单电池共用一个第二双极板，第二单电池和第三单电池共用一个第三双极板；其中，第一单电池的第一双极板设置在第一单电池的远离第二单电池的一侧，第三单电池的第一双极板设置在第三单电池的远离第二单电池的一侧；第二双极板上设置有第一连通孔和第二连通孔，且第一连通孔与第五导通孔连通，第二连通孔与第七导通孔连通；第三双极板上设置有第三连通孔和第四连通孔，且第三连通孔与第八导通孔连通，第四连通孔与第六导通孔连通。
根据本发明的另一个方面，提供了一种电池堆，包括依次叠置的多个电池单元，电池单元为上述的电池单元，且任何相邻的两个电池单元之间共用一个电池单元的第一双极板。
进一步地，在任何相邻的两个电池单元中，第一个电池单元的相应的电解液入口与第二个电池单元的相应的电解液入口连通，且第一个电池单元的相应的电解液出口与第二个电池单元的相应的电解液出口连通以使电解液在相邻的两个电池单元之间并行流动。
本发明中的电池单元，包括依次叠置的多个单电池，由于相邻的两个单电池之间共用一个双极板，且沿电解液的流动方向，电解液在相邻两个单电池之间串行流动，即位于上游的单电池的电解液出口与位于其下游且紧邻其的单电池的电解液进口连通，这样，电解液在电池单元内部便可串行流动，进而可以有效地控制旁路电流损失，并提高电池的节数、电池堆的整体功率以及电池堆的能量效率。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了根据现有技术中的液流电池的结构示意图；
图2示出了现有技术中的电池堆的负极电解液并行流动方式示意图；
图3示出了现有技术中的电池堆的正极电解液并行流动方式的示意图；
图4示出了本发明中的电池堆的正极电解液串行流动方式的示意图；
图5示出了本发明中的电池堆的负极电解液串行流动方式的示意图；
图6示出了本发明中的电池单元的正极电解液串行流动方式的示意图；
图7示出了本发明中的电池单元的负极电解液串行流动方式的示意图；
图8示出了本发明中的第一正极液流框的结构示意图；
图9示出了本发明中的第二正极液流框的结构示意图；
图10示出了本发明中的第三正极液流框的结构示意图；
图11示出了本发明中的第一负极液流框的结构示意图；
图12示出了本发明中的第二负极液流框的结构示意图；
图13示出了本发明中的第三负极液流框的结构示意图；
图14示出了本发明中的第一离子交换膜的结构示意图；
图15示出了本发明中的第二离子交换膜的结构示意图；
图16示出了本发明中的第三离子交换膜的结构示意图；
图17示出了本发明中的第一双极板的结构示意图；
图18示出了本发明中的第二双极板的结构示意图；
图19示出了本发明中的第三双极板的结构示意图；以及
图20示出了本发明中的多孔电极与第一正极液流框的配合示意图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
10、第一双极板；11a、正极电解液进口；11b、正极电解液出口；12a、负极电解液进口；12b、负极电解液出口；13、第十缺口；20、第二双极板；21、第一连通孔；22、第二连通孔；23a、正极电解液进口；23b、正极电解液出口；24a、负极电解液进口；24b、负极电解液出口；25、第十一缺口；30、第三双极板；31、第三连通孔；32、第四连通孔；33、第十二缺口；34a、正极电解液进口；34b、正极电解液出口；35a、负极电解液进口；35b、负极电解液出口；40、多孔电极；100、第一单电池；110、第一正极液流框；111、第一正框进口导流槽；112、第一正框出口导流槽；113、第一正极容纳腔；114、第一正极连通槽；115、第五导通孔；116、第一缺口；117a、正极电解液进口；117b、正极电解液出口；118a、负极电解液进口；118b、负极电解液出口；120、第一负极液流框；121、第一负框导流槽；122、第一负框导流孔；123、第一负极容纳腔；124、第一负极连通槽；125、第四缺口；126a、正极电解液进口；126b、正极电解液出口；127a、负极电解液进口；127b、负极电解液出口；130、第一离子交换膜；131、第一导通孔；132、第七缺口；133a、正极电解液进口；133b、正极电解液出口；134a、负极电解液进口；134b、负极电解液出口；200、第二单电池；210、第二正极液流框；211、第二正框导流槽；212、第二正框导流孔；213、第二正极容纳腔；214、第二正极连通槽；215、第六导通孔；216、第二缺口；217a、正极电解液进口；217b、正极电解液出口；218a、负极电解液进口；218b、负极电解液出口；220、第二负极液流框；221、第二负框导流槽；222、第二负框导流孔；223、第二负极容纳腔；224、第二负极连通槽；225、第七导通孔；226、第五缺口；227a、正极电解液进口；227b、正极电解液出口；228a、负极电解液进口；228b、负极电解液出口；230、第二离子交换膜；231、第二导通孔；232、第三导通孔；233、第八缺口；234a、正极电解液进口；234b、正极电解液出口；235a、负极电解液进口；235b、负极电解液出口；300、第三单电池；310、第三正极液流框；311、第三正框导流孔；312、第三正框导流槽；313、第三正极容纳腔；314、第三正极连通槽；315、第三缺口；316a、正极电解液进口；316b、正极电解液出口；317a、负极电解液进口；317b、负极电解液出口；320、第三负极液流框；321、第三负框进口导流槽；322、第三负框出口导流槽；323、第三负极容纳腔；324、第三负极连通槽；325、第八导通孔；326a、正极电解液进口；326b、正极电解液出口；327a、负极电解液进口；327b、负极电解液出口；328、第六缺口；330、第三离子交换膜；331、第四导通孔；332、第九缺口；333a、正极电解液进口；333b、正极电解液出口；334a、负极电解液进口；334b、负极电解液出口；1000、电池单元。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
根据本实施例的一个方面，请参考图4至图20，提供了一种电池单元，包括依次叠置的多个单电池，且相邻的两个单电池之间共用一个双极板，沿电解液的流动方向，电解液在相邻两个单电池之间串行流动。
本实施例中的电池单元，包括依次叠置的多个单电池，由于相邻的两个单电池之间共用一个双极板，且沿电解液的流动方向，电解液在相邻两个单电池之间串行流动，即位于上游的单电池的电解液出口与位于其下游且紧邻其的单电池的电解液进口连通，这样，电解液在电池单元内部便可串行流动，进而可以有效地控制旁路电流损失，并提高电池的节数、电池堆的整体功率以及电池堆的能量效率。
在本实施例中，多个单电池还包括依次叠置的第一单电池100、第二单电池200和第三单电池300，第一单电池100包括第一正极液流框110，第二单电池200包括第二正极液流框210，第三单电池300包括第三正极液流框310；其中，第一正极液流框110、第二正极液流框210和第三正极液流框310上均设置有第一导流部，使电解液横穿第一正极液流框110、第二正极液流框210或第三正极液流框310，且使电解液依次在第一正极液流框110、第二正极液流框210和第三正极液流框310之间串行流动。
在图6中，实线表示正极电解液的串行流动路线，虚线表示负极电解液的并行流动路线。
本申请通过设置第一单电池100、第二单电池200和第三单电池300，并将使第一单电池100包括第一正极液流框110、使第二单电池200包括第二正极液流框210，使第三单电池300包括第三正极液流框310，并在各个正极液流框上设置第一导流部，可以比较方便地使电解液横穿各个正极液流框，进而达到电解液在各个单电池之间串行流动的功能。
优选地，在第一正极液流框110、第二正极液流框210和第三正极液流框310上设置有位置相对应的正极电解液进口和位置相对应的正极电解液出口，且第一正极液流框110的正极电解液进口与第一正极液流框110的第一导流部连通，第三正极液流框310的正极电解液出口与第三正极液流框310的第一导流部连通。
在本申请中，第一正极液流框110上设置有正极电解液进口117a、正极电解液出口117b、负极电解液进口118a和负极电解液出口118b；第二正极液流框210上设置有正极电解液进口217a、正极电解液出口217b、负极电解液进口218a和负极电解液出口218b；第三正极液流框310上设置有正极电解液进口316a、正极电解液出口316b、负极电解液进口317a和负极电解液出口317b。
本实施例通过在各个正极液流框上设置位置相对应的正极电解液进口和正极电解液出口，各个正极液流框上的正极电解液进口之间均相通，各个正极液流框上的正极电解液出口之间均相通，这样，便可以使电解液从该电池单元内部的第一个单电池的正极电解液进口依次流经各个正极电解液进口流到最后一个单电池的正极电解液出口。
由此，将该电池单元依次叠置形成电池堆，可以使各个电池单元的正极电解液进口均连通，使各个电池单元的正极电解液出口均连通，实现电池单元之间的并联连接，使正极电解液流动到下一个电池单元时，重新按上一个电池单元的流路流动，这样，可以使各个电池单元的正极电解液的流动方式均相同，进而可以实现使正极电解液在相邻两个电池单元之间并行流动。
在本实施例中，如图8至10所示，第一正极液流框110上的第一导流部包括相互连通的第一正框进口导流槽111和第一正框出口导流槽112，第一正框进口导流槽111设置在第一正极液流框110的靠近其正极电解液进口的一端，且该正极电解液进口与第一正框进口导流槽111连通，第一正框出口导流槽112设置在第一正极液流框110的靠近其正极电解液出口的一端；第二正极液流框210上的第一导流部包括相互连通的第二正框导流槽211和第二正框导流孔212，第二正框导流槽211设置在第二正极液流框210的靠近其正极电解液进口的一端，第二正框导流孔212设置在第二正极液流框210的靠近其正极电解液出口的一端；第三正极液流框310上的第一导流部包括相互连通的第三正框导流孔311和第三正框导流槽312，第三正框导流孔311设置在第三正极液流框310的靠近其正极电解液进口的一端，第三正框导流槽312设置在第三正极液流框310的靠近其正极电解液出口的一端，且该正极电解液出口与第三正框导流槽312连通。
本申请通过使第一导流部包括相应的导流槽和导流孔，可以比较方便地使电解液横穿相应的正极液流框，从而实现电解液的串行流动。
优选地，如图11至13所示，第一正极液流框110上设置有第一正极容纳腔113和第一正极连通槽114，且第一正框进口导流槽111和第一正框出口导流槽112均通过第一正极连通槽114与第一正极容纳腔113连通；第二正极液流框210上设置有第二正极容纳腔213和第二正极连通槽214，且第二正框导流槽211和第二正框导流孔212均通过第二正极连通槽214与第二正极容纳腔213连通；第三正极液流框310上设置有第三正极容纳腔313和第三正极连通槽314，且第三正框导流槽312和第三正框导流孔311均通过第三正极连通槽314与第三正极容纳腔313连通。
在本申请中，各个单电池还包括多孔电极40，各个正极液流框的相应的容纳腔内均安装有该多孔电极40。多孔电极40的材料可采用相同的材料，比如碳毡、石墨毡等。
在本实施例中，第一单电池100包括第一负极液流框120，第二单电池200包括第二负极液流框220，第三单电池300包括第三负极液流框320；其中，第一负极液流框120、第二负极液流框220和第三负极液流框320上均设置有第二导流部，使电解液横穿第一负极液流框120、第二负极液流框220或第三负极液流框320，且使电解液在第一负极液流框120、第二负极液流框220和第三负极液流框320之间串行流动。
在本申请中，第一负极液流框120上设置有正极电解液进口126a、正极电解液出口126b、负极电解液进口127a和负极电解液出口127b；第二负极液流框220上设置有正极电解液进口227a、正极电解液出口227b、负极电解液进口228a和负极电解液出口228b；第三负极液流框320上设置有正极电解液进口326a、正极电解液出口326b、负极电解液进口327a和负极电解液出口327b。
本申请通过使各个单电池均包括相应的负极液流框，并在相应的负极液流框上设置第二导流部，可以比较方便地使电解液横穿相应的负极液流框，进而使电解液在各个负极液流框之间串行流动。
优选地，第一负极液流框120、第二负极液流框220和第三负极液流框320的相对位置上对应地设置有负极电解液进口和负极电解液出口，且第一负极液流框120的负极电解液进口与第一负极液流框120的第二导流部连通，第三负极液流框320的负极电解液出口与第三负极液流框320的第二导流部连通。
本实施例通过在各个负极液流框上设置位置相对应的负极电解液进口和负极电解液出口，各个负极液流框上的负极电解液进口之间均相通，各个负极液流框上的负极电解液出口之间均相通，这样，便可以使电解液从该电池单元的第一个单电池的负极电解液进口依次流经各个负极电解液进口流道最后一个单电池的负极电解液出口。
由此，将该电池单元依次叠置形成电池堆，可以使各个电池单元的负极电解液进口均连通，使各个电池单元的负极电解液出口均连通，实现电池单元之间的并联连接，使负极电解液流动到下一个电池单元时，重新按上一个电池单元的流路流动，这样，可以使各个电池单元的负极电解液的流动方式均相同，进而可以实现使负极电解液在相邻两个电池单元之间并行流动。
优选地，第一负极液流框120上的第二导流部包括相互连通的第一负框导流槽121和第一负框导流孔122，第一负框导流槽121设置在第一负极液流框120的靠近其负极电解液进口的一端，且该负极电解液进口与第一负框导流槽121连通，第一负框导流孔122设置在第一负极液流框120的靠近其负极电解液出口的一端；第二负极液流框220上的第二导流部包括相互连通的第二负框导流槽221和第二负框导流孔222，第二负框导流槽221设置在第二负极液流框220的靠近其负极电解液出口的一端，第二负框导流孔222设置在第二负极液流框220的靠近其负极电解液进口的一端；第三负极液流框320上的第二导流部包括相互连通的第三负框进口导流槽321和第三负框出口导流槽322，第三负框进口导流槽321设置在第三负极液流框320的靠近其负极电解液进口的一端，第三负框出口导流槽322设置在第三负极液流框320的靠近其负极电解液出口的一端，且第三负框出口导流槽322与该负极电解液出口连通。
本申请通过使第二导流部包括相应的导流槽和导流孔，可以比较方便地使电解液横穿相应的负极液流框，从而实现电解液的串行流动。
在本实施例中，第一负极液流框120上设置有第一负极容纳腔123和第一负极连通槽124，且第一负框导流槽121和第一负框导流孔122均通过第一负极连通槽124与第一负极容纳腔123连通；第二负极液流框220上设置有第二负极容纳腔223和第二负极连通槽224，且第二负框导流槽221和第二负框导流孔222均通过第二负极连通槽224与第二负极容纳腔223连通；第三负极液流框320上设置有第三负极容纳腔323和第三负极连通槽324，且第三负框进口导流槽321和第三负框出口导流槽322均通过第三负极连通槽324与第三负极容纳腔323连通。
在本申请中，如图20所示，各个单电池还包括多孔电极40，各个负极液流框的相应的容纳腔内均安装有该多孔电极40。
在本实施例中，第一单电池100包括第一离子交换膜130，第一离子交换膜130夹设在第一正极液流框110和第一负极液流框120之间，且第一离子交换膜130上设置有第一导通孔131，第一导通孔131连通第一负框导流孔122和第二负框导流槽221；第二单电池200包括第二离子交换膜230，第二离子交换膜230夹设在第二正极液流框210和第二负极液流框220之间，且第二离子交换膜230上设置有第二导通孔231和第三导通孔232，第二导通孔231连通第二负框导流孔222和第三负框进口导流槽321，第三导通孔232连通第一正框出口导流槽112和第二正框导流孔212；第三单电池300包括第三离子交换膜330，第三离子交换膜330夹设在第三正极液流框310和第三负极液流框320之间，且第三离子交换膜330上设置有第四导通孔331，第四导通孔331连通第二正框导流槽211和第三正框导流孔311。
本申请通过设置各个离子交换膜，并在各个离子交换膜上设置相应的导通孔，可以保证电解液在穿过相应的离子交换膜在相对应的正极液流框和负极液流框之间流动。
优选地，各个离子交换膜上设置有与各个正极液流框上的正极电解液进口和正极电解液出口相连通的正极电解液进口和正极电解液出口，且各个离子交换膜上也设置与各个负极液流框上的负极电解液进口和负极电解液出口相连通的负极电解液进口和负极电解液出口。
在本申请中，如图14至图16所示，第一离子交换膜130上设置有正极电解液进口133a、正极电解液出口133b、负极电解液进口134a和负极电解液出口134b；第二离子交换膜230上设置有正极电解液进口234a、正极电解液出口234b、负极电解液进口235a和负极电解液出口235b；第三离子交换膜330上设置有正极电解液进口333a、正极电解液出口333b、负极电解液进口334a和负极电解液出口334b。
在本实施例中，第一正极液流框110上设置有第五导通孔115，第五导通孔115与第一导通孔131连通；第二正极液流框210上设置有第六导通孔215，第六导通孔215与第二导通孔231连通。
本申请通过在相应的正极液流框上设置相应的导通孔，可以使相应的正极液流框保证位于其两侧的负极液流框之间连通。
第二负极液流框220上设置有第七导通孔225，第七导通孔225与第三导通孔232连通；第三负极液流框320上设置有第八导通孔325，第八导通孔325与第四导通孔331连通。
本申请通过在相应的负极液流框上设置相应的导通孔，可以使相应的负极液流框保证位于其两侧的正极液流框之间连通。
在本实施例中，第一单电池100和第三单电池300均包括第一双极板10，第一单电池100和第二单电池200共用一个第二双极板20，第二单电池200和第三单电池300共用一个第三双极板30；其中，第一单电池100的第一双极板10设置在第一单电池100的远离第二单电池200的一侧，第三单电池300的第一双极板10设置在第三单电池300的远离第二单电池200的一侧；第二双极板20上设置有第一连通孔21和第二连通孔22，且第一连通孔21与第五导通孔115连通，第二连通孔22与第七导通孔225连通；第三双极板30上设置有第三连通孔31和第四连通孔32，且第三连通孔31与第八导通孔325连通，第四连通孔32与第六导通孔215连通。
优选地，各个双极板上均设置有与正极液流框上的正极电解液进口和正极电解液出口相连通的正极电解液进口和正极电解液出口，各个双极板上也设置有与负极液流框上的负极电解液进口和负极电解液出口相连通的负极电解液进口和负极电解液出口。
在本申请中，如图17至图19所示，第一双极板10上设置有正极电解液进口11a、正极电解液出口11b、负极电解液进口12a和负极电解液出口12b；第二双极板20上设置有正极电解液进口23a、正极电解液出口23b、负极电解液进口24a、负极电解液出口24b，第三双极板30上设置有正极电解液进口34a、正极电解液出口34b、负极电解液进口35a和负极电解液出口35b。
本申请通过设置各个双极板，并在相应的双极板上设置相应的导通孔，可以保证电解液的在对应设置的正极液流框和负极液流框之间流动。
在本申请中，第一正极液流框110上设置有第一缺口116、第二正极液流框210上设置有第二缺口216，第三正极液流框310上设置有第三缺口315，第一负极液流框120上设置有第四缺口125，第二负极液流框220上设置有第五缺口226，第三负极液流框320上设置有第六缺口328，第一离子交换膜130上设置有第七缺口132，第二离子交换膜230上设置有第八缺口233，第三离子交换膜330上设置有第九缺口332，第一双极板10上设置有第十缺口13，第二双极板20上设置有第十一缺口25，第三双极板30上设置有第十二缺口33，且各个缺口沿电池单元的轴向布置，且设置在各个部件的对应位置的角上。工作人员在组装电池单元或电池堆时，使各个缺口对齐，进而提高了组装效率，保证电池单元的正常运行。
根据本实施例的另一个方面，提供了一种电池堆，包括依次叠置的多个电池单元1000，电池单元为上述的电池单元，且任何相邻的两个电池单元1000之间共用一个电池单元1000的第一双极板10。
优选地，在任何相邻的两个电池单元1000中，第一个电池单元1000的相应的电解液入口与第二个电池单元1000的相应的电解液入口连通，且第一个电池单元1000的相应的电解液出口与第二个电池单元1000的相应的电解液出口连通以使电解液在相邻的两个电池单元1000之间并行流动。
在本申请中，由于各个正极液流框、负极液流框、离子交换膜和双极板上均设置有正极电解液进口、正极电解液出口、负极电解液进口和负极电解液出口，且各个正极电解液进口均相通，各个负极电解液出口均相通，这样，便可以实现电解液在各个电池单元1000之间并行流动。
在本申请中，各个所述电池单元的安装方向相同，且前一个单电池的电解液出口与后一个单电池的电解液入口连通。另外，在本申请中，各个正极电解液进口均连通，各个正极电解液出口均连通，各个负极电解液进口均连通，各个负极电解液出口均连通。
在本申请中，电池堆由多个依次叠置的电池单元组组成，电池电源组包括相邻设置的第一电池单元和第二电池单元，第一电池单元的正极电解液进口与第二电池单元的正极电解液进口连通，第一电池单元的正极电解液出口与第二电池单元的正极电解液出口连通，第一电池单元的负极电解液入口与第二电池单元的负极电解液入口连通，第一电池单元的负极电解液出口与第二电池单元的负极电解液出口连通。
本发明中的新型的电池堆能够解决现有技术存在的不足，通过对电池堆内部的电解液流动方式的串并联组合设计，极大地降低旁路电流自放电损失，同时提高单电池堆的功率，避免大功率电堆设计带来的技术难题。
本发明提出了一种电解液串行与并行相组合的电堆设计，通过相邻的三节电池组成一个电解液串行流动电池单元，在通过多个串行电池单元的叠合，实现整体的电堆设计，在有效控制旁路电流损失的同时，提高电池节数、电堆整体功率以及电池堆能量效率。
在本申请中，电解液在电池单元内部为串行流动，而在电池单元之间为并行流动。
在本申请中，每个正极或负极液流框中间的中空区域，均需放入尺寸匹配的多孔电极，以供电解液反应。在该电堆结构中，液流框与双极板，液流框与离子交换膜之间均设有密封垫片，该密封垫片的设计与常规的液流电池电堆设计一致。
在本申请中，第六导通孔215为刻穿的孔洞，供负极电解液流过，并且需要上述的常规密封部件以隔绝负极电解液进入正极电解液的反应区间。
第七导通孔225为刻穿的孔洞，供正极电解液流过，并且需要上述的常规密封部件以隔绝正极电解液进入负极电解液的反应区间。
第三导通孔232为刻穿的孔洞，供正极或负极电解液流过，并且需要上述的常规密封部件以隔绝正极/负极电解液进入负极/正极电解液的反应区间。
第二导通孔231为刻穿的孔洞，供正极或负极电解液流过，并且需要上述的常规密封部件以隔绝正极/负极电解液进入负极/正极电解液的反应区间。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
(1)本申请中的电池单元为电解液串行流动的三节电池单元，并在电池单元叠合的基础上实现了整体电堆的结构，有效地降低了电堆的旁路电流损失，提高能量效率；
(2)电池堆的整体结构紧凑，能够实现更多节数的电池堆设计，从而避免了大功率电堆的技术难题(大面积的密封问题与电池节数升高带来的旁路电流损失)；
(3)电池堆在电解液的流动方式上采取三节电池单元内部串行流动方式，三节电池单元之间并行流动方式；在电路结构上，每节单电池均串联在一起，实现整体电堆的高电压输出，从而提高逆变器的转换效率。
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，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。

Claims (13)

1.一种电池堆，包括依次叠置的多个电池单元(1000)，其特征在于，所述电池单元(1000)包括依次叠置的多个单电池，且相邻的两个单电池之间共用一个双极板，其特征在于，沿电解液的流动方向，电解液在相邻两个单电池之间串行流动；在任何相邻的两个电池单元(1000)中，第一个电池单元(1000)的相应的电解液入口与第二个电池单元(1000)的相应的电解液入口连通，且第一个电池单元(1000)的相应的电解液出口与第二个电池单元(1000)的相应的电解液出口连通以使电解液在相邻的两个所述电池单元(1000)之间并行流动。
2.根据权利要求1所述的电池堆，其特征在于，所述多个单电池还包括依次叠置的第一单电池(100)、第二单电池(200)和第三单电池(300)，所述第一单电池(100)包括第一正极液流框(110)，所述第二单电池(200)包括第二正极液流框(210)，所述第三单电池(300)包括第三正极液流框(310)；
其中，所述第一正极液流框(110)、所述第二正极液流框(210)和所述第三正极液流框(310)上均设置有第一导流部，使电解液横穿所述第一正极液流框(110)、所述第二正极液流框(210)或所述第三正极液流框(310)，且使电解液依次在所述第一正极液流框(110)、所述第二正极液流框(210)和所述第三正极液流框(310)之间串行流动。
3.根据权利要求2所述的电池堆，其特征在于，在所述第一正极液流框(110)、所述第二正极液流框(210)和所述第三正极液流框(310)上设置有位置相对应的正极电解液进口和位置相对应的正极电解液出口，且所述第一正极液流框(110)的正极电解液进口与所述第一正极液流框(110)的第一导流部连通，所述第三正极液流框(310)的正极电解液出口与所述第三正极液流框(310)的第一导流部连通。
4.根据权利要求3所述的电池堆，其特征在于，所述第一正极液流框(110)上的第一导流部包括相互连通的第一正框进口导流槽(111)和第一正框出口导流槽(112)，所述第一正框进口导流槽(111)设置在所述第一正极液流框(110)的靠近其正极电解液进口的一端，且该正极电解液进口与所述第一正框进口导流槽(111)连通，所述第一正框出口导流槽(112)设置在所述第一正极液流框(110)的靠近其正极电解液出口的一端；
所述第二正极液流框(210)上的第一导流部包括相互连通的第二正框导流槽(211)和第二正框导流孔(212)，所述第二正框导流槽(211)设置在所述第二正极液流框(210)的靠近其正极电解液进口的一端，所述第二正框导流孔(212)设置在所述第二正极液流框(210)的靠近其正极电解液出口的一端；
所述第三正极液流框(310)上的第一导流部包括相互连通的第三正框导流孔(311)和第三正框导流槽(312)，所述第三正框导流孔(311)设置在所述第三正极液流框(310)的靠近其正极电解液进口的一端，所述第三正框导流槽(312)设置在所述第三正极液流框(310)的靠近其正极电解液出口的一端，且该正极电解液出口与所述第三正框导流槽(312)连通。
5.根据权利要求4所述的电池堆，其特征在于，所述第一正极液流框(110)上设置有第一正极容纳腔(113)和第一正极连通槽(114)，且所述第一正框进口导流槽(111)和所述第一正框出口导流槽(112)均通过所述第一正极连通槽(114)与所述第一正极容纳腔(113)连通；
所述第二正极液流框(210)上设置有第二正极容纳腔(213)和第二正极连通槽(214)，且所述第二正框导流槽(211)和所述第二正框导流孔(212)均通过所述第二正极连通槽(214)与所述第二正极容纳腔(213)连通；
所述第三正极液流框(310)上设置有第三正极容纳腔(313)和第三正极连通槽(314)，且所述第三正框导流槽(312)和所述第三正框导流孔(311)均通过所述第三正极连通槽(314)与所述第三正极容纳腔(313)连通。
6.根据权利要求4所述的电池堆，其特征在于，所述第一单电池(100)包括第一负极液流框(120)，所述第二单电池(200)包括第二负极液流框(220)，所述第三单电池(300)包括第三负极液流框(320)；
其中，所述第一负极液流框(120)、所述第二负极液流框(220)和所述第三负极液流框(320)上均设置有第二导流部，使电解液横穿所述第一负极液流框(120)、第二负极液流框(220)或所述第三负极液流框(320)，且使电解液在所述第一负极液流框(120)、所述第二负极液流框(220)和所述第三负极液流框(320)之间串行流动。
7.根据权利要求6所述的电池堆，其特征在于，所述第一负极液流框(120)、所述第二负极液流框(220)和所述第三负极液流框(320)的相对位置上对应地设置有负极电解液进口和负极电解液出口，且所述第一负极液流框(120)的负极电解液进口与所述第一负极液流框(120)的第二导流部连通，所述第三负极液流框(320)的负极电解液出口与所述第三负极液流框(320)的所述第二导流部连通。
8.根据权利要求7所述的电池堆，其特征在于，所述第一负极液流框(120)上的第二导流部包括相互连通的第一负框导流槽(121)和第一负框导流孔(122)，所述第一负框导流槽(121)设置在所述第一负极液流框(120)的靠近其负极电解液进口的一端，且该负极电解液进口与所述第一负框导流槽(121)连通，所述第一负框导流孔(122)设置在所述第一负极液流框(120)的靠近其负极电解液出口的一端；
所述第二负极液流框(220)上的第二导流部包括相互连通的第二负框导流槽(221)和第二负框导流孔(222)，所述第二负框导流槽(221)设置在所述第二负极液流框(220)的靠近其负极电解液出口的一端，所述第二负框导流孔(222)设置在所述第二负极液流框(220)的靠近其负极电解液进口的一端；
所述第三负极液流框(320)上的第二导流部包括相互连通的第三负框进口导流槽(321)和第三负框出口导流槽(322)，所述第三负框进口导流槽(321)设置在所述第三负极液流框(320)的靠近其负极电解液进口的一端，所述第三负框出口导流槽(322)设置在所述第三负极液流框(320)的靠近其负极电解液出口的一端，且所述第三负框出口导流槽(322)与该负极电解液出口连通。
9.根据权利要求8所述的电池堆，其特征在于，所述第一负极液流框(120)上设置有第一负极容纳腔(123)和第一负极连通槽(124)，且所述第一负框导流槽(121)和所述第一负框导流孔(122)均通过所述第一负极连通槽(124)与所述第一负极容纳腔(123)连通；
所述第二负极液流框(220)上设置有第二负极容纳腔(223)和第二负极连通槽(224)，且所述第二负框导流槽(221)和所述第二负框导流孔(222)均通过所述第二负极连通槽(224)与所述第二负极容纳腔(223)连通；
所述第三负极液流框(320)上设置有第三负极容纳腔(323)和第三负极连通槽(324)，且所述第三负框进口导流槽(321)和所述第三负框出口导流槽(322)均通过所述第三负极连通槽(324)与所述第三负极容纳腔(323)连通。
10.根据权利要求8所述的电池堆，其特征在于，所述第一单电池(100)包括第一离子交换膜(130)，所述第一离子交换膜(130)夹设在所述第一正极液流框(110)和所述第一负极液流框(120)之间，且所述第一离子交换膜(130)上设置有第一导通孔(131)，所述第一导通孔(131)连通所述第一负框导流孔(122)和所述第二负框导流槽(221)；
所述第二单电池(200)包括第二离子交换膜(230)，所述第二离子交换膜(230)夹设在所述第二正极液流框(210)和所述第二负极液流框(220)之间，且所述第二离子交换膜(230)上设置有第二导通孔(231)和第三导通孔(232)，所述第二导通孔(231)连通所述第二负框导流孔(222)和所述第三负框进口导流槽(321)，所述第三导通孔(232)连通所述第一正框出口导流槽(112)和所述第二正框导流孔(212)；
所述第三单电池(300)包括第三离子交换膜(330)，所述第三离子交换膜(330)夹设在所述第三正极液流框(310)和所述第三负极液流框(320)之间，且所述第三离子交换膜(330)上设置有第四导通孔(331)，所述第四导通孔(331)连通所述第二正框导流槽(211)和所述第三正框导流孔(311)。
11.根据权利要求10所述的电池堆，其特征在于，所述第一正极液流框(110)上设置有第五导通孔(115)，所述第五导通孔(115)与所述第一导通孔(131)连通；所述第二正极液流框(210)上设置有第六导通孔(215)，所述第六导通孔(215)与所述第二导通孔(231)连通；
所述第二负极液流框(220)上设置有第七导通孔(225)，所述第七导通孔(225)与第三导通孔(232)连通；所述第三负极液流框(320)上设置有第八导通孔(325)，所述第八导通孔(325)与所述第四导通孔(331)连通。
12.根据权利要求11所述的电池堆，其特征在于，所述第一单电池(100)和所述第三单电池(300)均包括第一双极板(10)，所述第一单电池(100)和所述第二单电池(200)共用一个第二双极板(20)，所述第二单电池(200)和所述第三单电池(300)共用一个第三双极板(30)；
其中，所述第一单电池(100)的所述第一双极板(10)设置在所述第一单电池(100)的远离所述第二单电池(200)的一侧，所述第三单电池(300)的第一双极板(10)设置在所述第三单电池(300)的远离所述第二单电池(200)的一侧；
所述第二双极板(20)上设置有第一连通孔(21)和第二连通孔(22)，且所述第一连通孔(21)与所述第五导通孔(115)连通，所述第二连通孔(22)与所述第七导通孔(225)连通；
所述第三双极板(30)上设置有第三连通孔(31)和第四连通孔(32)，且所述第三连通孔(31)与所述第八导通孔(325)连通，所述第四连通孔(32)与所述第六导通孔(215)连通。
13.根据权利要求12所述的电池堆，其特征在于，任何相邻的两个电池单元(1000)之间共用一个所述电池单元(1000)的第一双极板(10)。
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