鋰離子液流電池的液流泵間歇工作自動控制器的制造方法
【專利摘要】鋰離子液流電池的液流泵間歇工作自動控制器，屬于化學(xué)電池技術(shù)與自動化技術(shù)交叉領(lǐng)域。本發(fā)明為鋰離子液流電池系統(tǒng)增加一個液流泵間歇工作自動控制器，它能自動判斷鋰離子液流電池使用情況，完全自動地使液流泵啟動與停止，間歇工作，減少液流泵工作時間，從而減少能源損耗，減少整個系統(tǒng)的機(jī)械磨損，延長系統(tǒng)壽命；使電池電壓在設(shè)定的最小工作電壓與最大工作電壓之間循環(huán)變化，工作穩(wěn)定可靠；使鋰離子液流電池的正負(fù)極懸浮液間歇循環(huán)，進(jìn)入電池正負(fù)極反應(yīng)腔反應(yīng)完成后才被循環(huán)出去，放電充分達(dá)到節(jié)能效果。
【專利說明】鋰離子液流電池的液流泵間歇工作自動控制器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]鋰離子液流電池的液流泵間歇工作自動控制器，屬于化學(xué)電池技術(shù)與自動化技術(shù)交叉領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]鋰離子液流電池，是最近幾年剛開始研發(fā)的前沿的新型電池，主要用于風(fēng)能、太陽能等間斷性能源的儲存，電網(wǎng)儲能調(diào)峰，以及汽車電池等領(lǐng)域。
[0003]如圖1所示，鋰離子液流電池主要由正極集流體2，負(fù)極集流體3，正極反應(yīng)腔4，負(fù)極反應(yīng)腔5，多孔隔膜6，液流泵7，液流泵8，正極懸浮液存儲罐9，負(fù)極懸浮液存儲罐10，正極懸浮液11，負(fù)極懸浮液12等組成；液流泵7與8分別把充好電的正負(fù)極懸浮液抽進(jìn)正負(fù)極反應(yīng)腔內(nèi)，正負(fù)極懸浮液是由含鋰的活性物質(zhì)微顆粒、電解液、導(dǎo)電劑等成分混合而成，比較粘稠，可以通過多孔隔膜6傳導(dǎo)鋰離子，實現(xiàn)電池內(nèi)部的離子導(dǎo)電，正極集流體2與負(fù)極集流體3之間連接用電負(fù)載，電子從負(fù)極集流體3通過負(fù)載流向正極集流體2,隨著電能消耗，正極集流體2與負(fù)極集流體3之間的電壓逐漸降低，使用液流泵對正負(fù)極懸浮液進(jìn)行循環(huán)，正負(fù)極懸浮液在液流泵推動下通過密封管道在懸浮液存儲罐和正負(fù)極反應(yīng)腔之間連續(xù)流動或間歇流動，不斷更新正負(fù)極反應(yīng)腔內(nèi)的正負(fù)極懸浮液，維持正負(fù)極集流體之間的電壓在應(yīng)用電壓范圍內(nèi)變化，使用電負(fù)載持續(xù)工作。
[0004]麻省理工學(xué)院研究人員于2009年6月12日首次申請了關(guān)于鋰離子液流電池的國際專利，并于2011年6月在第五屆國際鋰電池研討會上發(fā)表了鋰離子液流電池的會議報告，研究工作采用不同的電極活性材料進(jìn)行測試，以鈷酸鋰為正極，石墨為負(fù)極，在液流泵連續(xù)工作電極懸浮液連續(xù)流動模式下獲得電池的充電容量和放電容量分別為146mAh/g和127mAh/g，在液流泵間歇工作電極懸浮液間歇流動模式下的充放電容量分別為145mAh/g和118mAh/g，兩種模式下的機(jī)械損耗分別為22%和I可見液流泵連續(xù)工作浪費能源太多，間歇工作可以大幅度節(jié)能，需要開發(fā)一種如圖1所示的鋰離子液流電池的液流泵間歇工作自動控制器1，使液流泵自動啟動與停止，間歇工作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種自動控制器，自動判斷鋰離子液流電池使用情況，完全自動使液流泵啟動與停止，間歇工作，減少液流泵工作時間，從而減少能源損耗，延長系統(tǒng)壽命。
[0006]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:鋰離子液流電池的液流泵間歇工作自動控制器，其特征是:鋰離子液流電池的液流泵間歇工作自動控制器與鋰離子液流電池的正極集流體、負(fù)極集流體電連接，實時監(jiān)測正負(fù)極集流體之間的電壓，鋰離子液流電池帶動負(fù)載工作時，這個電壓逐漸變小，當(dāng)達(dá)到設(shè)定的最低工作電壓時，自動啟動液流泵，液流泵工作時，把充好電尚未使用的正負(fù)極懸浮液分別逐漸抽進(jìn)正極反應(yīng)腔與負(fù)極反應(yīng)腔內(nèi)，正極反應(yīng)腔與負(fù)極反應(yīng)腔內(nèi)原來的正負(fù)極懸浮液被逐漸擠壓出去，此時由于正在更新電池正負(fù)極懸浮液，正負(fù)極集流體之間的電壓逐漸上升，當(dāng)這個電壓達(dá)到設(shè)定的最高工作電壓時，自動使液流泵停止工作，鋰離子液流電池持續(xù)帶動負(fù)載工作，電壓再次逐漸變小，如此循環(huán)，液流泵工作一段時間停止一段時間，自動間歇工作，確保鋰離子液流電池正負(fù)極集流體之間的電壓在最低工作電壓與最高工作電壓之間循環(huán)變化，帶動負(fù)載穩(wěn)定工作；鋰離子液流電池的液流泵間歇工作自動控制器由穩(wěn)壓電源、電壓比較器、開關(guān)三極管、或門電路、繼電器、電阻這幾種電子元器件組成，穩(wěn)壓電源正負(fù)極分別連接兩個串聯(lián)的電阻的兩端，從這兩個串聯(lián)電阻之間的連接點引出導(dǎo)線接電壓比較器的一個輸入端，調(diào)節(jié)這兩個電阻的阻值大小，就可以設(shè)定鋰離子液流電池的最大或者最小工作電壓，電壓比較器的另一個輸入端連接鋰離子液流電池的正極集流體，穩(wěn)壓電源的負(fù)極連接地線，鋰離子液流電池的負(fù)極集流體也連接地線，這樣鋰離子液流電池的正極集流體的電壓就是鋰離子液流電池實時電壓，電壓比較器就可以比較設(shè)定的鋰離子液流電池的最大或者最小工作電壓與鋰離子液流電池實時電壓的大小，當(dāng)鋰離子液流電池實時電壓達(dá)到設(shè)定值時，電壓比較器的輸出電壓發(fā)生跳變，使開關(guān)三極管導(dǎo)通，從而使繼電器通電動作，使液流泵啟動或者停止工作；鋰離子液流電池的液流泵間歇工作自動控制器有兩組電壓比較器，一組電壓比較器用于比較設(shè)定的鋰離子液流電池的最小工作電壓與鋰離子液流電池實時電壓的大小，另一組電壓比較器用于比較設(shè)定的鋰離子液流電池的最大工作電壓與鋰離子液流電池實時電壓的大小；每一組電壓比較器由2個電壓比較器并聯(lián)組成，這2個電壓比較器的正輸入端連接在一起、負(fù)輸入端也連接在一起，這2個電壓比較器的輸出端分別與一個或門電路的2個輸入端連接，或門電路的輸出端與開關(guān)三極管的基極連接，這樣2個電壓比較器中的任一個輸出電壓跳變都可以使開關(guān)三極管導(dǎo)通，從而使繼電器通電動作，使液流泵啟動或者停止工作，如果一個電壓比較器發(fā)生故障，另一個可以繼續(xù)正常工作，這樣就提高了鋰離子液流電池的液流泵間歇工作自動控制器的可靠性。
[0007]本發(fā)明的有益效果是:1、全自動實時監(jiān)測鋰離子液流電池的電壓變化，使電池電壓在設(shè)定的最小工作電壓與最大工作電壓之間循環(huán)變化，工作穩(wěn)定可靠；2、使液流泵間歇工作，工作時間少，耗能少，節(jié)能；3、鋰離子液流電池的正負(fù)極懸浮液間歇循環(huán)，進(jìn)入電池正負(fù)極反應(yīng)腔反應(yīng)完成后才被循環(huán)出去，放電充分達(dá)到節(jié)能效果，減少循環(huán)速率，減少整個系統(tǒng)的機(jī)械磨損，延長液流泵與電池系統(tǒng)的使用壽命。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0009]圖1是鋰離子液流電池的液流泵間歇工作自動控制器與鋰離子液流電池系統(tǒng)的示意圖。
[0010]圖2是鋰離子液流電池的液流泵間歇工作自動控制器I的電路原理圖。
[0011]圖中:1.鋰離子液流電池的液流泵間歇工作自動控制器，2.正極集流體，3.負(fù)極集流體，4.正極反應(yīng)腔，5負(fù)極反應(yīng)腔，6.多孔隔膜，7.液流泵，8.液流泵，9.正極懸浮液存儲罐，10.負(fù)極懸浮液存儲罐，11.正極懸浮液，12.負(fù)極懸浮液。
【具體實施方式】
[0012]如圖1所示，鋰離子液流電池的液流泵間歇工作自動控制器I的負(fù)極接地線，電壓測量接線端A與鋰離子液流電池的正極集流體2連接，地線接線端B與鋰離子液流電池的負(fù)極集流體3連接，這樣鋰離子液流電池的正極集流體2的電壓就是鋰離子液流電池實時電壓，鋰離子液流電池的液流泵間歇工作自動控制器I實時監(jiān)測鋰離子液流電池實時電壓，自動控制液流泵7與液流泵8的啟動與停止，使之間歇工作。
[0013]圖2是鋰離子液流電池的液流泵間歇工作自動控制器I的電路原理圖，使穩(wěn)壓電源VCC電壓為正5伏，其正負(fù)極分別連接兩個串聯(lián)的電阻Rl與R2的兩端，從Rl與R2之間的連接點引出導(dǎo)線連接第一組電壓比較器的“+”輸入端，調(diào)節(jié)Rl與R2的阻值大小，使Rl阻值12K，R2阻值13K，設(shè)定鋰離子液流電池的最小工作電壓5*R2/(R1+R2) = 2.6伏；第一組電壓比較器由電壓比較器I與電壓比較器2并聯(lián)組成即使一個壞了另一個還可以正常工作，提高可靠性，第一組電壓比較器的輸入端連接鋰離子液流電池的正極集流體2，兩個輸出端分別和或門I的兩個輸入端連接，或門I的輸出端與開關(guān)三極管Tl的基極連接；穩(wěn)壓電源的負(fù)極連接地線，鋰離子液流電池的負(fù)極集流體3也連接地線，這樣鋰離子液流電池的正極集流體2的電壓就是鋰離子液流電池實時電壓，第一組電壓比較器就可以比較設(shè)定的鋰離子液流電池的最小工作電壓與鋰離子液流電池實時電壓的大小，鋰離子液流電池帶動負(fù)載工作時，實時電壓逐漸變小，當(dāng)實時電壓略小于2.6伏時，第一組電壓比較器的輸出電壓從O伏跳變到正5伏，或門I的輸出電壓也變?yōu)檎?伏，使開關(guān)三極管Tl導(dǎo)通，從而使繼電器relayl通電動作,繼電器relayl自鎖保持通電狀態(tài),使液流泵馬達(dá)pumpmotorl與pumpmotor2啟動開始工作,兩個液流泵7與8分別逐漸把充好電的正極懸浮液11和負(fù)極懸浮液12從正極懸浮液存儲罐9和負(fù)極懸浮液存儲罐10抽進(jìn)正極反應(yīng)腔4和負(fù)極反應(yīng)腔5內(nèi)，正極反應(yīng)腔與負(fù)極反應(yīng)腔內(nèi)原來的正負(fù)極懸浮液被逐漸擠壓出去，此時由于正在更新電池正負(fù)極懸浮液，正負(fù)極集流體之間的電壓逐漸上升。
[0014]穩(wěn)壓電源VCC正負(fù)極分別連接兩個串聯(lián)的電阻R3與R4的兩端，從R3與R4之間的連接點引出導(dǎo)線連接第二組電壓比較器的輸入端，調(diào)節(jié)R3與R4的阻值大小，使R3阻值5.1K，R4阻值20K，設(shè)定鋰離子液流電池的最大工作電壓5*R4/(R3+R4) = 3.984伏；第二組電壓比較器由電壓比較器3與電壓比較器4并聯(lián)組成即使一個壞了另一個還可以正常工作，提高可靠性，第二組電壓比較器的“ + ”輸入端連接鋰離子液流電池的正極集流體2，兩個輸出端分別和或門2的兩個輸入端連接，或門2的輸出端與開關(guān)三極管T2的基極連接；第二組電壓比較器可以比較設(shè)定的鋰離子液流電池的最大工作電壓與鋰離子液流電池實時電壓的大小，液流泵工作時，兩個液流泵7與8分別逐漸把充好電的正極懸浮液11和負(fù)極懸浮液12從正極懸浮液存儲罐9和負(fù)極懸浮液存儲罐10抽進(jìn)正極反應(yīng)腔4和負(fù)極反應(yīng)腔5內(nèi)，正極反應(yīng)腔與負(fù)極反應(yīng)腔內(nèi)原來的正負(fù)極懸浮液被逐漸擠壓出去，此時由于正在更新電池正負(fù)極懸浮液，正負(fù)極集流體之間的電壓逐漸上升，當(dāng)實時電壓略大于3.984伏時，第二組電壓比較器的輸出電壓從O伏跳變到正5伏，或門2的輸出電壓也變?yōu)檎?伏，使開關(guān)三極管T2導(dǎo)通，從而使繼電器relay2通電動作，斷開繼電器relayl的電源，繼電器
I動作，使液流泵馬達(dá)pumpmotorl與pumpmotor2斷電,兩個液流泵7與8停止工作,鋰離子液流電池持續(xù)帶動負(fù)載工作，其實時電壓再次逐漸變小。
[0015]如此循環(huán)，液流泵工作一段時間停止一段時間，自動間歇工作，確保鋰離子液流電池正負(fù)極集流體之間的電壓在最低工作電壓與最高工作電壓之間循環(huán)變化，帶動負(fù)載穩(wěn)定工作。
【權(quán)利要求】
1.鋰離子液流電池的液流泵間歇工作自動控制器，其特征是:鋰離子液流電池的液流泵間歇工作自動控制器與鋰離子液流電池的正極集流體、負(fù)極集流體電連接，實時監(jiān)測正負(fù)極集流體之間的電壓，鋰離子液流電池帶動負(fù)載工作時，這個電壓逐漸變小，當(dāng)達(dá)到設(shè)定的最低工作電壓時，自動啟動液流泵，液流泵工作時，把充好電尚未使用的正負(fù)極懸浮液分別逐漸抽進(jìn)正極反應(yīng)腔與負(fù)極反應(yīng)腔內(nèi)，正極反應(yīng)腔與負(fù)極反應(yīng)腔內(nèi)原來的正負(fù)極懸浮液被逐漸擠壓出去，此時由于正在更新電池正負(fù)極懸浮液，正負(fù)極集流體之間的電壓逐漸上升，當(dāng)這個電壓達(dá)到設(shè)定的最高工作電壓時，自動使液流泵停止工作，鋰離子液流電池持續(xù)帶動負(fù)載工作，電壓再次逐漸變小，如此循環(huán)，液流泵工作一段時間停止一段時間，自動間歇工作，確保鋰離子液流電池正負(fù)極集流體之間的電壓在最低工作電壓與最高工作電壓之間循環(huán)變化，帶動負(fù)載穩(wěn)定工作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子液流電池的液流泵間歇工作自動控制器，其特征是:鋰離子液流電池的液流泵間歇工作自動控制器由穩(wěn)壓電源、電壓比較器、開關(guān)三極管、或門電路、繼電器、電阻這幾種電子元器件組成；穩(wěn)壓電源正負(fù)極分別連接兩個串聯(lián)的電阻的兩端，從這兩個串聯(lián)電阻之間的連接點引出導(dǎo)線連接電壓比較器的一個輸入端，調(diào)節(jié)這兩個電阻的阻值大小，就可以設(shè)定鋰離子液流電池的最大或者最小工作電壓，電壓比較器的另一個輸入端連接鋰離子液流電池的正極集流體，穩(wěn)壓電源的負(fù)極連接地線，鋰離子液流電池的負(fù)極集流體也連接地線，這樣鋰離子液流電池的正極集流體的電壓就是鋰離子液流電池實時電壓，電壓比較器就可以比較設(shè)定的鋰離子液流電池的最大或者最小工作電壓與鋰離子液流電池實時電壓的大小，當(dāng)鋰離子液流電池實時電壓達(dá)到設(shè)定值時，電壓比較器的輸出電壓發(fā)生跳變，使開關(guān)三極管導(dǎo)通，從而使繼電器通電動作，使液流泵啟動或者停止工作。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋰離子液流電池的液流泵間歇工作自動控制器，其特征是:鋰離子液流電池的液流泵間歇工作自動控制器有兩組電壓比較器，一組電壓比較器用于比較設(shè)定的鋰離子液流電池的最小工作電壓與鋰離子液流電池實時電壓的大小，另一組電壓比較器用于比較設(shè)定的鋰離子液流電池的最大工作電壓與鋰離子液流電池實時電壓的大小；每一組電壓比較器由2個電壓比較器并聯(lián)組成，這2個電壓比較器的正輸入端連接在一起、負(fù)輸入端也連接在一起，這2個電壓比較器的輸出端分別與一個或門電路的2個輸入端連接，或門電路的輸出端與開關(guān)三極管的基極連接，這樣2個電壓比較器中的任一個輸出電壓跳變都可以使開關(guān)三極管導(dǎo)通，從而使繼電器通電動作，使液流泵啟動或者停止工作，如果一個電壓比較器發(fā)生故障，另一個可以繼續(xù)正常工作，這樣就提高了鋰離子液流電池的液流泵間歇工作自動控制器的可靠性。
【文檔編號】H01M8/18GK103985893SQ201410241236
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年6月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月1日
【發(fā)明者】劉現(xiàn)營 申請人:上海采科實業(yè)有限公司