本發(fā)明屬于液流電池，特別涉及一種模塊化液流電池堆及其生產(chǎn)工藝。

背景技術(shù)：

1、液流電池的主要零件是流場框、雙極板、膜、電極、密封墊。設(shè)計驗證初期，多采用機(jī)加工或者注塑的方式生產(chǎn)流場框。模壓或者擠出生產(chǎn)雙極板。電池內(nèi)使用碳?xì)?、碳紙或者碳布電極。標(biāo)準(zhǔn)化裁切成形的離子交換膜。流場框上安裝了硫化機(jī)生產(chǎn)的密封墊、注塑生產(chǎn)的密封墊，甚至點膠固化生產(chǎn)的密封墊繼續(xù)電池節(jié)內(nèi)流動液體的密封。各個零件獨(dú)立生產(chǎn)，在電池堆的堆疊工位，或者直接在壓力機(jī)臺面上進(jìn)行逐個零件的人工，或者機(jī)械化的裝配。此種方式需要在有限的空間內(nèi)進(jìn)行較多的復(fù)雜裝配操作，容易出現(xiàn)裝配錯誤，降低成品率。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對上述問題，本發(fā)明提供一種模塊化液流電池堆及其生產(chǎn)工藝，采用以下技術(shù)方案：

2、一種模塊化液流電池堆，包括從下往上層疊設(shè)置的下端板組件、下保溫板、負(fù)極集流板、首節(jié)電池結(jié)構(gòu)、n個單電池結(jié)構(gòu)、分隔單電池結(jié)構(gòu)、m個單電池結(jié)構(gòu)、尾節(jié)電池結(jié)構(gòu)、正極集流板、上保溫板、上端板組件，n為大于2的正整數(shù)，m＝n-2；

3、其中，所述單電池結(jié)構(gòu)包括電池組件c1、膜a和負(fù)極電極a，所述電池組件c1包括雙極板a、正極電極a、第一蓋板a、第二蓋板a和板框a；

4、一個所述第一蓋板a和兩個所述第二蓋板a設(shè)置在所述雙極板a的上端面，所述第一蓋板a的中間位置設(shè)置有第一空腔，所述正極電極a位于所述第一空腔內(nèi)，所述第一蓋板a沿對角設(shè)置有兩個方形缺口，每個所述方形缺口處設(shè)置有一個所述第二蓋板a；

5、所述板框a設(shè)置在所述雙極板a的下端面，所述板框a的中間位置設(shè)置有第二空腔，所述膜a和所述負(fù)極電極a從下往上層疊設(shè)置在所述第二空腔內(nèi)。

6、進(jìn)一步的，所述雙極板a的四個邊角處設(shè)置有四個第一共享通道，所述第一蓋板a沿對角設(shè)置有兩個第二共享通道，每個所述第二蓋板a上設(shè)置有一個第二共享通道，四個第二共享通道與四個所述第一共享通道一一對應(yīng)設(shè)置；

7、所述板框a在四個邊角處設(shè)置有四個與第一共享通道和第二共享通道相對應(yīng)的第三共享通道。

8、進(jìn)一步的，其中，所述板框a在與雙極板a接觸的第一端面設(shè)置有正極電解液流道，所述板框a在與所述第一端面相對的第二端面上設(shè)置有正極電解液流道、負(fù)極電解液流道和翻轉(zhuǎn)孔，負(fù)極電解液從所述板框a的第二端面上的負(fù)極電解液流道通過翻轉(zhuǎn)孔流入所述板框a的第一端面，所述板框a的第二端面流動正極電解液；

9、所述第一蓋板與所述雙極板a接觸的第一端面設(shè)置有電解液流道，所述板框a的第一端面的負(fù)極電解液流道和所述第一蓋板a的第一端面的電解液流道內(nèi)均設(shè)置有若干結(jié)構(gòu)相同的齒狀分布的均流凸臺。

10、進(jìn)一步的，所述第一蓋板a的第一端面在第一空腔的短邊位置設(shè)置有裝配輔助槽，所述第一蓋板a和所述第二蓋板a在與第一端面相對的第二端面上均設(shè)置蓋板定位凸臺和若干焊接槽，所述第一蓋板a的第一端面在第一空腔的短邊位置對稱設(shè)置有4個裝配輔助槽。

11、進(jìn)一步的，所述板框a的第一端面上設(shè)置有激光焊接筋和板框定位凸臺，所述板框a的第二端面上設(shè)置有外密封激光焊接槽、蓋板定位槽、第一密封槽、減膠槽和板框定位槽；

12、其中，所述激光焊接筋環(huán)繞所述板框a的第一端面設(shè)置并位于四個第三共享通道的外側(cè)；所述板框定位凸臺設(shè)置在所述板框a的第一端面的兩側(cè)并位于所述激光焊接筋的外側(cè)，所述外密封激光焊接槽環(huán)繞所述板框a的第二端面設(shè)置并位于所述第一密封槽的外側(cè)，所述蓋板定位槽與所述蓋板定位凸臺相匹配設(shè)置，所述第一密封槽沿所述板框a的第二端面上正極電解液流道、負(fù)極電解液流道和所述第二空腔設(shè)置，所述減膠槽設(shè)置在所述板框a的第二端面非密封位置，所述板框定位槽設(shè)置在所述外密封激光焊接槽的外側(cè)。

13、進(jìn)一步的，所述首節(jié)電池結(jié)構(gòu)包括板框b、負(fù)極電極b和膜b；

14、其中，板框b與板框a結(jié)構(gòu)相同，所述負(fù)極電極b和所述膜b從下往上層疊設(shè)置在所述板框b的第二空腔內(nèi)，所述板框b第一端面的每個第三共享通道與所述負(fù)極集流板上的四個第一通孔配合，并與所述負(fù)極集流板的外端面平齊。

15、進(jìn)一步的，所述尾節(jié)電池結(jié)構(gòu)包括膜c、第一蓋板b、第二蓋板b和正極電極b；

16、其中，所述第一蓋板b與所述第一蓋板a結(jié)構(gòu)相同，所述第二蓋板b與所述第二蓋板a結(jié)構(gòu)相同，所述膜c和正極電極b從下往上層疊設(shè)置在所述第一蓋板b的第一空腔內(nèi)，第二蓋板b和第一蓋板b的第二共享通道與所述正極集流板上的四個第二通孔配合并與正極集流板的外端面平齊。

17、進(jìn)一步的，所述分隔單電池結(jié)構(gòu)包括電池組件c2、膜d和負(fù)極電極c；

18、其中，電池組件c2包括雙極板b、正極電極c、第一堵頭蓋板、第二堵頭蓋板、板框c和四個堵頭；

19、所述雙極板b與所述雙極板a結(jié)構(gòu)相同，所述板框c與所述板框a結(jié)構(gòu)相同，一個所述第一堵頭蓋板和兩個所述第二堵頭蓋板設(shè)置在所述雙極板b的上端面，所述第一堵頭蓋板的中間位置設(shè)置有第三空腔，所述正極電極c位于所述第三空腔內(nèi)，所述第一堵頭蓋板沿對角設(shè)置有兩個方形缺口，每個所述方形缺口處設(shè)置有一個所述第二堵頭蓋板；

20、所述板框c設(shè)置在所述雙極板b的下端面，所述板框c的中間位置設(shè)置有第四空腔，所述膜d和所述負(fù)極電極c從下往上層疊設(shè)置在所述第四空腔內(nèi)；

21、四個所述堵頭分別用于密封電池組件c2的四個液流進(jìn)出口，四個液流進(jìn)出口包括雙極板b上的四個第一共享通道、一個第一堵頭蓋板和兩個第二堵頭蓋板上的四個第二共享通道以及板框c上的四個第三共享通道。

22、進(jìn)一步的，所述負(fù)極集流板的下端設(shè)置有兩個第一銅抽頭，所述下保溫板、下端板和第一加強(qiáng)鈑金件均設(shè)置有兩個第一通槽，兩個第一銅抽頭穿過下保溫板、下端板和第一加強(qiáng)鈑金件上的第一通槽，下保溫板的四個邊角處設(shè)置有分別與板框的四個第三共享通道連通的第一液流口；

23、下端板和第一加強(qiáng)鈑金件在四個邊角處位置設(shè)置有與四個第一液流口相對應(yīng)的四個第三通孔，負(fù)極集流板的上端面設(shè)置有第二密封槽，第二密封槽內(nèi)設(shè)置有密封墊。

24、進(jìn)一步的，所述正極集流板上端設(shè)置有兩個第二銅抽頭，所述上保溫板、上端板和第二加強(qiáng)鈑金件均設(shè)置有第二通槽，兩個第二銅抽頭穿過上保溫板、上端板和第二加強(qiáng)鈑金件上的第二通槽，上保溫板的四個邊角處設(shè)置有分別與第一蓋板和第二蓋板上的四個第二共享通道連通的第二液流口；

25、上端板和第二加強(qiáng)鈑金件在四個邊角處位置設(shè)置有與四個第二液流口向?qū)?yīng)的第四通孔。

26、進(jìn)一步的，模塊化液流電池堆還包括四個彎折件，其中，四個彎折件分別與兩個第一銅抽頭、兩個第二銅抽頭連接。

27、進(jìn)一步的，所述第一蓋板a、所述第一蓋板b、所述第二蓋板a、所述第二蓋板b、所述第一堵頭蓋板和所述第二堵頭蓋板均具有透光性，所述雙極板a和雙極板b的材質(zhì)為吸光材料。

28、進(jìn)一步的，還包括封裝膜結(jié)構(gòu)，所述封裝膜結(jié)構(gòu)環(huán)繞在所述負(fù)極集流板、所述首節(jié)電池結(jié)構(gòu)、n個單電池結(jié)構(gòu)、所述分隔單電池結(jié)構(gòu)、m個單電池結(jié)構(gòu)、所述尾節(jié)電池結(jié)構(gòu)、所述正極集流板的外圍，并位于所述下保溫板和所述上保溫板之間。

29、本發(fā)明還提供一種所述的模塊化液流電池堆的生產(chǎn)工藝，包括以下步驟：

30、通過熱壓將正極電極固定在雙極板中間位置，獲得組件a；

31、通過激光焊接將一個第一蓋板和兩個第二蓋板與組件a中的雙極板的上端面固定連接，獲得組件b1；通過激光焊接將一個第一堵頭蓋板和兩個第二堵頭蓋板與組件a中的雙極板的上端面固定連接，獲得組件b2；

32、通過激光焊接將板框和組件b1固定連接，獲得電池組件c1；通過激光焊接將板框和組件b2固定連接，獲得分隔單電池結(jié)構(gòu)的電池組件c2；

33、將下端板組件、下保溫板、負(fù)極集流板、首節(jié)電池結(jié)構(gòu)、n個單電池結(jié)構(gòu)、分隔單電池結(jié)構(gòu)、m個單電池結(jié)構(gòu)、尾節(jié)電池結(jié)構(gòu)、正極集流板、上保溫板、上端板組件從下往上依次堆疊，獲得液流電池堆。

34、進(jìn)一步的，還包括生產(chǎn)板框，具體如下：

35、采用第一次注塑工藝生產(chǎn)板框本體，采用第二注塑工藝生產(chǎn)板框第一密封槽內(nèi)的密封墊，或者采用模壓、點膠生產(chǎn)的密封墊貼在第一密封槽內(nèi)。

36、進(jìn)一步的，將下端板組件、下保溫板、負(fù)極集流板、首節(jié)電池結(jié)構(gòu)、n個單電池結(jié)構(gòu)、分隔單電池結(jié)構(gòu)、m個單電池結(jié)構(gòu)、尾節(jié)電池結(jié)構(gòu)、正極集流板、上保溫板、上端板組件從下往上依次堆疊，獲得液流電池堆，包括以下步驟：

37、堆疊第一加強(qiáng)鈑金件、下端板、下保溫板和負(fù)極集流板，并在負(fù)極集流板的上端的第二密封槽內(nèi)安裝密封墊，并在下保溫板的第一液流口的密封槽內(nèi)安裝密封墊，其中，第一加強(qiáng)鈑金件、下端板和下保溫板通過螺栓連接；彎折件、下集流板和下端板通過螺栓連接；第一加強(qiáng)鈑金件、下端板、下保溫板和負(fù)極集流板通過彎折件和螺栓連接；

38、在負(fù)極集流板上方堆疊首節(jié)電池結(jié)構(gòu)的板框，并將負(fù)極電極和膜從下往上安裝在首節(jié)電池結(jié)構(gòu)的板框的第一空腔內(nèi)；

39、在板框上方依次堆疊n個單電池結(jié)構(gòu)、分隔單電池結(jié)構(gòu)和m個單電池結(jié)構(gòu)；

40、在最上方的一個單電池結(jié)構(gòu)上依次安裝尾節(jié)電池結(jié)構(gòu)的膜、兩個第二蓋板、一個第一蓋板和正極電極；

41、在尾節(jié)電池結(jié)構(gòu)的上方依次安裝正極集流板、上保溫板、彎折件、上端板和第二加強(qiáng)鈑金件；其中，第二加強(qiáng)鈑金件、上端板和上保溫板通過螺栓連接；彎折件、上集流板和上端板通過螺栓連接；第二加強(qiáng)鈑金件、上端板、上保溫板和正極集流板通過彎折件和螺栓連接；

42、完成裝配后，拆卸下四個彎折件回收，用于下次裝配使用。

43、進(jìn)一步的，通過激光焊接將板框和組件b1固定連接，獲得電池組件c1；通過激光焊接將板框和組件b2固定連接，獲得分隔單電池結(jié)構(gòu)的電池組件c2，包括以下步驟：

44、激光焊接機(jī)的臺面嵌入組件b1，將板框的四個第三共享通道與一個第一蓋板和兩個第二蓋板上的四個第二共享通道進(jìn)行焊接，獲得電池組件c1的半成品，

45、激光焊接機(jī)的臺面嵌入組件b2，將板框的四個第三共享通道與一個第一堵頭蓋板和兩個第二堵頭蓋板上的四個第二共享通道進(jìn)行焊接，獲得電池組件c2的半成品；

46、將電池組件c1的半成品和電池組件c2的半成品在激光焊接機(jī)的臺面上，用透光板或者玻璃板將板框的第一端面上的激光焊接筋和雙極板外圈壓實，通過激光焊接機(jī)融化激光焊接筋，將板框與雙極板的外圈焊接固定，獲得電池組件c1成品和電池組件c2成品。

47、進(jìn)一步的，還包括以下步驟：

48、通過封裝膜結(jié)構(gòu)對液流電池堆進(jìn)行外封裝。

49、本發(fā)明的有益效果：

50、1、本發(fā)明的液流電池的單電池結(jié)構(gòu)是相同的重復(fù)模塊，在裝配工位完成逐節(jié)堆疊，重復(fù)模塊裝配降低了裝配難度，提高了組裝效率。液流電池堆裝配對精度有較高要求，每個單電池結(jié)構(gòu)單獨(dú)生產(chǎn)并進(jìn)行品控可以提高模塊的一致性，保證相鄰電池節(jié)的性能統(tǒng)一。

51、2、本發(fā)明提供的模塊化液流電池堆的生產(chǎn)工藝，生成過程中使用了激光焊接、注塑、熱壓板、外封裝等工藝和技術(shù)，實現(xiàn)了電池堆的模塊化生產(chǎn)和裝配。采用了激光焊接、電阻加熱板模壓、單色注塑或雙色注塑工藝相結(jié)合生產(chǎn)預(yù)制件，提高了電池單元的良品率。

52、本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點可通過在說明書以及附圖中所指出的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)和獲得。