CN103531832B - 电动汽车及其铝空气电池系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电动汽车及其铝空气电池系统,所述铝空气电池系统包括:铝空气电池堆,包括多个串联的铝空气电池;电解液箱,装有电解液,所述电解液箱的水平位置低于所述铝空气电池堆;电解液输出管,连接所述电解液箱和各所述铝空气电池;多个水泵,设置在所述电解液输出管上,所述水泵与所述铝空气电池一一对应,用于将所述电解液箱的电解液抽到对应的铝空气电池以使所述铝空气电池发电;控制器,控制所述水泵的启动和关闭;电解液回程管,所述电解液箱的电解液依靠重力的作用沿所述电解液回程管回流到所述电解液箱。

Description

电动汽车及其铝空气电池系统
技术领域
[0001] 本发明涉及化学能源领域,尤其涉及一种电动汽车及其铝空气电池系统。
背景技术
[0002] 目前在电动汽车动力源的选择上,锂离子电池已成为主流趋势。家用小轿车匹配 的锂电池,一次充电时间约为8小时,充满电仅可持续行驶150km左右,仅能满足市内或短程 的市际行驶需要,离人们当前对汽车的要求有较大的差距。另外,采用锂离子电池作为动力 源的电动汽车充电要到指定点(充电站)充电,而目前电动汽车充电站网点非常少,充电站 的建设依赖于公共基础设施建设来解决。因此,锂离子电池作为电动汽车主流动力源的地 位也将受到挑战。
[0003] 鉴于锂离子电池存在的一些问题,目前的金属空气电池研究正悄然兴起。铝空气 电池是以铝为基础材料的合金为负极、空气(空气中的氧气)为正极、碱性溶液(例如NaOH、 K0H)为电解质溶液的金属材料电池。相对于目前普遍采用的锂离子电池,铝空气电池具有 如下优点:
[0004] (1)比能量高,整车续驶里程长。错空气电池的比能量能达至l」400Wh/kg(瓦小时/千 克),为锂呙子电池的2〜3倍,同样匹配250kg电池,续驶里程可达到500km。
[0005] (2)铝空气电池无需充电,大规模商业化不依赖于基础设施配套。铝空气电池的铝 板在空气中与碱性溶液发生氧化反应来释放电能,电池的整个生命周期内不需要充电,铝 消耗完以后更换新的铝板即可,短时间便能恢复工作。
[0006] (3)铝空气电池可以循环利用,相对更环保、成本低。铝空气电池氧化成氢氧化铝 以后,通过沉淀、过滤收集起来加以还原可完全回收,达到循环利用的效果。
[0007] 然而,铝空气电池车用研究还刚刚开始,成果较少,无成熟的技术和经验可以借 鉴。
发明内容
[0008] 本发明提供一种适用于电动汽车的铝空气电池系统,可以控制开始放电和终止放 电的同时,节省能源。
[0009] 另外,本发明还提供一种具有上述铝空气电池系统的电动汽车。
[0010] 为达上述优点,本发明提供一种铝空气电池系统,包括:铝空气电池堆,包括多个 串联的铝空气电池;电解液箱,装有电解液,所述电解液箱的水平位置低于所述铝空气电池 堆;电解液输出管,连接所述电解液箱和各所述铝空气电池;多个水栗,设置在所述电解液 输出管上,所述水泵与所述铝空气电池一一对应,用于将所述电解液箱的电解液抽到对应 的铝空气电池以使所述铝空气电池发电;控制器,控制所述水栗的启动和关闭;电解液回程 管,所述电解液箱的电解液依靠重力的作用沿所述电解液回程管回流到所述电解液箱。
[0011] 在本发明的一个实施例中,所述电解液箱内设有过滤器,所述过滤器位于所述电 解液箱中部偏下的位置。
[0012]在本发明的一个实施例中,所述过滤器为过滤栗,所述控制器控制所述过滤栗的 启动和关闭。
[0013]在本发明的一个实施例中,所述电解液箱顶部设有氢传感器和排氢扇,所述控制 器通过所述氢传感器采集所述电解液箱内的氢浓度;当氢浓度高于浓度预设高值时,所述 控制器启动所述排氢扇;当氢浓度低于浓度预设低值时,所述控制器关闭所述排氢扇。
[0014]在本发明的一个实施例中,所述电解液回程管包括直回支路和散热支路,所述直 回支路设有回流直通阀,所述散热支路设有散热直通阀和散热器,所述控制器控制所述回 流直通阀和所述散热直通阀的打开和闭合。
[0015]在t发明的一个实施例中,所述电解液箱设有温度传感器,所述控制器通过所述 温度传感器采集所述电解液箱内的电解液温度;当所述电解液温度高于温度预设高值时, 所述控制器打开散热直通阀,关闭所述回流直通阀;当所述电解液温度低于温度预设低值 时,所述控制器打开所述回流直通阀,关闭所述散热直通阀。
[0016]在本发明的一个实施例中,所述散热器还配设有排气扇,所述控制器控制所述排 气扇的启动和关闭,所述控制器打开所述散热直通阀的同时启动所述排气扇。
[0017]在本发明的一个实施例中,每一铝空气电池都设有进气风扇,所述控制器控制所 述进气风扇的启动和关闭。
[0018]本发明还提供一种电动汽车,包括车身前半部分、车身后半部分和整车控制器;所 述车身前半部分设有电机控制器、驱动电机和低压储电池,所述车身后半部分设有上述的 铝空气电池系统;所述铝空气电池与所述电机控制器电连接,并通过所述电机控制器为所 述驱动电机和所述低压储电池供电;所述铝空气电池系统的控制器为所述整车控制器。 [0019]在本发明的一个实施例中,所述车身后半部分具有后备箱,所述铝空气电池堆及 所述水栗放置在所述后备箱位置,所述电解液箱固定在所述后备箱下的车身底部。
[0020]本发明的电动汽车及其铝空气电池系统,电解液箱的水平位置低于铝空气电池 堆,水泵设在电解液输出管上,通过启动和关闭水栗来控制铝空气电池放电的开始和结束, 而在电解液循环的过程中,铝空气电池内的电解液因重力作用自然回流到电解液箱中,可 以节约电能。
[0021]为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂,下文特举较佳实施例, 并配合所附图式,作详细说明如下。
附图说明
[0022]图1是本发明较佳实施方式的铝空气电池系统的结构示意图。
[0023]图2是本发明较佳实施方式的电动汽车的结构示意图。
具体实施方式
[0024]为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合 附图及较佳实施例,对依据本发明提出的电动汽车及其铝空气电池系统的具体实施方式n 结构、特征及其功效,详细说明如下: 、 、
[0025]有关本发明的目!J述及其它技术内容、特点及功效,在以下配合参考图式的较佳实 施例的详细说明中将可清楚呈现。通过具体实施方式的说明,当可对本发明为达成预定目 的所采取的技术手段及功效得以更加深入且具体的了解,然而所附图式仅是提供参考与说 明之用,并非用来对本发明加以限制。
[0026]图1是本发明较佳实施方式的铝空气电池系统的结构示意图。请参照图i,本发明 较佳实施方式的铝空气电池系统100包括铝空气电池堆10、电解液箱20、电解液输出管30、 电解液回程管40、水泵50及控制器(图未示)。
[0027]铝空气电池堆10包括多个铝空气电池11,铝空气电池11以串联的方式连接。每一 铝空气电池11设有进气风扇12、进液口 13、出液口 14和正负极电路15。本实施例以三个铝空 气电池11为例加以说明,但这并不对本发明铝空气电池11的数量加以限制,铝空气电池11 的数量可以根据需要作出变更。铝空气电池11是以铝为基础材料的合金为负极、空气(空气 中的氧气)为正极、碱性溶液(例如NaOH、KOH)为电解质溶液的金属材料电池。进气风扇12用 于增加铝空气电池11内的空气流量,以及时补充氧气。进液口 13用于输入电解液60,而出液 口 14用于输出电解液60。
[0028]电解液箱20的水平位置低于铝空气电池堆10,优选地,电解液箱20的顶部低于铝 空气电池堆10的底部,从而铝空气电池11内的电解液60可以通过重力的作用回流到电解液 箱20。电解液箱20装有碱性电解液60 (例如NaOH、KOH)。电解液箱20内设有过滤器70,它对碱 性电解液60进行过滤,防止杂质等进入到铝空气电池堆10。在本实施例中,过滤器70为过滤 栗。电解液箱20设有输出口 21、输入口 22、氢传感器23、排氢扇24和温度传感器25,其中输出 口 21靠近电解液箱20底部,而输入口 22、氢传感器23、排氢扇24设置在电解液箱20的顶部。 输出口 21与过滤泵70连接,从而电解液60经过过滤栗过滤后才输出。
[0029]电解液输出管30包括输出总管31和三输出支管32、33、34。输出总管31的一端与三 输出支管32、33、34通过四通阀35连接,另一端与电解液箱20输出口 21连接。三输出支管32、 33、34分别与三铝空气电池11的进液口 13连接。
[0030] 每一输出支管32、33、34上都设有一水泵50,用于将电解液箱20的电解液60抽到各 铝空气电池11。
[0031] 电解液回程管40包括三回程支管41、42、43和回程总管44。回程总管44的一端与三 回程支管41、42、43通过四通阀47连接,另一端与电解液箱20输入口 22连接。三回程支管41、 42、43的另一端分别与三铝空气电池11的出液口 14连接。回程总管44中途分为并联的直回 支路45和散热支路46,直回支路45上设有回流直通阀452,散热支路46设有散热直通阀462 和散热器464。散热器464配设有排气扇466。
[0032] 电解液60由水泵50从电解液箱20抽出并通过铝空气电池11进液口 13进入铝空气 电池11,然后从铝空气电池11出液口 14流出,经过回程支管41、42、43、回程总管44的直回支 路45,最后回到电解液箱20,从而形成电解液60的第一循环路线。
[0033] 电解液60由水泵50从电解液箱20抽出并通过铝空气电池11进液口 I3进入铝空气 电池11,然后从铝空气电池11出液口 14流出,经过回程支管41、42、43、回程总管44的散热支 路46,最后回到电解液箱20,从而形成电解液60的第二循环路线。
[0034] 控制器用于控制水栗50、过滤器70、进气扇、排氢扇24和排气扇46G的工作;用于控 制回流直通阀452和散热直通阀462的开启和关闭;用于通过氢传感器23和温度传感器25分 别采集电解液箱20内的氢浓度C和电解液温度T,并对采集到的数据进行分析处理,根据处 理结果控制排氢扇24和散热器464的工作。氢传感器23、排氢扇24为氢浓度控制附件。温度 传感器25和电解液回程管40为热控制附件。
[0035]当接收到供电请求信号时,控制器先后启动铝空气电池堆10的进气风扇12,打开 回流直通阀452,及开启水泵50,电解液60走第一循环路线。
[0036] 当检测到氢浓度C高于浓度预设高值Cmax时,控制器开启排氢扇24;
[0037] 当检测到氢浓度C低于浓度预设低值Cmin时,控制器关闭排氢扇24。
[0038]当检测到电解液温度T高于温度预设高值Tmax (例如5(TC)时,控制器开启散热直 通阀462、排气扇466,关闭回流直通阀452,电解液60走第二循环路线;当检测到电解液温度 T低于温度预设低值Tmin (例如30°C)时,控制器开启回流直通阀452,关闭散热直通阀462、 排气扇466,电解液走第一循环路线。
[0039]当接收到断电请求信号时,控制器关闭水栗50、进气风扇12,打开回流直通阀452, 让铝空气电池11中的电解液60在重力作用下自然回流到电解液箱20;持续开启排氢扇24, 直到氢浓度C低于浓度预设低值Cmin。
[0040] 铝空气电池11工作过程:
[0041] —、放电过程:
[0042] 1、控制器开启铝空气电池堆10的进气风扇12,以供给铝片反应的所需氧气;
[0043] 2、控制器打开回流直通阀452;
[0044] 3、控制器开启水泵50,将电解液60分别抽取至各铝空气电池11,进行化学反应,铝 空气电池11开始放电;
[0045] 4、错空气电池11中多余的电解液60从出液口 14回流到电解液箱20中,电解液60在 铝空气电池堆10和电解液箱20中循环流动,以使铝空气电池11中的电化学反应充分;
[0046] 5、控制器通过氢传感器23采集电解液箱20内的氢浓度C,当氢浓度C过高时,开启 排氢扇24,将电解液60中的氢气抽出;
[0047] 6、控制器通过温度传感器25采集电解液箱2〇内的电解液温度T,当电解液温度T过 高时,关闭回流直通阀452,打开散热直通阀妨2,并开启排气扇466,以降低电解液温度T。 [0048] 如此循环,铝空气电池11持续放电。
[0049] 二、断电过程:
[0050] 1、控制器关闭三个循环水栗50,以中止电解液60进入铝空气电池11;
[0051 ] 2、控制器关闭进气风扇12,减少铝空气电池11内的氧气浓度,防止铝板与电解液 60继续反应;
[0052] 3、控制器打开回流直通阀452,让铝空气电池11中的电解液60在重力作用下自然 回流到电解液箱20;
[0053] 4、持续开启排氢扇24,直到模组中的氢浓度C低于浓度预设低值Cmin。
[0054]图2显示了上述铝空气电池系统1〇〇应用在电动汽车1的结构示意图。请参照图2, 电动汽车包括车身前半部分la、车身后半部分lb和整车控制器(图未示)。车身前半部分设 有电机控制器200、驱动电机300和低压储电池400。车身后半部分设有上述的铝空气电池系 统100,铝空气电池11与电机控制器200电连接,并通过电机控制器200为驱动电机300和低 压储电池400供电。驱动电机300通过减速器500驱动半轴600带动前轮700转动。铝空气电池 系统100的控制器为整车控制器。
[0055]铝空气电池堆10和水泵50布置在后备箱位置,而电解液箱20布置在后备箱车体底 邰或传统车燃油箱位置,这种高低布置的优点是可使模组中的电解液60因重力势能的因素 自然回流到电解液箱20中,而不用再安装水泵50进行抽取,节约电能。
[0056]本发明的电动汽车1及其铝空气电池系统100,电解液箱的水平位置低于铝空气电 池堆10,水泵50设在电解液输出管30上,通过启动和关闭水泵50来控制铝空气电池11放电 的开始和结束,而在电解液60循环的过程中,铝空气电池11内的电解液60因重力作用自然 回流到电解液箱20中,可以节约电能。
[0057]以上所述,仅是本发明的实施例而已,并非对本发明作任何形式上的限制,虽然本 发明已以实施例揭露如上,然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员,在不脱 离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化 的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案内容,依据本发明的技术实质对以上实施例 所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种电动汽车,包括车身前半部分(la)、车身后半部分(lb)和整车控制器,所述车身 前半部分(la)设有电机控制器(2〇〇)、驱动电机(300)和低压储电池(400),其特征在于:所 述车身后半部分(lb)设有铝空气电池系统(1〇〇),所述铝空气电池系统(1〇〇)包括铝空气电 池堆(10)、电解液箱(20)、电解液输出管(30)、多个水泵(5〇)、控制器和电解液回程管(4〇), 所述空气电池堆(10)包括多个串联的铝空气电池(11);所述电解液箱(2〇)装有电解液 (60),所述电解液箱(20)的水平位置低于所述铝空气电池堆(1〇);所述电解液输出管(30) 连接所述电解液箱(20)和各所述铝空气电池(11);所述水栗(50)设置在所述电解液输出管 (30)上,所述水泵(50)与所述铝空气电池(11) 一一对应,用于将所述电解液箱(20)的电解 液(60)抽到对应的铝空气电池(11)以使所述铝空气电池(11)发电;所述控制器控制所述水 泵(50)的启动和关闭;所述电解液箱(2〇)的电解液(60)依靠重力的作用沿所述电解液回程 管(40)回流到所述电解液箱(20);所述铝空气电池(11)与所述电机控制器(200)电连接,并 通过所述电机控制器(200)为所述驱动电机(300)和所述低压储电池(400)供电;所述铝空 气电池系统(100)的控制器为所述整车控制器;所述车身后半部分(lb)具有后备箱,所述铝 空气电池堆(10)及所述水栗(50)放置在所述后备箱位置,所述电解液箱(20)固定在所述后 备箱下的车身底部,所述电解液回程管(40)与所述铝空气电池(11)底部的出液口(14)连 接。
2.如权利要求1所述的电动汽车,其特征在于:所述电解液箱(20)内设有过滤器(70), 所述过滤器(70)位于所述电解液箱(20)中部偏下的位置。
3.如权利要求2所述的电动汽车,其特征在于:所述过滤器(70)为过滤栗,所述控制器 控制所述过滤栗的启动和关闭。
4. 如权利要求1所述的电动汽车,其特征在于:所述电解液箱(20)顶部设有氢传感器 (23)和排氢扇(24),所述控制器通过所述氢传感器(23)采集所述电解液箱(20)内的氢浓度 (0 ;当氢浓度(0高于浓度预设高值(Cmax)时,所述控制器启动所述排氢扇(24);当氢浓度 (0低于浓度预设低值(Cinin)时,所述控制器关闭所述排氢扇(24)。
5. 如权利要求1所述的电动汽车,其特征在于:所述电解液回程管(40)包括直回支路 (45)和散热支路(46),所述直回支路(45)设有回流直通阀(4f52),所述散热支路(46)设有散 热直通阀(462)和散热器(464),所述控制器控制所述回流直通阀(452)和所述散热直通阀 (462)的打开和闭合。
6. 如权利要求5所述的电动汽车,其特征在于:所述电解液箱(20)设有温度传感器(25 ),所述控制器通过所述温度传感器(25 )采集所述电解液箱(2〇)内的电解液温度(T);当所 述电解液温度(T)高于温度预设高值(Tmax)时,所述控制器打开散热直通阀(462),关闭所 述回流直通阀(452);当所述电解液温度(T)低于温度预设低值(Tmin)时,所述控制器打开 所述回流直通阀(452),关闭所述散热直通阀(462)。
7. 如权利要求6所述的电动汽车,其特征在于:所述散热器(464)还配设有排气扇 (466),所述控制器控制所述排气扇(466)的启动和关闭,所述控制器打开所述散热直通阀 (462)的同时启动所述排气扇(466)。
8. 如权利要求1所述的电动汽车,其特征在于:每一错空气电池(11)都设有进气风扇 (12),所述控制器控制所述进气风扇(12)的启动和关闭。
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