CN104966859A - 一种能够休眠储存和实时触发的电源系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种能够休眠储存和实时触发的电源系统，与现有技术相比解决了电源系统无法长期储存和实时触发的缺陷。本发明的金属电极从单体外壳内引出正极，空气电极从单体外壳内引出负极；电池引管一端接在支水管道上，电池引管另一端接有渗漏管且渗漏管穿过单体外壳插在氢氧化钾凝固干粉内，支水管道上位于支水管道的进水口处安装有电磁阀，电磁阀的控制端与控制单元的控制信号输出端相连。本发明能够长期安全储存，并且储存期间几乎无损耗，在需要使用时，能够利用水箱在控制单元的控制下实时激活电源，输出电能。

Description

一种能够休眠储存和实时触发的电源系统

技术领域

本发明涉及电源技术领域，具体来说是一种能够休眠储存和实时触发的电源系统。

背景技术

现有的供电电源所能储存时间和使用时间都较短，不能大批量储备，也不能长时间提供稳定的电能。而在许多特殊领域和场所，如井下、山林等，在遇到突发情况时经常出现无电源供应，由此带来一系列问题。电源系统无法长期储存并应用的技术难点在于无法避免电源电量的损耗，保持稳定电量，即使电源系统无负荷存放，也会出现一定程度的放电现象，一段时间后电量耗尽，无法在需要的时候投入使用，这样就满足不了很多需要紧急供电和大规模使用的电源领域。特别是在无法抗拒的天灾，比如地震、台风等，这时灾区的供电系统往往会受到严重的破坏，而供电系统的重新建立又需要耗费很多时间。

如何开发出一种能够长时间储存的电源系统已经成为急需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中电源系统无法长期储存和实时触发的缺陷，提供一种能够休眠储存和实时触发的电源系统来解决上述问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种能够休眠储存和实时触发的电源系统，包括出水管道系统、水箱和控制单元，出水管道系统包括接在水箱上的主水管道，主水管道上接有支水管道，传感器的信号输出端与控制单元的触发信号输入端相连，

还包括电堆组件，电池单体和支水管道固定安装在电堆组件内，电池单体包括单体外壳、电池引管、空气电极、金属电极和氢氧化钾凝固干粉，单体外壳内从上至下依次安装有金属电极、氢氧化钾凝固干粉和空气电极且金属电极与氢氧化钾凝固干粉的上表面相接触、空气电极与氢氧化钾凝固干粉的下表面相接触，金属电极从单体外壳内引出正极，空气电极从单体外壳内引出负极；

电池引管一端接在支水管道上，电池引管另一端接有渗漏管且渗漏管穿过单体外壳插在氢氧化钾凝固干粉内，支水管道上位于支水管道的进水口处安装有电磁阀，电磁阀的控制端与控制单元的控制信号输出端相连。

还包括二次电池，二次电池与控制单元的电源端相连，电池单体的正极与二次电池的正极相连，电池单体的负极与二次电池的负极相连。

所述的电池单体的数量为若干个，相邻的电池单体之间串联连接。

所述的水箱的出水口处安装有过滤器，水箱内存储有水。

所述的水箱上部开有排气防污口。

所述的水箱位于地下，水箱的上部与土层相通。

所述的水箱位于地下，水箱的上部与土渗透过滤层相通。

有益效果

本发明的一种能够休眠储存和实时触发的电源系统，与现有技术相比能够长期安全储存，并且储存期间几乎无损耗，在需要使用时，能够利用水箱在控制单元的控制下实时激活电源，输出电能。电池电堆在没有被激活前可以储存数年，电堆被激活后就能作为供电电源正常使用；能根据负载对电源的需求，分时独立启动电池电堆；可根据需要组合不同容量的电池单元，从而满足不同的需求，以实现长时间供电的目的。

附图说明                      

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中电堆组件的结构示意图；

图3为本发明中电池单体的结构示意图；

图4为本发明中水箱第一种实施方式的结构示意图；

图5为本发明中水箱第二种实施方式的结构示意图；

图6为本发明中水箱第三种实施方式的结构示意图；

其中，1-控制箱、2-水箱、3-水管道系统、4-电堆组件、5-负载单元、11-二次电池、12-控制单元、13-传感器、21-土层、22-过滤器、23-水、24-水渗漏过滤层、25-出水口、26-排气防污口、31-主水管道、32-电磁阀、33-控制端、34-支水管道、35-电池引管、41-电池单体、410-单体外壳、411-金属电极、412-渗漏管、413-空气电极、414-氢氧化钾凝固干粉。

具体实施方式

为使对本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，用以较佳的实施例及附图配合详细的说明，说明如下：

如图1所示，本发明所述的一种能够休眠储存和实时触发的电源系统，包括出水管道系统3、水箱2和控制单元12，水箱2用于在电源系统需要使用时，激活系统的电能，让电源系统开始工作，控制单元12用于调节整体电源系统的对外放电状态。出水管道系统3包括接在水箱2上的主水管道31，主水管道31上接有支水管道34，水箱2内的水通过主水管道31进入支水管道34。传感器13用于触发控制单元12，传感器13的信号输出端与控制单元12的触发信号输入端相连。传感器13在实际应用中，可以为多种类型传感器，如地震传感器、井下安全传感器等。传感器13利用现有技术的方式对控制单元12发出激活电源系统的控制命令，控制单元12再利用现有技术的方式对电磁阀32进行控制，从而决定激活哪一组电源系统。控制单元12安装在控制箱1中，传感器13根据需要也可以安装在控制箱1中。

电堆组件4为电源组件，其上接有负载单元5。如图2所示，电池单体41和支水管道34固定安装在电堆组件4内，即主水管道31为电堆组件4外的水路传输，支水管道34为电堆组件4内的水路传输。电堆组件4的数量可以依据实际需要来进行设计，可以为多个，一般情况下，电堆组件4的总体上可以设计为10组12伏50安时、3组12伏100安时和1组12伏500安时的电池单元组成。在实际应用中，可以先激活一组12伏100安时的电池单元，当电池组电能消耗速度过快时，开始启动12伏500安时的电池单元；当电池组电能消耗过慢时，开始启动12伏50安时的电池单元，以起到节省电源、不浪费、高效使用的目的。

如图3所示，电池单体41包括单体外壳410、电池引管35、空气电极413、金属电极411和氢氧化钾凝固干粉414，同理，电池单体41在电堆组件4也可以为多个，其根据安时的需要设计数量即可，而将相邻的电池单体41之间依次串联，则形成一个大安时的电源。电池单体41在此可以设计为锌空气燃料单体电池、也可以为铝空气燃料单体电池，其均可以通过在氢氧化钾凝固干粉414或氢氧化纳凝固干粉中加入水使其激活。同理，也可以设计在电池单体41中不含氢氧化钾凝固干粉414，只是干粉成份，这时也只需要将水替换成氢氧化钾溶液，同样可以起到相应作用。而在未激活之前，氢氧化钾凝固干粉414或氢氧化纳凝固干粉则均处于稳定状态，能够储备数年而不影响其性能。

单体外壳410内从上至下依次安装有金属电极411、氢氧化钾凝固干粉414和空气电极413且金属电极411与氢氧化钾凝固干粉414的上表面相接触、空气电极413与氢氧化钾凝固干粉414的下表面相接触。待氢氧化钾凝固干粉414加入水激活后，金属电极411与氢氧化钾凝固干粉414的上表面相接触相当于正极，空气电极413与氢氧化钾凝固干粉414的下表面相接触相当于负极。金属电极411、氢氧化钾凝固干粉414和空气电极413按现有技术的方式安装在单体外壳410内，如专利号为201410668381、名称为一种靠压力连接单电池的电池组结构的专利申请文件；再如专利号为201410410077、名称为一种可拆装式锌空气电池的专利申请文件，即将单体外壳410上部与金属电极411相接触的部分设计成塑料结构、下部与空气电极413相接触的部分设计成金属结构，在金属电极411上安装金属卡爪穿过单体外壳410上部（塑料结构）。当多个电池单体41相互串联时，可以将多个电池单体41依次堆叠，第一个单体外壳410的下部（金属结构）直接垛在第二个单体外壳410的上部（塑料结构），并与金属电极411上安装的金属卡爪相接触，形成第一个单体外壳410的负极与第二个单体外壳410的正极相连；同理，第二个单体外壳410的下部（金属结构）同样直接垛在第三个单体外壳410的上部（塑料结构），形成第二个单体外壳410的负极与第三个单体外壳410的正极相连，从而形成串联结构。金属电极411为正极，从单体外壳410内引出正极，空气电极413为负极，空气电极413从单体外壳410内引出负极，形成电池单体41的正极和负极。

电池引管35一端接在支水管道34上，电池引管35的另一端接有渗漏管412，电池引管35将支水管道34的水引至渗漏管412，渗漏管412为带有很多微孔的管道，具有渗透作用。渗漏管412穿过单体外壳410插在氢氧化钾凝固干粉414内，当水到达渗漏管412时，从渗漏管412往氢氧化钾凝固干粉414中混合，从而激活电源。其中，氢氧化钾凝固干粉414的具体重量和渗漏管412中出水量根据具体的规格配比设计即可，如氢氧化钾凝固干粉414可以为60克，注液量可以为120-140毫升，液体通过渗漏管412流入单体电池，溶解氢氧化钾凝固干粉414，形成30%-33%浓度的电解液，从而完成激活，电源系统可以输出电能。

支水管道34上位于支水管道34的进水口处安装有电磁阀32，电磁阀32可以控制主水管道31往支水管道34上的进水。电磁阀32的控制端33与控制单元12的控制信号输出端相连，通过控制单元12即可以控制电磁阀32的通断，从而控制渗漏管412的进水、控制电源系统的激活。控制单元12可以按现有技术方式进行控制设计，根据流量计算出电磁阀32的通路时间，即根据支水管道34的流量计算出打开电磁阀32多少时间后，可以在电池单体41内形成30%-33%浓度的电解液，根据具体情况完成控制单元12的控制设计即可。

为了保证控制单元12的工作，还可以包括安装在控制箱1内的二次电池11，二次电池11为可重复充电电池。二次电池11与控制单元12的电源端相连，为控制单元12进行电源供电。电池单体41的正极与二次电池11的正极相连，电池单体41的负极与二次电池1的负极相连，激活电池单体41后，可以通过电池单体41给二次电池11充电，保证控制单元12的电源供应。电源系统在供电状态下，二次电池11的储能状态为充满电的状态，当电源系统没有对负载单元5进行供电长时间处于休眠状态下，二次电池11的储能由于其自身的自放电其储存电能慢慢减少，当能量减少到最低阀值时，控制单元12启动燃料电池电堆为其充电，充电完成系统又进入休眠状态。

如图4所示，由于在此已采用氢氧化钾凝固干粉414的设计，因此水箱2内存储水23即可。水箱2的出水口25处可以安装过滤器22，对水23进行净化过滤。在水箱2上部开有排气防污口26，保证水箱2的内部清洁。如图5所示，水箱2还可以设计于地下，其上部同样安装一个过滤器22，此过滤器22可以为石棉网，水箱2的上部与土层21相通，利用土层21的地下水补充进水箱2中。如图6所示，水箱2还可以利用渗透水进行补充，即水箱2的上部与土渗透过滤层24相通，同样水箱2上部安装过滤器22，利用地下渗透水进行水箱2的补充。

在实际应用中，当处于休眠储存状态时，单体电池41内的氢氧化钾凝固干粉414处于稳定状态，没有被激活，可以储备数年而不影响其性能。当传感器13采集到信号（例如地震监测系统的地震波传感器、大气环境监测系统的二氧化硫传感器、森林防火系统的火焰温度传感器等），传感器监测值超过设定阀值时，需要激活电源系统时，传感器13给控制单元12一个控制命令，控制单元12根据预先设定，打开某一个电堆组件4中的电磁阀32。水箱2内的水23经过主水管道31，进入支水管道34，再进入渗漏管412，水进入氢氧化钾凝固干粉414，氢氧化钾凝固干粉414形成电解质，被成功激活。通过空气电极413和金属电极411给负载单元5进行供电，输出电能。

在应用中，一个电堆组件4在工作过程中，由于电能的消耗和自身的自放电其输出电压和输出功率逐渐下降。当目前工作的电堆输出电压或输出功率下降到一定值时，控制单元12再输出一个开启信号给下一个电堆组件4的电磁阀32，启动下一个电堆开始工作。

如图1所示，本发明的电源系统由N个电堆组件4组成，设计上使每一个电堆组件4的额定功率满足负荷单元的需求，因此，一个电堆组件4的投入即满足了负荷的用电需求。燃料电池储能大，一个电池电堆能满足负荷较长时间的用电需求。当一个电堆连续供电其电能消耗到一定值后，功率开始下降，控制单元12自动启动下一个电堆组件4接力工作。由于上一个电堆组件4仍有一定的能量，该电堆组件4通过其输出二极管与新投入的电堆组件4可以并联对外输出电能，提高电堆的能量利用率。如果电池的使用针对几个特定功能，当这几个特定功能事件消失一定时间后，本发明的电源系统还可以设计自动进入休眠状态。控制单元12还可以设置自动定时唤醒，检查二次电池11状态，当二次电池11馈电，控制单元12启动电堆组件4给二次电池11充电，充电完成后系统又自动进入休眠状态；通过休眠、分时投入及对触发事件的管理，使电池系统延长使用时间。

针对不同情况需要的电源系统容量不同，比如野外露营时灯泡的照明供电和社区的供电。本发明的电源系统还可根据不同的需求自由组合电源容量。每个电源系统由数个电堆组件4组成，我们可根据需求大小，调节电堆组件4的大小和数量。比如所需电量较小时，我们可用20组12伏50安时的电堆组件4组成电源系统；所需电量较大时，我们可用10组12伏50安时，3组12伏100安时和1组12伏500安时的电堆组件4组成电源系统。这样，我们就满足了各种用电需求。在电源系统供电的不同阶段，用电情况也可能会有变化，比如社区的用电量在一天的不同时段是有很大差异的。

本发明的电源系统还可以根据输出电量的变化只能调节本身的放电状态。比如10组12伏50安时，3组12伏100安时和1组12伏500安时的电池单元组成的电源系统，在用电量大的时候会启动500安时的电池单元，其余单元休眠；在用电量小的时候会启动100安时或者50安时的电池单元，其余单元休眠。这样既满足了不同情况下的用电需求，有达到了节能的目的，使系统供电时间更长。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (7)

1.一种能够休眠储存和实时触发的电源系统，包括出水管道系统（3）、水箱（2）和控制单元（12），出水管道系统（3）包括接在水箱（2）上的主水管道（31），主水管道（31）上接有支水管道（34），传感器（13）的信号输出端与控制单元（12）的触发信号输入端相连，其特征在于：

还包括电堆组件（4），电池单体（41）和支水管道（34）固定安装在电堆组件（4）内，电池单体（41）包括单体外壳（410）、电池引管（35）、空气电极（413）、金属电极（411）和氢氧化钾凝固干粉（414），单体外壳（410）内从上至下依次安装有金属电极（411）、氢氧化钾凝固干粉（414）和空气电极（413）且金属电极（411）与氢氧化钾凝固干粉（414）的上表面相接触、空气电极（413）与氢氧化钾凝固干粉（414）的下表面相接触，金属电极（411）从单体外壳（410）内引出正极，空气电极（413）从单体外壳（410）内引出负极；

电池引管（35）一端接在支水管道（34）上，电池引管（35）另一端接有渗漏管（412）且渗漏管（412）穿过单体外壳（410）插在氢氧化钾凝固干粉（414）内，支水管道（34）上位于支水管道（34）的进水口处安装有电磁阀（32），电磁阀（32）的控制端（33）与控制单元（12）的控制信号输出端相连。

2.根据权利要求1所述的一种能够休眠储存和实时触发的电源系统，其特征在于：还包括二次电池（11），二次电池（11）与控制单元（12）的电源端相连，电池单体（41）的正极与二次电池（11）的正极相连，电池单体（41）的负极与二次电池（11）的负极相连。

3.根据权利要求1所述的一种能够休眠储存和实时触发的电源系统，其特征在于：所述的电池单体（41）的数量为若干个，相邻的电池单体（41）之间串联连接。

4.根据权利要求1所述的一种能够休眠储存和实时触发的电源系统，其特征在于：所述的水箱（2）的出水口（25）处安装有过滤器（22），水箱（2）内存储有水（23）。

5.根据权利要求4所述的一种能够休眠储存和实时触发的电源系统，其特征在于：所述的水箱（2）上部开有排气防污口（26）。

6.根据权利要求4所述的一种能够休眠储存和实时触发的电源系统，其特征在于：所述的水箱（2）位于地下，水箱（2）的上部与土层（21）相通。

7.根据权利要求4所述的一种能够休眠储存和实时触发的电源系统，其特征在于：所述的水箱（2）位于地下，水箱（2）的上部与土渗透过滤层（24）相通。