CN105762440A - 一种金属/空气电池系统 - Google Patents
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Abstract
一种金属/空气电池系统，包括置于密闭容器内的金属/空气电池堆、进气口和出气口；所述进气口用于为金属/空气电池堆提供空气；所述出气口用于排出金属/空气电池堆中未反应的气体；所述出气口具有可以调节的挡风板，用于调节所述出气口的气体排出量。该方法通过在金属/空气电池系统出风口设置可调节的挡板，控制金属/空气电池系统在不同温度下出风口的开度，从而根据环境温度的变化选择适宜模式保证电池内部温度的稳定，从而实现电池系统在低温条件下的正常稳定输出和大容量工作。与现有技术相比，本发明所述金属/空气电池系统具有结构紧凑、使用简单等优点、在低温条件下的金属/空气电池系统放电容量与常温下非常接近。
Description
技术领域
本发明涉及金属/空气电池，具体的说是金属/空气电池在低温环境下的工作方法。
背景技术
金属/空气电池是一种采用镁、铝、锌等金属或合金作为阳极燃料，空气中氧气作为氧化剂，碱性或中性溶液作为电解质的电化学反应装置。我国镁、铝、锌等金属储量丰富、相关行业面临产业结构调整的迫切需求，发展金属/空气电池具有很大潜力。金属/空气电池具有理论能量密度高、安全性好、反应物和产物无污染、工作安静、金属燃料储存、运输、携带方便且干态贮存性好等特点，在野外通讯照明电源、电动车辆电源和大规模储能电源等诸多领域具有广阔的应用前景。
然而，金属/空气电池在实际应用过程中仍存在一些问题。特别地，低温条件下电池系统启动性能差、容量低成为严重影响其适用性。
提高金属/空气电池的低温放电性能，首先要实现其在低温条件下的正常启动。要实现电池的低温启动需对电池进行加热提高内部的温度。专利ZL93232961.6和201210352888.6等提出在电池外部加装电热器，通过电池自身给加热器供电产生热量以加热电池的方法。然而，该方法使电池结构更复杂，同时存在能量利用率低的问题。US8071240-B2提出电池外部加装反应物储存腔，当反应物与空气或水接触反应时放热，从而加热电池的方法。但此方法增加了单体电池结构的复杂性，且由于电池系统的紧凑性，此方法无法在电池系统安装实施。申请号为201310694297.1的专利中已通过利用电池所用电解质在配制过程中的化学溶解热成功实现了电池低温启动。然而，提高金属/空气电池的低温条件下放电的稳定性仍是一个亟待解决的问题。专利CN102324595A中提出将电池放电产生的带有热量的尾气进行回收以加热进口空气的结构。该结构在电池外部采用了电磁阀、气泵等部件实现上述过程，电池系统体积大、结构复杂，且仍存在电池热量利用率的问题，难以满足金属/空气电池结构紧凑、操作简单、可靠性高的实际需求。
发明内容
本发明针对现有金属/空气电池低温稳定性差的问题，提出一种电池低温工作方法。
为实现上述发明目的，本发明采用以下具体方案来实现：
一种金属/空气电池系统，包括置于密闭容器内的金属/空气电池堆、于密闭容器的壁面上设有进气口和出气口；所述进气口用于为金属/空气电池堆提供空气；所述出气口用于排出金属/空气电池堆中未反应的气体；所述出气口具有可以调节的挡风板，用于调节挡风板所处位置的气体排出量。
以垂直于气体通过出气口时流动方向的挡风板所在位置的截面面积为出气口的有效面积，通过改变挡风板与其所在位置处气体流动方向的角度，进而调整此处的有效面积，用于调节挡风板所处位置的气体排出量。
所述出气口的有效面积可以在挡风板将出气口完全密闭的零至挡风板与其所在位置处气体流动方向平行的最大有效面积之间调节。
所述出气口的有效面积随系统运行温度的降低而减小。
对于金属/空气电池系统而言，系统中反应放出的热量会随着未反应气体的排出而排出系统外，避免系统温度过高。然而，系统在低温启动或运行时，由于环境温度过低而造成系统温度过低进而导致氧还原反应效率过低、系统放电性能差、稳定性差。因而，本发明的核心思想即通过减小金属/空气电池系统出气口的有效面积控制进而降低气体排出量并进一步减少系统中热量的排出，从而保持系统工作温度稳定以及系统的发电性能和性能的稳定性。
所述挡风板可为百叶窗式结构、固定式同轴对称双百叶窗结构、径向伸缩式或双层投影式旋转结构、卷帘式结构中的一种。
所述出气口的有效面积通过机械调节或通过温度控制器控制挡风板的运动自动调节。
所述有效面积通过机械调节时，所述金属/空气电池系统具有与所述挡风板机械连接的旋钮，用于控制所述挡风板的开启大小。
所述有效面积通过温度控制器控制挡风板的运动自动调节时，所述金属/空气电池系统还包括温度传感器、微型电机和温度控制器；所述温度控制器与所述温度传感器和所述挡风板信号连接，用于控制所述挡风板的开启动作，以及挡风板的停留位置，从而控制出气口的有效面积的大小。
该方法通过在金属/空气电池系统出风口设置可调节的挡板，控制金属/空气电池系统在不同温度下出风口的开度即出气口的有效面积，从而根据环境温度的变化选择适宜模式保证电池内部温度的稳定，从而实现电池系统在低温条件下的正常稳定输出和大容量工作。
与现有技术相比，本发明所述金属/空气电池系统具有以下优点：
(1)结构紧凑：用于低温工作的结构部件几乎不增加电池的重量和体积；
(2)使用简单：对于自动控制的挡风板，挡风板的开度可自动调节，对于机械控制的挡风板，只需根据环境温度的变化选择开度即可控制电池内部温度；
(3)效果显著：使用该方法的电池在低温条件下的放电容量与常温下非常接近。
附图说明
图1为实施例1所述锌/空气电池系统进风口和出风口结构透视图；
1-固定件；2-百叶窗叶片；3-出风口
图2为实施例1所述锌/空气电池系统挡风板全开结构侧视图；
图3为实施例1所述锌/空气电池系统挡风板全闭侧视图；
图4为实施例1所述锌/空气电池系统-25℃下电池放电性能。
图5为实施例2所述锌/空气电池结构示意图；
图中，4-控制器，5-微型电机，6-带百叶窗式结构的出风口，7-温度传感器，8-进风口，9-锌/空气电池堆。
具体实施方式
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种金属/空气电池低温工作方法，通过改变电池空气侧出风口开孔率，实现电池低温条件下内部温度的有效控制，具体实施方式如下：
实施例1：
所述金属/空气电池系统为锌/空气电池系统，电池系统的电堆由24节电池串联组成。电池系统具有两对相对设置的进风口和出风口。进风口和出风口为固定式同轴对称双百叶窗结构，每对进风口和出风口均为大小相同的同轴圆形孔，进风口与出风口相对设置，进风口与出风口孔内壁均设置有百叶窗叶片，且叶片间相互平行间距相等；进风口位置固定不可调节，出风口的圆形孔外壁连同其内壁面的百叶窗叶片可同时以进风口和出风口间的轴为中心旋转，出风口设置有5个不同的档位，每相邻两个档位间的角度为45度，如图1所示，锌空气电池系统可通过对出风口档位的调节，实现出风口出风量的调节，进而实现电池低温条件下内部温度的有效控制。
当电池系统在25℃左右工作时，出风口设置在档位1时，此时进风口百叶窗叶片与出风口百叶窗叶片平行，如图2所示，进风口的全部风量均可通过出风口，电池系统反应的热量被排出电池系统外；当电池系统在-25℃或更低温度下工作时，出风口设置在档位5，此时出风口百叶窗叶片与进风口百叶窗叶片交叉镜像设置，如图3所示，即进风口的风量几乎不能够通过出风口排出，电池系统反应的热量被维持在电池系统内以提高系统反应效率，维持电池系统高效正常运行。上述锌/空气电池系统以额定功率350W、最大功率450W放电时，结果表明电池放电容量为常温时放电容量的95％，如图4所示。
实施例2：
所述金属/空气电池系统为锌/空气电池，如图5所示。该电池系统电池堆1由24节电池串联组成，进风口2一侧设置有温度传感器3，且为全开结构，出风口5一侧为可调百叶窗式结构，百叶窗转轴与微型电机6相连。锌/空气电池系统在不同温度环境下工作时，由温度传感器3采集环境温度信息，并通过控制器4自动调节出风口5的开合大小。
Claims (8)
1.一种金属/空气电池系统，其特征在于：包括置于密闭容器内的金属/空气电池堆、于密闭容器的壁面上设有进气口和出气口；所述进气口用于为金属/空气电池堆提供空气；所述出气口用于排出金属/空气电池堆中未反应的气体；所述出气口具有可以调节的挡风板，用于调节挡风板所处位置的气体排出量。
2.如权利要求1所述金属/空气电池系统，其特征在于：以垂直于气体通过出气口时流动方向的挡风板所在位置的截面面积为出气口的有效面积，通过改变挡风板与其所在位置处气体流动方向的角度，进而调整此处的有效面积，用于调节挡风板所处位置的气体排出量。
3.如权利要求2所述金属/空气电池系统，其特征在于：所述出气口的有效面积可以在挡风板将出气口完全密闭的零至挡风板与其所在位置处气体流动方向平行的最大有效面积之间调节。
4.如权利要求2所述金属/空气电池系统，其特征在于：所述出气口的有效面积随系统运行温度的降低而减小。
5.如权利要求1所述金属/空气电池系统，其特征在于：所述挡风板可为百叶窗式结构、固定式同轴对称双百叶窗结构、径向伸缩式或双层投影式旋转结构、卷帘式结构中的一种。
6.如权利要求2-4任一所述金属/空气电池系统，其特征在于：所述出气口的有效面积通过机械调节或通过温度控制器控制挡风板的运动自动调节。
7.如权利要求6所述金属/空气电池系统，其特征在于：所述有效面积通过机械调节时，所述金属/空气电池系统具有与所述挡风板机械连接的旋钮，用于控制所述挡风板的开启大小。
8.如权利要求6所述金属/空气电池系统，其特征在于：所述有效面积通过温度控制器控制挡风板的运动自动调节时，所述金属/空气电池系统还包括温度传感器、微型电机和温度控制器；
所述温度控制器与所述温度传感器和所述挡风板信号连接，用于控制所述挡风板的开启动作，以及挡风板的停留位置，从而控制出气口的有效面积的大小。
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