CN105958159B - 一种柱式单体电池锌空电池组 - Google Patents

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姜钊
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Abstract

本发明公开了一种柱式单体电池锌空电池组，包括顶板、单体电池和栅板；所述单体电池包括反应柱、连接件、极片、底座、电解液流通口、锌极棒、接线柱和顶盖。单体电池结构稳固，实现电池组模块化设计，即可以使每一组单体电池都自成一体，使电池组在维修、更换及拆卸上更加便捷；并且可以根据实际应用的需要随时调整电池组中单体电池的数量。单体电池之间底座通过连接管连通，使得电解液连通，便于电池组电解液整体循环及更换，不仅改善了电池组在使用过程中每个单体电池因反应环境的不同而造成的比能量输出不均的缺陷，并且调节了电池组在工作过程中电解液溶质流失、电池组反应发热等不良因素对电池组产能的影响。

Description

一种柱式单体电池锌空电池组
技术领域
本发明属于电池组装领域，具体为一种柱式单体电池锌空电池组。
背景技术
随着人们对环境保护意识的不断提高及能源的要求，带动了电动汽车及电动汽车所用能源的发展。而作为电动汽车动力源的电池组，成为限制电动汽车产业发展的关键因素。现阶段广泛应用在电动汽车上的电池组以锂电池为主，但为了提高电动汽车在一次充电后的续航里程，目前提出研究集中于金属-气体电池上，如铝空电池，锌空电池等。其中，锌空电池在所有已知燃料电池种类当中具有最高的理论能量容值，并以其输出电压和电流平稳、重量轻、无污染和价格低等优势成为取代其他动力驱动的新一代能源。
所有金属-气体电池组都由多个单体电池组成，其中每个单体电池都具有一个供气体扩散的阴极和一个金属阳极，并具有一定量的碱性电解液。当单体电池工作时，阴阳极之间产生电动势，通过在阴阳极上嵌入集流体，可以使电能聚合导出。当多个单体电池外部串联，就可以使多个单体电池所产生的电动势叠加以供使用。这样的工作原理就使得电池组在使用过程中必须周期性的“充电”。现有的金属-气体电池充电方法主要有两种，一是直接充电，即利用现有电网向电池组输入电流，使电池内部发生氧化还原逆反应；二是机械充电，即更换金属阳极。相比之下，直接充电的电池组重量、体积较大，比能量较低，结构复杂；而机械充电的方法在理论、结构以及后期电池组维护操作上都具有相当的便捷性。
现有的电池组结构广泛采用的是一体化设计，对于电池组的局部工作失效没有一个切实的解决方案。并且在一些特殊场合，需要调整电池组中单体电池的数量，一体化设计不能适应。再有，在单体电池之间的机械连接和接线方面并没有体现模块化设计的优势。因此，如何设计一种锌空电池组，使电池组能够体现模块化设计的优势，优化单体电池之间的机械连接结构和接线方式，解决现有电比功率不足的问题，成为亟待解决的问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种柱式单体电池锌空电池组。该电池组实现了整体模块化，并优化单体电池之间的连接结构和接线方式。电池组整体达到易于拆卸，便于更换其中任意单体电池的效果，并且可以根据实际应用的需要随时调整电池组中单体电池的数量。
本发明解决所述技术问题的技术方案是，提供一种柱式单体电池锌空电池组，其特征在于该电池组包括顶板、单体电池和栅板；所述单体电池包括反应柱、连接件、极片、底座、电解液流通口、锌极棒、接线柱和顶盖；
所述栅板一端与顶板连接，另一端与底座连接，栅板沿整个电池组的四周分布；所述顶板具有顶板孔，顶盖外表面上部适配于顶板孔内；所述接线柱的截面为倒T型结构，顶盖中间开孔，接线柱嵌入到顶盖的开孔之中，上端伸出顶盖；所述锌极棒的上端安装于顶盖内部，锌极棒的上端与接线柱的下端接触；所述反应柱为中空结构，反应柱表面具有通孔，顶盖外表面的下部与反应柱内表面的上端密封连接；锌极棒外表面与反应柱内壁存在缝隙；所述反应柱的下部与底座连接；所述底座的外表面安装有可拆卸的连接件，连接件的前端安装有可导电的极片；所述极片通过导线或者导电片与反应柱连接；所述底座的侧面具有电解液流通口；相邻单元电池之间的电解液流通口连通。
与现有技术相比，本发明有益效果在于：
(1)本发明所使用的柱式单体电池结构稳固，实现电池组模块化设计，即可以使每一组单体电池都自成一体，使电池组在维修、更换及拆卸上更加便捷；并且可以根据实际应用的需要随时调整电池组中单体电池的数量。
(2)单体电池之间底座通过连接管连通，使得电解液连通，便于电池组电解液整体循环及更换，不仅改善了电池组在使用过程中每个单体电池因反应环境的不同而造成的比能量输出不均的缺陷，并且调节了电池组在工作过程中电解液溶质流失、电池组反应发热等不良因素对电池组产能的影响；电解液循环有利于带出反应废料，增加反应效率，保持电解液活性，减少电解液失效。
(3)连接件上加入极片设计，改善了电池组在安装后期的接线效果。
(4)栅板的栅格式设计使空气阴极与外界空气有最大的接触面积，增加反应效率，规避以往设计中进气不足的缺陷；并且可以通过调节栅板的闭合或者调节电池组反应柱内的电解液高低，从而达到控制电池组启停的效果。
附图说明
图1是本发明柱式单体电池锌空电池组一种实施例的整体轴测示意图；
图2是本发明柱式单体电池锌空电池组一种实施例的顶板轴测示意图；
图3是本发明柱式单体电池锌空电池组一种实施例的单体电池轴测示意图；
图4是本发明柱式单体电池锌空电池组一种实施例的单体电池的局部轴测示意图；
图5是本发明柱式单体电池锌空电池组沿图4轴向的局部剖视图；(图中：1、顶板；2、单体电池；3、栅板；11、顶板孔；21、反应柱；22、连接件；23、极片；24、底座；25、电解液流通口；26、锌极棒；27、接线柱；28、顶盖；)
具体实施方式
下面给出本发明的具体实施例。具体实施例仅用于进一步详细说明本发明，不限制本申请权利要求的保护范围。
本发明提供了一种柱式单体电池锌空电池组(参见图1-5，简称电池组)，包括顶板1、单体电池2和栅板3；所述单体电池2包括反应柱21、连接件22、极片23、底座24、电解液流通口25、锌极棒26、接线柱27和顶盖28；
所述栅板3一端与顶板1连接，另一端与底座24连接，栅板3沿整个电池组的四周分布，作用是控制电池组外部空气进入反应柱21以及固定顶盖28的程度；所述顶板1具有顶板孔11，顶盖28外表面上部适配于顶板孔11内，实现顶板1和单体电池2的连接，保证顶盖28和反应柱21的相对位置；所述顶板孔11的数量与单体电池2的数量相同；所述接线柱27的截面为倒T型结构，顶盖28中间开孔，接线柱27嵌入到顶盖28的开孔之中，上端伸出顶盖28；所述锌极棒26的上端安装于顶盖28内部，锌极棒26上端与接线柱27的下端接触，使产生的电势导出至接线柱27；所述反应柱21为中空结构，同时反应柱21表面具有通孔用于外界空气的流入，顶盖28外表面下部与反应柱21内表面上端密封连接；锌极棒26外表面与反应柱21内壁存在缝隙，使电池组在注入电解液后，电解液充斥于缝隙之间，实现反应柱21内的电化学反应；反应柱21的下部与底座24连接；所述底座24外表面安装有可拆卸的连接件22，连接件22用于单体电池2之间的连接，连接件22的前端安装有可导电的极片23；极片23通过导线或者导电片与反应柱21连接，将反应柱21空气阴极的电势导出；所述底座24的侧面具有电解液流通口25，电解液由底座24上的电解液流通口25导入，并随着电解液导入量的增多在反应柱21内形成电解液柱；相邻单元电池2之间的电解液流通口25通过连接管连通，使每个单体电池的底座24内的电解液联通。
本发明柱式单体电池锌空电池组的工作原理和工作流程是：
安装方式：在电池组工作之前，应根据使用要求以及单体电池间的串并联形式确定单体电池个数，并在单体电池上安装连接件22和极片23。再将相应数量的接线柱27安装于顶盖28内，之后将锌极棒26与顶盖28配合，使锌极棒26顶端与接线柱27下端相接触。反应柱21和顶盖28经过密封处理后安装成一体。最后安装单体电池之间的连接管、顶板1和栅板3，组成电池组。
工作流程：在电池组开始工作时，先由通过电解液流通口25将电解液从电池组外部导入底座24中。电解液首先注满电池组内每个单体电池的底座24，之后随着导入的电解液增多，电解液液面在反应柱21内升高，电池组随即开始工作。电池组内反应所产生的电动势由极片23和接线柱27引出至电池组外侧以供使用。
本发明在使用过程中控制电池组反应程度的方式有两种，一是控制栅板3栅格的大小，从而达到控制反应柱21接触空气的多少来控制电池组的反应程度；二是控制电解液液面在反应柱21中的高低，即控制电解液、锌极棒26和反应柱21中的空气极接触面积的大小，从而达到控制电池组的反应程度。
本发明在使用后期所采用的充电方式为机械充电，而电池组中消耗较大的是锌极棒26，所以机械充电时只需在拆卸顶盖28后，更换锌极棒26，再将顶盖28与反应柱21密封安装。
本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims (1)

1.一种柱式单体电池锌空电池组，其特征在于该电池组包括顶板、单体电池和栅板；所述单体电池包括反应柱、连接件、极片、底座、电解液流通口、锌极棒、接线柱和顶盖；
所述栅板一端与顶板连接，另一端与底座连接，栅板沿整个电池组的四周分布；所述顶板具有顶板孔，顶盖外表面上部适配于顶板孔内；所述接线柱的截面为倒T型结构，顶盖中间开孔，接线柱嵌入到顶盖的开孔之中，上端伸出顶盖；所述锌极棒的上端安装于顶盖内部，锌极棒的上端与接线柱的下端接触；所述反应柱为中空结构，反应柱表面具有通孔，顶盖外表面的下部与反应柱内表面的上端密封连接；锌极棒外表面与反应柱内壁存在缝隙；所述反应柱的下部与底座连接；所述底座的外表面安装有可拆卸的连接件，连接件用于单体电池之间的连接，连接件的前端安装有可导电的极片；所述极片通过导线或者导电片与反应柱连接；所述底座的侧面具有电解液流通口；相邻单元电池之间的电解液流通口连通。
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