CN106898846B - 一种空气流道一体式金属/空气电池组 - Google Patents
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Abstract
一种空气流道一体式金属/空气电池组，包括N节串联连接的单电池，所述N为大于等于2的整数；所述单电池包括一单电池壳体、垂直于单电池壳体底部的金属阳极、置于电池壳体相对两侧且与金属阳极平行的空气阴极和由单电池壳体、金属阳极及空气阴极构成的电解液腔；所述相邻接的单体电池间具有空气流道；所述各空气流道间通过导风板和挡板串联连通或并联连通形成具有一空气进口和一空气出口的一体式空气流道。与现有技术相比，本发明所述金属/空气电池具有以下优点：(1)密闭的一体式空气流道提高系统空气管理效率，降低系统功耗；(2)电池组结构简单，组装时自动形成密闭的一体式空气流道。
Description
技术领域
本发明涉及金属/空气电池组，具体地说是一种空气流道一体式金属/空气电池组。
背景技术
金属/空气电池是一种采用金属(如镁、铝、锌等)为阳极燃料，空气中氧气作为氧化剂，碱液作为电解质溶液的电化学反应装置。我国镁、铝、锌等金属储量丰富且价格低廉，因此金属/空气电池在我国通讯电源、野外应急电源、照明电源及储备电源等可移动电源的诸多领域具有广阔的应用前景。
由于金属/空气电池需消耗空气中的氧气作为氧化剂参加反应，所以电池阴极外侧必须保证氧气含量在反应所需的浓度以上，而单体金属/空气电池的工作电压只有1-1.5V，在遇到有较高额定电压的需求的用电设备时，多需将多个金属/空气单电池串联起来使用，以获得较高的输出电压，为减少电池组体积，串联连接的金属/空气电池的单电池间距一般较小，为1-5mm，多个单池组成的电池组则形成细长孔道，空气自然对流不畅通，严重时会导致电池氧气供应不足，导致电池组的电化学性能下降。
目前金属/空气电池空气管理方式一般为开放式的强制对流，每一个单池的空气流道均需对应有风扇，使得系统级电池组所需风扇数量很大，且开放式结构致使空气在电池内极易形涡流，空气供给效率低。
发明内容
本发明针对上述问题，发明一种金属/空气电池组，实现空气流道为密闭的一体式结构，降低系统功耗，提升空气管理效率。
一种空气流道一体式金属/空气电池组，包括N节的串联连接的单电池，所述N为大于等于2的整数；所述单电池包括一单电池壳体,单电池壳体面内的垂直于单电池壳体底部的金属阳极，置于电池壳体内相对两侧且与金属阳极平行的空气阴极，由单电池壳体、金属阳极及空气阴极构成的电解液腔；从左至右N节的单电池壳体相互平行、间隔设置，所述相邻接的单电池壳体间具有空气流道；
所述N-1个空气流道间依次从左至右串联连通，流过阴极表面，于最左侧的空气流道上设空气进口，于最右侧的空气流道上设空气出口；或，所述N-1个空气流道间前侧和后侧并联连通，于并联联通流道的最左侧设有一空气进口，空气流道右侧设有一空气出口；或，所述N-1个空气流道中的2个以上的前侧和后侧并联连通，形成空气流道组，2个以上的空气流道组与未并联连通的剩余空气流道依次从左至右串联连通，于最左侧的空气流道上设空气进口，于最右侧的空气流道上设空气出口。
从左至右N节的单电池壳体相互平行、依次排布，相邻接的单电池壳体前侧和后侧的底板密闭连接，相邻接的单电池壳体前侧和后侧的顶板密闭连接，底板与顶板分别设有便于导风板接入的插槽，于N节的单电池壳体前侧和后侧分别设有一与单电池壳体顶板及底板密闭连接的导风板，导风板与单电池壳体前侧和后侧均留有间隙，形成并联联通通道，在单电池壳体与导风板件间隔加入隔板，形成串联联通空气流道，所述相邻接的单电池壳体阴极间具有空气流道；
各空气流道通过设置于单电池壳体上的顶板、底板、导风板、隔板、挡板实现串联连通、并联连通或串并混联连通形成具有一空气进口和一空气出口的一体式空气流道，导风板与单电池壳体顶板、底板密闭连接。、
所述电池组与空气进口对应流道的另一端设有挡板1，与空气出口对应流道的另一端设有挡板2.
所述由空气进口进入的空气经N-1个空气流道后由空气出口流出。
所述导风板通过胶粘或卡槽或螺纹紧固与单体电池壳体及顶板、底板密封连接。
所述顶板、底板、导风板、隔板、挡板可分别相互组合为一体式结构，形成一单电池单元；所述未连接成一体的顶板、底板、导风板、隔板、挡板相互之间可通过胶粘或卡槽或螺纹紧固密封连接。
所述单电池壳体、顶板、底板、导风板、隔板、挡板可为ABS塑料、聚氯乙烯PVC、聚乙烯PE、聚苯乙烯PS、尼龙PA、聚甲醛POM，聚砜PSF、聚苯硫醚PPS中的一种。
金属/空气电池组工作时，于所述空气进口通入空气，空气经一体式空气流道供空气电极反应后尾气经空气出口排放至环境中。
在特定使用环境中，可以通过泵通入少量氧气，即可满足电池反应所需，提高电池反应效率，避免了对应用环境的依赖。
与现有技术相比，本发明所述金属/空气电池具有以下优点：
(1)密闭的一体式空气流道提高系统空气管理效率，降低系统功耗；
(2)电池组结构简单，组装时自动形成密闭的一体式空气流道；
附图说明
图1金属/空气电池单电池结构示意图；
图2金属/空气电池电池组结构示意图；
图3金属/空气电池单电池壳体结构示意图；
图4金属/空气电池组空气流道示意图；
图5金属/空气电池单电池壳体结构示意图；
图6金属/空气电池组空气流道示意图图；
图7电池组的放电曲线；
图中，1-单电池壳体，2-空气阴极，3-金属阳极，4-单电池上盖及密封垫，5-集流接触件，6-底板，7-顶板，8-第一挡板,9-第二挡板，10-导风板，11-空气进口，12-空气出口，13-隔板。
具体实施方式
图1所述金属空气电池单电池由单电池壳体1、空气阴极2，金属阳极3、单电池上盖及密封垫4、集流接触件5、顶板7、底板6组成。所述单电池对应的单电池壳体如图3所示，多个单电池串联形成电池组，将导风板10插入顶板与底板形成的插槽中固定，则形成如图2所示空气流道一体式电池组，俯视空气流通示意图如图4所示，在电池组空气进口11对应流道的另一端添加第一挡板8，在空气出口12对应流道的另一端添加第二挡板9，电池组则形成密闭的一体式空气流道，其中一侧为空气进口11，另一侧则自动变为空气出口12。
图5为另一种结构单电池壳体，单电池由单电池壳体1与底板6、顶板7、导风板10、隔板13组合为一体式结构，其中单电池前侧为顶板7、底板6和隔板13组成的一体式结构，后侧为顶板7、底板6和导风板10组成的一体式结构，组成电池组时，单电池依次间隔平行排布，第奇数个单池的前侧与第偶数个单池的后侧在同一平面且互相密闭连接，形成密闭的一体式的空气流道，流道俯视截面图如图6所示，此时电池组形成串联连通通道，为避免一侧过热另一侧过冷，可在空气流道两侧分别安装有离心风机，一侧吸风，一侧排风，并且间断性的改变风向，使两侧电池组散热均匀。
实施例1
电池系统采用24个单电池串联组成，其中单体电池含两片阳极、四片阴极，阳极为自制锌膏，尺寸为160*150*3mm，单体电池阴极尺寸为180*160*2，单池极间距为2mm，电解液为7mol/L的KOH溶液，电池组结构采用图4所示密闭的一体式空气流道，系统采用1个24V的离心风机进行空气强制对流，风扇功率为20W，风量1.34m3/min，即可满足24个单电池阴极侧均有空气流通，电池组内温度则通过循环电解液用换热器进行换热，电池组的放电曲线如图7曲线c所示。
对比例1，采用同样大小的电池组，采用开放式自然对流方式进行空气供给，电池组的放电曲线见图7曲线a，
对比例2，相同电池组，阴极空气流通采用开放式的强制对流散热，空气阴极侧采用8个24V轴流风扇进行空气强制对流，总风量6.5m3/min，系统风扇功耗38W，测试后的放电曲线如图7曲线b所示，可见在满足同样空气供给效果的，空气流道一体式的电池组，系统功耗明显降低，提高了空气管理的效率。
Claims (6)
1.一种空气流道一体式金属/空气电池组，其特征在于：包括N节的串联连接的单电池，所述N为大于等于2的整数；所述单电池包括一单电池壳体, 单电池壳体内设有垂直于单电池壳体底部的金属阳极，置于电池壳体内相对两侧且与金属阳极平行的空气阴极，由单电池壳体、金属阳极及空气阴极构成的电解液腔；从左至右N节的单电池壳体相互平行、间隔设置，相邻接的单电池壳体间具有一体式密闭空气流道；
所述一体式密闭空气流道是指：
N-1个密闭空气流道依次从左至右串联连通，流过阴极表面，于最左侧的密闭空气流道上设空气进口，于最右侧的密闭空气流道上设空气出口；
或，N-1个密闭空气流道前侧和后侧并联连通，于并联联通流道的最左侧设有一空气进口，密闭空气流道右侧设有一空气出口；
或， N-1个密闭空气流道中的2个以上的前侧和后侧并联连通，形成密闭空气流道组，2个以上的密闭空气流道组与未并联连通的剩余密闭空气流道依次从左至右串联连通，于最左侧的密闭空气流道上设空气进口，于最右侧的密闭空气流道上设空气出口；
从左至右N节的单电池壳体相互平行、依次排布，相邻接的单电池壳体前侧和后侧的底板密闭连接，相邻接的单电池壳体前侧和后侧的顶板密闭连接，底板与顶板分别设有便于导风板接入的插槽，于N节的单电池壳体前侧和后侧分别设有一与单电池壳体顶板及底板密闭连接的导风板，导风板与单电池壳体前侧和后侧均留有间隙，形成并联联通通道，在单电池壳体与导风板之间间隔加入与导风板相垂直的隔板，形成串联联通密闭空气流道，相邻接的单电池壳体阴极间具有密闭空气流道；于所述电池组与空气进口对应流道的另一端设有与导风板相垂直的第一挡板，电池组与空气出口对应流道的另一端设有与导风板相垂直的第二挡板；
所述各密闭空气流道通过设置于单电池壳体上的顶板、底板、导风板、和/或隔板、和/或第一挡板、第二挡板实现串联连通、并联连通或串并混联连通，形成具有一空气进口和一空气出口的一体式密闭空气流道。
2.如权利要求1所述空气流道一体式金属/空气电池组，其特征在于：
所述由空气进口进入的空气经N-1个密闭空气流道后由空气出口流出。
3.如权利要求1所述空气流道一体式金属/空气电池组，其特征在于：所述导风板通过胶粘或卡槽或螺纹紧固与单电池壳体顶板、底板密封连接。
4.如权利要求1所述空气流道一体式金属/空气电池组，其特征在于：所述顶板、底板、导风板、和/或隔板、和/或第一挡板、第二挡板分别相互组合为一体式结构，形成一单电池单元；所述单电池单元与单电池壳体密封连接。
5.如权利要求1任一所述空气流道一体式金属/空气电池组，其特征在于：所述单电池壳体、顶板、底板、导风板、隔板、第一挡板、第二挡板为ABS塑料、聚氯乙烯PVC、聚乙烯PE、聚苯乙烯PS、尼龙PA、聚甲醛POM，聚砜PSF、聚苯硫醚PPS中的一种。
6.如权利要求1所述空气流道一体式金属/空气电池组，其特征在于：金属/空气电池组工作时，于所述空气进口通入空气，空气经一体式密闭空气流道供空气阴极电极反应后尾气经空气出口排放至环境中。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |