CN106898847A - 一种金属/空气电池系统及其温度控制方法 - Google Patents

一种金属/空气电池系统及其温度控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种金属/空气电池系统及其温度控制方法，系统包括密闭电池箱体、金属空气电池单元、风扇、电动百叶窗和控制管理单元；系统包括控制管理单元，包括温度控制器、电解液温度传感器和环境温度传感器；电解液温度传感器和环境温度传感器与控制器信号连接，用于将探测到的温度信号传递给温度控制器；温度控制器与风扇和电动百叶窗电连接，用于控制风扇的启停和电动百叶窗得开启幅度。与现有技术相比，本发明满足了金属/空气电池系统，尤其是铝/空气电池系统大功率输出，长时间运行的需要，可以广泛应用于电动汽车用动力电池或大型备用电源领域。

Description

一种金属/空气电池系统及其温度控制方法
技术领域
本发明涉及金属/空气电池系统，具体的说涉及一种金属/空气电池系统的温度控制方法。
背景技术
铝空气电池是金属/空气电池的一种，具有比功率和比能量高、寿命长等优点，是一种环保节能、高效率的发电系统。在当前资源匮乏、环境日益恶化的情况下，铝空气电池性能稳定、维护成本低廉，颇具吸引力，外加其运行时低噪音、低消耗、无污染、无废气产生等特点，铝空气电池的研究对于可持续发展有重要意义。
铝空气电池工作时，产生的热量会使电池内部温度升高，内部过热会引起阴极催化层受损和铝阳极析氢腐蚀加剧，电池性能下降；更为严重的是高温下阴极和电池的塑料壳体会发生变形，进而导致阳极和阴极接触发生短路，影响电池寿命。
而铝空气电池在低温环境工作时，由于单电池电压迅速下降，导致电池组无法大功率放电，严重制约了铝空气电池的放电性能。
为了提高铝空气电池的应用范围，减小环境温度对铝空气电池性能的影响，满足铝空气电池大功率输出长时间运行的需要，因此对铝空气电池进行有效的热管理和温度监控极其重要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种金属/空气电池系统及其的温度控制方法，特别是电池系统在低温环境运行时，可以有效调节电池箱体内部出风量的大小，进而保持电池自身内部温度，提高了低温环境时金属/空气电池的放电性能；此外，可根据系统输出功率的大小，调节电解液循环泵的开启流量，进而调节金属空气电池系统内部的温度，满足了金属/空气电池,尤其是铝/空气大功率输出，长时间运行的需要。
本发明采用以下技术方案来实现：
一种金属/空气电池系统，其特征在于：包括密闭电池箱体、金属空气电池单元、风扇、电动百叶窗和控制管理单元；
所述金属/空气电池单元置于密闭电池箱体内部，于所述密闭电池箱体的相对两侧壁面上分别设有进气口和出气口；所述进气口处设置有风扇，为金属/空气电池单元提供充足的空气供应；所述出气口处设置有电动百叶窗，电动百叶窗包括一片以上的可转动叶片，通过电动百叶窗叶片的转动幅度调节出气口气体排出量；
所述金属/空气电池单元包括两节以上的单体电池串联组成的电池堆、电解液存储槽，以及连接电解液存储槽和单体电池电解液腔的电解液循环泵；所述电解液存储槽置于电池堆底部；
所述单体电池设置有电解液腔，所述电池堆中各单体电池电解液腔间相连通；
所述控制管理单元包括温度控制器、电解液温度传感器和环境温度传感器；所述电解液温度传感器置于电解液存储槽内部；所述环境温度传感器置于密闭电池箱体内部的金属空气电池单元外部；
所述电解液温度传感器和环境温度传感器与控制器信号连接，用于将探测到的温度信号传递给温度控制器；所述温度控制器与所述风扇和电动百叶窗电连接，用于控制风扇的启停和电动百叶窗得开启幅度。
所述温度控制器与所述电解液循环泵电连接，用于控制电解液循环泵的输出流量。
所述电解液存储槽的制成材料为尼龙、ABS工程塑料、聚四氟乙烯中的一种。
所述组成电池堆的两节以上的单体电池间具有空气流通通道，所述空气流通通道的宽度大于等于2mm，小于等于10mm。
所述电解液温度传感器18具有探头和信号传输线，所述探头与电解液之间用导热且防腐蚀材料隔绝。
所述导热且防腐材料为聚四氟乙烯、硅橡胶、尼龙中的一种。
所述板状叶片的转动可实现叶片于出气口截面上投影面积的改变。
所述金属/空气电池系统启动前，所述电动百叶窗叶片处于完全闭合状态将出气口密闭；所述金属/空气电池系统开始运行时，所述温度控制器控制风扇启动，待环境温度传感器探测到的环境温度高于其设定值TES时，所述温度控制器控制电动百叶窗叶片转动，使电动百叶窗的开启幅度为A；待电解液温度传感器探测到的电解液存储槽内的温度高于其设定值TIS时，所述温度控制器17控制电动百叶窗叶片转动，使电动百叶窗的开启幅度为B；幅度是指未被叶片阻挡的出气口面积与出气口面积的比，所述B大于A。
所述温度控制器与所述电解液循环泵电连接，用于控制电解液循环泵的输出流量；
所述金属/空气电池系统的对外输出功率从0至额定功率之间设置有N-1个功率点，形成N个功率区间，N为大于等于2的整数；所述金属/空气电池系统的对外输出功率与所述电解液循环泵的开启流量正相关；所述每个功率区间与所述电解液循环泵的一开启流量对应；所述温度控制器根据所述金属/空气电池系统的输出功率控制所述电解液循环泵开启到相对应的流量。
本发明具有以下有益效果及优点：
(1)效果显著：使用该方法对电池组内部温度散热效果非常明显；
(1)性能提高：在低温环境下电池系统的放电性能大幅提高；
(2)降低内耗：有效降低电池系统自身内耗，提高系统利用率；
满足了金属/空气电池系统，尤其是铝/空气电池系统大功率输出，长时间运行的需要，可以广泛应用于电动汽车用动力电池或大型备用电源领域。
附图说明：
图1为实施例1所述本发明中电池系统示意图；
图2为实施例1所述本发明中电池壳体示意图；
图3为实施例1所述本发明中电池系统电解液管路示意图；
图4为实施例1所述本发明中温度控制逻辑框图；
图5为实施例1所述本发明中循环泵控制逻辑框图；
图中，电池箱体11、电解液存储槽12、第一风扇13、第二风扇14、电动百叶窗15、金属/空气电池单元16、控制器17、电解液温度传感器18、环境温度传感器19、电解液循环泵20。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步详细的说明，目的是更好的描述本发明，但不构成对本发明的不当限定。
具体实施例1：
如图1所示，铝空气电池系统包括：电池箱体、电解液存储槽、2个直流风扇、电动百叶窗、金属/空气电池单元、控制管理单元、电解液温度传感器、环境温度传感器和循环泵。
如图2所示，电解液存储槽、2个直流风扇、电动百叶窗、金属/空气电池单元、控制管理单元、电解液温度传感器、环境温度传感器和循环泵都安装在电池箱体内部。电池箱体入风口安装2个直流风扇，为金属/空气电池单元16提供空气供应；出风口安装电动同轴百叶窗，便于调节出风量大小。
如图3所示，选用额定功率为3kW的电池组，电池组由24节单电池壳体串联组成，壳体采用如尼龙、ABS工程塑料、聚四氟乙烯等材料制成，单壳体之间最少有2mm的间隙，便于两个单电池壳体之间形成空气通道，有足够的氧气流经空气电极的表面。
电池组安装在电解液存储槽上面，便于电解液循环运行，电解液存储槽出口与循环泵管路入口连接，且循环泵管路入口液位高度低于电解液存储槽出口液位高度，避免管路入口进入空气而导致循环泵故障；循环泵管路出口与电池组入口连接，为电池组连续输送电解液，电池组出口连接至电解液存储槽入口，电解液在此回路中循环流动。
当铝空气电池系统运行时，控制管理单元实时监测电池箱体的环境温度和电解液存储槽的温度；
如图4所示，温度逻辑控制过程：系统自检准备就绪后，当电池箱体内的环境温度小于TES时，控制管理单元控制电动百叶窗开启30％，通过减小电池箱体出风量，来保持金属/空气电池单元内部温度，提高金属/空气电池单元放电性能，否则进入下一步；当环境温度大于TES时，且电解液的温度小于TIS时，控制管理单元控制电动百叶窗开启80％，否则进入下一步；当电解液的温度大于TIS时，控制管理单元控制电动百叶窗开启100％，来迅速降低电池箱体内的温度，提高金属/空气电池单元散热效果；
如图5所示，循环泵逻辑控制过程：系统自检准备就绪后，电池系统启动，金属/空气电池单元开始正常工作；当电池系统功率小于1kW时，控制管理单元控制循环泵流量为30％，否则进入下一步；当电池系统功率大于等于1kW且小于2kW时，控制管理单元控制循环泵流量为60％，否则进入下一步；当电池系统功率大于等于2kW时，控制管理单元控制循环泵流量为100％。在电池系统不同功率下，通过控制管理单元对循环泵的实时流量控制，进而有效降低电池系统的自身内耗，提高系统利用率。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同交换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种金属/空气电池系统，其特征在于：包括密闭电池箱体、金属空气电池单元、风扇、电动百叶窗和控制管理单元；
所述金属/空气电池单元置于密闭电池箱体内部，于所述密闭电池箱体的相对两侧壁面上分别设有进气口和出气口；所述进气口处设置有风扇，为金属/空气电池单元提供充足的空气供应；所述出气口处设置有电动百叶窗，电动百叶窗包括一片以上的可转动叶片，通过电动百叶窗叶片的转动幅度调节出气口气体排出量；
所述金属/空气电池单元包括两节以上的单体电池串联组成的电池堆、电解液存储槽，以及连接电解液存储槽和单体电池电解液腔的电解液循环泵；所述电解液存储槽置于电池堆底部；
所述单体电池设置有电解液腔，所述电池堆中各单体电池电解液腔间相连通；
所述控制管理单元包括温度控制器、电解液温度传感器和环境温度传感器；所述电解液温度传感器置于电解液存储槽内部；所述环境温度传感器置于密闭电池箱体内部的金属空气电池单元外部；
所述电解液温度传感器和环境温度传感器与控制器信号连接，用于将探测到的温度信号传递给温度控制器；所述温度控制器与所述风扇和电动百叶窗电连接，用于控制风扇的启停和电动百叶窗得开启幅度。
2.如权利要求1所述金属/空气电池系统，其特征在于：所述温度控制器与所述电解液循环泵电连接，用于控制电解液循环泵的输出流量。
3.如权利要求1或2所述金属/空气电池系统，其特征在于：所述电解液存储槽的制成材料为尼龙、ABS工程塑料、聚四氟乙烯中的一种。
4.如权利要求1或2所述金属/空气电池系统，其特征在于：所述组成电池堆的两节以上的单体电池间具有空气流通通道，所述空气流通通道的宽度大于等于2mm，小于等于10mm。
5.如权利要求1所述金属/空气电池系统，其特征在于：电解液温度传感器具有探头和信号传输线，所述探头与电解液之间用导热且防腐蚀材料隔绝。
6.如权利要求5所述金属/空气电池系统，其特征在于：所述导热且防腐材料为聚四氟乙烯、硅橡胶、尼龙中的一种。
7.如权利要求1所述金属/空气电池系统，其特征在于：所述叶片为板状叶片，板状叶片的转动可实现叶片于出气口截面上投影面积的改变。
8.一种权利要求1-6任一所述金属/空气电池系统的温度控制方法，其特征在于：
所述金属/空气电池系统启动前，所述电动百叶窗叶片处于完全闭合状态将出气口密闭；所述金属/空气电池系统开始运行时，所述温度控制器控制风扇启动，待环境温度传感器探测到的环境温度高于其设定值TES时，所述温度控制器控制电动百叶窗叶片转动，使电动百叶窗的开启幅度为A；待电解液温度传感器探测到的电解液存储槽内的温度高于其设定值TIS时，所述温度控制器控制电动百叶窗叶片转动，使电动百叶窗的开启幅度为B；幅度是指未被叶片阻挡的出气口面积与出气口面积的比，所述B大于A。
9.按照权利要求8所述金属/空气电池系统的温度控制方法，其特征在于：
所述温度控制器与所述电解液循环泵电连接，用于控制电解液循环泵的输出流量；
所述金属/空气电池系统的对外输出功率从0至额定功率之间设置有N-1个功率点，形成N个功率区间，N为大于等于2的整数；所述金属/空气电池系统的对外输出功率与所述电解液循环泵的开启流量正相关；所述每个功率区间与所述电解液循环泵的一开启流量对应；所述温度控制器根据所述金属/空气电池系统的输出功率控制所述电解液循环泵开启到相对应的流量。
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