CN107528104B - 一种金属空气电池管理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种金属空气电池管理系统，包括：电堆、分流器、二位二通电磁阀、二位三通电磁阀、泵、储液箱、控制组件、液位传感器，其中电堆、分流器、二位二通电磁阀、二位三通电磁阀、泵、储液箱通过管路连接，形成金属空气电池的液路模块，而控制组件通过导线线路电连接电堆、二位二通电磁阀、二位三通电磁阀、泵、液位传感器，形成金属空气电池的控制模块。利用本管理系统非常方便地实现了电解液的加注、循环控制、排放，操作方便，集成度和可靠性高，有效保持了金属空气电池的内阻稳定性和电池能效，具有良好的应用效果。

Description

一种金属空气电池管理系统
技术领域
本发明涉及金属空气电池技术领域，更具体地涉及一种能够方便实现金属空气电池运行控制及电解液补充更换的管理系统。
背景技术
金属空气电池是以金属作为阳极，其在放电过程中被氧化溶解，以空气电极作为阴极，在放电过程中，空气中的氧气通过该电极从大气中进入电池内被还原而释放出电能的装置。具有比能量大、寿命长、成本低、环保、安全、循环使用方便等优点，在通讯电源、野外应急电源、照明电源、汽车电源、储备电源等可移动电源的诸多领域具有广阔的应用前景，其研发越来越受到人们的重视。
由于金属空气电池只有在电解液浸没电极条件下才会激发放电化学反应，具备对外放电的能力，反应结束后，还需将剩余的电解液及产物排出电池外，以便于电池的重复使用。且在反应过程中电解液中反应产物不断产生，电解液的浓度随之增大，导致电池内阻变大，能效下降，因此实现金属空气电池堆内电解液的注入、排放、循环、更换具有重要意义。
在现有技术中，多采用手动加注或外置泵压加注，如专利201310691253.3(一种金属/空气电池电解液管理装置及其应用)设计了一种集注、排液功能于一体的电解液管理装置，但是电解液加注比较麻烦，加注量也难以控制，且无法实现电解液在电池堆内部的循环；基于上述技术问题，专业人员也进行了一系列的改进，如专利201310254486.7(一种金属空气电池)提出了一种金属空气电池的电解液循环装置，并通过设置沉淀过滤器实现了反应副产物过滤，但未涉及电解液的加注及排空，同时装置功能的集成度也不高。
为解决上述技术问题，有必要针对金属空气电池的管理系统进行优化设计，进而方便实现金属空气电池运行控制及电解液补充更换。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够方便实现金属空气电池运行控制及电解液补充更换的管理系统。
为实现上述目的，本发明应用的技术方案为：一种金属空气电池管理系统，包括：电堆、分流器、二位二通电磁阀、二位三通电磁阀、泵、储液箱、控制组件、液位传感器，其中电堆、分流器、二位二通电磁阀、二位三通电磁阀、泵、储液箱通过管路连接，形成金属空气电池的液路模块，而控制组件通过导线线路电连接电堆、二位二通电磁阀、二位三通电磁阀、泵、液位传感器，形成金属空气电池的控制模块。
具体地，所述液路模块中电堆位于分流器及储液箱的上方，电堆出液口和储液箱连通，电堆进液口连接分流器出液口，分流器进液口连接有泵，泵的另一端连接二位三通电磁阀，二位三通电磁阀的一个通路控制泵和储液箱之间管道的开闭(为通路一)，另一通路连有外接管道(为通路二)控制加注电解液管道的开闭，分流器的底部还设有连通储液箱的分流器排液口，分流器排液口和储液箱之间设置二位二通电磁阀以控制分流器至储液箱通道的开闭；所述控制模块中电堆通过控制组件向各电气元器件供电，控制组件接受液位传感器信号并控制二位二通电磁阀、二位三通电磁阀、泵的运行状态实现电池运行管理及电解液的补充更换。
进一步地，所述电堆包括有多个电池单体，每个电池单体的底部均设有一个电堆进液口和分流器出液口连接，在每个电池单体的顶部还设溢液口，所有电池单体的溢液口连通电堆出液口。
进一步地，所述控制组件包括有内置电源，为控制组件系统内的电磁阀、泵、液位传感器等电气元件提供动力，此内置电源为可充电式，能够利用电堆输出电流进行浮充充电。
进一步地，储液箱还设置有用于排出电解液及反应副产物的排液口，以实现电解液的更换。
利用上述管理系统可实现金属电池的三种运行状态：1)电解液加注，利用内置电源启动泵，同时打开二位二通电磁阀及二位三通电磁阀的通路二，外部电解液通过外接管道及二位三通电磁阀进入分流器，再经过分流器排液口、二位二通电磁阀进入储液箱，注液过程中，液位传感器感应储液箱中的液位，液位达到要求后液位传感器发出控制信号，二位二通电磁阀及二位三通电磁阀通路二封闭、泵停止工作，注液完成；2)、金属空气电池工作，二位二通电磁阀及二位三通电磁阀通路二封闭(二位三通电磁阀通路一打开)，泵被启动，储液箱内的电解液被泵抽入分流器，经分流器分配进入电堆，溢流而出的电解液经过电堆出液口流回储液箱，从而形成循环，且金属电池系统正常工作以后，控制模块的电源被切换为电堆输出电流并进行内置电源充电；3)、金属空气电池工作停止，泵停止运行，二位二通电磁阀打开，电堆内部的电解液经分流器排液口回流至储液箱，二位二通电磁阀延时至电解液回流结束断电关闭，控制组件断电，如电解液中反应副产物含量达到预定量，也可以打开储液箱排液口进行排废。
本发明与现有技术相比，其有益的效果是：
1、利用管理系统中的泵和电磁阀的配合非常方便地实现了电解液的加注、循环控制、排放，操作方便，集成度和可靠性高。
2、电解液在电池单体中自下而上流动，通过电解液的流动对电池电极产生冲刷，减弱反应副产物在电极上的沉积，同时结合电解液的内部循环及定期更换，有效防止了电池内阻的降低，有利于保持电池供电的稳定性。
3、在金属空气电池停止工作后即可实现电解液和电极的分离，从而避免了金属电极的再次消耗。
4、电池管理系统设置了双电源系统，金属空气电池系统未正常工作时利用内置电源为管理系统中各电气元件供电，金属空气电池系统稳定后在输出电流的同时为管理系统中各电气元件供电并给内置电源充电，系统运行稳定性好。
附图说明
图1为本发明所述金属空气电池管理系统之原理图，图2为本发明所述电池单体之结构示意图。
图中标号：1-电堆、2-分流器、3-二位二通电磁阀、4-二位三通电磁阀、5-泵、6-储液箱、7-控制组件，8-液位传感器，10-电池单体，11-电堆出液口、12-电堆进液口,13-溢液口，21-分流器出液口、22-分流器进液口、23-分流器排液口、61-储液箱排液口
具体实施方式
下面结合具体实施例及附图对本发明作进一步详细说明。所述实施例的示例在附图中示出，通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明的技术方案，而不应当理解为对本发明的限制。
参阅图1所示，本发明提供一种金属空气电池管理系统，包括：电堆1、分流器2、二位二通电磁阀3、二位三通电磁阀4、泵5、储液箱6、控制组件7、液位传感器8，其中电堆1、分流器2、二位二通电磁阀3、二位三通电磁阀4、泵5、储液箱6通过管路连接，形成金属空气电池的液路模块，而控制组件7通过导线线路电连接电堆1、二位二通电磁阀3、二位三通电磁阀4、泵5、液位传感器8，形成金属空气电池的控制模块。
其中，液路模块中电堆1位于分流器2及储液箱6的上方，电堆出液口11和储液箱6连通，电堆进液口12连接分流器出液口21，分流器进液口22连接有泵5，泵5的另一端连接二位三通电磁阀4，二位三通电磁阀4的一个通路控制泵5和储液箱6之间管道的开闭(为通路一)、另一通路连有外接管道(为通路二)控制加注电解液管道的开闭，分流器2的底部还设有连通储液箱6的分流器排液口23，分流器排液口23和储液箱6之间设置二位二通电磁阀3以控制分流器2至储液箱6通道的开闭；所述控制模块中电堆1通过控制组件7向各电气元器件供电，控制组件7接受液位传感器8的信号并控制二位二通电磁阀3、二位三通电磁阀4、泵5的运行状态实现电池运行管理及电解液的补充更换。
电堆1包括有多个电池单体，参阅图2所示每个电池单体的底部均设有一个电堆进液口12和分流器出液口21连接，在每个电池单体的顶部还设溢液口13，所有电池单体的溢液口13连通电堆出液口11，多个电堆出液口11可直接连通储液箱6，也可以经管路汇集再连接储液箱6。
进一步地，所述控制组件包括有内置电源(图中未示出)，为控制组件系统内的电磁阀3～4、泵5、液位传感器8等电气元件提供动力，此内置电源为可充电式，能够利用电堆输出电流进行浮充充电。
参阅图1所示，储液箱还设置有用于排出电解液及反应副产物的排液口61，以实现电解液的更换。
本发明所述金属空气电池管理系统实现了金属空气电池三种工作状态的控制，具体为：1)电解液加注，利用内置电源启动泵5，同时打开二位二通电磁阀3及二位三通电磁阀4的通路二，外部电解液通过外接管道及二位三通电磁阀4进入分流器2，再经过分流器排液口23、二位二通电磁阀3进入储液箱6，注液过程中，液位传感器8感应储液箱6中的液位，液位达到要求后液位传感器发出控制信号，二位二通电磁阀3及二位三通电磁阀4通路二封闭、泵5停止工作，注液完成；2)、金属空气电池工作，二位二通电磁阀3及二位三通电磁阀4通路二封闭(二位三通电磁阀通路一打开)，泵5被启动，储液箱6内的电解液被泵5抽入分流器2，经分流器2分配进入电堆1，溢流而出的电解液经过电堆出液口11流回储液箱6，从而形成循环，且金属电池系统正常工作以后，控制模块的电源被切换为电堆输出电流并进行内置电源充电；3)、金属空气电池工作停止，泵5停止运行，二位二通电磁阀3打开，电堆1内部的电解液经分流器排液口23回流至储液箱6，二位二通电磁阀3延时至电解液回流结束断电关闭，控制组件断电，如电解液中反应副产物含量达到预定量，也可以打开储液箱排液口61进行排废。

Claims (4)

1.一种金属空气电池管理系统，包括：电堆、分流器、二位二通电磁阀、二位三通电磁阀、泵、储液箱、控制组件、液位传感器，其中电堆、分流器、二位二通电磁阀、二位三通电磁阀、泵、储液箱通过管路连接，形成金属空气电池的液路模块，而控制组件通过导线线路电连接电堆、二位二通电磁阀、二位三通电磁阀、泵、液位传感器，形成金属空气电池的控制模块，其特征在于：
所述液路模块中电堆位于分流器及储液箱的上方，电堆出液口和储液箱连通，电堆进液口连接分流器出液口，分流器进液口连接有泵，泵的另一端连接二位三通电磁阀，二位三通电磁阀的一个通路控制泵和储液箱之间管道的开闭，另一通路连有外接管道，分流器的底部还设有连通储液箱的分流器排液口，分流器排液口和储液箱之间设置二位二通电磁阀；所述控制模块中电堆通过控制组件向各电气元器件供电，控制组件接受液位传感器信号并控制二位二通电磁阀、二位三通电磁阀、泵的运行状态实现电池运行管理及电解液的补充更换。
2.如权利要求1所述的一种金属空气电池管理系统，其特征在于：所述电堆包括有多个电池单体，每个电池单体的底部均设有一个电堆进液口和分流器出液口连接，在每个电池单体的顶部还设溢液口，所有电池单体的溢液口连通电堆出液口。
3.如权利要求1所述的一种金属空气电池管理系统，其特征在于：所述控制组件包括有可充电式的内置电源，所述内置电源能够利用电堆输出电流进行浮充充电。
4.如权利要求1所述的一种金属空气电池管理系统，其特征在于：所述储液箱还设置有用于排出电解液及反应副产物的排液口。
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