CN108321468A - 一种增程式车用金属空气电池系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
公开了一种增程式车用金属空气电池系统，其既提高了电池系统的比能量和安全性，又降低了系统的使用成本，同时又有着回收利用，环境友好的特点，为推动新能源汽车的产业发展提供良性动力。其包括：动力电池组(1)、手动阀(2)、自吸泵(3)、电池组(6)、电解液箱(7)、散热器(8)、电磁阀(10)、控制盒(11)，手动阀(2)包括第一手动阀(2.1)、第二手动阀(2.2)、第三手动阀(2.3)，电磁阀(10)包括第一电磁阀(10.1)、第二电磁阀(10.2)、第三电磁阀(10.3)；系统在收到外部指令的情况下启动，进入放电流程；放电流程结束后，进行回液流程。还提供了控制方法。
Description
技术领域
本发明涉及新能源电池的技术领域，尤其涉及一种增程式车用金属空气电池系统，以及这种增程式车用金属空气电池系统的控制方法。
背景技术
铝空气电池的单元体(即金属空气电池)是以空气中的氧为正极活性物质，以金属为负极活性物质，以导电溶液为电解液，在催化剂的催化作用下发生化学反应而产生电能的一种化学电源。
铝空气电池的单元体具有很多独特的优势，其燃料为金属材料，如铝、镁、锌，以及锂、钠等金属；因为燃料铝、镁、锌储量很丰富，金属空气电池资源可足量供应。正极活性物质是空气中的氧气，电池本身不用携带，电池所携带的能量大小由负极金属的量决定，使得该种电池的实际比能量能够达到350Wh/kg以上(目前锂离子电池为100Wh/kg)，有极大的性能优势。反应后的产物，可以利用风能、太阳能、水能等清洁能源或者电能富裕地区的电能重新电解氧化铝(或氢氧化镁)变为金属，然后再次安装到金属空气电池放电，驱动电动车。这样就可以实现集中大规模的生产，可以减少污染，减少排放，并且可以实现集中供电，分散使用，将成本较低的电能转移到电能成本高的地方使用，将电能从能源易于获得的地方转移到能源难以获得的地方使用。可以真正实现无污染零排放的全新汽车生活。
在目前的新能源汽车领域，大多采用纯电动形式，动力电池大多采用锂离子电池，但是锂离子电池价格相对昂贵，比能量相对于金属空气电池不够高，但是锂离子电池有着优秀的放电性能，是驱动电池较为合适的电源，所以根据金属空气电池和锂离子电池的优势，开发出有点相结合的产品，通过比能量较高的金属空气电池为比能量较低的锂离子电池提供电力，由锂离子电池作为动力电池为电动车驱动系统供电，实现电-电混合的目的。
发明内容
为克服现有技术的缺陷，本发明要解决的技术问题是提供了一种增程式车用金属空气电池系统，其既提高了电池系统的比能量和安全性，又降低了系统的使用成本，同时又有着回收利用，环境友好的特点，为推动新能源汽车的产业发展提供良性动力。
本发明的技术方案是：这种增程式车用金属空气电池系统，其包括：动力电池组(1)、手动阀(2)、自吸泵(3)、电池组(6)、电解液箱(7)、散热器(8)、电磁阀(10)、控制盒(11)，手动阀(2)包括第一手动阀(2.1)、第二手动阀(2.2)、第三手动阀(2.3)，电磁阀(10)包括第一电磁阀(10.1)、第二电磁阀(10.2)、第三电磁阀(10.3)；
系统在收到外部指令的情况下启动，进入放电流程：第二电磁阀(10.2)呈打开状态，第一电磁阀(10.1)、第三电磁阀(10.3)及手动阀(2)为关闭状态；自吸泵(3)启动，电解液从电解液箱(7)的第三管道(丙)抽出，经过四通(c)、电池组(6)、第三三通(d)、第二三通(b)、第二电磁阀(10.2)、散热器(8)、第一三通(a)、电解液箱(7)的第一管道(甲)回到电解液箱(7)；电解液在放电流程中，电池组产生电能，电能经过控制盒(11)输出给动力电池组(1)，对动力电池组(1)进行充电；
当放电流程结束后，进行回液流程：第二电磁阀(10.2)、第三电磁阀(10.3)打开，第一电磁阀(10.1)和手动阀(2)关闭，一路电解液经电池组、四通(c)、第三电磁阀(10.3)、电解液箱(7)的第二管道(乙)回流至电解液箱，同时另一路电解液经第三三通(d)、第二三通(b)、第二电磁阀(10.2)回流进散热器内。
本发明中，电解液在放电流程中，电池组产生电能，电能经过控制盒(11)输出给动力电池组(1)，对动力电池组(1)进行充电；当放电流程结束后，进行回液流程：一路电解液经电池组、四通(c)、第三电磁阀(10.3)、电解液箱(7)的第二管道(乙)回流至电解液箱，同时另一路电解液经第三三通(d)、第二三通(b)、第二电磁阀(10.2)回流进散热器内；该系统通过动力电池组(1)、电池组(6)两种不同类型电池进行结合工作的方式，既提高了电池系统的比能量和安全性，又降低了系统的使用成本，同时又有着回收利用，环境友好的特点，为推动新能源汽车的产业发展提供良性动力。
还提供了这种增程式车用金属空气电池系统的控制方法，该方法包括以下步骤：
(1)系统在收到外部指令的情况下启动，进入放电流程：第二电磁阀(10.2)呈打开状态，第一电磁阀(10.1)、第三电磁阀(10.3)及手动阀(2)为关闭状态；自吸泵(3)启动，电解液从电解液箱(7)的第三管道(丙)抽出，经过四通(c)、电池组(6)、第三三通(d)、第二三通(b)、第二电磁阀(10.2)、散热器(8)、第一三通(a)、电解液箱(7)的第一管道(甲)回到电解液箱(7)；电解液在放电流程中，电池组产生电能，电能经过控制盒(11)输出给动力电池组(1)，对动力电池组(1)进行充电；
(2)当放电流程结束后，进行回液流程：第二电磁阀(10.2)、第三电磁阀(10.3)打开，第一电磁阀(10.1)和手动阀(2)关闭，一路电解液经电池组、四通(c)、第三电磁阀(10.3)、电解液箱(7)的第二管道(乙)回流至电解液箱，同时另一路电解液经第三三通(d)、第二三通(b)、第二电磁阀(10.2)回流进散热器内；
(3)当回液流程结束后，第二手动阀(2.2)、第三手动阀(2.3)、第一电磁阀(10.1)打开，其余电磁阀和手动阀关闭，将清洗装置对接在第二手动阀(2.2)、第三手动阀(2.3)上，清洗装置中的清洗液从第三手动阀(2.3)进入系统，经四通、电池组、第三三通(d)、第二三通(b)、第一电磁阀(10.1)、第二手动阀(2.2)完成清洗；
(4)当清洗结束后，将清洗装置取下，第二手动阀(2.2)、第三手动阀(2.3)、第一电磁阀(10.1)打开，其余电磁阀和手动阀关闭，将吹干装置的出风口与第三手动阀(2.3)相接，启动吹干装置，直至电池组内部吹干；
(5)当系统需要更换电解液或清洗电解液箱及散热器时，第一手动阀(2.1)、第四手动阀(2.4)打开，将散热器及电解液箱内部的电解液全部排出；电解液全部排出后，将清洗装置分别连接在第二手动阀(2.2)、第三手动阀(2.3)上，第二手动阀(2.2)、第三手动阀(2.3)、第二电磁阀(10.2)、第三电磁阀(10.3)打开，其余手动阀和电磁阀关闭，清洗液沿着第三手动阀(2.3)、四通(c)、第三电磁阀(10.3)、电解液箱(7)、第一三通(a)、散热器(8)、第二电磁阀(10.2)、第二三通(b)、第一电磁阀(10.1)、第二手动阀(2.2)进行循环清洗操作；清洗操作完成后，将第四手动阀(2.4)打开，其余电磁阀及手动阀关闭，从第四手动阀(2.4)处重新注入碱液。
附图说明
图1是根据本发明的增程式车用金属空气电池系统的整体结构示意图。
图2是根据本发明的增程式车用金属空气电池系统的工作原理示意图。
具体实施方式
传统新能源汽车领域的锂离子电池有着比能量低、安全性低价格昂贵的提点，而金属空气电池有着比能量高，安全性高，价格较为低廉原材料广泛的优势，所以结合锂离子电池优秀的放电性能，通过将金属空气电池和锂离子电池进行结合，实现一个电(金属空气电池)-电(锂离子电池)混合的设计方案，既可以提高电池系统的比能量和安全性，又降低了系统的使用成本，这是本发明的主要研究方向和指导思想。
如图1所示，这种增程式车用金属空气电池系统，其包括：动力电池组1、手动阀2、自吸泵3、电池组6、电解液箱7、散热器8、电磁阀10、控制盒11，手动阀2包括第一手动阀2.1、第二手动阀2.2、第三手动阀2.3，电磁阀10包括第一电磁阀10.1、第二电磁阀10.2、第三电磁阀10.3；
系统在收到外部指令的情况下启动，进入放电流程：第二电磁阀10.2呈打开状态，第一电磁阀10.1、第三电磁阀10.3及手动阀2为关闭状态；自吸泵3启动，电解液从电解液箱7的第三管道丙抽出，经过四通c、电池组6、第三三通d、第二三通b、第二电磁阀10.2、散热器8、第一三通a、电解液箱7的第一管道甲回到电解液箱7；电解液在放电流程中，电池组产生电能，电能经过控制盒11输出给动力电池组1，对动力电池组1进行充电；
当放电流程结束后，进行回液流程：第二电磁阀10.2、第三电磁阀10.3打开，第一电磁阀10.1和手动阀2关闭，一路电解液经电池组、四通c、第三电磁阀10.3、电解液箱7的第二管道乙回流至电解液箱，同时另一路电解液经第三三通d、第二三通b、第二电磁阀10.2回流进散热器内。
本发明中，电解液在放电流程中，电池组产生电能，电能经过控制盒11输出给动力电池组1，对动力电池组1进行充电；当放电流程结束后，进行回液流程：一路电解液经电池组、四通c、第三电磁阀10.3、电解液箱7的第二管道乙回流至电解液箱，同时另一路电解液经第三三通d、第二三通b、第二电磁阀10.2回流进散热器内；该系统通过动力电池组1、电池组6两种不同类型电池进行结合工作的方式，既提高了电池系统的比能量和安全性，又降低了系统的使用成本，同时又有着回收利用，环境友好的特点，为推动新能源汽车的产业发展提供良性动力。
优选地，在电池组6上设置有电池组风扇4，用于循环电池组间的空气及给电池组降温。
优选地，在电池组6上设置有温度传感器12，当温度达到阈值时，位于散热器8上的散热器风扇9启动，用于给系统降温。
优选地，所述阈值的范围是30-50℃。系统在放电流程中，随着电池组的工作，系统内部的电解液的温度会逐渐增加，所以在保证电池组风扇4一直工作的状态下，根据温度传感器12的反馈信号，当电解液的温度增加到30-50℃的时候，位于散热器8上的散热器风扇启动，给系统进行降温操作。
优选地，在电池组的上方设有分液装置5，其包括下方的进气口、排液管和上方的出气口戊，出气口戊的位置与进气口的位置在垂直方向上相错开，出气口戊的位置与排液管的位置在垂直方向上相一致；当电池组进行大功率放电时，电池组内产生氢气，并伴随电解液升温，经电池组6、第三三通d到分液装置处有气泡并伴随液体喷出，经分液装置处理后，气体和液体进行分离：气体经出气口戊排出系统之外，液体经分液装置的排液管至电解液箱7的第四管道丁回流至电解液箱。此设计既解决了电解液喷出的危险，又减少了由此带来的电解液损耗。
优选地，该系统还包括清洗装置(外设)，当回液流程结束后，第二手动阀2.2、第三手动阀2.3、第一电磁阀10.1打开，其余电磁阀和手动阀关闭，将清洗装置对接在第二手动阀2.2、第三手动阀2.3上，清洗装置中的清洗液从第三手动阀2.3进入系统，经四通、电池组、第三三通d、第二三通b、第一电磁阀10.1、第二手动阀2.2完成清洗。
优选地，所述清洗装置还包括注酸中和装置，在清洗过程中，注酸中和装置持续往清洗液里注入酸，使清洗液趋于中性，直至电池组内部的碱液清洗干净，PH值在5-9之间。
优选地，该系统还包括吹干装置，当清洗结束后，将清洗装置取下，第二手动阀2.2、第三手动阀2.3、第一电磁阀10.1打开，其余电磁阀和手动阀关闭，将吹干装置的出风口与第三手动阀2.3相接，启动吹干装置，直至电池组内部吹干。电池组经过清洗和吹干流程后将极大增加电池系统的使用寿命。
优选地，所述手动阀2还包括第四手动阀2.4，当系统需要更换电解液或清洗电解液箱及散热器时，第一手动阀2.1打开，将散热器及电解液箱内部的电解液全部排出；电解液全部排出后，将清洗装置分别连接在第二手动阀2.2、第三手动阀2.3上，第二手动阀2.2、第三手动阀2.3、第二电磁阀10.2、第三电磁阀10.3打开，其余手动阀和电磁阀关闭，清洗液沿着第三手动阀2.3、第三电磁阀10.3、电解液箱7、第一三通a、散热器8、第二电磁阀10.2、第二三通b、第一电磁阀10.1、第二手动阀2.2进行循环清洗操作；清洗操作完成后，将第四手动阀2.4打开，其余电磁阀及手动阀关闭，从第四手动阀2.4处注入碱液。
还提供了这种增程式车用金属空气电池系统的控制方法，该方法包括以下步骤：
(1)系统在收到外部指令的情况下启动，进入放电流程：第二电磁阀10.2呈打开状态，第一电磁阀10.1、第三电磁阀10.3及手动阀2为关闭状态；自吸泵3启动，电解液从电解液箱7的第三管道丙抽出，经过四通c、电池组6、第三三通d、第二三通b、第二电磁阀10.2、散热器8、第一三通a、电解液箱7的第一管道甲回到电解液箱7；电解液在放电流程中，电池组产生电能，电能经过控制盒11输出给动力电池组1，对动力电池组1进行充电；
(2)当放电流程结束后，进行回液流程：第二电磁阀10.2、第三电磁阀10.3打开，第一电磁阀10.1和手动阀2关闭，一路电解液经电池组、四通c、第三电磁阀10.3、电解液箱7的第二管道乙回流至电解液箱，同时另一路电解液经第三三通d、第二三通b、第二电磁阀10.2回流进散热器内；
(3)当回液流程结束后，第二手动阀2.2、第三手动阀2.3、第一电磁阀10.1打开，其余电磁阀和手动阀关闭，将清洗装置对接在第二手动阀2.2、第三手动阀2.3上，清洗装置中的清洗液从第三手动阀2.3进入系统，经四通、电池组、第三三通d、第二三通b、第一电磁阀10.1、第二手动阀2.2完成清洗；
(4)当清洗结束后，将清洗装置取下，第二手动阀2.2、第三手动阀2.3、第一电磁阀10.1打开，其余电磁阀和手动阀关闭，将吹干装置的出风口与第三手动阀2.3相接，启动吹干装置，直至电池组内部吹干；
(5)当系统需要更换电解液或清洗电解液箱及散热器时，第一手动阀2.1、第四手动阀2.4打开，将散热器及电解液箱内部的电解液全部排出；电解液全部排出后，将清洗装置分别连接在第二手动阀2.2、第三手动阀2.3上，第二手动阀2.2、第三手动阀2.3、第二电磁阀10.2、第三电磁阀10.3打开，其余手动阀和电磁阀关闭，清洗液沿着第三手动阀2.3、四通c、第三电磁阀10.3、电解液箱7、第一三通a、散热器8、第二电磁阀10.2、第二三通b、第一电磁阀10.1、第二手动阀2.2进行循环清洗操作；清洗操作完成后，将第四手动阀2.4打开，其余电磁阀及手动阀关闭，从第四手动阀2.4处注入碱液。
本发明的有益效果如下：
1.通过不同类型电池相互混合的方式实现了提高电池比能量、安全性及降低成本等目的。
2.简化了电池系统的结构，把清洗和吹干操作设为外置。降低了系统的重量及体积，提高了产品的可靠性。
3.分液装置通过简单的结构实现了防止喷液及电解液损耗的问题。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案的保护范围。
Claims (10)
1.一种增程式车用金属空气电池系统，其特征在于：其包括：动力电池组(1)、手动阀(2)、自吸泵(3)、电池组(6)、电解液箱(7)、散热器(8)、电磁阀(10)、控制盒(11)，手动阀(2)包括第一手动阀(2.1)、第二手动阀(2.2)、第三手动阀(2.3)，电磁阀(10)包括第一电磁阀(10.1)、第二电磁阀(10.2)、第三电磁阀(10.3)；系统在收到外部指令的情况下启动，进入放电流程：第二电磁阀(10.2)呈打开状态，第一电磁阀(10.1)、第三电磁阀(10.3)及手动阀(2)为关闭状态；自吸泵(3)启动，电解液从电解液箱(7)的第三管道(丙)抽出，经过四通(c)、电池组(6)、第三三通(d)、第二三通(b)、第二电磁阀(10.2)、散热器(8)、第一三通(a)、电解液箱(7)的第一管道(甲)回到电解液箱(7)；电解液在放电流程中，电池组产生电能，电能经过控制盒(11)输出给动力电池组(1)，对动力电池组(1)进行充电；
当放电流程结束后，进行回液流程：第二电磁阀(10.2)、第三电磁阀(10.3)打开；第一电磁阀(10.1)和手动阀(2)关闭，一路电解液经电池组、四通(c)、第三电磁阀(10.3)、电解液箱(7)的第二管道(乙)回流至电解液箱，同时另一路电解液经第三三通(d)、第二三通(b)、第二电磁阀(10.2)回流进散热器内。
2.根据权利要求1所述的增程式车用金属空气电池系统，其特征在于：在电池组(6)上设置有电池组风扇(4)，用于循环电池组间的空气及给电池组降温。
3.根据权利要求2所述的增程式车用金属空气电池系统，其特征在于：在电池组(6)上设置有温度传感器(12)，当温度达到阈值时，位于散热器(8)上的散热器风扇(9)启动，用于给系统降温。
4.根据权利要求3所述的增程式车用金属空气电池系统，其特征在于：所述阈值的范围是30-50℃。
5.根据权利要求1-4任一项所述的增程式车用金属空气电池系统，其特征在于：在电池组的上方设有分液装置(5)，其包括下方的进气口、排液管和上方的出气口(戊)，出气口(戊)的位置与进气口的位置在垂直方向上相错开，出气口(戊)的位置与排液管的位置在垂直方向上相一致；当电池组进行大功率放电时，电池组内产生氢气，并伴随电解液升温，经电池组(6)、第三三通(d)到分液装置处有气泡并伴随液体喷出，经分液装置处理后，气体和液体进行分离：气体经出气口(戊)排出系统之外，液体经分液装置的排液管至电解液箱(7)的第四管道(丁)回流至电解液箱。
6.根据权利要求5所述的增程式车用金属空气电池系统，其特征在于：该系统还包括清洗装置，当回液流程结束后，第二手动阀(2.2)、第三手动阀(2.3)、第一电磁阀(10.1)打开，其余电磁阀和手动阀关闭，将清洗装置对接在第二手动阀(2.2)、第三手动阀(2.3)上，清洗装置中的清洗液从第三手动阀(2.3)进入系统，经四通、电池组、第三三通(d)、第二三通(b)、第一电磁阀(10.1)、第二手动阀(2.2)完成清洗。
7.根据权利要求6所述的增程式车用金属空气电池系统，其特征在于：所述清洗装置还包括注酸中和装置，在清洗过程中，注酸中和装置持续往清洗液里注入酸，使清洗液趋于中性，直至电池组内部的碱液清洗干净，PH值在5-9之间。
8.根据权利要求7所述的增程式车用金属空气电池系统，其特征在于：该系统还包括吹干装置，当清洗结束后，将清洗装置取下，第二手动阀(2.2)、第三手动阀(2.3)、第一电磁阀(10.1)打开，其余电磁阀和手动阀关闭，将吹干装置的出风口与第三手动阀(2.3)相接，启动吹干装置，直至电池组内部吹干。
9.根据权利要求8所述的增程式车用金属空气电池系统，其特征在于：所述手动阀(2)还包括第四手动阀(2.4)，当系统需要更换电解液或清洗电解液箱及散热器时，第一手动阀(2.1)、第四手动阀(2.4)打开，将散热器及电解液箱内部的电解液全部排出；电解液全部排出后，将清洗装置分别连接在第二手动阀(2.2)、第三手动阀(2.3)上，第二手动阀(2.2)、第三手动阀(2.3)、第二电磁阀(10.2)、第三电磁阀(10.3)打开，其余手动阀和电磁阀关闭，清洗液沿着第三手动阀(2.3)、四通(c)、第三电磁阀(10.3)、电解液箱(7)、第一三通(a)、散热器(8)、第二电磁阀(10.2)、第二三通(b)、第一电磁阀(10.1)、第二手动阀(2.2)进行循环清洗操作；清洗操作完成后，将第四手动阀(2.4)打开，其余电磁阀及手动阀关闭，从第四手动阀(2.4)处重新注入碱液。
10.一种根据权利要求9所述的增程式车用金属空气电池系统的控制方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
(1)系统在收到外部指令的情况下启动，进入放电流程：第二电磁阀(10.2)呈打开状态，第一电磁阀(10.1)、第三电磁阀(10.3)及手动阀(2)为关闭状态；自吸泵(3)启动，电解液从电解液箱(7)的第三管道(丙)抽出，经过四通(c)、电池组(6)、第三三通(d)、第二三通(b)、第二电磁阀(10.2)、散热器(8)、第一三通(a)、电解液箱(7)的第一管道(甲)回到电解液箱(7)；电解液在放电流程中，电池组产生电能，电能经过控制盒(11)输出给动力电池组(1)，对动力电池组(1)进行充电；
(2)当放电流程结束后，进行回液流程：第二电磁阀(10.2)、第三电磁阀(10.3)打开，第一电磁阀(10.1)和手动阀(2)关闭，一路电解液经电池组、四通(c)、第三电磁阀(10.3)、电解液箱(7)的第二管道(乙)回流至电解液箱，同时另一路电解液经第三三通(d)、第二三通(b)、第二电磁阀(10.2)回流进散热器内；
(3)当回液流程结束后，第二手动阀(2.2)、第三手动阀(2.3)、第一电磁阀(10.1)打开，其余电磁阀和手动阀关闭，将清洗装置对接在第二手动阀(2.2)、第三手动阀(2.3)上，清洗装置中的清洗液从第三手动阀(2.3)进入系统，经四通、电池组、第三三通(d)、第二三通(b)、第一电磁阀(10.1)、第二手动阀(2.2)完成清洗；
(4)当清洗结束后，将清洗装置取下，第二手动阀(2.2)、第三手动阀(2.3)、第一电磁阀(10.1)打开，其余电磁阀和手动阀关闭，将吹干装置的出风口与第三手动阀(2.3)相接，启动吹干装置，直至电池组内部吹干；
(5)当系统需要更换电解液或清洗电解液箱及散热器时，第一手动阀(2.1)、第四手动阀(2.4)打开，将散热器及电解液箱内部的电解液全部排出；电解液全部排出后，将清洗装置分别连接在第二手动阀(2.2)、第三手动阀(2.3)上，第二手动阀(2.2)、第三手动阀(2.3)、第二电磁阀(10.2)、第三电磁阀(10.3)打开，其余手动阀和电磁阀关闭，清洗液沿着第三手动阀(2.3)、四通(c)、第三电磁阀(10.3)、电解液箱(7)、第一三通(a)、散热器(8)、第二电磁阀(10.2)、第二三通(b)、第一电磁阀(10.1)、第二手动阀(2.2)进行循环清洗操作；清洗操作完成后，将第四手动阀(2.4)打开，其余电磁阀及手动阀关闭，从第四手动阀(2.4)处重新注入碱液。
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