CN109103367A - 一种液态金属电池高精度低能耗加热保温箱 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种液态金属电池高精度低能耗加热保温箱，包括上箱体、下箱体、钢板外壳、保温层、不锈钢内胆、旋紧手柄、反射板、底板；所述加热保温箱为内加热式上、下箱体通过旋紧手柄接合而成；所述上箱体、下箱体从外至内分别设置有钢板外壳、保温层和不锈钢内胆；所述保温层从外至内依次设置有纤维板外衬、硅酸铝纤维毡、纳米板、纤维板内衬、高温辐射涂料；所述不锈钢内胆内侧依次设有保温泥、波形反射板和支架；所述底板上纵向设有多个加热器，所述下箱体侧向设有热电偶；所述上、下箱体外侧设有电气控制箱、接线装置、监测仪表、水平仪、调节螺栓和抗震器；本发明具有温度场均匀、控温精度高、安装便捷、造价低、后期免维护优点。
Description
技术领域
本发明涉及电化学储能领域，液态金属电池(非钠硫电池)技术设备，特别涉及一种液态金属电池高精度低能耗加热保温箱。
背景技术
液态金属电池原型是全液态电解池，后来由美国麻省理工学院(MIT)材料化学教授Donald Sadoway所带领的团队提出，作为静态电化学储能的新思路。液态金属电池的正、负极都是液态熔融金属，以熔盐作为电解质，由于液态金属与溶盐不互溶同时基于阴阳两极及熔盐电解质密度不同，三种物质自然分层。相比传统的固态电池不需要使用隔膜，从而使工艺简单同时提高了电池的安全性和电池大电流放电能力。液态电极长期使用不存在电极变形和出现枝状晶体等影响电池寿命及安全性的因素，因此可以长期安全运行，预计电池寿命可以达到15年；所述液态金属电池具有高能量密度、高功率、可以反复充放电无记忆、使用寿命长等优点；但是由于液态金属电池需要在高温下使电极金属成为熔融态才能正常工作，目前选择的电极材料一般工作温度在500℃左右，欲使液态金属电池正常工作，必须通过加热保温箱对液态金属电池中的正极、负极和熔盐进行温度控制才能实现。
液态金属电池的工作特性要求：1、正常工作时温度保持恒温500℃±5℃；2、熔融状态下电极跟电解质自然分层；3、保温功率最好接近电池充放电的自发热功率。所以保温箱就需要满足下述特点：1、具有加热功能，炉温均匀性良好且能耗低；2、由于电池内容物是液态自然分层，没有隔膜，所以维持保温箱的水平状态和抗震性能要求很高；3、箱体应该是体积小容积大，以便于装填更多的液态金属电池模组，所以就需要保温箱的保温层在满足条件的情况下尽可能的薄，保温层的厚度应该小于180mm，保温箱的有效容积约1m3。
现有技术存在的不足与缺陷是：现有市场已有的保温箱工作温度一般在350℃以下，并且炉温均匀性和隔热效果不尽人意，难以达到液态金属电池所要求的温度场均匀性以及低能耗要求；现有保温箱均采用静态使用，保温箱的抗震性并未做充分的考虑，因此影响了液态金属电池与传统“固态”电池一样的车载使用的发展前景，这就要求保温箱的具有优良的抗震性能和足够大的容积比，也成为液态金属电池在使用过程中的关键性因素。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种液态金属电池高精度低能耗加热保温箱，针对现有技术中的缺点和不足，设计高温液态金属电池模块式专用加热保温箱，保温箱在高温500℃下运行，其保温性能及使用工况达到：1、保温箱控温精度±1℃；2、温场均匀性±5℃；3、能耗等于电池充放电自发热功率；4、具有水平度调节功能；5、配有抗震缓震装置，实现动态抗震五级以上；能有效且稳定的提供液态金属电池模组运行工作所需的温场环境，使高温液态金属电池可以实现工业化生产和实用化应用。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：一种液态金属电池高精度低能耗加热保温箱，包括上箱体、下箱体、电气控制箱、接线装置、水平仪、钢板外壳、纤维板外衬、硅酸铝纤维毡、纳米板、纤维板内衬、高温辐射涂料、不锈钢内胆、调节螺栓、抗震器、加热器、支架、旋紧手柄、减震气囊、反射板、保温泥、底板、热电偶，其特征在于：
所述加热保温箱采用内加热式设计，由匹配形位的矩型体的上箱体和下箱体通过多个旋紧手柄相互锁紧密封接合而成；所述上箱体、下箱体从外至内分别设置有钢板外壳、保温层和不锈钢内胆；所述保温层从外至内依次设置有纤维板外衬、硅酸铝纤维毡、纳米板、纤维板内衬、高温辐射涂料；所述下箱体底部设置有底板，所述下箱体四周的不锈钢内胆内侧依次设置有保温泥和纵向波形配置的反射板；所述不锈钢内胆、保温泥和反射板四周横向水平固定配置有多层支架，所述支架用于固定电池搁架，所述底板和电池搁架用于装配液态金属电池模组；所述底板上通过多个加热器安装座在上箱体和下箱体腔内纵向垂直固定设置有多个加热器，所述下箱体侧面横向设置有两根热电偶；所述下箱体外侧正面设置有电气控制箱、两组接线装置和监测仪表；所述上箱体顶部和下箱体正面分别设置有相互垂直配置的两个水平仪；所述下箱体底部设置有多个调节螺栓和抗震器。
所述接线装置与加热器、热电偶、监控引出线电气信号连接；所述电气控制箱与液态金属电池模组、接线装置、加热器、热电偶电气信号连接；所述纤维板外衬和纤维板内衬采用硅酸钙纤维板；所述调节螺栓采用弹性水平式调节螺栓；所述抗震器为自旋转弓形弹力抗震器或者阵列式减震气囊组抗震装置；所述反射板采用纵向波形不锈钢板；所述保温泥采用复合硅酸盐保温泥。
所述底板上的多个加热器对称分区配置，每个分区内的加热器采用并联方式装配。
所述加热保温箱正常工作时箱体炉温均匀性范围为500℃±5℃；所述加热保温箱的控温精度为±1℃；所述加热保温箱的能耗范围为1.2kw/h—1.5kw/h；所述加热保温箱的温度达到平衡时，其箱体外表面温度比环境温度高出6℃—10℃。
所述旋紧手柄通过螺栓装配在下箱体外侧上沿，所述旋紧手柄上设置有高低配置的双孔位带有防滑滚齿滑道，通过上箱体对应位置的螺栓在高低双孔位内的变化来锁紧上箱体和下箱体。
本发明的工作原理为：加热保温箱采用内加热式，内胆底部分布八个加热器安装座，八个加热器分为两个区，各区四个加热器采用并联方式。加热器加热通过检测装置反复检测反馈，进而达到高精度控温，保温层采用高热阻率的材料实现保温降低能耗。内胆内侧附加不锈钢反射板形状与加热器外形空隙对应，可将热量二次反射给电池，可实现温度场的均匀性与提高保温性能；箱体上装有横向与纵向的水平仪，可以检测水平度，箱体底座边角装有六个弹性水平调节螺栓，可以调节箱体静态水平也可以动态缓震，底座下面有多组自旋转弓形抗震器或气囊组抗震装置，来调节箱体在动态时的水平度，进而消除震动对电池的影响。
通过上述技术方案，本发明技术方案的有益效果是：设计高温液态金属电池模块式专用加热保温箱，保温箱在高温500℃下运行，其保温性能及使用工况达到：1、保温箱控温精度±1℃；2、温场均匀性±5℃；3、能耗等于电池充放电自发热功率；4、具有水平度调节功能；5、配有抗震缓震装置，实现动态抗震五级以上；具有结构简单、控温精度高、安装便捷、造价低、后期免维护的优点，能有效且稳定的提供液态金属电池模组运行工作所需的温场环境，使高温液态金属电池可以实现工业化生产和实用化应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例所公开的一种液态金属电池高精度低能耗加热保温箱立体轴侧图示意图；
图2为本发明实施例所公开的一种液态金属电池高精度低能耗加热保温箱下箱体剖面图示意图；
图3为本发明实施例所公开的一种液态金属电池高精度低能耗加热保温箱主视图剖视示意图；
图4为本发明实施例所公开的一种液态金属电池高精度低能耗加热保温箱下箱体俯视图示意图；
图5为本发明实施例所公开的一种液态金属电池高精度低能耗加热保温箱旋紧手柄放大示意图，5a)主视图、5b)侧视图、5c)I处放大图。
图中数字和字母所表示的相应部件名称：
1.上箱体 2.下箱体 3.电气控制箱 4.接线装置
5.水平仪 6.钢板外壳 7.纤维板外衬 8.硅酸铝纤维毡
9.纳米板 10.纤维板内衬 11.高温辐射涂料 12.不锈钢内胆
13.调节螺栓 14.抗震器 15.加热器 16.支架
17.旋紧手柄 18.减震气囊 19.反射板 20.保温泥
21.底板 22.热电偶
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
根据图1、图2、图3、图4和图5，本发明提供了一种液态金属电池高精度低能耗加热保温箱，包括上箱体1、下箱体2、电气控制箱3、接线装置4、水平仪5、钢板外壳6、纤维板外衬7、硅酸铝纤维毡8、纳米板9、纤维板内衬10、高温辐射涂料11、不锈钢内胆12、调节螺栓13、抗震器14、加热器15、支架16、旋紧手柄17、减震气囊18、反射板19、保温泥20、底板21、热电偶22。
所述加热保温箱采用内加热式设计，由匹配形位的矩型体的上箱体1和下箱体2通过多个旋紧手柄17相互锁紧密封接合而成；所述上箱体1、下箱体2从外至内分别设置有钢板外壳6、保温层和不锈钢内胆12；所述保温层从外至内依次设置有纤维板外衬7、硅酸铝纤维毡8、纳米板9、纤维板内衬10、高温辐射涂料11；所述下箱体2底部设置有底板21，所述下箱体2四周的不锈钢内胆12内侧依次设置有保温泥20和纵向波形配置的反射板19；所述不锈钢内胆12、保温泥20和反射板21四周横向水平固定配置有多层支架16，所述支架16用于固定电池搁架，所述底板21和电池搁架用于装配液态金属电池模组；所述底板21上通过多个加热器安装座在上箱体1和下箱体2腔内纵向垂直固定设置有多个加热器15，所述下箱体2侧面横向设置有两根热电偶22；所述下箱体2外侧正面设置有电气控制箱3、两组接线装置4和监测仪表；所述上箱体1顶部和下箱体2正面分别设置有相互垂直配置的两个水平仪5；所述下箱体2底部设置有多个调节螺栓13和抗震器14。
所述接线装置4与加热器15、热电偶22、监控引出线电气信号连接；所述电气控制箱3与液态金属电池模组、接线装置4、加热器15、热电偶22电气信号连接；所述纤维板外衬7和纤维板内衬10采用硅酸钙纤维板；所述调节螺栓13采用弹性水平式调节螺栓；所述抗震器14为自旋转弓形弹力抗震器或者阵列式减震气囊组抗震装置；所述反射板19采用纵向波形不锈钢板；所述保温泥20采用复合硅酸盐保温泥。
所述底板21上的多个加热器15对称分区配置，每个分区内的加热器15采用并联方式装配。
所述加热保温箱正常工作时箱体炉温均匀性范围为500℃±5℃；所述加热保温箱的控温精度为±1℃；所述加热保温箱的能耗范围为1.2kw/h—1.5kw/h；所述加热保温箱的温度达到平衡时，其箱体外表面温度范围为34℃—37℃(环境温度为28℃)。
所述旋紧手柄17通过螺栓装配在下箱体2外侧上沿，所述旋紧手柄17上设置有高低配置的双孔位带有防滑滚齿滑道，通过上箱体1对应位置的螺栓在高低双孔位内的变化来锁紧上箱体1和下箱体2。
本发明的具体实施方式为：加热保温箱为长方体结构，在高度方向上约2/3处分为上、下两个箱体，上部分为上箱体1，下部分为下箱体2，箱体由2mm厚的钢板外壳6，180mm保温层，不锈钢内胆12三部分组成，下箱体2上边沿向下12mm—18mm处布置加热及监控引出线接线装置4，在接线装置4保护罩下边沿处外挂电气控制箱3。本保温箱采用内加热式，在箱体内液态金属电池空间内分布八支加热器15，并在内胆底板21上相应位置固定安装八个加热器安装座，并在内胆侧板上附加波形不锈钢反射板19，同时在反射板19与内胆12的空隙中填满复合硅酸盐保温泥20，使保温效果和温度场均匀性更加理想，电池在箱体内分层分布，各层电池搁架通过与不锈钢反射板19上的支架16连接，支架16对电池搁架起支撑作用，对波形不锈钢反射板19起固定作用，将不锈钢反射板19和复合硅酸盐保温泥20与内胆12固定；在下箱体下部底座上布置6个弹性水平调节螺栓13，来调节静态的水平度和动态的减震缓冲，另外在底座下面还分布防震装置，设置有两种不同方案，方案一自旋转弓形抗震器，方案二气囊组抗震装置，两种方案的基本原理是一样的，箱底跟承载面之间可以相对运动，静态时两种装置都有一部分压缩量，在动态运动下随着承载面的高低波动，伴随着抗震装置有些部位再压缩，有些部位扩张，同时由于箱体较重，由于惯性可以保持平稳。
保温层由外到内依次是25mm硅酸钙纤维板、四层20mm硅酸铝纤维毡、两层20mm纳米板、25mm硅酸钙纤维板、5mm高温辐射涂料，这些材料都是不同温度梯度下热阻率较高的隔热材料一共180mm，减少对外界的热损失，能耗就相应的降低了。内胆12底部电池分布空位安装8个加热器安装座，安装8个加热器15，将这八个加热器15分为两区，每区四个采用并联式连接，并由加热引出线装置引出通过航空插头与外加电源连接；然后将控温热电偶22安装在各区两加热器15正中间195mm高度527mm，每个区安装一个共两个，实时监测箱内温度，由控温系统反复检测反馈从而达到高精度控温，整体电气控制靠电气控制箱控制。在内胆12内侧附加不锈钢反射板19，反射板19与内胆12之间填充复合硅酸盐保温泥20，不锈钢反射板19与电池间隔20mm与表面形状相贴合，反射板19会反射温度使温场均匀性有质的提升同时也在一定程度上降低了能耗。
液态金属电池在在保温箱内分层布置，层高135mm分6层，底层电池直接承载在4mm不锈钢底板21上，上层电池通过搁架与不锈钢反射板19上的支架16连接，支架16对电池起支撑作用，对不锈钢反射板19起固定作用，将不锈钢反射板19与复合硅酸盐保温泥20与内胆12及其他模块固定在一起，让电池在箱内位置相对固定。
上箱体1和下箱体2之间采用旋紧手柄17旋转压紧，摆脱了传统法兰式连接的空间占据的缺点，进一步节省了空间。在上箱体1上面安装纵向水平仪5，在下箱体2侧面安装横向水平仪5，然后在箱体底座边角上安装六个弹性水平调节螺栓13，可以调节静态平衡，同时也可以在动态时缓冲震动；在箱体底部分布有多组自旋转弓形抗震器或气囊组减震装置，两种方案实现的目的和利用的原理都是一样的，箱底跟承载面之间可以相对运动，静态时两种装置都有一部分压缩量，在动态运动下随着承载面的高低波动，伴随着抗震装置有些部位再压缩，有些部位扩张，同时由于箱体较重，由于惯性可以保持平稳，从而达到动态时箱体的平衡，从而可以将液态金属电池推向车载化。
通过上述具体实施例，本发明的有益效果是：设计高温液态金属电池模块式专用加热保温箱，保温箱在高温500℃下运行，其保温性能及使用工况达到：1、保温箱控温精度±1℃；2、温场均匀性±5℃；3、能耗等于电池充放电自发热功率；4、具有水平度调节功能；5、配有抗震缓震装置，实现动态抗震五级以上；具有结构简单、控温精度高、安装便捷、造价低、后期免维护的优点，能有效且稳定的提供液态金属电池模组运行工作所需的温场环境，使高温液态金属电池可以实现工业化生产和实用化应用。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (5)
1.一种液态金属电池高精度低能耗加热保温箱，其特征在于，包括上箱体、下箱体、电气控制箱、接线装置、水平仪、钢板外壳、纤维板外衬、硅酸铝纤维毡、纳米板、纤维板内衬、高温辐射涂料、不锈钢内胆、调节螺栓、抗震器、加热器、支架、旋紧手柄、减震气囊、反射板、保温泥、底板、热电偶；所述加热保温箱采用内加热式设计，由匹配形位的矩型体的上箱体和下箱体通过多个旋紧手柄相互锁紧密封接合而成；所述上箱体、下箱体从外至内分别设置有钢板外壳、保温层和不锈钢内胆；所述保温层从外至内依次设置有纤维板外衬、硅酸铝纤维毡、纳米板、纤维板内衬、高温辐射涂料；所述下箱体底部设置有底板，所述下箱体四周的不锈钢内胆内侧依次设置有保温泥和纵向波形配置的反射板；所述不锈钢内胆、保温泥和反射板四周横向水平固定配置有多层支架，所述支架用于固定电池搁架，所述底板和电池搁架用于装配液态金属电池模组；所述底板上通过多个加热器安装座在上箱体和下箱体腔内纵向垂直固定设置有多个加热器，所述下箱体侧面横向设置有两根热电偶；所述下箱体外侧正面设置有电气控制箱、两组接线装置和监测仪表；所述上箱体顶部和下箱体正面分别设置有相互垂直配置的两个水平仪；所述下箱体底部设置有多个调节螺栓和抗震器。
2.根据权利要求1所述的一种液态金属电池高精度低能耗加热保温箱，其特征在于，所述接线装置与加热器、热电偶、监控引出线电气信号连接；所述电气控制箱与液态金属电池模组、接线装置、加热器、热电偶电气信号连接；所述纤维板外衬和纤维板内衬采用硅酸钙纤维板；所述调节螺栓采用弹性水平式调节螺栓；所述抗震器为自旋转弓形弹力抗震器或者阵列式减震气囊组抗震装置；所述反射板采用纵向波形不锈钢板；所述保温泥采用复合硅酸盐保温泥。
3.根据权利要求1所述的一种液态金属电池高精度低能耗加热保温箱，其特征在于，所述底板上的多个加热器对称分区配置，每个分区内的加热器采用并联方式装配。
4.根据权利要求1所述的一种液态金属电池高精度低能耗加热保温箱，其特征在于，所述加热保温箱正常工作时箱体炉温均匀性范围为500℃±5℃；所述加热保温箱的控温精度为±1℃；所述加热保温箱的能耗范围为1.2kw/h—1.5kw/h；所述加热保温箱的温度达到平衡时，其箱体外表面温度比环境温度高出6℃—10℃。
5.根据权利要求1所述的一种液态金属电池高精度低能耗加热保温箱，其特征在于，所述旋紧手柄通过螺栓装配在下箱体外侧上沿，所述旋紧手柄上设置有高低配置的双孔位带有防滑滚齿滑道，通过上箱体对应位置的螺栓在高低双孔位内的变化来锁紧上箱体和下箱体。
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