CN109461994A - 金属空气燃料电池燃料自动添加系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金属空气燃料电池燃料自动添加系统，该系统包括：金属燃料储存系统用于储存金属燃料颗粒；燃料添加驱动系统用于驱动金属燃料储存系统向电池堆添加金属燃料颗粒；电池堆燃料量监测系统用于监测电池堆的燃料余量，并在燃料余量小于第一预设值时，生成添加指令，以根据添加指令控制燃料添加驱动系统开启添加，并在燃料余量大于第二预设值时，生成停止指令，以根据停止指令控制燃料添加驱动系统停止添加，其中，第二预设值大于第一预设值。该系统实现燃料电池的燃料自动添加，使电池堆内部燃料始终处于充足状态，优化燃料电池的工作性能，提高燃料电池工作输出的稳定性和便捷性，具有很高的商业化应用价值。

Description

金属空气燃料电池燃料自动添加系统

技术领域

本发明涉及金属空气燃料电池技术领域，特别涉及一种金属空气燃料电池燃料自动添加系统。

背景技术

金属空气燃料电池，是以金属为负极材料、空气或氧气为正极材料的燃料电池，其能量转换效率高、安全、无污染、噪声小等优点，适合作为家用、交通、军事等诸多领域的小型电源。

传统的以金属板为负极材料的燃料电池，当负极(金属板)使用殆尽之时，需要手动换料，操作过程复杂不便捷，在电池堆规模进一步扩大的过程中，此种不便捷性愈发明显；特别是该种加料形式的电池因使用过程中负极材料不能得到及时补充，燃料供给不足使得电池堆功率输出及其稳定性会逐渐衰减，不同单体之间燃料分配越来越不均匀使得电池堆一致性持续变差。

这些问题造成了金属空气燃料电池实际应用过程中性能较差、寿命较短，并且在一次使用过程中性能持续变差，故其在商业化大规模大功率应用中，始终存在障碍。故金属空气燃料电池燃料的自动添加问题迫切需要得到解决。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的目的在于提出一种金属空气燃料电池燃料自动添加系统。

为达到上述目的，本发明提出了金属空气燃料电池燃料自动添加系统，包括：金属燃料储存系统，用于储存金属燃料颗粒；燃料添加驱动系统，用于驱动所述金属燃料储存系统向电池堆添加所述金属燃料颗粒；电池堆燃料量监测系统，用于监测所述电池堆的燃料余量，并在所述燃料余量小于第一预设值时，生成添加指令，以根据所述添加指令控制所述燃料添加驱动系统开启添加，并在所述燃料余量大于第二预设值时，生成停止指令，以根据所述停止指令控制所述燃料添加驱动系统停止添加，其中，所述第二预设值大于所述第一预设值。

本发明实施例的金属空气燃料电池燃料自动添加系统，以金属颗粒作为负极材料，能够实现燃料电池的自动加料，对内使电堆内部燃料始终处于充足状态，并增加了电池模组之中各单体燃料分配的均匀性，从而使燃料电池始终具备以额定状态工作的能力，并减小了各单体之间的不一致性，优化了燃料电池的工作性能，提高了燃料电池功率输出稳定性；而对外能够使操作趋于自动化，更加便捷，具有很高的商业化应用价值。

另外，根据本发明上述实施例的金属空气燃料电池燃料自动添加系统还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，还包括：供电系统，用于为所述金属燃料储存系统、所述燃料添加驱动系统和电池堆燃料量监测系统供电。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述第二预设值为所述电池堆的燃料最大值。

可选地，在本发明的一个实施例中，所述金属燃料储存系统包括：存储组件，用于承载所述金属燃料颗粒；滑槽板，用于传输所述金属燃料颗粒。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述存储组件包括：缓冲件，用于控制所述存储组件均匀下落；开槽，用于收到所述添加指令后，所述开槽开启，以将所述金属燃料颗粒下落至所述滑槽板。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述存储组件还包括备料区和准料区，所述准料区位于所述备料区的下方，以在所述准料区存储的金属燃料颗粒释放殆尽时，所述备料区为所述准料区补充所述金属燃料颗粒。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述燃料添加驱动系统包括：步进电机，用于驱动所述滑槽板移动至所述开槽的槽口或闭口；第一控制器，用于根据所述添加指令控制所述步进电机驱动所述滑槽板移动至所述开槽的槽口，并且根据所述停止指令控制所述步进电机驱动所述滑槽板移动至所述开槽的闭口。

进一步地，在本发明的一个实施例中，当所述第一控制器接收到所述燃料添加驱动系统的指令，正负偏转预设的角度对所述燃料添加驱动系统进行开闭，并将该指令发送至所述步进电机，将燃料添加至预设位置。

可选地，在本发明的一个实施例中，所述电池堆燃料量监测系统包括：多个位置传感器，用于检测所述余量的当前位置；第二控制器，根据所述当前位置生成所述添加信号或停止信号。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述供电系统采用储能电池，独立驱动所述燃料添加驱动系统工作，且燃料电池在工作时为所述小型储能电池充电。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明一个实施例的金属空气燃料电池燃料自动添加系统原理图；

图2本发明的一个实施例的一种金属空气燃料电池自动加料系统结构示意图；

图3本发明的一个实施例的另一种金属空气燃料电池自动加料系统结构示意图。

附图标记说明：

10-金属空气燃料电池燃料自动添加系统、100-金属燃料储存系统、101-存储组件、102-滑槽板、103-缓冲件、104-槽口、200-燃料添加驱动系统、201-步进电机、202-第一控制器、300-电池堆燃料量监测系统、301-多个位置传感器、400-供电系统、500-电堆体和600-电堆上方料斗。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的金属空气燃料电池燃料自动添加系统。

图1是本发明一个实施例的金属空气燃料电池燃料自动添加系统原理图。

如图1所示，该金属空气燃料电池燃料自动添加系统10包括：金属燃料储存系统100、燃料添加驱动系统200、电池堆燃料量监测系统300和供电系统400。

其中，金属燃料储存系统100用于储存金属燃料颗粒，当受到燃料添加驱动系统200的加料指令时开启，将其存储的备料加入电池堆。

进一步地，在本发明的一个实施例中，金属燃料储存系统100包括：存储组件101用于承载金属燃料颗粒。滑槽板102用于传输金属燃料颗粒。

其中，存储组件包括：缓冲件103用于控制存储组件均匀下落；开槽104用于收到添加指令后，开槽开启，以将金属燃料颗粒下落至滑槽板。

存储组件101还包括备料区和准料区，准料区位于备料区的下方，以在准料区存储的金属燃料颗粒释放殆尽时，备料区为准料区补充金属燃料颗粒。

具体而言，存储组件101可以为料箱体，用于承载金属颗粒，内部可包括缓冲系统进而缓冲备料区金属颗粒下落的速度，便于待电堆燃料填满后容易关闭加料系统，箱体底面开有槽口104，适时释放燃料；滑槽板103上开有槽口，位于箱体底部，用于控制开闭燃料添加驱动系统200，应当加料时，燃料由槽口向下方电堆组添加。

燃料添加驱动系统200用于驱动金属燃料储存系统向电池堆添加金属燃料颗粒。也就是说，燃料添加驱动系统200控制金属燃料储存系统100的开闭。

进一步地，在本发明的是一个实施例中，燃料添加驱动系统包括：步进电机201用于驱动滑槽板移动至开槽的槽口或闭口。第一控制器202用于根据添加指令控制步进电机驱动滑槽板移动至开槽的槽口，并且根据停止指令控制步进电机驱动滑槽板移动至开槽的闭口。

具体地，步进电机驱动滑槽板移动，接收单片机传来的脉冲信号指令(接收第一控制器传来的信号指令)，正负偏转相应的角度，实现燃料添加驱动系统200的开闭；控制步进电机工作的第一控制器(单片机)，用于接收传感器传来的信号并将其处理发送至步进电机，使得燃料恰好加满。

电池堆燃料量监测系统300用于监测电池堆的燃料余量，并在燃料余量小于第一预设值时，生成添加指令，以根据添加指令控制燃料添加驱动系统开启添加，并在燃料余量大于第二预设值时，生成停止指令，以根据停止指令控制燃料添加驱动系统停止添加，其中，第二预设值大于第一预设值。

需要说明的是，第二预设值为电池堆的燃料最大值。

简单来讲，电池堆燃料量监测系统300用于监测电堆内部燃料余量的变化，少于给定限度时向燃料添加驱动系统发出加料信号；待燃料加满电池堆时向燃料添加驱动系统发出停止添加燃料信号。

进一步地，在本发明的一个实施例中，电池堆燃料量监测系统包括：多个位置传感器301用于检测余量的当前位置。第二控制器根据当前位置生成添加信号或停止信号。

具体而言，电池堆燃料量监测系统300检测电池堆内部燃料剩余量并适时发出燃料添加信号，其中，电池堆燃料量监测系统300位于金属空气燃料电池电堆或电堆上方料斗之内，能够检测到燃料量在预设阈值上下的变化，并将此突变信号传输至单片机，引发加料反应，待燃料加满电池堆时向燃料添加驱动系统200发出停止添加燃料信号。

供电系统400用于为金属燃料储存系统、燃料添加驱动系统和电池堆燃料量监测系统供电。

需要说明的是，供电系统采用小型储能电池，用于驱动电机及控制器，可以独立驱动燃料添加驱动系统工作，且燃料电池在工作时可以为小型储能电池充电。

也就是说，本发明实施例的金属空气燃料电池燃料自动添加系统的工作过程如下：在供电系统的持续能量供给下，监测系统持续工作，当其监测到电池堆燃料量低于预设值时，将加料信号传送给燃料添加驱动系统；燃料添加驱动系统接收到信号后，驱动金属燃料储存系统开放，进行燃料添加；燃料添加入电堆；当监测系统监测到电池堆燃料充足时，发送停止信号至燃料添加驱动系统；燃料添加驱动系统接受到停止信号，驱动金属燃料储存系统关闭；金属燃料储存系统关闭，燃料停止添加，电池堆得以在燃料加满情况下以额定稳定状态工作。

下面结合两个具体例子对本发明实施例的金属空气燃料电池燃料自动添加系统进行详细。

如图2所示，该金属空气燃料电池燃料自动添加系统10包括：金属燃料储存系统(编号以1开头)、燃料添加驱动系统(编号以2开头)、监测系统(编号以3开头)、供电系统(编号以4开头)，另外还包括电堆体500和电堆上方料斗600。

具体地，编号以1开头的结构共同构成金属燃料储存系统100。如图1所示，101为料箱体用于承载金属颗粒。在本发明实例中，料箱体分为备料区和准料区。其中准料区位于备料区下方，用于存储即将进入电堆的一批颗粒；而备料区存储后续批次颗粒，在准料区颗粒释放殆尽时填充准料区。箱体底面开有槽口，用于适时释放燃料。减速隔板103为备料区和准料区的分隔，其上方为备料区，下方为准料区，减速隔板作用即为上述缓冲备料区金属颗粒下落的速度，使准料区颗粒释放速度远大于备料区向准料区填充速度，便于待电堆燃料填满(即准料区颗粒全部释放)后及时关闭加料系统。滑槽板102位于准料区下方，用于控制开闭加料系统。系统为常闭系统，储料状态下滑槽板槽口与箱体底面槽口104存在相位偏差，燃料被隔挡不发生泄露；当滑槽板平动至槽口与箱体底面槽口对齐时，加料系统开启，燃料由槽口向下方电堆组添加。

编号以2为开头的结构构成燃料添加驱动系统200。在本发明实例中，控制滑槽板移动的步进电机201，接收单片机传来的脉冲信号指令，脉冲为正则偏转预设角度，通过滑槽板上固连的齿条将转动变为平动，使得滑槽板槽口恰好与箱体底面槽口对齐，实现燃料添加；当接收到负脉冲信号时，反方向偏转相同的角度，使得滑槽板复位，加料系统关闭。在本发明实例中，控制步进电机工作的单片机202，用于接收传感器传来的电流信号并将其转化为脉冲信号，当接收电流突变时发射一个正的脉冲信号，正脉冲信号发射过后到达预设时间发射一负脉冲信号。此预设时间即为进料时间，可提前测试，使得燃料恰好加满。

编号以3为开头的结构构成电池堆燃料量监测系统300。在本发明实例中，金属空气燃料电池电堆500上方有料斗600，正常工作状态下，使得阳极室燃料堆积床高度高过电堆高度，即燃料堆积床上界面始终位于料斗内，保证电堆之中燃料始终充足。而传感器301即位于料斗内，传感器两触头接触于燃料床两个侧端，接有恒定低压，输出持续电流。当燃料持续使用、堆积床高度持续下降到触头以下时(说明燃料高度低于临界值需加料)，此时输出电流会有突变。此突变信号传输至单片机，引发加料反应。

编号以4为开头的结构构成供电系统400。在本发明实施例中，供电系统400采用小型储能电池，用于驱动电机及控制器，在燃料电池工作时可以给储能电池充电。

如图3所示，金属空气燃料电池电堆500上方没有料斗，致使实例二中的传感器301直接位于电堆内部，直接检测电堆内部燃料堆积床高度的变化。

综上所述，根据本发明实施例提出的金属空气燃料电池燃料自动添加系统，以金属颗粒作为负极材料，能够实现燃料电池的自动加料，对内使电堆内部燃料始终处于充足状态，并增加了电池模组之中各单体燃料分配的均匀性，从而使燃料电池始终具备以额定状态工作的能力，并减小了各单体之间的不一致性，优化了燃料电池的工作性能，提高了燃料电池功率输出稳定性；而对外能够使操作趋于自动化，更加便捷，具有很高的商业化应用价值。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种金属空气燃料电池燃料自动添加系统，其特征在于，包括：

金属燃料储存系统，用于储存金属燃料颗粒；

燃料添加驱动系统，用于驱动所述金属燃料储存系统向电池堆添加所述金属燃料颗粒；以及

电池堆燃料量监测系统，用于监测所述电池堆的燃料余量，并在所述燃料余量小于第一预设值时，生成添加指令，以根据所述添加指令控制所述燃料添加驱动系统开启添加，并在所述燃料余量大于第二预设值时，生成停止指令，以根据所述停止指令控制所述燃料添加驱动系统停止添加，其中，所述第二预设值大于所述第一预设值。

2.根据权利要求1所述的金属空气燃料电池燃料自动添加系统，其特征在于，还包括：

供电系统，用于为所述金属燃料储存系统、所述燃料添加驱动系统和电池堆燃料量监测系统供电。

3.根据权利要求1所述的金属空气燃料电池燃料自动添加系统，其特征在于，所述第二预设值为所述电池堆的燃料最大值。

4.根据权利要求1所述的金属空气燃料电池燃料自动添加系统，其特征在于，所述金属燃料储存系统包括：

存储组件，用于承载所述金属燃料颗粒；

滑槽板，用于传输所述金属燃料颗粒。

5.根据权利要求4所述的金属空气燃料电池燃料自动添加系统，其特征在于，所述存储组件包括：

缓冲件，用于控制所述存储组件均匀下落；

开槽，用于收到所述添加指令后，所述开槽开启，以将所述金属燃料颗粒下落至所述滑槽板。

6.根据权利要求5所述的金属空气燃料电池燃料自动添加系统，其特征在于，所述存储组件还包括备料区和准料区，所述准料区位于所述备料区的下方，以在所述准料区存储的金属燃料颗粒释放殆尽时，所述备料区为所述准料区补充所述金属燃料颗粒。

7.根据权利要求5所述的金属空气燃料电池燃料自动添加系统，其特征在于，所述燃料添加驱动系统包括：

步进电机，用于驱动所述滑槽板移动至所述开槽的槽口或闭口；

第一控制器，用于根据所述添加指令控制所述步进电机驱动所述滑槽板移动至所述开槽的槽口，并且根据所述停止指令控制所述步进电机驱动所述滑槽板移动至所述开槽的闭口。

8.根据权利要求7所述的金属空气燃料电池燃料自动添加系统，其特征在于，当所述第一控制器接收到所述燃料添加驱动系统的指令，正负偏转预设的角度对所述燃料添加驱动系统进行开闭，并将该指令发送至所述步进电机，将燃料添加至预设位置。

9.根据权利要求5所述的金属空气燃料电池燃料自动添加系统，其特征在于，所述电池堆燃料量监测系统包括：

多个位置传感器，用于检测所述余量的当前位置；

第二控制器，根据所述当前位置生成所述添加信号或停止信号。

10.根据权利要求2所述的金属空气燃料电池燃料自动添加系统，其特征在于，所述供电系统采用储能电池，独立驱动所述燃料添加驱动系统工作，且燃料电池在工作时为所述小型储能电池充电。