CN110165341A - 一种便携式铝-空气燃料电池与热管理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种便携式铝‑空气燃料电池与热管理系统，包括：铝‑空气燃料电池堆组件、电控盒组件、外壳上盖以及热管理组件；所述铝‑空气燃料电池堆组件包括铝‑空气燃料电池组、电解液箱、集流盒、电解液泵；所述铝‑空气燃料电池组安装在集流盒上，布置在电解液箱上部；电解液箱内的电解液在循环泵的作用下经过集流盒泵入铝‑空气燃料电池组；所述铝‑空气燃料电池组设置在外壳上盖中，外壳上盖与集流盒和电解液箱共同构成箱体；所述集流盒外围设计有进风口；所述热管理组件包括散热风扇、散热冷管和用于监测电解液温度的温度传感器；集流盒上的进风口、铝‑空气燃料电池组间的间隙和散热风扇共同形成散热风道。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池技术，尤其涉及一种便携式铝-空气燃料电池与热管理系统。
背景技术
铝-空气燃料电池是一种以铝合金为负极，碱性或中性水溶液为电解液、空气电极为正极的化学电源。其最大的特点是能量密度高，质量能量密度可以达到300-600Wh/kg，因此也特别适合于高能量的便携式电源。铝-空气燃料电池运行过程中持续生成热，在长时间运行过程中，发热严重引起热的积累，逐渐会导致热失控是制约铝-空气燃料电池快速发展的难题之一。便携式铝-空气燃料电池系统对体积空间、功率内耗、重量等方面有苛刻的要求，这对该电池系统的热管理提出更高的要求。
发明专利CN201711337201.0通过集成金属空气电池系统及优化温度控制，可有效实现电池电解液温度控制的目的。不足之处是这种处理方式系统相对复杂，不适用于百瓦级及百瓦级以下的便携式铝-空气燃料电池。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种便携式铝-空气燃料电池与热管理系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种便携式铝-空气燃料电池与热管理系统，包括：
铝-空气燃料电池堆组件、电控盒组件、外壳上盖以及热管理组件；
所述铝-空气燃料电池堆组件包括铝-空气燃料电池组、电解液箱、集流盒、电解液泵；
所述铝-空气燃料电池组安装在集流盒上，布置在电解液箱上部；电解液箱内的电解液在循环泵的作用下经过集流盒泵入铝-空气燃料电池组；
所述铝-空气燃料电池组设置在外壳上盖中，外壳上盖与集流盒和电解液箱共同构成箱体；
所述集流盒外围设计有进风口；
所述热管理组件包括散热风扇、散热冷管和用于监测电解液箱内电解液温度的温度传感器；
所述散热冷管设置在集流盒底部，所述散热风扇设置在外壳上盖顶部；集流盒上的进风口、铝-空气燃料电池组间的间隙和散热风扇共同形成散热风道。
按上述方案，所述散热风扇位于铝-空气燃料电池堆组件上部的外壳上盖上，多个散热风扇呈四周分散式均匀分布，所述散热风扇为向内吸风、向外排风的散热风扇。
按上述方案，所述散热风扇为格栅风扇，根据温度传感器监测的温度与设定阈值的比较结果，触发格栅风扇启停以及调速。
按上述方案，所述集流盒外围上部设计有安装凸台面，水平方向设计有进风口，所述外壳上盖与集流盒安装凸台面紧密贴合。
按上述方案，所述散热冷管为多个分散布置于铝-空气燃料电池底部电解液出口处的U型或L型散热冷管。
按上述方案，所述散热冷管设计有翅片。
按上述方案，铝-空气燃料电池组的每个电池单体间保持一定间隙、有序的安装在集流盒上。
按上述方案，所述外壳上盖顶部设计有便携把手，底部设有与集流盒相适用的通风孔。
按上述方案，所述电控盒组件包括电控外壳、蓄电池、电控板、DC/DC转换器、电输出插件。
按上述方案，所述外壳上盖通过卡扣与电解液箱固定连接。
本发明产生的有益效果是：
1)该便携式铝-空气燃料电池系统通过散热风扇采用向内吸风、向外排风的方式布置在外壳上盖上，同时结合热空气的“烟囱效应”特点，设计成自下而上的散热风道。这样做的效益是采用相同或较小的风扇功耗，可得到较大的进风量，同时自下而上的风道可对多个主要散热源进行有效散热，从而提高散热效果。
2)该便携式铝-空气燃料电池系统通过在铝-空气燃料电池出口处和电解液箱间布置有U型(或L型等)散热冷管，设计的分散式、低流阻散热翅片冷管紧邻进风口处，该方案在增加散热面积的同时，有效利用最大温差，可进一步提高散热效果。
3)该便携式铝-空气燃料电池系统利用电解液自重力回液方式，回液不需要提供动力，结合优化后的回液管路设计散热方案，使得散热系统整体效果好，风扇所需的功耗小，结构紧凑，节省空间。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例的装置的系统原理示意图；
图2是本发明实施例的装置的系统立体图；
图3是本发明实施例的装置的电池单体结构图；
图4是本发明实施例的装置的系统组件爆炸图；
图5是本发明实施例的装置的散热冷管布置图；
图6是本发明实施例的装置的风道构成图；
图中：1-便携把手、2-卡口1、3-电解液加注口、4-集流盒进风口、5-上盖壳体进风口、6-散热风扇、7-进液口、8-溢流挡板、9-出液口、10-上盖壳体主体、11-卡口1、12-卡口2、13-电解液箱、14-电控盒组件、15-散热冷管、16-翅片、17-集流盒、18-导电铜条、19-密封凸台、20-散热翅片冷管、21-集流盒上进风口、22-电池单体、23-铝板、24-出风口。
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，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，一种铝-空气燃料电池与热管理系统原理示意图，包括铝-空气燃料电池堆组件、电控组件和热管理组件等；铝-空气燃料电池堆组件包括铝-空气燃料电池堆、集流盒、电解液箱、循环泵等；电控组件包括DC/DC转换器、主控板、蓄电池等；热管理组件包括散热冷管、风扇、温度传感器等；铝-空气燃料电池堆安装在集流盒，布置在电解液箱上部；电解液箱内的电解液在循环泵的作用下经过集流盒泵入铝-空气燃料电池堆，在自重力作用下，汇集在集流盒，再流经散热冷管，回落到电解液箱。
为了更进一步的详细说明，提供一种百瓦级便携式铝-空气燃料电池实施案例。该百瓦级便携式铝-空气燃料电池具有散热效果好、空间紧凑、散热功耗低、方便携带等特点。
如下三维实体图所示，一种百瓦级便携式铝-空气燃料电池与热管理系统，包括铝-空气燃料电池堆组件、电控盒组件14和热管理组件等；铝-空气燃料电池堆组件包括铝-空气燃料电池单体22、集流盒17、电解液箱13、循环泵等；电控盒组件14包括DC/DC转换器、主控板、蓄电池等；热管理组件包括散热冷管15、风扇6、温度传感器等；铝-空气燃料电池堆安装在集流盒17，布置在电解液箱上部；电解液箱13内的电解液在循环泵的作用下经过集流盒17泵入铝-空气燃料电池堆，在自重力作用下，汇集在集流盒17，再流经散热冷管15，回落到电解液箱13；DC/DC转换器为可调DC/DC转换器，转换到合适的输出要求。
热管理组件在温度传感器和主控板的作用下控制风扇的启停及调速；在风扇6作用下，对铝-空气燃料电池单体22、散热冷管15和导电铜条18进行高效率，低功耗的散热。在主控板的作用下，可实现对系统的热管理平衡和全自动监控，从而保障整个系统连续正常运行。
进一步的，电解液在循环泵的作用下经过集流盒17从铝-空气燃料电池单体22进液口7泵入，再从溢流挡板溢出，然后在自重力作用下，从电池单体22出液口9流出，汇集在集流盒17内。
进一步的，在电池单体底部集流盒17内侧设计有散热冷管15，散热冷管15选用耐碱散热良好的铜管，呈多个分散布置。这有利于低流阻、多通道、高效散热。
进一步的，散热冷管15外形设计为“U型”，还可以设计为“L型”、“I型”等，散热冷管15上设计有散热翅片16，翅片16呈“方形”或“圆形”片状分布。
进一步的，散热风扇6采用向内吸风、向外排风的方式布置在上盖壳体主体10上部，四个散热风扇6呈四周分散式均匀分布。
进一步的，集流盒17外围上部设计有安装密封凸台面19，水平方向设计有集流盒下进风口4和集流盒上进风口21。上盖壳体主体10可紧密贴合在集流盒安装密封凸台面19上，上盖壳体主体10上设计有上盖壳体进风口5，通过卡扣11与电解液箱卡扣12卡紧，上盖壳体进风口5和集流盒上进风口21重合，从而增加进风量。这样设计具有较好的气密性，保障外壳上盖内部在散热风扇作用下构成自下而上的散热风道。
进一步的，散热风道主要是冷却风从集流盒上下进风口4和上进风口21进入，先冷却散热冷管15和翅片16，再从电池单体22间的间隙向上冷却，然后对电池上端的铝板23和导电铜条18冷却，最后从风扇6排出。
进一步的，上盖壳体主体10顶部设计有便携把手1，上盖壳体主体10通过卡扣11与电解液箱卡扣12卡紧，方便携带。
进一步的，热管理组件在温度传感器和主控板的作用下，根据温度监测值控制风扇的启停及调速，实现低功耗的热管理平衡。
进一步的，电控盒组件包括电控外壳、蓄电池、电控板、DC/DC转换器、电输出插件等，可实现一键启停，并通过DC/DC转换器后，在电输出插件处稳定、长时间的输出电能。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种便携式铝-空气燃料电池与热管理系统，其特征在于，包括：
铝-空气燃料电池堆组件、电控盒组件、外壳上盖以及热管理组件；
所述铝-空气燃料电池堆组件包括铝-空气燃料电池组、电解液箱、集流盒、电解液泵；
所述铝-空气燃料电池组安装在集流盒上，布置在电解液箱上部；电解液箱内的电解液在循环泵的作用下经过集流盒泵入铝-空气燃料电池组；
所述铝-空气燃料电池组设置在外壳上盖中，外壳上盖与集流盒和电解液箱共同构成箱体；
所述集流盒外围设计有进风口；
所述热管理组件包括散热风扇、散热冷管和用于监测电解液温度的温度传感器；
所述散热冷管设置在集流盒底部，所述散热风扇设置在外壳上盖顶部；集流盒上的进风口、铝-空气燃料电池组间的间隙和散热风扇共同形成散热风道。
2.根据权利要求1所述的便携式铝-空气燃料电池与热管理系统，其特征在于，所述散热风扇位于铝-空气燃料电池堆组件上部的外壳上盖上，多个散热风扇呈四周分散式均匀分布，所述散热风扇为向内吸风、向外排风的散热风扇。
3.根据权利要求1所述的便携式铝-空气燃料电池与热管理系统，其特征在于，所述散热风扇为格栅风扇，根据温度传感器监测的温度与设定阈值的比较结果，触发格栅风扇启停以及调速。
4.根据权利要求1所述的便携式铝-空气燃料电池与热管理系统，其特征在于，所述集流盒外围上部设计有安装凸台面，水平方向设计有进风口，所述外壳上盖与集流盒安装凸台面紧密贴合。
5.根据权利要求1所述的便携式铝-空气燃料电池与热管理系统，其特征在于，所述散热冷管为多个分散布置于铝-空气燃料电池底部电解液出口处的U型或L型散热冷管。
6.根据权利要求1所述的便携式铝-空气燃料电池与热管理系统，其特征在于，所述散热冷管设计有翅片。
7.根据权利要求1所述的便携式铝-空气燃料电池与热管理系统，其特征在于，铝-空气燃料电池组的每个电池单体间保持一定间隙、有序的安装在集流盒上。
8.根据权利要求1所述的便携式铝-空气燃料电池与热管理系统，其特征在于，所述外壳上盖顶部设计有便携把手，底部设有与集流盒相适用的通风孔。
9.根据权利要求1所述的便携式铝-空气燃料电池与热管理系统，其特征在于，所述电控盒组件包括电控外壳、蓄电池、电控板、DC/DC转换器、电输出插件。
10.根据权利要求1所述的便携式铝-空气燃料电池与热管理系统，其特征在于，所述外壳上盖通过卡扣与电解液箱固定连接。
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