CN112151841A - 自产氧的新能源电池及产氧控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了自产氧的新能源电池及产氧控制方法，自产氧的新能源电池包括反应堆、保障系统、供氧系统和控制系统，保障系统包括电解液池和泵，泵用于将电解液池内的电解液输送到反应堆参与化学反应；供氧系统包括氧气浓度传感器、多个氧烛以及与氧烛数量相对应的氧烛引燃机构，每个氧烛引燃机构对应连接一个氧烛，氧气浓度传感器用于检测电池中的氧气浓度；控制系统包括控制器和继电器，继电器的数量与氧烛的数量对应，每个继电器对应电连接一个氧烛引燃机构，控制器分别与泵、氧气浓度传感器和继电器通信连接。本发明提供的自产氧的新能源电池采用氧烛产氧，产氧量大，根据电池发电需要量进行产氧，安全可控，保证电池持续发电供电。

Description

自产氧的新能源电池及产氧控制方法

技术领域

本发明涉及电池领域，更为具体来说，本发明涉及一种自产氧的新能源电池及产氧控制方法。

背景技术

随着全球能源的日趋紧张和传统能源技术发展瓶颈，新能源电池逐渐成为一种趋势，如燃料电池、金属空气电池、固体氧化物电池等，上述新能源电池均是利用化学反应放出电能，反应需要氧气参与才能正常进行，在一些封闭空间内，氧气是有限的，需要额外的提供氧气的设备。现有常采用气瓶方式来储存氧气，但这种方式体积大、且存在泄露风险，存在安全隐患。而且，这种储氧方式提供的氧气量有限，可能限制电池的发电效率。因此需要一种安全可控、产氧量大的能自产氧的新能源电池。

发明内容

为解决现有新能源电池供氧有限、且存在安全隐患等问题，本发明创新地提供了一种自产氧的新能源电池，该电池系统采用氧烛产氧，可根据电池反应需要量进行产氧，安全可控，能及时满足电池放电需要。

为实现上述的技术目的，本发明的第一方面公开了一种自产氧的新能源电池，包括反应堆、保障系统、供氧系统和控制系统，

所述保障系统包括电解液池和泵，所述泵用于将所述电解液池内的电解液输送到反应堆参与化学反应；

所述供氧系统包括氧气浓度传感器、多个氧烛以及与所述氧烛数量相对应的氧烛引燃机构，每个所述氧烛引燃机构对应连接一个所述氧烛，所述氧烛浓度传感器用于检测电池中的氧气浓度；

所述控制系统包括控制器和继电器，所述继电器的数量与所述氧烛的数量对应，每个所述继电器对应电连接一个所述氧烛引燃机构，所述控制器分别与所述泵、所述氧气浓度传感器和所述继电器通信连接。

进一步地，所述氧烛引燃机构包括引燃体、引燃金属片、导电片和导电杆，所述引燃体设置在所述氧烛内部，所述引燃金属片设置在所述氧烛外部，所述引燃体与所述引燃金属片连接，所述导电片固定在所述导电杆上，所述导电片与所述引燃金属片接触，所述导电杆与所述继电器电连接。

进一步地，所述氧烛外部套设有安装座，所述安装座固定在中空的支座上，所述安装座与所述支座之间设有绝缘板，所述导电片固定在所述导电杆顶部，所述导电杆穿设过所述绝缘板和所述支座，所述导电杆上套设有弹簧，所述弹簧的两端分别抵在所述导电片和所述绝缘板上。

进一步地，所述氧烛包括金属壳体以及金属壳体内部填充的氯酸盐，所述氯酸盐与所述金属壳体之间设有除氯剂和隔热层，所述金属壳体顶部开设有出气口，所述氯酸盐与所述出气口之间填充有氧气过滤材料，所述引燃体与所述氯酸盐接触。

进一步地，所述引燃体呈柱状，所述引燃体从氧烛底部延伸至所述氧气过滤材料，所述引燃体被所述氯酸盐包围。

进一步地，所述安装座、绝缘板和所述支座通过螺栓连接，所述螺栓的螺杆上套设有绝缘护套。

进一步地，所述氧气浓度传感器的数量为两个。

为实现上述的技术目的，本发明的第二方面公开了一种自产氧的新能源电池的产氧控制方法，包括：氧气浓度传感器检测电池内的氧气浓度值，并将测得的氧气浓度值传输给控制器，控制器将氧气浓度值与设定的氧气浓度阈值进行对比，当氧气浓度值低于氧气浓度阈值时，控制器吸合继电器，氧烛引燃机构引燃氧烛，释放氧气。

进一步地，所述氧气浓度阈值包括第一氧气浓度阈值和第二氧气浓度阈值，第二氧气浓度阈值小于第一氧气浓度阈值，氧气浓度值低于第一氧气浓度阈值时，控制器吸合继电器；氧气浓度传感器实时检测电池内的氧气浓度值，当氧气浓度值低于第二氧气浓度阈值时，控制器吸合下一个继电器。

进一步地，当氧气浓度传感器为两个时，两个氧气浓度传感器将测得的氧气浓度值传输给控制器，控制器先确定氧气浓度平均值，然后将氧气浓度平均值与氧气浓度阈值进行对比。

本发明的有益效果为：

与现有技术相比，本发明提供的自产氧的新能源电池采用氧烛产氧，产氧量大，可根据电池发电需要量进行产氧，安全可控，能及时满足电池放电需要，保证电池持续发电供电。

附图说明

图1为自产氧的新能源电池的结构示意图。

图2为供氧系统的结构示意图。

图3为氧烛与氧烛引燃机构的连接关系示意图。

图4为安装座、绝缘板和支座的连接关系示意图。

图中，

100、反应堆；200、保障系统；300、供氧系统；400、控制系统；1、箱体；2、控制器；3、氧气浓度传感器；4、氧烛；5、继电器；6、氧烛引燃机构；7、安装座；8、绝缘板；9、螺栓；10、绝缘护套；11、通风口；12、吹氧装置；13、支座；41、金属壳体；42、氯酸盐；43、隔热层；44、出气口；45、氧气过滤材料；61、引燃体；62、引燃金属片；63、导电片；64、导电杆；65、弹簧。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明提供的一种自产氧的新能源电池进行详细的解释和说明。

如图1所示，本实施例具体公开了一种自产氧的新能源电池，包括反应堆100、保障系统200、供氧系统300和控制系统400，反应堆100是核心，反应堆100是由单体电池串接而成的电池堆，保障系统200为反应堆100提供保障条件，控制系统400检测和控制整个系统的运行，供氧系统300提供反应所需氧气。各个系统之间可以采用分体式结构，也可以采用一体式结构。

保障系统200包括电解液池和泵，泵用于将电解液池内的电解液输送到反应堆100参与化学反应。泵可以为循环泵，在反应堆100参加完反应的电解液还可以回流到电解液池内。反应堆100与电解液池之间还可以设置有散热器。

如图2所示，供氧系统300包括氧气浓度传感器3、多个氧烛4以及与氧烛4数量相对应的氧烛引燃机构6，每个氧烛引燃机构6对应连接一个氧烛4，氧烛4浓度传感器用于检测电池中的氧气浓度。

控制系统400包括控制器2和继电器5，继电器5的数量与氧烛4的数量对应，每个继电器5对应电连接一个氧烛引燃机构6，控制器2分别与泵、氧气浓度传感器3和继电器5通信连接。

当电池工作时，由控制器2下发指令，控制器2控制泵启动，将电解液泵入反应堆100中，在反应过程中不断消耗氧气，当氧气浓度传感器3检测到电池环境中氧气浓度低于设定值时，供氧系统300开始工作，释放氧气。控制器2根据氧气浓度需要单独控制每个继电器5，从而使得每根氧烛4独立工作，互不影响。

如图3所示，氧烛引燃机构6包括引燃体61、引燃金属片62、导电片63和导电杆64，引燃体61设置在氧烛4内部，引燃金属片62设置在氧烛4外部，引燃体61与引燃金属片62连接，导电片63固定在导电杆64上，导电片63与引燃金属片62接触，导电杆64与继电器5电连接。氧烛4包括金属壳体41以及金属壳体41内部填充的氯酸盐42，氯酸盐42与金属壳体41之间设有除氯剂和隔热层43，金属壳体41顶部开设有出气口44，氯酸盐42与出气口44之间填充有氧气过滤材料45，引燃体61与氯酸盐42接触。

在一些实施例中，氧气过滤材料45为活性炭。

在一些实施例中，引燃体61呈柱状，引燃体61从氧烛4底部延伸至氧气过滤材料45，引燃体61被氯酸盐42包围，当被引燃后，整个氧烛4同步触发，加快氧气释放速度。

控制器控制继电器5吸合后，电流经导电杆64、导电片63、引燃金属片62传导到引燃体61上，引燃体61在电流作用下，释放原始热量，为氯酸盐42反应创造条件，在引燃体61释放的热量作用下，氯酸盐42发生化学反应释放氧气，氧气经过上部的氧气过滤材料45过滤除去杂质，经出气口44进入电池环境中。

如图3和4所示，氧烛4外部套设有安装座7，安装座7采用导电材料，电源负极连接在安装座7上，氧烛4的金属壳体41与安装座7接触，安装座7固定在中空的支座13上，中空的支座13内部可用于走线，安装座7与支座13之间设有绝缘板8，保证装置的安全性。导电片63固定在导电杆64顶部，导电杆64穿设过绝缘板8和支座13，导电杆64上套设有弹簧65，弹簧65的两端分别抵在导电片63和绝缘板8上。在本实施例中，绝缘板8和支座13上设有供导电杆64穿过的通孔，导电杆64可以在通孔内上下活动。氧烛4安装在安装座7内，氧烛4的金属壳体41与安装座7接触，引燃金属片62与导电片63接触，氧烛4在自身重力作用下下压导电片63和导电杆64，从而压紧弹簧65，使引燃金属片62与导电片63接触更加紧密，保证电流通过的稳定性，导电杆64的下部连接导线，导线的另一端与继电器5连接。

本实施例的氧烛4触发可采用低压直流12V、24V，由控制器2提供电源正极，电源负极连接在安装座7上，安装座采用导电材料，也可采用其它供电方式，不作特殊限定。

如图4所示，安装座7、绝缘板8和支座13通过螺栓9连接，螺栓9的螺杆上套设有绝缘护套10，绝缘护套10的纵截面呈工字型，绝缘护套10的顶部平面夹设在螺栓头部与安装座7之间，绝缘护套10的底部平面夹设在支座13与螺母之间，保证安装座7与支座13之间的电气隔离。

供氧系统300和控制系统400可设置在箱体1内，箱体1上设有通风口11，通风口11处设有吹氧装置12。箱体1包括箱体本体和上盖，上盖盖合在箱体本体上，通风口11和吹氧装置12设置在上盖上，氧气浓度传感器3安装在箱体1底部。吹氧装置12为风扇，用于将箱体1内氧烛4释放的氧气吹入电池环境中。

氧气浓度传感器3的数量为两个，两个氧气浓度传感器3将测得的氧气浓度值传输给控制器2，控制器2先确定氧气浓度平均值，然后将氧气浓度平均值与氧气浓度阈值进行对比。

本发明实施例还公开了一种自产氧的新能源电池的产氧控制方法，包括：氧气浓度传感器3检测电池内的氧气浓度值，并将测得的氧气浓度值传输给控制器2，控制器2将氧气浓度值与设定的氧气浓度阈值进行对比，当氧气浓度值低于氧气浓度阈值时，控制器2吸合继电器5，氧烛引燃机构6引燃氧烛4，释放氧气。

具体的，新能源电池工作时消耗氧气，环境中氧气浓度不断下降，氧气浓度传感器3实时检测环境中氧气浓度，并将氧气浓度值数据传至控制器2，由控制器2将数据再上传外部上位机。在控制器2接收到氧气浓度值时，会与设定的氧气浓度阈值进行比较，如果当前氧气浓度低于设定的氧气浓度阈值，则控制器2吸合继电器5，控制器2提供电源正极，电流经过导线依次经过导电杆64、导电片63、引燃金属片62、氧烛4金属壳体41、安装座7和电源-，形成一闭合回路，从而触发氧烛4工作，释放氧气，提升环境中氧气浓度值。

本发明采用多根氧烛4补氧方式，当氧气浓度值高于设定的阈值时，控制器2仅上传数据，不触发氧烛4，当氧气浓度值再一次低于设定的阈值时，控制器2通过另一路继电器5触发下一根氧烛4释放氧气，如此循环，不间断提供电池反应所需的氧气。

在一些实施例中，氧气浓度阈值包括第一氧气浓度阈值和第二氧气浓度阈值，第二氧气浓度阈值小于第一氧气浓度阈值，第二氧气浓度阈值为氧烛4触发失败后的补救触发阈值。电池环境中的氧气浓度值低于第一氧气浓度阈值时，控制器2吸合继电器5，氧烛4收到触发信号，若触发成功，环境中氧气浓度会上升，若触发失败，环境氧气浓度会继续下降；氧气浓度传感器3实时检测电池内的氧气浓度值，当氧气浓度值低于第二氧气浓度阈值时，则认为上一根氧烛4触发失败，控制器2吸合下一个继电器5，紧急触发下一根氧烛4。

当氧气浓度传感器3为两个时，两个氧气浓度传感器3将测得的氧气浓度值传输给控制器2，控制器2先确定氧气浓度平均值，然后将氧气浓度平均值与氧气浓度阈值进行对比。设置两个氧气浓度传感器防止氧气浓度传感器出现故障电池系统不能正常工作的情况。

当氧气浓度传感器3故障时，采集的氧气浓度值会大范围波动，为避免故障氧气浓度传感器3带来的影响，对氧气浓度传感器3数据进行如下处理：

1、在一段时间(如10s)内，连续采样多次(如1～10次)，将采样多次得到的有效值求平均值作为当前氧气浓度传感器3的最终值上传控制器2。在下一个时间段(如10s)内，继续采样相同的次数(如10次)，依此类推。

2、对每一次采样数据进行判定

1)将当前采样值与另一个氧气浓度传感器3采样值进行差值对比，相差值在设定误差内(如0～0.04)，认为氧气浓度传感器3正常，可采信数据，如果超出范围，则认为至少有一个氧气浓度传感器故障，需采用步骤2)进行判定。

2)将两个氧气浓度传感器3采样数值与自身之前数据进行对比，当前采样值与上一次采样值进行对比，相差值在设定误差范围内(如0～0.04)，认为氧气浓度传感器3正常，可采信数据，如果超出范围，则认为此氧气浓度传感器3故障。

3、在一段时间(如10s)内，连续采样中，若判定氧气浓度传感器故障，则控制器2不再采信此氧气浓度传感器数据。

通过控制器2、氧气浓度传感器3、继电器5、氧烛引燃机构6等的配合，可以保证源源不断的为电池发电反应提供氧气，保证电池持续发电，不会出现断氧的情况。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

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。

在本说明书的描述中，参考术语“本实施例”、“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。

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。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明实质内容上所作的任何修改、等同替换和简单改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种自产氧的新能源电池，其特征在于：包括反应堆(100)、保障系统(200)、供氧系统(300)和控制系统(400)，

所述保障系统(200)包括电解液池和泵，所述泵用于将所述电解液池内的电解液输送到反应堆(100)参与化学反应；

所述供氧系统(300)包括氧气浓度传感器(3)、多个氧烛(4)以及与所述氧烛(4)数量相对应的氧烛引燃机构(6)，每个所述氧烛引燃机构(6)对应连接一个所述氧烛(4)，所述氧气浓度传感器(3)用于检测电池中的氧气浓度；

所述控制系统(400)包括控制器(2)和继电器(5)，所述继电器(5)的数量与所述氧烛(4)的数量对应，每个所述继电器(5)对应电连接一个所述氧烛引燃机构(6)，所述控制器(2)分别与所述泵、所述氧气浓度传感器(3)和所述继电器(5)通信连接。

2.根据权利要求1所述的自产氧的新能源电池，其特征在于：所述氧烛引燃机构(6)包括引燃体(61)、引燃金属片(62)、导电片(63)和导电杆(64)，所述引燃体(61)设置在所述氧烛(4)内部，所述引燃金属片(62)设置在所述氧烛(4)外部，所述引燃体(61)与所述引燃金属片(62)连接，所述导电片(63)固定在所述导电杆(64)上，所述导电片(63)与所述引燃金属片(62)接触，所述导电杆(64)与所述继电器(5)电连接。

3.根据权利要求2所述的自产氧的新能源电池，其特征在于：所述氧烛(4)外部套设有安装座(7)，所述安装座(7)固定在中空的支座(13)上，所述安装座(7)与所述支座(13)之间设有绝缘板(8)，所述导电片(63)固定在所述导电杆(64)顶部，所述导电杆(64)穿设过所述绝缘板(8)和所述支座(13)，所述导电杆(64)上套设有弹簧(65)，所述弹簧(65)的两端分别抵在所述导电片(63)和所述绝缘板(8)上。

4.根据权利要求2所述的自产氧的新能源电池，其特征在于：所述氧烛(4)包括金属壳体(41)以及金属壳体(41)内部填充的氯酸盐(42)，所述氯酸盐(42)与所述金属壳体(41)之间设有除氯剂和隔热层(43)，所述金属壳体(41)顶部开设有出气口(44)，所述氯酸盐(42)与所述出气口(44)之间填充有氧气过滤材料(45)，所述引燃体(61)与所述氯酸盐(42)接触。

5.根据权利要求4所述的自产氧的新能源电池，其特征在于：所述引燃体(61)呈柱状，所述引燃体(61)从氧烛(4)底部延伸至所述氧气过滤材料(45)，所述引燃体(61)被所述氯酸盐(42)包围。

6.根据权利要求3所述的自产氧的新能源电池，其特征在于：所述安装座(7)、绝缘板(8)和所述支座(13)通过螺栓(9)连接，所述螺栓(9)的螺杆上套设有绝缘护套(10)。

7.根据权利要求1所述的自产氧的新能源电池，其特征在于：所述氧气浓度传感器(3)的数量为两个。

8.一种自产氧的新能源电池的产氧控制方法，其特征在于：包括：氧气浓度传感器(3)检测电池内的氧气浓度值，并将测得的氧气浓度值传输给控制器(2)，控制器(2)将氧气浓度值与设定的氧气浓度阈值进行对比，当氧气浓度值低于氧气浓度阈值时，控制器(2)吸合继电器(5)，氧烛引燃机构(6)引燃氧烛(4)，释放氧气。

9.根据权利要求8所述的自产氧的新能源电池的产氧控制方法，其特征在于：所述氧气浓度阈值包括第一氧气浓度阈值和第二氧气浓度阈值，第二氧气浓度阈值小于第一氧气浓度阈值，氧气浓度值低于第一氧气浓度阈值时，控制器(2)吸合继电器(5)；氧气浓度传感器(3)实时检测电池内的氧气浓度值，当氧气浓度值低于第二氧气浓度阈值时，控制器(2)吸合下一个继电器(5)。

10.根据权利要求8或9所述的自产氧的新能源电池的产氧控制方法，其特征在于：当氧气浓度传感器(3)为两个时，两个氧气浓度传感器(3)将测得的氧气浓度值传输给控制器(2)，控制器(2)先确定氧气浓度平均值，然后将氧气浓度平均值与氧气浓度阈值进行对比。

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