CN112736267A - 电解液循环控制管和电池电解液循环系统 - Google Patents

电解液循环控制管和电池电解液循环系统 Download PDF

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Abstract

本申请提出了一种电解液循环控制管和电池电解液循环系统。电解液循环控制管包括电解液分流控制管，所述电解液分流控制管用于设置在循环泵与多个电池单体之间，使得电解液能够经过所述电解液分流控制管分流而进入所述多个电池单体。所述电解液分流控制管包括：分流控制管电解液入口；分流控制管电解液储存腔，所述电解液能够通过所述分流控制管电解液入口进入所述分流控制管电解液储存腔；多个分流控制管电解液出口，所述多个分流控制管电解液出口用于分别与所述多个电池单体的电解液入口相连；以及多个分流控制管电解液出口控制阀，所述多个分流控制管电解液出口控制阀能够分别控制所述多个分流控制管电解液出口的通断时间和/或开度大小。

Description

电解液循环控制管和电池电解液循环系统
技术领域
本申请涉及金属空气电池领域，具体涉及一种用于电池电解液循环系统的电解液循环控制管和电池电解液循环系统。
背景技术
为了及时将多个电池单体内部析出的电化学反应产物(下面，有时简称反应产物)过滤掉，使电解液的性能尽可能保持一致，防止析出的反应产物在电池单体的空气阴极表面沉积，可以通过电解液循环系统将析出的反应产物过滤掉，提升电解液的电导率，防止析出的反应产物在电池单体内部集聚，避免电池的放电性能逐步下降。
为了提高金属阳极的利用率，同时提高金属阳极消耗的一致性，可以通过确保进入同一组的电池单体之间的电解液的量尽可能一致，以排除或减小电解液量的差异引起的金属阳极消耗的差异。
电解液能够充满电池单体且能够循环的条件是电解液具有一定的压力以克服重力和其他流动阻力。从流体的特性和单纯的结构设计方面来说，要实现多个电池单体之间的电解液量尽可能相等，电解液的性能保持一致是比较困难的。
发明内容
本申请提出的用于电池电解液循环系统的电解液循环控制管能够控制多个电池单体的电解液的量，使电解液的性能保持一致。本申请还提供了电池电解液循环系统。
在本申请提供的用于电池电解液循环系统的电解液循环控制管中，
所述电解液循环系统包括提供动力的循环泵、提供电解液的电解液箱和被提供电解液的多个电池单体，所述电解液能够在所述电解液循环系统中循环，
所述电解液循环控制管包括电解液分流控制管，所述电解液分流控制管用于设置在所述循环泵与所述多个电池单体之间，使得所述电解液能够经过所述电解液分流控制管分流而进入所述多个电池单体，
所述电解液分流控制管包括：
分流控制管电解液入口；
分流控制管电解液储存腔，所述电解液能够通过所述分流控制管电解液入口进入所述分流控制管电解液储存腔；
多个分流控制管电解液出口，所述多个分流控制管电解液出口用于分别与所述多个电池单体的电解液入口相连；以及
多个分流控制管电解液出口控制阀，所述多个分流控制管电解液出口控制阀能够分别控制所述多个分流控制管电解液出口的通断时间和/或开度大小。
在至少一个实施方式中，所述电解液分流控制管还包括用于连接于所述电解液箱的电解液回流口，
所述电解液回流口上设置有压力调节阀，所述压力调节阀能够控制所述电解液回流口的通断。
在至少一个实施方式中，所述电解液分流控制管还包括位于所述分流控制管电解液储存腔的传感器，所述传感器能够监测所述分流控制管电解液储存腔内的电解液的压力和/或温度。
在至少一个实施方式中，所述电解液循环控制管还包括电解液合流控制管，所述电解液合流控制管用于设置于所述多个电池单体和所述电解液箱之间，使得流经所述多个电池单体的电解液能够通过所述电解液合流控制管汇聚在一起，
所述电解液合流控制管包括：
多个合流控制管电解液入口，所述多个电池单体的电解液出口分别连接于所述多个合流控制管电解液入口；
合流控制管电解液储存腔；以及
合流控制管电解液出口，所述电解液在所述合流控制管电解液储存腔中汇聚后能够通过所述合流控制管电解液出口回到所述电解液箱。
在至少一个实施方式中，所述多个合流控制管电解液入口和所述合流控制管电解液出口设置在所述合流控制管电解液储存腔上。
在至少一个实施方式中，所述分流控制管电解液出口控制阀为比例阀或开关阀。
在至少一个实施方式中，所述分流控制管电解液出口的数目与所述合流控制管电解液入口的数目相同。
本申请还提供了一种电池电解液循环系统，其包括根据本申请的电解液循环控制管。
在至少一个实施方式中，所述电池单体为金属空气电池单体。
在至少一个实施方式中，所述电池单体为机械式可充的金属空气电池单体，
所述电池电解液循环系统还包括：
过滤器，其设置于所述循环泵与所述电解液分流控制管之间，用于去除所述电解液中析出的电化学反应产物；以及
废液回收箱，其连接到所述过滤器，用于收集经所述过滤器过滤出的电化学反应产物。
本申请的电解液循环控制管能够控制多个电池单体之间的电解液的量，使流入多个电池单体的电解液的量保持一致。
基于本申请的实施方式还有如下优点：该装置能够灵活控制电池电解液循环系统中的电解液压力；该装置能够精确控制进入各个电池单体的电解液量，降低电解液量的差异对电池单体放电性能的影响，提高电池单体放电的一致性，提高金属阳极的利用率和电池堆的性能；该装置可以用于电解液循环的金属空气燃料电池，是电解液循环系统的关键组成部分；该装置的压力调节阀能够对电解液分流控制管和电池单体提供保护，提高了系统的使用寿命；传感器的加入使得电解液循环系统能够获取电解液分流控制管的电解液状态，实现电解液循环系统的闭环控制。
附图说明
图1示出了一种电解液循环系统的结构示意图。
图2示出了根据本申请的实施方式的电解液循环控制管的结构示意图。
图3示出了根据本申请的实施方式的电解液分流控制管的正视图。
图4示出了根据本申请的实施方式的电解液分流控制管的左视图。
图5示出了根据本申请的实施方式的电解液合流控制管的正视图。
图6示出了根据本申请的实施方式的电解液合流控制管的右视图。
附图标记说明
1电解液分流控制管；11分流控制管电解液入口；12分流控制管电解液储存腔；13传感器；14压力调节阀；15电解液回流口；16分流控制管电解液出口；17分流控制管电解液出口控制阀；
2电解液合流控制管；21合流控制管电解液入口；22合流控制管电解液储存腔；23合流控制管电解液出口。
具体实施方式
下面参照附图描述本申请的示例性实施方式。应当理解，这些具体的说明仅用于示教本领域技术人员如何实施本申请，而不用于穷举本申请的所有可行的方式，也不用于限制本申请的范围。
本申请提供用于电池电解液循环系统的电解液循环控制管和包括该电解液循环控制管的电池电解液循环系统。
参照图2，本申请提出的电解液循环控制管包括电解液分流控制管1和电解液合流控制管2。
如图1中实线箭头所示，在一种电池(金属空气燃料电池)电解液循环系统中，电解液由循环泵提供动力，电解液通过过滤器后首先进入电解液分流控制管，经过电解液分流控制管的分流后，进入金属空气电池单体。电解液在金属空气电池单体内流经电化学反应区域后，流出金属空气电池单体，流入电解液合流控制管，随后进入电解液箱，并经由循环泵再次进入电解液分流控制管，实现电解液的循环。循环泵和电解液分流控制管中间可以设置过滤器，用以去除电解液中析出的电化学反应产物。并且可以设置废液回收箱，其连接到过滤器，用以收集经过滤器过滤出的电化学反应产物。
如图1中虚线箭头所示，电解液不循环时，存储箱内的养护物质可以通过循环泵、过滤器、电解液分流控制管进入电池单体，对电池单体内的金属起养护作用，随后进入电解液合流控制管和储存箱完成循环。另外，电解液箱和过滤器中的废液可以通向废液回收箱。
如图2所示，电池单体位于电解液分流控制管1和电解液合流控制管2之间。电池单体可以包括电气连接形式为串联或并联的多个电池单体。图2示出了五个电池单体，五个分流控制管电解液出口16(后面介绍)分别与五个电池单体的电解液入口相连接，五个合流控制管电解液入口21(后面介绍)分别与五个电池单体的电解液出口相连接。
电解液的分流通过电解液分流控制管1实现，通过控制进入同一组的电池单体之间的电解液的量，降低其所连接的同一组电池单体之间的电解液量的差异，确保电池单体中的金属阳极的消耗趋近一致，从而提高金属阳极的利用率和电池堆的放电效率。如图3、4所示，电解液分流控制管1包括分流控制管电解液入口11、分流控制管电解液储存腔12、传感器13、压力调节阀14、电解液回流口15、分流控制管电解液出口16和分流控制管电解液出口控制阀17。
分流控制管电解液出口16的数目可以与被供应电解液的电池单体的数目一致。在本申请的一个实施方式中，电解液分流控制管1有一个分流控制管电解液入口11，其内径为6mm至10mm，特别是8mm；电解液分流控制管1有五个分流控制管电解液出口16，其内径为3mm至5mm，特别是4mm。
分流控制管电解液储存腔12可以充当蓄压缓冲器，一方面减缓电解液分流控制管1的入口的流速波动对电池单体内部压力的影响；另一方面作为容器能够容纳电解液，确保电解液保持在一定的压力范围内，尽可能降低电解液的流入和流出造成的压力波动。在本申请的一个实施方式中，分流控制管电解液储液腔12为圆筒形，其内径为13mm至18mm，特别是15mm，长度为100mm至150mm，特别是120mm。
分流控制管电解液储液腔12内可以设置传感器13，传感器13能够实时监测电解液储存腔12内的压力、温度等状态，并将该信息反馈给电解液循环控制系统(电池堆管理系统)，实现电解液分流控制管电解液储存腔内压力的闭环控制。
电解液回流口15可以连通电解液箱(如图1所示)，电解液回流口15上可以设置压力调节阀14。压力调节阀14可以对分流控制管电解液储存腔12内的压力进行调节或限制，当压力超出阀设定的调控值时，该阀打开，通过电解液回流口15进行泄压，防止对电解液分流控制管1和电池单体造成损伤。可以理解，压力调节阀14也可以是限压阀。
分流控制管电解液出口控制阀17可以控制分流控制管电解液出口16的通断时间和/或开度大小，即控制流入电池单体的电解液的量。该阀可以是比例阀，也可以是开关阀。若是比例阀，可以通过调整比例阀的开度和开关时间调整通过阀的电解液流量；若是开关阀，可以通过调整开关阀的开闭以及开闭的时间，调整通过阀的电解液的流量。在本申请的一个实施方式中，距离每个分流控制管电解液出口16的5mm处有控制该出口电解液流出的开关阀，实现对其所连接的电池单体的电解液量的精确控制。
可以理解，本申请中提到的阀均可以通过电解液循环系统(电池堆管理系统)给出的控制信号控制。
上述结构使得电解液分流控制管1能够在尽可能短的时间范围内建立起合适的压力，提高电池单体电化学反应开始的速度，进而提高电池的响应速度。
电解液分流流经各个电池单体以后，可以通过电解液合流控制管2汇聚在一起。如图5、6所示，电解液合流控制管2包括合流控制管电解液入口21，合流控制管电解液储存腔22和合流控制管电解液出口23。
合流控制管电解液入口21的数目可以与电池单体的数目一致。电解液合流控制管2可以设置一个合流控制管电解液出口23，然后通过管路与分流控制管电解液入口11相连。电解液合流控制管2的出口可以只有一个，与电解液分流控制管1入口的数目一致。
在本申请的一个实施方式中，电解液合流控制管2包括五个合流控制管电解液入口21，其内径为3mm至5mm，特别是4mm；一个合流控制管电解液出口23，其内径为6mm至10mm，特别是8mm。
经过合流控制管电解液储液腔22的缓冲和蓄压作用，电解液的压力波动会有所减小。在本申请的一个实施方式中，合流控制管电解液储存腔22为圆筒形，其内径为8mm至12mm，特别是10mm，长度为100mm至150mm，特别是120mm。以合流控制管电解液存储腔22的圆形横截面的几何中心为圆心，电解液合流控制管2的合流控制管电解液入口21和合流控制管电解液出口23之间的圆心角可以为90°，即在合流控制管电解液储存腔22的周向上，合流控制管电解液入口21和合流控制管电解液出口23错开90°。可以理解，错开的角度不限制。合流控制管电解液入口21和合流控制管电解液出口23可以都设置在圆筒的周面上。或者合流控制管电解液入口21设置在圆筒的周面上，合流控制管电解液出口23设置在圆筒的端面上。
由于此时只是将电解液收集、缓存起来，因此可以不监测电解液合流控制管2内的电解液的压力等参数。
可以理解，分流控制管电解液出口16与合流控制管电解液进口21的截面积可以与电解液储存腔的容积、电池单体的流域体积相配合。电解液出口的截面积与电解液入口的数目、电解液入口的截面积相配合。
可以理解，电解液储存腔的体积可以综合考虑压力的快速建立、电解液入口流速、电解液出口流速以及电解液出口的开度和开启的数目而定，以尽可能减小电解液储存腔内的压力波动。
在本申请的一个实施方式中，在电解液循环控制系统控制算法的协同作用下，该电解液循环控制管能够对其所接入的五个电池单体的电解液量做出较为精确的控制，能够提高不同电池单体内电解液量的一致性，使得金属阳极的消耗速率尽可能一致，提高了金属阳极的利用率和电池堆的运行效率。可以实现电解液分流控制管1内电解液压力的闭环控制，能够实现保护功能，防止电解液压力过高对电池单体和电解液分流控制管造成损坏。
可以理解，本申请提出的电池电解液循环系统中的电池单体可以为金属空气电池，如铝-空气电池和锌-空气电池等。电池电解液循环系统中的电池单体可以为机械式可充的金属空气电池单体。机械式可充(机械式充电)是指金属空气电池单体中参与电化学反应的金属板消耗完以后通过更换金属板的方式实现金属空气电池的充电。
本申请在结构设计的基础上优化了电解液循环系统，能够提高不同电池单体的电解液含量的一致性，监测电解液的压力状态，提高不同电池单体金属阳极的消耗的一致性。通过电解液循环控制系统的配合，可以提高电池堆内电池单体放电的一致性，降低对电池单体制造一致性的要求。
以上所述是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本领域技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于电池电解液循环系统的电解液循环控制管，
所述电解液循环系统包括提供动力的循环泵、提供电解液的电解液箱和被提供电解液的多个电池单体，所述电解液能够在所述电解液循环系统中循环，其特征在于，
所述电解液循环控制管包括电解液分流控制管(1)，所述电解液分流控制管(1)用于设置在所述循环泵与所述多个电池单体之间，使得所述电解液能够经过所述电解液分流控制管(1)分流而进入所述多个电池单体，
所述电解液分流控制管(1)包括：
分流控制管电解液入口(11)；
分流控制管电解液储存腔(12)，所述电解液能够通过所述分流控制管电解液入口(11)进入所述分流控制管电解液储存腔(12)；
多个分流控制管电解液出口(16)，所述多个分流控制管电解液出口(16)用于分别与所述多个电池单体的电解液入口相连；以及
多个分流控制管电解液出口控制阀(17)，所述多个分流控制管电解液出口控制阀(17)能够分别控制所述多个分流控制管电解液出口(16)的通断时间和/或开度大小。
2.根据权利要求1所述的电解液循环控制管，其特征在于，
所述电解液分流控制管(1)还包括用于连接于所述电解液箱的电解液回流口(15)，
所述电解液回流口(15)上设置有压力调节阀(14)，所述压力调节阀(14)能够控制所述电解液回流口(15)的通断。
3.根据权利要求1所述的电解液循环控制管，其特征在于，
所述电解液分流控制管(1)还包括位于所述分流控制管电解液储存腔(12)的传感器(13)，所述传感器(13)能够监测所述分流控制管电解液储存腔(12)内的电解液的压力和/或温度。
4.根据权利要求1所述的电解液循环控制管，其特征在于，
所述电解液循环控制管还包括电解液合流控制管(2)，所述电解液合流控制管(2)用于设置于所述多个电池单体和所述电解液箱之间，使得流经所述多个电池单体的电解液能够通过所述电解液合流控制管(2)汇聚在一起，
所述电解液合流控制管(2)包括：
多个合流控制管电解液入口(21)，所述多个电池单体的电解液出口分别连接于所述多个合流控制管电解液入口(21)；
合流控制管电解液储存腔(22)；以及
合流控制管电解液出口(23)，所述电解液在所述合流控制管电解液储存腔(22)中汇聚后能够通过所述合流控制管电解液出口(23)回到所述电解液箱。
5.根据权利要求4所述的电解液循环控制管，其特征在于，
所述多个合流控制管电解液入口(21)和所述合流控制管电解液出口(23)设置在所述合流控制管电解液储存腔(22)上。
6.根据权利要求1所述的电解液循环控制管，其特征在于，
所述分流控制管电解液出口控制阀(17)为比例阀或开关阀。
7.根据权利要求4所述的电解液循环控制管，其特征在于，
所述分流控制管电解液出口(16)的数目与所述合流控制管电解液入口(21)的数目相同。
8.一种电池电解液循环系统，其特征在于，其包括权利要求1至7中任一项所述的电解液循环控制管。
9.根据权利要求8所述的电池电解液循环系统，其特征在于，所述电池单体为金属空气电池单体。
10.根据权利要求9所述的电池电解液循环系统，其特征在于，
所述电池单体为机械式可充的金属空气电池单体，
所述电池电解液循环系统还包括：
过滤器，其设置于所述循环泵与所述电解液分流控制管(1)之间，用于去除所述电解液中析出的电化学反应产物；以及
废液回收箱，其连接到所述过滤器，用于收集经所述过滤器过滤出的电化学反应产物。
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