CN215680734U - 一种金属燃料电池低温加热结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种金属燃料电池低温加热结构，包括燃料电池反应电堆1、电解液箱2、电解液循环输入管路3、电解液循环输出管路4、第一温度传感器5、控制器6、加热组件7、电动推杆组件8、电堆固定支架9；该电解液箱2顶部设置有一个或多个凹槽；该电动推杆组件8固定在该燃料电池反应电堆1底部，该电动推杆组件8末端与该加热组件7连接，该电动推杆组件8位于该一个或多个凹槽上方，该电动推杆组件8可出入于该一个或多个凹槽；该第一温度传感器5固定在该电解液箱2外部，用于采集该电解液箱2的第一温度信号；该控制器6固定在该电解液箱2的外部，用于接收该第一温度信号，并根据该第一温度信号控制该电动推杆组件8上升或者下降。

Description

一种金属燃料电池低温加热结构

技术领域

本实用新型涉及电池技术领域，尤其涉及一种金属燃料电池低温加热结构。

背景技术

现阶段电池储能技术的研究方向，主要侧重于通过降低储能系统的质量，从而达到提高电源系统的能量密度的目的，金属燃料电池，因其质量轻、储能密度大等特点，成为了新能源领域重要的研究方向。金属铝在地壳中含量充足，电极铝板的材料加工难度及加工成本均较低，又有着比能高的特点，因此应用金属铝的燃料电池，也称为铝空气电池，有着很高的研究价值。这种电池的阳极采用特殊工艺处理的铝板，阴极为多孔的空气电极，电解液为强碱性溶液或者盐溶液，如较常用的氢氧化钾溶液。其放电反应简单描述如下：阳极发生氧化反应，金属铝离子与氢氧根离子结合，生成氢氧化铝的同时失去电子；阴极发生氧还原反应，空气中氧气、电解液中的水及获得的电子结合，生成氢氧根离子，从而完成电子的转移，实现提供电能的目的。

从以上分析可知，电解液是连接空气正极与铝负极之间的纽带，用于传递电化学反应中生成的阳离子和阴离子，还是存放电池放电过程中产生的氢氧化铝的仓库。因此，电解液的性能优劣将直接决定电池性能的好坏。在低温环境下，电池的性能主要受限于几个方面，如电极材料电导率的影响，离子扩散系数的影响以及电解液电导率的影响。尤其在低温环境下电解液电导率的下降，对铝金属电池的性能影响非常大。另外，低温条件下，由于空气的流动性能也受到影响，在阴极的氧还原反应中，氧气的供给量不足，也会降低电池的放电效果。

当前对于金属燃料电池中电解液有机添加剂的研究比较多，也取得了很多成果。然而，对电池低温性能这一电池不可或缺的技术指标的研究进展较少。

针对现有技术中，金属燃料电池在低温的恶劣环境下放电效果差的问题，还未提出有效的解决方案。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型实施例提供了一种金属燃料电池低温加热结构，以解决现有技术中，金属燃料电池在低温的恶劣环境下放电效果差的问题。

本实用新型提供了一种金属燃料电池低温加热结构，包括：燃料电池反应电堆1、电解液箱2、电解液循环输入管路3、电解液循环输出管路4、第一温度传感器5、控制器6、加热组件7、电动推杆组件8、电堆固定支架9；

所述燃料电池反应电堆1由所述电堆固定支架9固定于所述电解液箱2上方；

所述电解液箱2通过所述电解液循环输入管路3与所述电解液循环输出管路4与所述燃料电池反应电堆1内部连通；

所述电解液箱2顶部设置有一个或多个凹槽；

所述电动推杆组件8固定在所述燃料电池反应电堆1底部，所述电动推杆组件8末端与所述加热组件7连接，所述电动推杆组件8位于所述一个或多个凹槽上方，所述电动推杆组件8可出入于所述一个或多个凹槽；

所述第一温度传感器5固定在所述电解液箱2外部，用于采集所述电解液箱2的第一温度信号；

所述控制器6固定在所述电解液箱2的外部，用于接收所述第一温度信号，并根据所述第一温度信号控制所述电动推杆组件8上升或者下降。

可选地，在所述第一温度信号低于第一设定阈值时，所述控制器6控制所述电动推杆组件8下降，使得所述加热组件7下降至对应的凹槽，并控制所述加热组件7启动加热。

可选地，所述控制器6还用于获取所述加热组件7的加热时间，在所述加热时间大于第二设定阈值时，控制所述电动推杆组件8向上运动，将所述加热组件7从所述一个或多个凹槽拉出，停止对电解液箱2加热。

可选地，还包括第二温度传感器10，所述第二温度传感器10固定在所述燃料电池反应电堆1外部，用于检测所述燃料电池反应电堆1中电解液的第二温度信号；

所述控制器6用于在所述第二温度信号大于第三设定阈值时，控制启动散热装置。

可选地，所述加热组件7的外部结构为多孔封装的外壳，所述加热组件7 工作时，热量从孔状结构中传递给所述电解液箱2。

可选地，所述电动推杆组件8底部通过悬挂装置与所述加热组件7的多孔封装外壳顶部连接。

可选地，所述加热组件7的内部设置有氧烛，所述加热组件7内的氧烛在加热的同时释放氧气。

可选地，还包括氧气浓度传感器11，所述氧气浓度传感器11固定在所述燃料电池反应电堆1外部，用于采集氧气浓度信号，并将所述氧气浓度信号输入至所述控制器6，所述控制器6用于在所述氧气浓度信号大于第四设定阈值时，控制通风装置排出氧气。

可选地，所述电动推杆组件8由电机和直线推杆组成，电机转动方向通过所述控制器6进行控制，所述电机的转动方向控制直线推杆的运动方向。

可选地，金属燃料电池低温加热结构还包括循环泵，由所述电解液循环输入管路3、所述电解液循环输出管路4和所述循环泵组成电解液循环系统，由所述控制器6控制循环泵完成电解液在金属燃料电池中的循环。

本申请实施例中提供的一种金属燃料电池低温加热结构，包括燃料电池反应电堆1、电解液箱2、电解液循环输入管路3、电解液循环输出管路4、第一温度传感器5、控制器6、加热组件7、电动推杆组件8、电堆固定支架9；该燃料电池反应电堆1由电堆固定支架9固定于电解液箱2上方；该电解液箱2通过电解液循环输入管路3与电解液循环输出管路4与燃料电池反应电堆1内部连通；电解液箱2顶部设置有一个或多个凹槽；电动推杆组件8固定在该燃料电池反应电堆1底部，该电动推杆组件8末端与加热组件7连接，该电动推杆组件8位于一个或多个凹槽上方，电动推杆组件8可出入于一个或多个凹槽；第一温度传感器5固定在电解液箱2外部，用于采集该电解液箱2的第一温度信号；控制器6 固定在电解液箱2的外部，用于接收第一温度信号，并根据该第一温度信号控制该电动推杆组件8上升或者下降。解决了现有技术中，金属燃料电池在低温的恶劣环境下放电效果差的问题，能够在低温环境中，迅速实现对电解液进行加热，提高了电解液的导电率，缩短了电池满负荷工作的时间。

附图说明

在下面结合附图对于示例性实施例的描述中，本公开的更多细节、特征和优点被公开，在附图中：

图1示出了根据本实用新型示例性实施例的金属燃料电池低温加热结构的结构示意图；

图2示出了根据本实用新型示例性可选例的金属燃料电池低温加热结构的另一结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的某些实施例，然而应当理解的是，本公开可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例，相反提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本公开。应当理解的是，本公开的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本公开的保护范围。

应当理解，本公开的方法实施方式中记载的各个步骤可以按照不同的顺序执行，和/或并行执行。此外，方法实施方式可以包括附加的步骤和/或省略执行示出的步骤。本公开的范围在此方面不受限制。

本文使用的术语“包括”及其变形是开放性包括，即“包括但不限于”。术语“基于”是“至少部分地基于”。术语“一个实施例”表示“至少一个实施例”；术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”；术语“一些实施例”表示“至少一些实施例”。其他术语的相关定义将在下文描述中给出。需要注意，本公开中提及的“第一”、“第二”等概念仅用于对不同的装置、模块或单元进行区分，并非用于限定这些装置、模块或单元所执行的功能的顺序或者相互依存关系。需要注意，本公开中提及的“一个”、“多个”的修饰是示意性而非限制性的，本领域技术人员应当理解，除非在上下文另有明确指出，否则应该理解为“一个或多个”。本公开实施方式中的多个装置之间所交互的消息或者信息的名称仅用于说明性的目的，而并不是用于对这些消息或信息的范围进行限制。

本实用新型提供了一种金属燃料电池低温加热结构，图1示出了根据本实用新型示例性实施例的金属燃料电池低温加热结构的结构示意图，如图1所示，金属燃料电池低温加热结构包括：燃料电池反应电堆1、电解液箱2、电解液循环输入管路3、电解液循环输出管路4、第一温度传感器5、控制器6、加热组件 7、电动推杆组件8、电堆固定支架9。燃料电池反应电堆1由电堆固定支架9 固定于电解液箱2上方，例如电堆固定支架9通过螺栓连接安装在电解液箱2 上，电堆固定支架9上部与燃料电池反应电堆1连接。电解液箱2通过电解液循环输入管路3与电解液循环输出管路4与燃料电池反应电堆1内部连通。电解液箱2顶部设置有一个或多个凹槽，例如该凹槽的形状与加热组件7的形状匹配，凹槽的数量与加热组件7的数量相同，例如，凹槽数量可以是1个、2个或者3 个，使加热组件7可完全置于电解液箱2顶部的凹槽中。电动推杆组件8固定在燃料电池反应电堆1底部，例如该电动推杆组件8上端通过固定装置与燃料电池反应电堆1下部的吊环连接。电动推杆组件8末端与加热组件7连接，例如通过固定在电动推杆组件8末端的连接装置与加热组件7顶部连接。电动推杆组件8垂直位于一个或多个凹槽上方，电动推杆组件8可出入于该一个或多个凹槽。第一温度传感器5固定在电解液箱2外部，例如电解液箱2与电解液循环输入管路 3的接口附近。用于采集电解液箱2的第一温度信号，控制器6安装在电解液箱 2的外部，控制器6是燃料电池的控制核心，用于接收第一温度信号，并根据第一温度信号控制电动推杆组件8上升或者下降。例如使用单片机微处理器作为控制系统，接收第一温度传感器5发出的第一温度信号并判断该第一温度信号大于或小于第一设定阈值，控制电动推杆组件8上升或下降。

通过上述实施例，通过控制器6控制电动推杆组件8向下运动，将加热组件7置入电解液箱2顶部的对应凹槽中，加热组件7对电解液箱2进行加热的过程，提高了电解液箱2中电解液的电导率，从而解决了金属燃料电池在低温环境下放电效率低的问题，达到了在低温下快速提高电解液温度，加强低温下化学反应效果，提高金属燃料电池发电效率，扩展金属燃料电池的环境适用性的效果。

在环境温度较低，需要加热时，在一些可选实施例中，控制器6接收第一温度传感器5发出的信号，在上述第一温度信号低于第一设定阈值时，该第一设定阈值可以根据实际灵活选取。经过处理后，输出两路正向信号，第一路控制电动推杆组件8下降，例如启动电机，推动推杆向下运动，使得加热组件7完全置于对应电解液箱2顶部的凹槽内，此时限位开关信号触发，电机停止转动，电动推杆组件8与加热组件7停止向下运动。第二路正向信号控制该加热组件7上电并开始加热。进一步加快了电解液箱2中电解液的升温速度，改善了金属燃料电池在低温下的启动速度和放电效率。

在加热组件7进行有限时间加热即可使金属燃料电池的放电效率达到要求时，在一些可选实施例中，控制器6还用于获取加热组件7的加热时间，由多次加热实验可知，加热过程例如氧烛燃烧所产生的热量主要在前三十分钟内释放，尤其前十分钟内，热量能够达到峰值，可使电解液温度提升20℃。同时金属燃料电池内部的化学反应也会释放热量，对电解液起到加热作用，因此在加热时间大于第二设定阈值，该第二设定阈值可根据实际灵活选取，例如30分钟时，控制器使电机反转，控制该电动推杆组件8向上运动，将加热组件7从该一个或多个凹槽拉出，停止对电解液箱2加热。可以减少在金属燃料电池工作过程中的能量浪费，并且提高金属燃料电池低温加热结构工作过程中的稳定性及安全性。

当燃料电池反应电堆1温度过高时，在一些可选实施例中，如图2所示，还包括第二温度传感器10。该第二温度传感器10固定在燃料电池反应电堆1外部，用于检测该燃料电池反应电堆1中电解液的第二温度信号，控制器6用于在第二温度信号大于第三设定阈值时，控制启动散热装置例如风扇来降低工作温度，避免金属燃料电池工作中发生危险。

在需要短时间内迅速升温，提高加热效率时，在一些可选实施例中，加热组件7的外部结构为多孔封装的外壳，加热组件7工作时，产生的热量从孔状结构中传递给电解液箱2，例如加热组件7的多孔封装外壳为桶状，工作过程中产生的热量通过圆筒侧面的孔状结构对电解液箱2进行加热。该多孔封装外壳可使加热组件7内部产生的热量更快传递到电解液中，减少加热过程中能量的损耗，并提高金属燃料电池在低温下的启动速度。

在一些可选实施例中，电动推杆组件8底部通过悬挂装置与加热组件7的多孔封装外壳顶部连接。例如电动推杆组件8的底部通过金属支架与加热组件7 的顶部连接的同时固定住加热组件7的外壳，防止其在运动过程中产生晃动，进一步提高了金属燃料电池低温加热结构工作中稳定性和安全性。

在金属燃料电池工作环境中氧气浓度低，还需要额外进行助氧工作时，在一些可选实施例中，加热组件7的内部设置有氧烛，例如氧烛均布在多孔封装的外壳内部，该加热组件7内的氧烛在加热的同时释放氧气。当控制器6判断第一温度传感器5检测到的第一温度信号大于第一阈值时，电动推杆组件8不工作，只启动加热组件7中的氧烛实现助氧，氧烛产生的氧气用于提供给空气极进行氧还原反应。可让金属燃料电池在低温且缺氧地恶劣条件下工作，进一步提高了金属燃料电池的环境适应性，让金属燃料电池的使用环境范围更大。

在金属燃料电池工作环境中氧气浓度过高，需要降低氧气浓度时，在一些可选实施例中，如图2所示，还包括氧气浓度传感器11，该氧气浓度传感器11 固定在燃料电池反应电堆1外部，例如燃料电池反应电堆1上的电解液循环输入管路3入口处，用于采集氧气浓度信号，并将该氧气浓度信号输入至控制器6，控制器6用于在氧气浓度信号大于第四设定阈值时，控制通风装置例如风扇排出氧气，用于保证电池运行过程中的安全性和稳定性。

在金属燃料电池对环境条件要求较高时，在一些可选实施例中，电动推杆组件8由电机和直线推杆组成，电机转动方向通过控制器6进行控制，该电机的转动方向控制直线推杆的运动方向，该结构运行平稳，无噪声，工作可靠，能够保证电池的安全性和运行稳定性。

在一些可选实施例中，金属燃料电池低温加热结构还包括循环泵，由电解液循环输入管路3、电解液循环输出管路4和循环泵组成电解液循环系统，由该控制器6控制循环泵完成电解液在金属燃料电池中的循环。例如在电池启动时，循环泵开始工作，通过电解液循环输入管路3将电解液输送到不同的电堆单体中进行放电反应，金属铝阳极发生氧化反应生成氢氧化铝，电堆单体中的碱液，也会通过电解液循环输出管路4，重新进入到电解液箱2中，完成循环。在电池工作过程中，化学能转化为电能并提供给外电路。

虽然结合附图描述了本实用新型的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (10)

1.一种金属燃料电池低温加热结构，其特征在于，包括：燃料电池反应电堆(1)、电解液箱(2)、电解液循环输入管路(3)、电解液循环输出管路(4)、第一温度传感器(5)、控制器(6)、加热组件(7)、电动推杆组件(8)、电堆固定支架(9)；

所述燃料电池反应电堆(1)由所述电堆固定支架(9)固定于所述电解液箱(2)上方；

所述电解液箱(2)通过所述电解液循环输入管路(3)与所述电解液循环输出管路(4)与所述燃料电池反应电堆(1)内部连通；

所述电解液箱(2)顶部设置有一个或多个凹槽；

所述电动推杆组件(8)固定在所述燃料电池反应电堆(1)底部，所述电动推杆组件(8)末端与所述加热组件(7)连接，所述电动推杆组件(8)位于所述一个或多个凹槽上方，所述电动推杆组件(8)可出入于所述一个或多个凹槽；

所述第一温度传感器(5)固定在所述电解液箱(2)外部，用于采集所述电解液箱(2)的第一温度信号；

所述控制器(6)固定在所述电解液箱(2)的外部，用于接收所述第一温度信号，并根据所述第一温度信号控制所述电动推杆组件(8)上升或者下降。

2.根据权利要求1所述的金属燃料电池低温加热结构，其特征在于，在所述第一温度信号低于第一设定阈值时，所述控制器(6)控制所述电动推杆组件(8)下降，使得所述加热组件(7)下降至对应的凹槽，并控制所述加热组件(7)启动加热。

3.根据权利要求1所述的金属燃料电池低温加热结构，其特征在于，所述控制器(6)还用于获取所述加热组件(7)的加热时间，在所述加热时间大于第二设定阈值时，控制所述电动推杆组件(8)向上运动，将所述加热组件(7)从所述一个或多个凹槽拉出，停止对电解液箱(2)加热。

4.根据权利要求1所述的金属燃料电池低温加热结构，其特征在于，还包括第二温度传感器(10)，所述第二温度传感器(10)固定在所述燃料电池反应电堆(1)外部，用于检测所述燃料电池反应电堆(1)中电解液的第二温度信号；

所述控制器(6)用于在所述第二温度信号大于第三设定阈值时，控制启动散热装置。

5.根据权利要求1所述的金属燃料电池低温加热结构，其特征在于，所述加热组件(7)的外部结构为多孔封装的外壳，所述加热组件(7)工作时，热量从孔状结构中传递给所述电解液箱(2)。

6.根据权利要求1所述的金属燃料电池低温加热结构，其特征在于，所述电动推杆组件(8)底部通过悬挂装置与所述加热组件(7)的多孔封装外壳顶部连接。

7.根据权利要求1所述的金属燃料电池低温加热结构，其特征在于，所述加热组件(7)的内部设置有氧烛，所述加热组件(7)内的氧烛在加热的同时释放氧气。

8.根据权利要求1或者7所述金属燃料电池低温加热结构，其特征在于，还包括氧气浓度传感器(11)，所述氧气浓度传感器(11)固定在所述燃料电池反应电堆(1)外部，用于采集氧气浓度信号，并将所述氧气浓度信号输入至所述控制器(6)，所述控制器(6)用于在所述氧气浓度信号大于第四设定阈值时，控制通风装置排出氧气。

9.根据权利要求1所述的金属燃料电池低温加热结构，其特征在于，所述电动推杆组件(8)由电机和直线推杆组成，电机转动方向通过所述控制器(6)进行控制，所述电机的转动方向控制直线推杆的运动方向。

10.根据权利要求1至7中任一项所述的金属燃料电池低温加热结构，其特征在于，金属燃料电池低温加热结构还包括循环泵，由所述电解液循环输入管路(3)、所述电解液循环输出管路(4)和所述循环泵组成电解液循环系统，由所述控制器(6)控制循环泵完成电解液在金属燃料电池中的循环。

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