本發(fā)明涉及金屬/空氣電池系統(tǒng)，具體的說(shuō)涉及一種金屬/空氣電池系統(tǒng)的溫度控制方法。

背景技術(shù)：

鋁空氣電池是金屬/空氣電池的一種，具有比功率和比能量高、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，是一種環(huán)保節(jié)能、高效率的發(fā)電系統(tǒng)。在當(dāng)前資源匱乏、環(huán)境日益惡化的情況下，鋁空氣電池性能穩(wěn)定、維護(hù)成本低廉，頗具吸引力，外加其運(yùn)行時(shí)低噪音、低消耗、無(wú)污染、無(wú)廢氣產(chǎn)生等特點(diǎn)，鋁空氣電池的研究對(duì)于可持續(xù)發(fā)展有重要意義。

鋁空氣電池工作時(shí)，產(chǎn)生的熱量會(huì)使電池內(nèi)部溫度升高，內(nèi)部過(guò)熱會(huì)引起陰極催化層受損和鋁陽(yáng)極析氫腐蝕加劇，電池性能下降；更為嚴(yán)重的是高溫下陰極和電池的塑料殼體會(huì)發(fā)生變形，進(jìn)而導(dǎo)致陽(yáng)極和陰極接觸發(fā)生短路，影響電池壽命。

而鋁空氣電池在低溫環(huán)境工作時(shí)，由于單電池電壓迅速下降，導(dǎo)致電池組無(wú)法大功率放電，嚴(yán)重制約了鋁空氣電池的放電性能。

為了提高鋁空氣電池的應(yīng)用范圍，減小環(huán)境溫度對(duì)鋁空氣電池性能的影響，滿(mǎn)足鋁空氣電池大功率輸出長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的需要，因此對(duì)鋁空氣電池進(jìn)行有效的熱管理和溫度監(jiān)控極其重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種金屬/空氣電池系統(tǒng)及其的溫度控制方法，特別是電池系統(tǒng)在低溫環(huán)境運(yùn)行時(shí)，可以有效調(diào)節(jié)電池箱體內(nèi)部出風(fēng)量的大小，進(jìn)而保持電池自身內(nèi)部溫度，提高了低溫環(huán)境時(shí)金屬/空氣電池的放電性能；此外，可根據(jù)系統(tǒng)輸出功率的大小，調(diào)節(jié)電解液循環(huán)泵的開(kāi)啟流量，進(jìn)而調(diào)節(jié)金屬空氣電池系統(tǒng)內(nèi)部的溫度，滿(mǎn)足了金屬/空氣電池,尤其是鋁/空氣大功率輸出，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的需要。

本發(fā)明采用以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

一種金屬/空氣電池系統(tǒng)，其特征在于：包括密閉電池箱體、金屬空氣電池單元、風(fēng)扇、電動(dòng)百葉窗和控制管理單元；

所述金屬/空氣電池單元置于密閉電池箱體內(nèi)部，于所述密閉電池箱體的相對(duì)兩側(cè)壁面上分別設(shè)有進(jìn)氣口和出氣口；所述進(jìn)氣口處設(shè)置有風(fēng)扇，為金屬/空氣電池單元提供充足的空氣供應(yīng)；所述出氣口處設(shè)置有電動(dòng)百葉窗，電動(dòng)百葉窗包括一片以上的可轉(zhuǎn)動(dòng)葉片，通過(guò)電動(dòng)百葉窗葉片的轉(zhuǎn)動(dòng)幅度調(diào)節(jié)出氣口氣體排出量；

所述金屬/空氣電池單元包括兩節(jié)以上的單體電池串聯(lián)組成的電池堆、電解液存儲(chǔ)槽，以及連接電解液存儲(chǔ)槽和單體電池電解液腔的電解液循環(huán)泵；所述電解液存儲(chǔ)槽置于電池堆底部；

所述單體電池設(shè)置有電解液腔，所述電池堆中各單體電池電解液腔間相連通；

所述控制管理單元包括溫度控制器、電解液溫度傳感器和環(huán)境溫度傳感器；所述電解液溫度傳感器置于電解液存儲(chǔ)槽內(nèi)部；所述環(huán)境溫度傳感器置于密閉電池箱體內(nèi)部的金屬空氣電池單元外部；

所述電解液溫度傳感器和環(huán)境溫度傳感器與控制器信號(hào)連接，用于將探測(cè)到的溫度信號(hào)傳遞給溫度控制器；所述溫度控制器與所述風(fēng)扇和電動(dòng)百葉窗電連接，用于控制風(fēng)扇的啟停和電動(dòng)百葉窗得開(kāi)啟幅度。

所述溫度控制器與所述電解液循環(huán)泵電連接，用于控制電解液循環(huán)泵的輸出流量。

所述電解液存儲(chǔ)槽的制成材料為尼龍、ABS工程塑料、聚四氟乙烯中的一種。

所述組成電池堆的兩節(jié)以上的單體電池間具有空氣流通通道，所述空氣流通通道的寬度大于等于2mm，小于等于10mm。

所述電解液溫度傳感器18具有探頭和信號(hào)傳輸線，所述探頭與電解液之間用導(dǎo)熱且防腐蝕材料隔絕。

所述導(dǎo)熱且防腐材料為聚四氟乙烯、硅橡膠、尼龍中的一種。

所述板狀葉片的轉(zhuǎn)動(dòng)可實(shí)現(xiàn)葉片于出氣口截面上投影面積的改變。

所述金屬/空氣電池系統(tǒng)啟動(dòng)前，所述電動(dòng)百葉窗葉片處于完全閉合狀態(tài)將出氣口密閉；所述金屬/空氣電池系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行時(shí)，所述溫度控制器控制風(fēng)扇啟動(dòng)，待環(huán)境溫度傳感器探測(cè)到的環(huán)境溫度高于其設(shè)定值T_ES時(shí)，所述溫度控制器控制電動(dòng)百葉窗葉片轉(zhuǎn)動(dòng)，使電動(dòng)百葉窗的開(kāi)啟幅度為A；待電解液溫度傳感器探測(cè)到的電解液存儲(chǔ)槽內(nèi)的溫度高于其設(shè)定值T_IS時(shí)，所述溫度控制器17控制電動(dòng)百葉窗葉片轉(zhuǎn)動(dòng)，使電動(dòng)百葉窗的開(kāi)啟幅度為B；幅度是指未被葉片阻擋的出氣口面積與出氣口面積的比，所述B大于A。

所述溫度控制器與所述電解液循環(huán)泵電連接，用于控制電解液循環(huán)泵的輸出流量；

所述金屬/空氣電池系統(tǒng)的對(duì)外輸出功率從0至額定功率之間設(shè)置有N-1個(gè)功率點(diǎn)，形成N個(gè)功率區(qū)間，N為大于等于2的整數(shù)；所述金屬/空氣電池系統(tǒng)的對(duì)外輸出功率與所述電解液循環(huán)泵的開(kāi)啟流量正相關(guān)；所述每個(gè)功率區(qū)間與所述電解液循環(huán)泵的一開(kāi)啟流量對(duì)應(yīng)；所述溫度控制器根據(jù)所述金屬/空氣電池系統(tǒng)的輸出功率控制所述電解液循環(huán)泵開(kāi)啟到相對(duì)應(yīng)的流量。

本發(fā)明具有以下有益效果及優(yōu)點(diǎn)：

(1)效果顯著：使用該方法對(duì)電池組內(nèi)部溫度散熱效果非常明顯；

(1)性能提高：在低溫環(huán)境下電池系統(tǒng)的放電性能大幅提高；

(2)降低內(nèi)耗：有效降低電池系統(tǒng)自身內(nèi)耗，提高系統(tǒng)利用率；

滿(mǎn)足了金屬/空氣電池系統(tǒng)，尤其是鋁/空氣電池系統(tǒng)大功率輸出，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的需要，可以廣泛應(yīng)用于電動(dòng)汽車(chē)用動(dòng)力電池或大型備用電源領(lǐng)域。

附圖說(shuō)明：

圖1為實(shí)施例1所述本發(fā)明中電池系統(tǒng)示意圖；

圖2為實(shí)施例1所述本發(fā)明中電池殼體示意圖；

圖3為實(shí)施例1所述本發(fā)明中電池系統(tǒng)電解液管路示意圖；

圖4為實(shí)施例1所述本發(fā)明中溫度控制邏輯框圖；

圖5為實(shí)施例1所述本發(fā)明中循環(huán)泵控制邏輯框圖；

圖中，電池箱體11、電解液存儲(chǔ)槽12、第一風(fēng)扇13、第二風(fēng)扇14、電動(dòng)百葉窗15、金屬/空氣電池單元16、控制器17、電解液溫度傳感器18、環(huán)境溫度傳感器19、電解液循環(huán)泵20。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面通過(guò)實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明，目的是更好的描述本發(fā)明， 但不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。

具體實(shí)施例1：

如圖1所示，鋁空氣電池系統(tǒng)包括：電池箱體、電解液存儲(chǔ)槽、2個(gè)直流風(fēng)扇、電動(dòng)百葉窗、金屬/空氣電池單元、控制管理單元、電解液溫度傳感器、環(huán)境溫度傳感器和循環(huán)泵。

如圖2所示，電解液存儲(chǔ)槽、2個(gè)直流風(fēng)扇、電動(dòng)百葉窗、金屬/空氣電池單元、控制管理單元、電解液溫度傳感器、環(huán)境溫度傳感器和循環(huán)泵都安裝在電池箱體內(nèi)部。電池箱體入風(fēng)口安裝2個(gè)直流風(fēng)扇，為金屬/空氣電池單元16提供空氣供應(yīng)；出風(fēng)口安裝電動(dòng)同軸百葉窗，便于調(diào)節(jié)出風(fēng)量大小。

如圖3所示，選用額定功率為3kW的電池組，電池組由24節(jié)單電池殼體串聯(lián)組成，殼體采用如尼龍、ABS工程塑料、聚四氟乙烯等材料制成，單殼體之間最少有2mm的間隙，便于兩個(gè)單電池殼體之間形成空氣通道，有足夠的氧氣流經(jīng)空氣電極的表面。

電池組安裝在電解液存儲(chǔ)槽上面，便于電解液循環(huán)運(yùn)行，電解液存儲(chǔ)槽出口與循環(huán)泵管路入口連接，且循環(huán)泵管路入口液位高度低于電解液存儲(chǔ)槽出口液位高度，避免管路入口進(jìn)入空氣而導(dǎo)致循環(huán)泵故障；循環(huán)泵管路出口與電池組入口連接，為電池組連續(xù)輸送電解液，電池組出口連接至電解液存儲(chǔ)槽入口，電解液在此回路中循環(huán)流動(dòng)。

當(dāng)鋁空氣電池系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，控制管理單元實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電池箱體的環(huán)境溫度和電解液存儲(chǔ)槽的溫度；

如圖4所示，溫度邏輯控制過(guò)程：系統(tǒng)自檢準(zhǔn)備就緒后，當(dāng)電池箱體內(nèi)的環(huán)境溫度小于T_ES時(shí)，控制管理單元控制電動(dòng)百葉窗開(kāi)啟30％，通過(guò)減小電池箱體出風(fēng)量，來(lái)保持金屬/空氣電池單元內(nèi)部溫度，提高金屬/空氣電池單元放電性能，否則進(jìn)入下一步；當(dāng)環(huán)境溫度大于T_ES時(shí)，且電解液的溫度小于T_IS時(shí)，控制管理單元控制電動(dòng)百葉窗開(kāi)啟80％，否則進(jìn)入下一步；當(dāng)電解液的溫度大于T_IS時(shí)，控制管理單元控制電動(dòng)百葉窗開(kāi)啟100％，來(lái)迅速降低電池箱體內(nèi)的溫度，提高金屬/空氣電池單元散熱效果；

如圖5所示，循環(huán)泵邏輯控制過(guò)程：系統(tǒng)自檢準(zhǔn)備就緒后，電池系統(tǒng)啟動(dòng)，金屬/空氣電池單元開(kāi)始正常工作；當(dāng)電池系統(tǒng)功率小于1kW時(shí)，控制管理單元控制循環(huán)泵流量為30％，否則進(jìn)入下一步；當(dāng)電池系統(tǒng)功率大于等于1kW且小于2kW時(shí)，控制管理單元控制循環(huán)泵流量為60％，否則進(jìn)入下一步；當(dāng)電池系統(tǒng)功率大于等于2kW時(shí)，控制管理單元控制循環(huán)泵流量為100％。在電池系統(tǒng)不同功率下，通過(guò)控制管理單元對(duì)循環(huán)泵的實(shí)時(shí)流量控制，進(jìn)而有效降低電池系統(tǒng)的自身內(nèi)耗，提高系統(tǒng)利用率。

以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所做的任何修改、等同交換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。