一种金属空气电池用低温启动系统的制作方法

1.本实用新型涉及空气电池技术领域，尤其涉及一种金属空气电池用低温启动系统。


背景技术：

2.金属/空气电池是一种采用金属(如铝、锌等)为阳极燃料，空气中氧气作为氧化剂，碱液作为电解质溶液的电化学反应装置。我国铝、锌等金属储量丰富、且价格低廉，因此金属/空气电池在我国通讯电源、野外应急电源、照明电源及储备电源等可移动电源的诸多领域具有广阔的应用前景。为提高电池的商业化实用程度，电池需操作维护便捷，具备良好的环境适应性，其中，电池的低温贮存、启动及运行性能是制约金属/空气及其他燃料电池以及锂离子电池的共性问题，随着环境温度的下降，电池系统启动困难，容量降低使用困难。
3.现有技术中，针对低温环境下，启动时间长，放电性能差，为解决此问题，通常采取电加热方式提高电解液温度，此方法消耗额外电源，而且会导致系统复杂化。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是提供一种金属空气电池用低温启动系统，能够解决低温启动的问题，同时，系统结构简单易操作。
5.本实用新型采用的技术方案为：
6.一种金属空气电池用低温启动系统，包括电解液箱、电堆箱、调速泵和输液管道，所述的电解液箱的出液口通过调速泵和输液管道与电堆箱的进液口连通，电堆箱的出液口与电解液箱的进液口连通；还包括第一单项电磁阀、第二单项电磁阀、第三单项电磁阀、控制器、备用输液管道和储料盒，所述的备用输液管道一端与调速泵的出液口连通，另一端与储料盒的进液口连通，储料盒的出液口与电堆箱的进液口连通；所述的第一单项电磁阀设置在调速泵出液口和电堆箱进液口之间的输液管到上，第二单向电磁阀、第三单向电磁阀分别设置在出料盒进液口和出液口上所在的备用输液管道上，所述的控制器用于控制第一单项电磁阀、第二单项电磁阀、第三单项电磁阀的开闭；所述的储料盒包括盒体和密封设置的盒盖，盒体底部两侧相对设置有进液口和出液口，盒体内可拆卸设置有v型漏斗，v型漏斗的底部与盒体的底部具有一定高度，v型漏斗内放置有干态k2o。
7.还包括有第一温度计、第二温度计和第三温度计，所述的第一温度计、第二温度计和第三温度计分别设置在电堆箱出液口、电堆箱的进液口和电解液箱出液口的输液管道上，且第一温度计、第二温度计和第三温度计输出端连接控制器的输入端。
8.还包括有流量自控阀，所述的流量自控阀设置在电堆箱出液口和电解液箱进液口之间的输液管道上，且流量自控阀的输入端连接控制器的输出端。
9.还包括有第四单项电磁阀, 所述的第四单项电磁阀和第一单项电磁阀分别设置在靠近电堆箱进液口或调速泵出液口之间的输液管道上。
10.所述的盒盖与盒体之间设置有密封垫，且二者通过螺栓密封。
11.所述备用输液管道外设置有隔热层。
12.本实用新型通过在现有的电解液箱到电堆箱的电解液输送管道上新增了一个输液管道，并在新的输液管道上增加了储料盒，在储料盒内设置v料斗，底部两侧设置进液口和出液口，再搭配电磁阀的开闭和温度传感器的探测，从而可以实现当低温时，启动时，让电解液通过新增储料盒的输液管道上，与设置在v型料斗上放置的koh进行接触，由于koh溶于水会放热，电解液的温度即被提升，进入到电堆箱后，金属空气电池在发电过程中也会产生大量热量，从而使电解液满足启动的温度，实现了利用金属空气电池系统自身热量来解决低温启动的问题，整体结构简单，易控置，效果好。
附图说明
13.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
14.图1为本实用新型的原理框图；
15.图2为本实用新型所述储料盒的结构示意图。
具体实施方式
16.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
17.本实用新型包电解液箱、电堆箱、调速泵和输液管道，所述的电解液箱的出液口通过调速泵和输液管道与电堆箱的进液口连通，电堆箱的出液口与电解液箱的进液口连通；其特征在于：还包括第一单项电磁阀、第二单项电磁阀、第三单项电磁阀、控制器、备用输液管道和储料盒，所述的备用输液管道一端与调速泵的出液口连通，另一端与储料盒的进液口连通，储料盒的出液口与电堆箱的进液口连通；所述的第一单项电磁阀设置在调速泵出液口和电堆箱进液口之间的输液管到上，第二单向电磁阀、第三单向电磁阀分别设置在出料盒进液口和出液口上所在的备用输液管道上，所述的控制器用于控制第一单项电磁阀、第二单项电磁阀、第三单项电磁阀的开闭；所述的储料盒包括盒体5和密封设置的盒盖1，盒体5底部两侧相对设置有进液口6和出液口4，盒体5内可拆卸设置有v型漏斗3，v型漏斗3的底部与盒体5的底部具有一定高度，v型漏斗3内放置有干态k2o。
18.本实用新型通过设置备用输液管道，结合备用输液管道上设置储料盒，储料盒内设置v型料斗，v型料斗内放置k2o，从而可以实现当启动备用输液管道时，k2o会与电解液内的水发生反应，且反应产生大量的热，生成koh，属于放热反应；而koh属于碱性物质，溶于水时放出大量热量；koh与溶解于水的co2发生化学反应，生成k2co3，继续释放热量。
19.故上述过程产生的热量即可实现电解液的升温，而且料斗型的设置，可以利用电解液流动的冲刷和k2o的自重进行下滑配合，实现缓慢释放，发热均匀有效，实现低温启动。
20.还包括有第一温度计、第二温度计和第三温度计，所述的第一温度计、第二温度计和第三温度计分别设置在电堆箱出液口、电堆箱的进液口和电解液箱出液口的输液管道上，第三温度计用于系统状态的监测，且第一温度计、第二温度计和第三温度计输出端连接控制器的输入端。通过设置温度计，分别采集电堆箱出液口和电解液箱出液口的温度来实时的判断电解液的温度是否满足启动需求，从而根据实际的需求启动低温启动或者时常温启动。
21.还包括有流量自控阀，所述的流量自控阀设置在电堆箱出液口和电解液箱进液口之间的输液管道上，且流量自控阀的输入端连接控制器的输出端。通过流量自控阀的设置，能够很好的调整电解液循环系统的流速，避免过快或者过慢带来的影响。
22.还包括有第四单项电磁阀, 所述的第四单项电磁阀和第一单项电磁阀分别设置在靠近电堆箱进液口或调速泵出液口之间的输液管道上。 通过两个单项电磁阀设置在现有的输液管道上，能够实现与备用输液管道切换时，零一输液管道不会回流等情况的发生。
23.所述的盒盖与盒体之间设置有密封垫2，且二者通过螺栓密封。通过盒盖盖合密封垫的设置，实现了装置的可拆卸性，能够根据实际的需求即使的补充k2o。本实用新型所述的储料盒用于储存干态k2o，当电解液流经储料盒时，与k2o反应产生热量，加热电解液。
24.所述锥形漏斗下部开口很小，且距离盒体底部近，一般设置1cm。
25.在干态储存时，储料盒内不流过液态电解溶液，此时，大部分k2o储存于锥形储料斗内，少部分位于锥形储料斗与储料盒之间，此部分用虚框圈出。由于锥形漏斗底部直径小，且距离储料盒底部距离近，因此储料斗内的电解质被底部a处电解质支撑。当需要加热电解液时，先打开单向第三单向电磁阀，保持单向第二单向电磁阀关闭，使电解液进入储料盒。电解液在储存过程中会不断溶解a处电解质，a处电解质溶解后，储料斗上部电解质失去支撑，在重力作用下，往底部滑落，继断填充a处，填充后又被电解液溶解，储料斗上部电解质继续往下滑落填充a处，如此循环，当储料盒内电解液饱和之后，a处电解质不再溶解，继续支撑储料斗上部电解质。此时同，打开单向第二单向电磁阀，电解液经出液口进入电堆。当储料盒内部k2o完全反应完之后，打开上盖，可添加新的k2o。
26.电堆由空气阴极和铝阳极等组成，是金属空气电池电源发生地，电解液箱内部储存电解液，在泵的作用下将电解液带入电堆，电堆发生化学反应放出电能。流量自控阀能够控制液体流过流量。冷的电解液从电解液箱流出后，经储料盒发生反应，产生热量加热电解液，电解液再进入电堆，电堆内空气电极和铝阳极在电解液作用下发生化学反应，产生热量进一步加热电解液，满足金属空气电池低温启动要求。
27.所述备用输液管道外设置有隔热层，即如图1所示，从单向第三单向电磁阀到电堆出口处的管路作绝热处理，可采取包裹隔热棉等措施。图中的实线表示的液路流通，虚线表示的电控监测。
28.实际使用中，本实用新型的具体工作过程如下：
29.1.初始状态：所有阀门均为关闭状态。
30.2.系统工作时，控制器首先检测第一温度计的温度，当温度低于设定阀值k1时（如25℃），判定此时为低温环境，当第一温度计温度高于设定阀值k1时，判定为常温环境。
31.3.当处于低温环境时，控制器开启单向第三单向电磁阀,电解液进入储料盒与k2o反应加热，当到达设定时间t1后，溶液已完全饱和，此时，控制器再开启单向第二单向电磁
阀,电解液进入电堆进行反应。
32.4.控制器实时检测电堆出口处电解液温度，即第二温度计的温度值，当检测到第二温度计的温度值低于设定值时，控制器关闭调速泵，使电解液在电堆内部储存反应加热。
33.5.当第二温度计的温度低于设定阀值k3时（如25℃），判定电堆内部温度处于低温状态，当第二温度计温度高于设定阀值k3时，判定为常温状态。当电堆温度处于低温状态时，流量自控阀继续保持为关闭状态，当电堆温度处于常温状态时，流量自控阀调整为开启状态，以小流量开启，同时开启调速泵，速度与流量自控阀相同。
34.6.当第二温度计的温度超过25℃且不断上升时，控制器加大流量自控阀开度，同时增大调速阀速度，使电解液箱更多的冷电解液进入电堆内部，在保持电堆内部电解液温度的同时，不断加热电解液箱其余液体温度，最终使整个系统的电解液温度都达到常温状态。
35.7.当第一温度计温度高于设定阀值k1时，此时电解液为常温环境，控制器关闭单向第三单向电磁阀和第二单向电磁阀，开启单向第四单向电磁阀和第一单向电磁阀。
36.在图1中，所述的单向第三单向电磁阀和第四单向电磁阀、单向第二单向电磁阀和第一单向电磁阀也可用其他形式阀代替，如一个双通阀等。
37.在本发明的描述中，需要说明的是，对于方位词，如有术语
“ꢀ
中心”，
“ꢀ
横向”、
“ꢀ
纵向”、
“ꢀ
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”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙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、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本发明的具体保护范围。
38.需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书中的术语
“ꢀ
第一”、
“ꢀ
第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施例。此外，术语
“ꢀ
包括”和
“ꢀ
具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
39.注意，上述仅为本发明的较佳实施例及运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行较详细的说明，但本发明不限于这里所述的特定实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等有效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。