一種金屬燃料電池的控制系統的制作方法

專利名稱：一種金屬燃料電池的控制系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及金屬燃料電池技術領域，尤其涉及一種金屬燃料電池的控制系 統。
背景技術：
金屬燃料電池是以空氣中的氧氣作為正極活性物質，金屬作為負極活性物質的一 種高能電池，其使用的金屬一般是鎂、鋁、鋅、鎘和鐵等，電解液為中性鹽溶液。金屬燃料電 池具有低成本、無毒、無污染、高比能量和高比功率等優點，又有豐富的資源，還可以再生利 用，具有很好的應用前景。眾所周知，目前各種汽車產生的污染已嚴重影響到人類的健康，而且傳統燃料越 來越少，在世界范圍內掀起了一個開發、生產電動汽車的高潮。但是到目前為止進展都不 大，電動汽車采用了形形色色的充電電池，但都存在充電時間長、使用壽命短等致命缺點， 而且由于使用了有毒金屬和強腐蝕性介質，不僅使用不安全，還會造成嚴重的環境污染，當 充電電池廢棄后也會污染土地。金屬燃料電池基于其低成本、無毒、無污染、高比能量、高比 功率、資源豐富和可再生利用的優點，可以作為電動汽車的新型動力電源。現在金屬燃料電池多應用于無市電供應的場合，如野外勘探施工、草原游牧、海上 養殖或海洋航標燈的電源使用，均屬于粗放使用。例如，在將金屬燃料電池作為海洋航標燈 的電源使用時，金屬燃料電池漂浮在海面上，將海水作為電解質，電池的金屬端浸泡于海水 中即可產生電能，為海洋航標燈供電。但是，若將金屬燃料電池作為電動汽車的動力電源使用時，由于金屬燃料電池在 電動汽車中處于封閉空間，而電池中的金屬電極在工作過程中會發熱，這導致電解液的溫 度升高，需要對其進行降溫，而且需要保證電池內部的空氣流量可以滿足空氣電極對氧氣 的需求，另外，電池輸出的電能要滿足用戶的要求，需要對輸出電流、電壓進行控制。所以， 要將金屬燃料電池用作電動汽車的動力電源使用就需要一個控制系統對其工作過程進行 控制。
實用新型內容有鑒于此，本實用新型的目的在于提供一種金屬燃料電池的控制系統，用于對金 屬燃料電池的工作過程進行控制，以使得金屬燃料電池可以用作電動汽車的動力電源。為實現上述目的，本實用新型提供如下技術方案一種金屬燃料電池的控制系統，包括微處理器；設置于所述金屬燃料電池內壁、與所述微處理器連接的溫度傳感器；與所述微處理器連接的輸出電壓檢測裝置；設置于所述金屬燃料電池進氣口、與所述微處理器連接的空氣流量傳感器；與所述微處理器連接的溫度調節裝置；[0014]與所述微處理器連接的輸出電壓控制裝置；設置于所述金屬燃料電池的進氣口、與所述微處理器連接的空氣增壓裝置；其中，所述微處理器接收與之連接的溫度傳感器、輸出電壓檢測裝置和空氣流量 傳感器的檢測信號，并根據所述檢測信號產生控制信號發送至與之連接的溫度調節裝置、 輸出電壓控制裝置和空氣增壓裝置。優選的，在上述控制系統中，所述溫度調節裝置包括電解液存儲箱；連接所述電 解液存儲箱與所述金屬燃料電池中電解液的管路；設置在所述電解液存儲箱與所述管路的 連接處、與所述微處理器連接的液泵。優選的，在上述控制系統中，進一步包括與所述微處理器連接、對所述電解液存 儲箱中的電解液進行降溫的風扇。優選的，在上述控制系統中，所述空氣增壓裝置為風機或空壓機。優選的，在上述控制系統中，進一步包括與所述微處理器連接、檢測所述金屬燃 料電池中金屬電極電壓值的電極電壓檢測裝置。優選的，在上述控制系統中，進一步包括與所述微處理器連接、檢測所述金屬燃 料電池中金屬電極電阻值的電極電阻檢測裝置。優選的，在上述控制系統中，進一步包括與所述微處理器連接、檢測所述金屬燃 料電池中電解液液面高度的位置傳感器。優選的，在上述控制系統中，進一步包括與所述微處理器連接的報警裝置。優選的，在上述控制系統中，進一步包括與所述微處理器連接的噴淋系統。由此可見，本實用新型的有益效果為在微處理器的控制下，溫度傳感器與溫度調 節裝置共同作用實現了金屬燃料電池工作過程中對溫度的要求，輸出電壓檢測裝置與輸出 電壓控制裝置共同作用滿足了用戶的用電要求，而空氣流量傳感器與空氣增壓裝置共同作 用滿足了空氣電極的工作需要，通過本實用新型公開的金屬燃料電池控制系統實現了對金 屬燃料電池工作過程的控制，使得金屬燃料電池可用作電動汽車的動力電源。
為了更清楚地說明本實用新型實施例，下面將對實施例中所需要使用的附圖做簡 單的介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領域普 通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本實用新型第一實施例公開的金屬燃料電池的控制系統的結構示意圖；圖2為本實用新型公開的一種溫度調節裝置的結構示意圖；圖3為本實用新型第二實施例公開的金屬燃料電池的控制系統的結構示意圖。
具體實施方式
下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進 行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部 實施例。基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下， 所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護范圍。本實用新型提供一種金屬燃料電池的控制系統，用于對金屬燃料電池的工作過程進行控制，以使得金屬燃料電池可以應用于電動汽車。參見圖1，圖1為本實用新型第一實施例公開的金屬燃料電池的控制系統的結構 示意圖。包括微處理器1、溫度傳感器2、輸出電壓檢測裝置3、空氣流量傳感器4、溫度調 節裝置5、輸出電壓控制裝置6和空氣增壓裝置7。溫度傳感器2和溫度調節裝置5分別與微處理器1連接，溫度傳感器2設置于金 屬燃料電池的內壁，用于檢測金屬燃料電池中電解液的實際溫度，并將該實際溫度發送至 微處理器1，溫度調節裝置5在微處理器1的控制下調節電池中的電解液的溫度。金屬燃料電池在工作過程中消耗金屬電極和空氣中的氧氣，在消耗金屬電極時產 生的熱量造成電解液溫度的升高，溫度傳感器2檢測電池中電解液的實際溫度，并將該實 際溫度發送至微處理器1中，在微處理器1中存儲有電解液溫度的預設值，由微處理器1對 電解液的實際溫度與預設溫度進行比較，若實際溫度高于預設溫度時，微處理器1向溫度 調節裝置5發送指令控制其運行，對電解液進行降溫。圖2示出了溫度調節裝置的一種結構示意圖。包括電解液存儲箱51、管路52、液 泵53。其中，電解液存儲箱51用于存儲金屬燃料電池所用的電解液，管路52連接電解液 存儲箱51和金屬燃料電池中的電解液，使電解液存儲箱51中的電解液與金屬燃料電池中 的電解液可形成循環，而液泵53設置在電解液存儲箱51的與管路52的連接處，并與微處 理器1連接，受其控制。當溫度傳感器2檢測到的電解液的實際溫度高于預設溫度時，微處 理器1控制液泵53開始運轉，在金屬燃料電池的電解液和電解液存儲箱51中的電解液之 間形成循環，以達到為金屬燃料電池的電解液降溫的目的。微處理器1根據金屬燃料電池 中的電解液的實際溫度與預設溫度的差值大小來控制液泵53的運轉速度當兩者的差值 增大時，微處理器1增大液泵53的運轉速度當兩者的差值減小時，微處理器1減小液泵53 的運轉速度；當兩者的差值為零(即金屬燃料電池的電解液實際溫度達到預設溫度)時，微 處理器1控制液泵53停止運轉。若金屬燃料電池所處的環境溫度較高時，只通過電解液的循環可能無法快速地將 電解液的實際溫度控制在預設溫度，此時可以在電解液存儲箱51處設置風扇。該風扇與微 處理器1連接，其運轉與否及運轉速度均由微處理器1來控制，由其對電解液存儲箱51內 的電解液進行風冷降溫。輸出電壓檢測裝置3和輸出電壓控制裝置6分別與微處理器1連接，輸出電壓檢 測裝置3用于檢測金屬燃料電池的輸出電壓并發送至微處理器1中，輸出電壓控制裝置6 在微處理器1的控制下對輸出電能的電流和電壓值進行控制。由于金屬燃料電池在發電過程中為恒功率輸出，當用電負載減小時輸出電壓升 高、用電負載增大時輸出電壓降低，為了達到用電要求，由輸出電壓檢測裝置3對電池的輸 出電壓進行檢測，將電壓值發送至微處理器1中，微處理器1將此電壓值與用電要求進行比 較，控制輸出電壓控制裝置6對輸出電能的電流和電壓值進行控制，以符合用戶的用電要 求。空氣流量傳感器4和空氣增壓裝置7分別與微處理器1連接，空氣流量傳感器4設 置于金屬燃料電池的內部，用于檢測電池中的空氣流量，并將該空氣流量發送至微處理器1中，空氣增壓裝置7設置在金屬燃料電池的進氣口，在微處理器1的控制下增加金屬燃料電 池的進氣量。在金屬燃料電池工作過程中，需要消耗空氣中的氧氣，空氣電極將直接接觸空氣， 若空氣中含有對空氣電極有害的物質，會造成空氣電極的老化損壞，為了避免這種情況的 發生，在金屬燃料電池的進氣口設置空氣過濾裝置，可以凈化進入金屬燃料電池中的空氣， 但同時也會導致對空氣流通的阻礙。為了保證金屬燃料電池的空氣電極可以得到足夠的氧 氣，在控制系統中設置空氣增壓裝置7，可以是設置在金屬燃料電池進氣口的風機或者空 壓機。在金屬燃料電池工作過程中，由空氣流量傳感器4檢測電池中的空氣流量，并將該流 量發送至微處理器1，微處理器1將此空氣流量與預設值進行比較，當實際的空氣流量小于 預設值時，由微處理器1控制空氣增壓裝置7運轉，增加電池中的進氣量，以滿足空氣電極 的需要。在本實用新型第一實施例公開的金屬燃料電池控制系統中，在微處理器1的控制 下，溫度傳感器2與溫度調節裝置5共同作用實現了金屬燃料電池工作過程中對溫度的要 求，輸出電壓檢測裝置3與輸出電壓控制裝置6共同作用滿足了用戶的用電要求，而空氣流 量傳感器4與空氣增壓裝置7共同作用滿足了空氣電極的工作需要，通過控制系統實現了 對金屬燃料電池工作過程的控制。參見圖3，圖3為本實用新型第二實施例公開的一種金屬燃料電池控制系統的結 構示意圖。包括微處理器1、溫度傳感器2、輸出電壓檢測裝置3、空氣流量傳感器4、溫度調 節裝置5、輸出電壓控制裝置6、空氣增壓裝置7、電極電壓檢測裝置8、電極電阻檢測裝置9、 位置傳感器10、報警裝置11和噴淋裝置12。其中，溫度傳感器2、輸出電壓檢測裝置3、空氣流量傳感器4、溫度調節裝置5、輸 出電壓控制裝置6和空氣增壓裝置7與第一實施例公開的控制系統中的相應裝置一致，在 此不再贅述。電極電壓檢測裝置8與微處理器1連接，用于檢測金屬燃料電池的金屬電極的電壓值。在金屬燃料電池的工作過程中，金屬電極不斷被氧化，通常金屬電極在即將消耗 完時，其電壓值會發生變化，由電極電壓檢測裝置8對金屬電極的電壓進行檢測，并將電壓 值發送至微處理器1中，當該電壓值發生變化時，微處理器1即可根據電壓值的變化獲知金 屬電極即將消耗完這一信息，并可以通過報警裝置11向用戶發出提示，由用戶更換金屬電 極。電極電阻檢測裝置9與微處理器1連接，用于檢測金屬燃料電池的金屬電極的電 阻值。在金屬燃料電池的工作過程中，金屬電極不斷被氧化，通常金屬電極在即將消耗 完時，其電阻值會發生變化，由電極電阻檢測裝置9對金屬電極的電阻進行檢測，并將電阻 值發送至微處理器1中，當該電阻值發生變化時，微處理器1即可根據電阻值的變化獲知金 屬電極即將消耗完這一信息，并可以通過報警裝置11向用戶發出提示，由用戶更換金屬電 極。位置傳感器10與微處理器1連接，用于檢測金屬燃料電池中電解液的液面高度。6[0052]在金屬燃料電池工作的過程中，金屬電極不斷被氧化成粉末狀并溶解到電解液 中，金屬電極板逐漸變薄，這使得電解液的液面不斷下降，而且在電池工作過程中，電解液 中的水分會不斷蒸發，導致電解液的體積不斷變小，使得電解液的液面不斷下降，由位置傳 感器10對電解液的液面高度進行檢測，并將液面高度發送至微處理器1，由微處理器1對此 液面高度與預設的液面高度進行比較，判斷是否需要進行補水操作。補水操作可以通過外 設的補水裝置直接將水或電解液注入金屬燃料電池中。當需要金屬燃料電池停止工作時，需要將電池中的電解液抽出使其停止工作，可 將抽出的電解液存儲在電解液存儲箱中。由于金屬電極表面殘留的化學物質的作用會使金 屬電極表面產生鈍化現象，影響第二次使用電池時的發電效率，為此在控制系統中設置噴 淋裝置12，在將電解液抽出的過程中由噴淋裝置12向電池的金屬電極噴灑清潔水，使金屬 電極表面的化學物質隨著清潔水一起被抽出，避免在金屬電極表面產生鈍化現象，保證再 次使用該金屬燃料電池時的發電效率。該噴淋裝置12的運行與否由微處理器1控制。微處理器1在金屬電極的電壓值或電阻值發生變化時，可以根據金屬電極的電阻 值或電壓值判斷出金屬電極即將消耗完，控制報警裝置11發出提示。另外，設置在金屬燃 料電池進氣口的空氣過濾裝置在長期使用后其表面可能被大量的灰塵覆蓋，造成空氣過濾 裝置被大面積堵塞，此時金屬燃料電池中的空氣流量將大幅降低，當空氣檢測裝置4檢測 得到的空氣流量與微處理器1中存儲的預設值存在較大差別時，說明空氣過濾裝置已經被 堵塞，此時微處理器1將控制報警裝置11發出提示，由用戶更換空氣過濾裝置。針對不同類 型的提示，報警裝置11可以通過不同的提示音或是不同的提示燈進行分類提示，使用戶可 以直觀的明確金屬燃料電池中發生故障的部位。本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他 實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本實用新 型。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定 義的一般原理可以在不脫離本實用新型的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現。因 此，本實用新型將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理 和新穎特點相一致的最寬的范圍。
權利要求1.一種金屬燃料電池的控制系統，其特征在于，包括 微處理器；設置于所述金屬燃料電池內壁、與所述微處理器連接的溫度傳感器； 與所述微處理器連接的輸出電壓檢測裝置；設置于所述金屬燃料電池內部、與所述微處理器連接的空氣流量傳感器； 與所述微處理器連接的溫度調節裝置； 與所述微處理器連接的輸出電壓控制裝置；設置于所述金屬燃料電池的進氣口、與所述微處理器連接的空氣增壓裝置； 其中，所述微處理器接收與之連接的溫度傳感器、輸出電壓檢測裝置和空氣流量傳感 器的檢測信號，并根據所述檢測信號產生控制信號發送至與之連接的溫度調節裝置、輸出 電壓控制裝置和空氣增壓裝置。
2.根據權利要求1所述的控制系統，其特征在于，所述溫度調節裝置包括 電解液存儲箱；連接所述電解液存儲箱與所述金屬燃料電池中電解液的管路；設置于所述電解液存儲箱與所述管路的連接處、與所述微處理器連接的液泵。
3.根據權利要求2所述的控制系統，其特征在于，進一步包括 與所述微處理器連接、對所述電解液存儲箱中的電解液進行降溫的風扇。
4.根據權利要求1所述的控制系統，其特征在于，所述空氣增壓裝置為風機或空壓機。
5.根據權利要求1所述的控制系統，其特征在于，進一步包括與所述微處理器連接、檢測所述金屬燃料電池中金屬電極電壓值的電極電壓檢測裝置。
6.根據權利要求1所述的控制系統，其特征在于，進一步包括與所述微處理器連接、檢測所述金屬燃料電池中金屬電極電阻值的電極電阻檢測裝置。
7.根據權利要求1所述的控制系統，其特征在于，進一步包括與所述微處理器連接、檢測所述金屬燃料電池中電解液液面高度的位置傳感器。
8.根據權利要求1所述的控制系統，其特征在于，進一步包括 與所述微處理器連接的報警裝置。
9.根據權利要求1所述的控制系統，其特征在于，進一步包括 與所述微處理器連接的噴淋裝置。
專利摘要本實用新型實施例公開了一種金屬燃料電池的控制系統，包括微處理器，分別與微處理器連接的溫度傳感器、輸出電壓檢測裝置、空氣流量傳感器、溫度調節裝置、輸出電壓控制裝置和空氣增壓裝置；微處理器接收溫度傳感器、輸出電壓檢測裝置和空氣流量傳感器的檢測信號，并根據檢測信號產生控制信號發送至溫度調節裝置、輸出電壓控制裝置和空氣增壓裝置。本實用新型公開的金屬燃料電池控制系統中，在微處理器的控制下，溫度傳感器與溫度調節裝置實現了電池工作過程中對溫度的要求，輸出電壓檢測裝置與輸出電壓控制裝置實現了用戶的用電要求，空氣流量傳感器與空氣增壓裝置滿足了空氣電極的工作需要，實現了對金屬燃料電池工作過程的控制。
文檔編號H01M6/50GK201829566SQ20102023262
公開日2011年5月11日 申請日期2010年6月22日 優先權日2010年6月22日
發明者王天順 申請人:王天順