一種復合式鋁空氣電池系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種復合式鋁空氣電池系統，包括鋁空氣電池堆、氫燃料電池堆、超級電容組、鋰電池組、電解液控制器和運行控制器；鋁空氣電池堆用來運行發電并產生氫氣，氫燃料電池堆用來收集并利用所產生的氫氣進行發電，超級電容組用來進行功率轉換，鋰電池組用來進行儲能，電解液控制器連接所述鋁空氣電池堆，用來控制鋁空氣電池堆的運行，運行控制器用來調節所產生的電力并進行輸出控制。本實用新型提供的一種復合式鋁空氣電池系統具有能量密度高、輸出功率大、工作安全可靠、環保性能好、性價比高的特點，并且不需要復雜的電池管理系統，系統運行簡單可靠。
【專利說明】
一種復合式鋁空氣電池系統
技術領域
[0001]本實用新型涉及電池技術領域，特別涉及一種復合式鋁空氣電池系統。
【背景技術】
[0002]隨著汽車產業的蓬勃發展，汽車對能源的消耗逐年增大，因而，環保、節能的電動汽車將逐漸普及。然而，作為電動汽車儲能系統的傳統電池尤其是鋰離子電池都存在價格過高、比能量較低、回收再利用困難等缺點，已經成為制約電動汽車發展的最大瓶頸。電動車動力電池要求大功率輸出、大電流充放電、儲電量大、使用安全可靠、環保性好、性價比高等。現在主流的電池系統有鋰離子電池、氫燃料電池、鋁空氣電池和超級電容等。
[0003]目前的鋰離子電池存在著儲電不足，續航短、價格昂貴及充放電安全問題;單一的鋁空氣電池功率密度低，液體電池通有缺陷，并且運行中會產生自腐蝕氫氣，影響電池使用壽命;氫燃料電池燃料攜帶補充難，壽命短，并且成本高;超級電容儲電少，能量密度很低，并且價格昂貴。目前已有的鋰離子電池、氫燃料電池、鋁空氣電池和超級電容都有各自的優缺點，但是都不能單獨滿足電動車的應用要求。
[0004]鋁空氣電池是最有可能替代傳統汽油實現零排放無污染的車載新能源，鋁空氣電池由催化空氣陰極、電解質和金屬鋁陽極組成，其理論能質比為8.lkwh/kg，目前技術上能達到的水平為2?3kwh/kg，而用汽油機發電的能質比為2.4kwh/kg左右，兩者相當。因此用鋁空氣電池作為車載新能源是最有可能實現的途徑。
[0005]但是，現有的鋁空氣電池存在著自腐蝕析氫和功率密度小的問題，運行不穩定，并且其產生的能量利用率低、輸出功率小，難以滿足電動車的應用要求。
【實用新型內容】
[0006]針對以上問題，本實用新型專利目的在于設計了一種復合式鋁空氣電池系統，具有能量密度高、輸出功率大、工作安全可靠、環保性能好、性價比高的特點，并且不需要復雜的電池管理系統，系統運行簡單可靠。本實用新型是通過以下技術方案實現的:
[0007]—種復合式鋁空氣電池系統，包括:
[0008]鋁空氣電池堆，包括多個鋁空氣電池單體，用來運行發電并產生氫氣；
[0009]氫燃料電池堆，連接所述鋁空氣電池堆，用來收集并利用所產生的氫氣進行發電；
[0010]超級電容組，與所述鋁空氣電池堆連接，包括多個超級電容單體，用來進行功率轉換；
[0011]鋰電池組，與所述鋁空氣電池堆連接，包括多個鋰電池單體，用來進行儲能；
[0012]電解液控制器，連接所述鋁空氣電池堆，用來控制鋁空氣電池堆的運行；
[0013]運行控制器，用來調節所產生的電力并進行輸出控制。
[0014]進一步，本實用新型所述系統還包括與所述鋁空氣電池堆連接的收集裝置，所述收集裝置用來收集產生的氫氣并輸送到所述氫燃料電池堆。
[0015]進一步，本實用新型所述鋁空氣電池單體與所述超級電容單體采取二串一并連接方式。
[0016]進一步，本實用新型所述鋁空氣電池單體與所述鋰電池單體采取三串一并連接方式。
[0017]進一步，本實用新型所述電解液控制器采取中性弱堿自平衡方式對電解液的PH值和濃度進行調節和控制。
[0018]進一步，本實用新型所述鋁空氣電池單體包括外殼、空氣電極和鋁電極，所述外殼頂部設置有密封蓋。
[0019]進一步，本實用新型所述鋁空氣電池單體采用中性弱堿有機電解液，所述電解液包含有檸檬酸鹽和乙二醇。
[0020]進一步，本實用新型所述系統還包括與所述鋁空氣電池堆連接的儲能控制箱，所述超級電容組和鋰電池組安裝在所述儲能控制箱內。
[0021]目前世界上鋁空氣電池的能量密度以美鋁公司和以色列的Phinergy公司達到的最高水平為640wh/kg，本發明的AHLS復合鋁空氣電池的能量密度可達到lOOOwh/kg以上，每公斤鋁能通過鋁燃燒發電2.2kwh，加上氫燃料電池堆的吸氫發電量，綜合平均已達到2.8度/每公斤，具有實用價值；
[0022]本實用新型提供的復合式鋁空氣電池系統與現有技術相比具有以下優點:
[0023]1、把鋁空氣電池和氫燃料電池兩者有機結合，把鋁空氣電池產生的氫氣作為氫燃料電池的燃料，形成了一種新型復合燃料電池，有效解決鋁空氣電池自腐蝕產生的氫氣的缺陷，而且運行平穩，可長時間穩定工作；
[0024]2、具有大電流放電的動力性能，避免了鋁空氣電池功率密度小的缺陷，儲電量大；
[0025]3、使鋁空氣電池的恒電流放電的性能得到充分利用，使鋁空氣電池和氫燃料電池的發電能力得到極大提高，增加發電量20%以上；
[0026]4、具有能量密度高、輸出功率大、工作安全可靠、環保性能好、性價比高的特點，不需要復雜的電池管理系統，系統簡單可靠。
【附圖說明】
[0027]以下參照附圖對本實用新型實施例作進一步說明，其中:
[0028]圖1是本實用新型一種復合式鋁空氣電池系統的系統構成圖；
[0029]圖2是本實用新型一種復合式鋁空氣電池系統的電連接圖；
[0030]圖3是本實用新型一種復合式鋁空氣電池系統的鋁空氣電池單體結構圖；
[0031 ]圖4是本實用新型一種復合式鋁空氣電池系統的實施例一的結構圖。
【具體實施方式】
[0032]下面結合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步的詳細說明。
[0033]本實用新型提出了一種復合式鋁空氣電池系統，請參閱圖1，包括鋁空氣電池堆、氫燃料電池堆、超級電容組、鋰電池組、電解液控制器和運行控制器。鋁空氣電池堆包括多個鋁空氣電池單體，用來運行發電并產生氫氣;氫燃料電池堆連接所述鋁空氣電池堆，用來收集并利用所產生的氫氣進行發電；超級電容組與所述鋁空氣電池堆連接，包括多個超級電容單體，用來進行功率轉換;鋰電池組與所述鋁空氣電池堆連接，包括多個鋰電池單體，用來進行儲能；電解液控制器連接所述鋁空氣電池堆，用來控制鋁空氣電池堆的運行;運行控制器用來調節所產生的電力并進行輸出控制。
[0034]鋁空氣電池和氫燃料電池兩者有機結合，把鋁空氣電池產生的氫氣作為氫燃料電池的燃料，形成了一種新型復合燃料電池，有效解決鋁空氣電池自腐蝕產生的氫氣的缺陷，變害為利，增加額外發電量。把鋁空氣電池結合鋰離子電池作為儲能元件，使鋁空氣電池的恒電流放電的性能得到有效匹配，使鋁空氣電池的發電能力和氫燃料電池的儲電能力得到充分發揮。把鋁空氣電池結合超級電容作為功率轉換元件，使鋁空氣電池具有大電流放電的動力性能，避免了鋁空氣電池功率密度小的缺陷。
[0035]所述系統還包括與所述鋁空氣電池堆連接的收集裝置，所述收集裝置用來收集產生的氫氣并輸送到所述氫燃料電池堆。收集裝置具有密封收集氫氣并凈化輸出氫氣的結構，鋁空氣電池堆在運行過程中所產生的氫氣，通過收集裝置收集并凈化后輸送到氫燃料電池堆，轉變成電能輸出。
[0036]請參閱圖2，鋁空氣電池堆與超級電容組和鋰電池組采用分布式儲能網絡連接。由于鋁空氣電池平臺電壓為1.2V，超級電容耐壓2.7V，鋰電池充電電壓為3.2?3.6V，鋁空氣電池單體與超級電容單體采取二串一并連接方式，鋁空氣電池單體與鋰電池單體采取三串一并連接方式。這種分布式儲能網絡連接方式具有天然的自匹配特性，能夠最大限度地發揮鋁空氣電池的恒流放電性能，不僅輸出電壓平穩、動態內阻低，而且抗過充過放，電池壽命得到保障，并且不需要復雜的電池管理系統，系統簡單可靠。
[0037]所述電解液控制器采取中性弱堿自平衡方式對電解液的PH值和濃度進行調節和控制。鋁空氣電池堆中的電解液在運行時，通過電解液控制器進行定時循環，電解液控制器采取中性弱堿自平衡策略對電解液的PH值和濃度進行調節，同時根據運行狀態對液面高度及注液退液進行控制。
[0038]整個系統所發出的電力通過運行控制器調節后輸出，運行控制器根據運行狀態作指示和調整。
[0039]請參閱圖3，所述鋁空氣電池單體包括外殼301、空氣電極303和鋁電極304，所述外殼頂部設置有密封蓋302。外殼301兩面裝有空氣電極303，外殼301內裝有鋁電極304，外殼301的頂部有密封蓋302，產生的氫氣通過排氣孔307連通到下一級，外殼301上有兩個電解液進出孔308和309，分別連到下一級。空氣電極303通過正電極306引出作為電池正極輸出，鋁電極304通過負電極305引出作為電池負極輸出。
[0040]鋁空氣電池單體的密封蓋302可以打開和閉合，方便在鋁電極304消耗完之后對鋁電極304進行更換。這樣，負極鋁片為可替換件，在電池放電過程中消耗完后，可進行機械式替換，快速恢復電力
[0041]鋁空氣電池單體采用中性弱堿有機電解液，采用中性自平衡技術，使鋁空氣電池能長時間穩定工作，電解液含有檸檬酸鹽及乙二醇，具有防堵防凍功能，冰點可達-40°C。
[0042]實施例一:
[0043]請參閱圖4為本實用新型提供的實施例一。鋁空氣電池堆401由12片鋁空氣電池單體疊加組裝而成，平臺電壓13.2伏，每片單體鋁空氣發電初始儲電量為2.2Kwh，12片總儲電量達到26Kwh。
[0044]鋁空氣電池堆401中的電解液在運行時，通過電解液控制器403進行定時循環，電解液控制器403內有多種傳感器和電磁閥，采取中性弱堿自平衡策略對電解液的PH值和濃度進行調節，同時根據運行狀態指令電栗對液面高度、液體溫度、開機注液、關機退液等進行控制，使鋁空氣電池堆401在電解液控制器403控制下能長時間穩定運行。
[0045]鋁空氣電池堆401上面有密封蓋進行密封，運行中所產生的氫氣通過內部管道連通到氫氣收集室405，氫氣在收集室405凈化后由管道輸送到氫燃料電池堆402進行發電。在本實例中氫燃料電池堆402是一臺14V80W的氫燃料電池堆，在鋁空氣電池堆401運行時，氫燃料電池堆402能產生50W的額外電力。
[0046]鋁空氣電池堆401通過電纜與儲能控制箱404連接，儲能控制箱404中裝有超級電容組和鋰電池組，其中超級電容組是由6只100F的超級電容串聯而成，其中鋰電池組是由4只40AH的鋰電池串聯而成，連接方式鋁空氣電池單體與超級電容單體采取二串一并連接方式，鋁空氣電池單體與鋰電池單體采取三串一并連接方式。
[0047]鋁空氣電池堆401與氫燃料電池堆402所發出的電能，由儲能控制箱404中的輸出控制板統一調配后輸出到外部負載。
[0048]本實例的AHLS復合式鋁空氣電池系統的電性能如下:
[0049]輸出電壓:13V;
[0050]輸出平均功率:230W;
[0051 ] 輸出峰值功率:1800W;
[0052]初始裝鋁量:13Kg;
[0053]一次裝鋁連續發電時間:140小時；
[0054]一次裝鋁最大發電量:32Kwh。
[0055]用4至8臺本實例的復合式鋁空氣電池系統串聯后，足以推動一臺小型電動轎車在路上正常行駛800至1500公里。具有能量密度高、輸出功率大、工作安全可靠、環保性能好、性價比高的特點，特別是不需要復雜的電池管理系統，系統簡單可靠。
[0056]本實用新型提供的復合式鋁空氣電池系統具有很高的實用價值。
[0057]以上所述本實用新型的【具體實施方式】，并不構成對本實用新型保護范圍的限定。任何根據本實用新型的技術構思所做出的各種其他相應的改變與變形，均應包含在本實用新型權利要求的保護范圍內。
【主權項】
1.一種復合式鋁空氣電池系統，其特征在于，包括: 鋁空氣電池堆，包括多個鋁空氣電池單體，用來運行發電并產生氫氣； 氫燃料電池堆，連接所述鋁空氣電池堆，用來收集并利用所產生的氫氣進行發電； 超級電容組，與所述鋁空氣電池堆連接，包括多個超級電容單體，用來進行功率轉換； 鋰電池組，與所述鋁空氣電池堆連接，包括多個鋰電池單體，用來進行儲能； 電解液控制器，連接所述鋁空氣電池堆，用來控制鋁空氣電池堆的運行； 運行控制器，用來調節所產生的電力并進行輸出控制。2.根據權利要求1所述的一種復合式鋁空氣電池系統，其特征在于，所述系統還包括與所述鋁空氣電池堆連接的收集裝置，所述收集裝置用來收集產生的氫氣并輸送到所述氫燃料電池堆。3.根據權利要求1所述的一種復合式鋁空氣電池系統，其特征在于，所述鋁空氣電池單體與所述超級電容單體采取二串一并連接方式。4.根據權利要求1所述的一種復合式鋁空氣電池系統，其特征在于，所述鋁空氣電池單體與所述鋰電池單體采取三串一并連接方式。5.根據權利要求1所述的一種復合式鋁空氣電池系統，其特征在于，所述電解液控制器采取中性弱堿自平衡方式對電解液的PH值和濃度進行調節和控制。6.根據權利要求1所述的一種復合式鋁空氣電池系統，其特征在于，所述鋁空氣電池單體包括外殼、空氣電極和鋁電極，所述外殼頂部設置有密封蓋。7.根據權利要求1或6所述的一種復合式鋁空氣電池系統，其特征在于，所述鋁空氣電池單體采用中性弱堿有機電解液，所述電解液包含有檸檬酸鹽和乙二醇。8.根據權利要求1所述的一種復合式鋁空氣電池系統，其特征在于，所述系統還包括與所述鋁空氣電池堆連接的儲能控制箱，所述超級電容組和鋰電池組安裝在所述儲能控制箱內。
【文檔編號】H01M8/04GK205488423SQ201620023978
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年1月11日
【發明人】方致藍
【申請人】深圳市維方電子科技有限公司