CN112736329B - 一种热插拔式金属空气电池结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热插拔式金属空气电池结构，包括前端板、后端板及多个电池单体，所有电池单体均固定于前、后端板之间，拉筋依次穿过前端板、各电池单体及后端板，拉筋两端设有紧固螺丝，前端板上固定有与电池单体内部连通的电解液进、出管接头，后端板上固定有与所有电池单体电连接的电气快插接头，上述结构固定于底座上，底座的下方连接有滚动齿轮；壳体底板内侧固定连接有齿条，滚动齿轮与齿条啮合；壳体后侧板上固定有与电气快插接头匹配的电输出接头。本发明具有操作方便、加工一致性好及工程化程度高等优点，有效克服了传统金属空气电堆插拔困难、更换耗时费力、维修维护及检测不便等问题，特别适合在铝空气电池等金属空气电池中应用。

Description

一种热插拔式金属空气电池结构

技术领域

本发明涉及金属空气电池技术领域，更为具体来说，本发明涉及一种热插拔式金属空气电池结构。

背景技术

金属空气电池具有比能量高、性能稳定及成本相对较低等优点，为了实现金属空气电池的大功率发电，需将多个电池单体通过串联或并联方式组成电堆，并且应当以较合理的结构形式确定金属空气电池的整体结构。

在对金属空气电池的整体结构进行设计时，传统的金属空气电池结构形式大致分为捆绑带式、螺杆式及整体封装式等，上述几种金属空气电池结构虽然各具特色，但是具体应用时发现：这些结构类型的金属空气电池结构往往存在插拔过程困难、更换耗时且费力、维修不便、检修不便以及工程化较低等缺点；所述现有金属空气电池结构并未充分发挥出金属空气电池的优势，反而降低了金属空气电池的工作效能。

因此，如何解决金属空气电池插拔困难问题，显著提高金属空气电池维修、检修的便利性，成为了本领域技术人员亟待解决的技术问题和始终研究的重点。

发明内容

为解决现有金属空气电池结构存在的电堆更换费时费力、维修不便及检修不便等问题，本发明创新地提供了一种热插拔式金属空气电池结构，能够彻底解决上述技术问题。

为实现上述技术目的，本发明具体公开了一种热插拔式金属空气电池结构，包括前端板、后端板及多个电池单体，所有电池单体均固定于前端板与后端板之间，至少一根拉筋依次穿过所述前端板、各电池单体及所述后端板，拉筋两端分别螺纹连接有紧固螺丝，所述前端板上固定有分别与所有电池单体内部连通的电解液进管接头和电解液出管接头，所述后端板上固定有与所有电池单体电连接的电气快插接头，所述前端板、所述后端板及所述各电池单体均固定于底座上，底座的下方连接有滚动齿轮；该金属空气电池结构还包括壳体，所述壳体具有底板和后侧板，壳体的底板内侧固定连接有齿条，所述滚动齿轮放置于所述齿条上，所述滚动齿轮与所述齿条相互啮合、共同形成齿轮滑轨；壳体的后侧板上固定有与所述电气快插接头匹配的电输出接头。

基于上述技术方案，本发明能够通过拉筋和紧固螺丝将所有电池单体紧固在一起，以形成电堆整体结构，在金属空气电池维修、检修或检测时，本发明能够通过齿轮滑轨结构快捷且方便地抽出或送入电堆整体结构，并通过相匹配的电气快插接头和电输出接头保证电连接的便捷性和可靠性，所以本发明能够快速拆卸或安装金属空气电池电堆，以彻底解决现有技术存在的诸多问题。

进一步地，所述底座通过支撑导向机构与滚动齿轮连接，至少三个支撑导向机构固定于底座的下方且均匀分布，各支撑导向机构分别连接有一个滚动齿轮；支撑导向机构包括支撑杆和导向轴，支撑杆的上端与底座的底面固定连接，导向轴固定连接于所述支撑杆上，滚动齿轮穿设于导向轴上，导向轴与齿条垂直，且导向轴呈水平设置，滚动齿轮转动连接于导向轴上；其中，导向轴、支撑杆的连接处与底座的底面之间的高度差大于滚动齿轮半径。

基于上述改进的技术方案，本发明能够通过支撑导向机构对电堆整体结构进行有效支撑，滚动齿轮、齿条等结构设计保证了推拉电堆的便利性和稳定性，较好地避免了滚动齿轮卡住情况的发生。

进一步地，前端板的上端面固定有第一上侧把手，前端板的外侧面固定有第一正侧把手。

基于上述改进的技术方案，本发明能够通过第一正侧把手便于对电堆整体结构进行快速拉出或送入，还能够通过第一上侧把手对电堆整体结构进行快速上提，极大提高了电堆移动的便利性。

进一步地，后端板的上端面固定有第二上侧把手，后端板的外侧面固定有第二正侧把手。

基于上述改进的技术方案，在将电堆全部拉出壳体后，即使滚动齿轮脱离了齿条，本发明还能够满足两名工人对电堆进行抬起或者移动，从而保证了电堆移动的稳定性、安全性及便利性。

进一步地，所述第一上侧把手、所述第一正侧把手、所述第二上侧把手及所述第二正侧把手表面均设置有绝缘防滑层。

基于上述改进的技术方案，在各把手上设置绝缘防滑层，本发明不仅能够在拉出电堆时保证操作者的安全，而且能够有效避免电推脱手情况的发生，保证了电堆移动过程的可靠性和安全性。

进一步地，所述前端板上均匀地开有多个第一减重散热孔，所述后端板上均匀地开有多个第二减重散热孔。

基于上述改进的技术方案，基于多个减重散热孔的设计，本发明不仅能够较好地释放金属空气电池工作时产生的热量、提高发电安全性；而且能够显著降低电堆整体重量，便于在维修、检修等情况下对电堆进行移动。

进一步地，所述前端板、所述后端板及所述各电池单体上均开有用于拉筋穿过的通孔，前端板外侧的紧固螺丝与前端板之间设置有第一垫圈，后端板外侧的紧固螺丝与后端板之间设置有第二垫圈，所述拉筋穿过所述第一垫圈和所述第二垫圈。

基于上述改进的技术方案，基于在紧固螺丝端面设置垫圈的方式，本发明能够避免紧固螺丝旋进过度时伤害电池单体的问题发生，所以本发明能够在避免伤害电池单体的前提下保证对所有电池单体的固定效果。

进一步地，拉筋的数量至少为四根，各电池单体的上半部、下半部、左半部及右半部均穿设有至少一根拉筋。

基于上述改进的技术方案，进一步提高了对所有电池单体的固定效果。

进一步地，前端板、后端板的上端面均突出于各电池单体的上端面，前端板、后端板的左端面均突出于各电池单体的左端面，前端板、后端板的右端面均突出于各电池单体的右端面。

基于上述改进的技术方案，通过端板外沿突出结构设计，本发明能够避免在移动电堆时电池单体直接触碰外物情况的发生，从而达到保护电池单体的目的。

进一步地，所述电解液进管接头上套设有第一密封圈，所述电解液出管接头上套设有第二密封圈，所述电解液进管接头处于前端板的右下角位置，所述电解液出管接头处于前端板的左下角位置，所述电气快插接头处于后端板的左下角或右下角位置。

基于上述改进的技术方案，本发明能够显著地提高电解液进出口处的密封效果，最大程度地避免了漏液情况的发生，从而极大提高了本发明的安全性和可靠性。

本发明的有益效果为：

基于齿轮滑轨结构和快插接头结构等，本发明能够对金属空气电池堆进行热插拔操作，完成快速装卸电池堆过程，使得金属空气电池的维修、维护及检测都非常方便，具有操作方便、简单且稳定可靠等优点，本发明还具有加工一致性好、性能稳定可靠及有效提高金属空气电池工作效能等突出优点。

本发明提供的金属空气电池结构具有操作方便、加工一致性好及工程化程度高等突出优点，有效克服了普通金属空气电堆插拔困难、更换耗时费力、维修不便、维护不便及检测不便等问题，提高了金属空气电池工作效能，所以，本发明特别适合在铝空气电池、锌空气电池、镁空气电池、铁空气电池、锂空气电池等金属空气电池中应用。

附图说明

图1为省略壳体的前侧板和左侧板的热插拔式金属空气电池结构的立体示意图。

图2为省略整个壳体的热插拔式金属空气电池结构的左侧示意图。

图3为底座、支撑导向机构及齿轮滑轨的连接结构示意图。

图4为前端板的立体结构示意图。

图5为后端板的立体结构示意图。

图中，

1、前端板；10、第一上侧把手；11、第一正侧把手；12、第一减重散热孔；

2、后端板；20、第二上侧把手；21、第二正侧把手；22、第二减重散热孔；

3、电池单体；

4、拉筋；40、紧固螺丝；

5、电解液进管接头；50、第一密封圈；

6、电解液出管接头；60、第二密封圈；

7、电气快插接头；

8、底座；80、滚动齿轮；81、支撑杆；82、导向轴；

9、壳体；90、齿条；91、电输出接头。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明所提供的一种热插拔式金属空气电池结构进行详细的解释和说明。

如图1至5所示，本发明提供了热插拔式金属空气电池结构，是一种可快速热插拔的金属空气电池结构，能够实现在金属空气电池维修、检修或检测时对电堆进行快速拆卸；其中，本实施例中的金属空气电池可以为铝空气电池堆，应当理解的是，本实施例中的金属空气电池还可为锌空气电池、镁空气电池、铁空气电池或锂空气电池等。

如图1、2所示，热插拔式金属空气电池结构包括前端板1、后端板2及多个电池单体3(比如铝空单体)，所有电池单体3形成电堆且均固定于前端板1与后端板2之间，至少一根拉筋4依次穿过前端板1、各电池单体3及后端板2，拉筋4两端分别螺纹连接有紧固螺丝40，前端板1、后端板2及各电池单体3上均开有用于拉筋4穿过的通孔(即，拉筋孔)，前端板1外侧的紧固螺丝40与前端板1之间设置有第一垫圈，后端板2外侧的紧固螺丝40与后端板2之间设置有第二垫圈，拉筋4还穿过第一垫圈和第二垫圈，第一垫圈和第二垫圈用于提高电池单体的固定效果，本实施例中，拉筋4数量至少为四根，拉筋4可为钢质材料，前端板1、后端板2可为钢制金属板、板厚可为1cm～2cm，各电池单体3的上半部、下半部、左半部及右半部均穿设有至少一根拉筋4，即拉筋4可分布于前、后端板的上下左右侧，拉筋4穿引于前端板1、后端板2及各电池单体3上的拉筋孔内；较佳地，前、后端板的上下左右侧各分布有2至4根拉筋，通过拉筋4及其两侧的紧固螺丝40，本发明能够将相互叠加的所有电池单体3和两侧的前端板1、后端板2拉紧，以固定、支撑各电池单体3。

如图1、4所示，前端板1上固定有分别与所有电池单体3内部连通的电解液进管接头5和电解液出管接头6；相邻电池单体之间电解液连通方式可根据需要进行合理选择，本实施例不再赘述；如图1、5所示，后端板2上固定有与各电池单体3电连接的电气快插接头7，不同电池单体之间的并联或串联方式可根据需要进行合理选择，本实施例不再赘述；前端板1、后端板2的上端面均突出于各电池单体3的上端面，前端板1、后端板2的左端面均突出于各电池单体3的左端面，前端板1、后端板2的右端面均突出于各电池单体3的右端面，即前端板1和后端板2上侧、左侧及右侧均长于所有电池单体3，比如，长出0.5cm～1cm，前端板1和后端板2下侧与电池单体3平齐。电解液进管接头5上套设有第一密封圈50，电解液出管接头6上套设有第二密封圈60，电解液进管接头5处于前端板1的右下角位置，电解液出管接头6处于前端板1的左下角位置，当然，电解液进管接头5也可以处于前端板1的左下角位置且电解液出管接头6处于前端板1的右下角位置；电解液进管接头5和电解液出管接头6均具有机械接口，在停堆或换堆工作时，停止用于单独控制电堆电解液的电解液泵，卸开电解液进管接头5和电解液出管接头6后即可实现快速更换，完成电堆供电部分在整个供电***中快速、方便地撤出或者并入，电气切换控制可以通过手动空气开关完成；另外，第一密封圈50和第二密封圈60具有防止漏液作用；电气快插接头7处于后端板2的左下角或右下角位置，电气快插接头7可为三线制接口，与外壳9上的电输出接头91插接；本实施例的上述结构形成电池堆结构。

如图1、3所示，前端板1、后端板2及各电池单体3均固定于底座8上，底座8的下方连接有滚动齿轮80；该金属空气电池结构还包括壳体9，本实施例的壳体9优选为长方体结构，壳体9具有底板、顶板、左侧板、右侧板、前侧板和后侧板，前侧板可作为整个金属空气电池柜门使用，壳体9的底板内侧固定连接有齿条90，滚动齿轮80放置于齿条90上，滚动齿轮80与齿条90相互啮合，且滚动齿轮80与齿条90共同形成齿轮滑轨，本实施例的齿轮滑轨为五金齿轮滑轨、处于电堆下方，用于在快速更换或维修电堆时能迅速抽出和送入电堆、保证电气快插接头7准确***电输出接头91；壳体9的后侧板上固定有电输出接头91，电输出接头91与电气快插接头7匹配。底座8通过支撑导向机构与滚动齿轮80连接，至少三个支撑导向机构固定于底座8下方且均匀分布，支撑导向机构优选为四个、滚动齿轮数量优选为四个、齿条90数量优选为两个，各支撑导向机构分别连接有一个滚动齿轮80；但应理解的是，如果滚动齿轮的宽度足够、啮合齿强度足够，只要有至少一个滚动齿轮即可实现对电堆的支撑，出于金属空气电池成本考虑，滚动齿轮数量优选为四个；支撑导向机构可包括支撑杆81和导向轴82，支撑杆81的上端与底座8的底面固定连接，导向轴82固定连接于支撑杆81上，滚动齿轮80穿设于导向轴82上，且导向轴82与齿条90垂直，导向轴82呈水平设置，滚动齿轮80转动连接于导向轴82上，导向轴82、支撑杆81的连接处与底座8的底面之间的高度差大于滚动齿轮80半径，以保证滚动齿轮能够滚动。

如图4、5所示，前端板1的上端面固定有第一上侧把手10，第一上侧把手10与前端板1的上沿固定连接，前端板1的外侧面固定有第一正侧把手11，第一正侧把手11两端可分别与前端板1的左半部、右半部固定连接，前端板1上均匀地开有多个第一减重散热孔12；后端板2的上端面固定有第二上侧把手20，后端板2的外侧面固定有第二正侧把手21，第二上侧把手20与后端板2的上沿固定连接，第二正侧把手21两端可分别与后端板2的左半部、右半部固定连接，后端板2上均匀地开有多个第二减重散热孔22。第一减重散热孔12和第二减重散热孔22可为圆孔和/或方孔，数量可为8～12个，方孔尺寸为a*b，其中，1cm≤a≤4cm，1cm≤b≤4cm；作为改进的技术方案，本实施例的第一上侧把手10、第一正侧把手11、第二上侧把手20及第二正侧把手21表面均设置有绝缘防滑层，绝缘防滑层为具有绝缘、防滑及缓冲功能的绝缘塑料层或涂层。第一上侧把手10和第二上侧把手20用于对电池堆(电堆)进行上提，第一正侧把手11和第二正侧把手21用于对电堆进行推拉、可均为方体状或圆柱状，各把手尺寸可以根据实际情况设置，比如，方体状把手截面尺寸为c*d，2.5cm≤c≤10cm，2.5cm≤d≤10cm。

具体实施时，金属空气电池各部分装配顺序可为把手、端板、各电池单体、拉筋、底座、齿轮、齿条、电解液进出管接头、电气快插接头以及电输出接头，本实施例以下述三种优选的具体产品构造为例进行说明。

(1)钢质拉筋上下左右侧各分布3根，由电池单体上的拉筋孔穿引，拉筋两端由加垫圈的紧固螺丝紧固；1.5mm厚钢质金属端板位于电堆前后两侧，端板上侧和左右侧长于电堆0.5cm，下侧与电堆平齐，可根据电堆横截面积在每个端板平面均匀开有10个小孔，小孔尺寸为4.0cm*2.0cm，板厚为1.5mm；密封圈位于单体电解液进出口处，钢质金属圆柱状的把手位于前后端板上侧和正侧，上侧把手下沿与端板上沿固定，正侧把手分别与端板左右两侧固定，把手尺寸为10.0cm*2.5cm，把手外具有绝缘塑料层；电解液进出管接头位于端板左、右下角，向外伸出距离为1.0cm，为电堆机械接口，更换电堆时，卸开电解液进出管接头即可实现快速更换；三线制电气输出快插接口位于后侧端板左下角、与铝空电源***外壳侧接口相匹配；五金齿轮式导向滑轨固定在电堆下方，与铝空电源***外壳相匹配；铝空电堆电解液由电解液泵单独控制，电堆在停堆、换堆工作时，可随时关闭和打开电解液供液泵，电堆供电输出在整个供电***中可方便撤出或并入，电气切换控制由手动空气开关完成。

(2)与第(1)种结构样式相比，本结构样式的钢质拉筋上下左右侧各分布4根；1.0mm厚钢质金属端板位于电堆前后两侧，端板上侧和左右侧长于电堆0.6cm，根据电堆横截面积每个端板平面均匀开有9个小孔，小孔尺寸为3.0cm*3.0cm，板厚为1.2mm；钢质金属长方体状把手尺寸为10.5cm*2.5cm；电解液进出管接头位于端板左下角和右下角，向外伸出距离为1.2cm。

(3)与第(2)种结构样式相比，本结构样式采用位于电堆前后两侧且厚度为2.0mm的钢质金属端板，端板上侧和左、右侧长于电堆0.8cm，根据电堆横截面积每个端板平面均匀开有8个小孔，小孔尺寸为2.5cm*3.5cm，板厚为1.8mm；钢质金属长方体状把手尺寸为9.0cm*3.0cm；电解液进出管接头位于端板左和右下角，向外伸出距离为1.5cm。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“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”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描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、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“本实施例”、“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明实质内容上所作的任何修改、等同替换和简单改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种热插拔式金属空气电池结构，其特征在于：包括前端板(1)、后端板(2)及多个电池单体(3)，所有电池单体(3)均固定于所述前端板(1)与所述后端板(2)之间，至少一根拉筋(4)依次穿过所述前端板(1)、各电池单体(3)及所述后端板(2)，所述拉筋(4)两端分别螺纹连接有紧固螺丝(40)，所述前端板(1)上固定有分别与所有电池单体(3)内部连通的电解液进管接头(5)和电解液出管接头(6)，所述后端板(2)上固定有与所有电池单体(3)电连接的电气快插接头(7)，所述前端板(1)、所述后端板(2)及所述各电池单体(3)均固定于底座(8)上，且底座(8)的下方连接有滚动齿轮(80)；该金属空气电池结构还包括壳体(9)，所述壳体(9)具有底板和后侧板，所述壳体(9)的底板内侧固定连接有齿条(90)，所述滚动齿轮(80)放置于所述齿条(90)上，且所述滚动齿轮(80)与所述齿条(90)相互啮合、共同形成齿轮滑轨；且所述壳体(9)的后侧板上固定有与所述电气快插接头(7)匹配的电输出接头(91)；所述底座(8)通过支撑导向机构与所述滚动齿轮(80)连接，且至少三个支撑导向机构固定于底座(8)的下方且均匀分布，各支撑导向机构分别连接有一个滚动齿轮(80)；所述支撑导向机构包括支撑杆(81)和导向轴(82)，支撑杆(81)的上端与底座(8)的底面固定连接，所述导向轴(82)固定连接于所述支撑杆(81)上，滚动齿轮(80)穿设于所述导向轴(82)上，所述导向轴(82)与所述齿条(90)垂直，且导向轴(82)呈水平设置，滚动齿轮(80)转动连接于所述导向轴(82)上；其中，所述导向轴(82)、所述支撑杆(81)的连接处与底座(8)的底面之间的高度差大于滚动齿轮(80)半径。

2.根据权利要求1所述的热插拔式金属空气电池结构，其特征在于：前端板(1)的上端面固定有第一上侧把手(10)，前端板(1)的外侧面固定有第一正侧把手(11)。

3.根据权利要求2所述的热插拔式金属空气电池结构，其特征在于：后端板(2)的上端面固定有第二上侧把手(20)，后端板(2)的外侧面固定有第二正侧把手(21)。

4.根据权利要求3所述的热插拔式金属空气电池结构，其特征在于：所述第一上侧把手(10)、所述第一正侧把手(11)、所述第二上侧把手(20)及所述第二正侧把手(21)表面均设置有绝缘防滑层。

5.根据权利要求1或4所述的热插拔式金属空气电池结构，其特征在于：所述前端板(1)上均匀地开有多个第一减重散热孔(12)，所述后端板(2)上均匀地开有多个第二减重散热孔(22)。

6.根据权利要求1或4所述的热插拔式金属空气电池结构，其特征在于：所述前端板(1)、所述后端板(2)及所述各电池单体(3)上均开有用于拉筋(4)穿过的通孔，前端板(1)外侧的紧固螺丝(40)与前端板(1)之间设置有第一垫圈，后端板(2)外侧的紧固螺丝(40)与后端板(2)之间设置有第二垫圈，所述拉筋(4)还穿过所述第一垫圈和所述第二垫圈。

7.根据权利要求6所述的热插拔式金属空气电池结构，其特征在于：拉筋(4)的数量至少为四根，各电池单体(3)的上半部、下半部、左半部及右半部均穿设有至少一根拉筋(4)。

8.根据权利要求7所述的热插拔式金属空气电池结构，其特征在于：前端板(1)、后端板(2)的上端面均突出于各电池单体(3)的上端面，前端板(1)、后端板(2)的左端面均突出于各电池单体(3)的左端面，前端板(1)、后端板(2)的右端面均突出于各电池单体(3)的右端面。

9.根据权利要求1或8所述的热插拔式金属空气电池结构，其特征在于：所述电解液进管接头(5)上套设有第一密封圈(50)，所述电解液出管接头(6)上套设有第二密封圈(60)，所述电解液进管接头(5)处于前端板(1)的右下角位置，所述电解液出管接头(6)处于前端板(1)的左下角位置，所述电气快插接头(7)处于后端板(2)的左下角或右下角位置。

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