CN114725584B - 电解液箱及金属空气电池 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电解液箱及金属空气电池，电解液箱包括：箱体，箱体内设置有至少一个隔板，隔板将箱体内空间分隔成配置区和储备区，箱体上开设有与配置区连通的进液口；管路组件，包括第一支管、第二支管和总管，总管用于对外供液，第一支管的两端分别连通于配置区和总管，第二支管的两端分别连通于储备区和总管，第一支管和第二支管能够分时导通，以实现由配置区或由储备区向外供液。本发明提供的电解液箱及金属空气电池能够分时由配置区或储备区向电堆供液，提高电解液和金属空气电池的使用寿命。

Description

电解液箱及金属空气电池

技术领域

本发明涉及电池技术领域，更为具体来说，本发明涉及一种电解液箱及金属空气电池。

背景技术

金属空气电池是一种采用金属(如镁、铝、锌等)为阳极燃料，空气中氧气作为氧化剂，以碱液或中性盐水作为电解液的电化学反应装置。

电导率是衡量金属空气电池电解液可用性的一个关键指标，电导率受电解质浓度影响，通过监测电解液电导率值可以判断电解液的可用性。现有技术下的金属空气电池的电解液是循环使用的，电解液在使用一段时间后浓度降低，电解液的电导率下降，导致电池性能下降甚至电池失效，影响电解液及电池的使用寿命。并且，电解液浓度下降到不能满足要求时需要断电补充电解质或者更换电解液箱，造成电池使用效率的低下。

鉴于此，需要一种能够同时实现供液及配液功能的电解液箱，以提高电解液和金属空气电池的寿命，同时提高电池的使用效率。

发明内容

为解决上述问题，本发明创新性地提供了一种电解液箱及金属空气电池，该电解液箱内能够由配置区和储备区分时向外供液，且在储备区供液的同时能够在配置区内进行电解液的配置，提高金属空气电池的性能和使用寿命。

为实现上述的技术目的，第一方面，本发明公开了一种电解液箱，该电解液箱包括：

箱体，所述箱体内设置有至少一个隔板，所述隔板将所述箱体内空间分隔成配置区和储备区，所述箱体上开设有与所述配置区连通的进液口；

管路组件，包括第一支管、第二支管和总管，所述总管用于对外供液，所述第一支管的两端分别连通于所述配置区和所述总管，所述第二支管的两端分别连通于所述储备区和所述总管，所述第一支管和所述第二支管能够分时导通，以实现由所述配置区或由所述储备区向外供液。

进一步地，所述第一支管上设置有第一阀门，所述第二支管上设置有第二阀门，所述第一阀门和所述第二阀门分别用于控制所述第一支管和所述第二支管的通断。

进一步地，所述箱体内设置有三个所述隔板，三个所述隔板将所述箱体内空间分隔成依次相邻的沉淀区、所述配置区、所述储备区和管路区，所述进液口设置于所述沉淀区的侧壁，所述沉淀区与所述配置区连通。

进一步地，所述沉淀区和所述配置区间的所述隔板上设置有过滤网。

进一步地，所述配置区内设置有电导率传感器和温度传感器，当所述配置区内电解液的电导率高于第一设定电导率值且其温度小于设定温度值时，所述第一阀门开启，所述第二阀门关闭；

当所述配置区内的电解液的电导率低于所述第二设定电导率值或其温度高于所述设定温度值时，所述第二阀门开启，所述第一阀门关闭。

进一步地，所述管路组件还包括第三支管，所述第三支管的两端分别连通于所述配置区和所述储备区，所述第三支管上设置有第三阀门；

所述储备区内设置有液位传感器，当所述配置区内的电解液的电导率高于第三设定电导率值且所述储备区内电解液的液位低于设定液位值时，所述第三阀门开启，所述第三设定电导率值大于所述第一设定电导率值。

进一步地，所述配置区内设置有存放板，所述存放板将所述配置区分隔成存放区和配液区，所述存放板的侧壁设置有连通所述存放区和所述配液区的下料管，所述下料管上设置有第四阀门。

进一步地，所述配置区的侧壁设置有侧出液口，所述侧出液口用于与外部的散热设备连通以构成配液回路。

第二方面，本发明提供一种金属空气电池，其包括如上述任一方案所述的电解液箱，还包括电堆、第一液泵、散热器和第二液泵，所述第一液泵串联于所述电解液箱的总管和所述电堆的进液口之间，所述散热器串联于所述电堆的出液口和所述电解液箱的进液口之间，所述第二液泵串联于所述电解液箱的侧出液口和所述散热器的进液口之间；

所述电解液箱、所述第一液泵、所述电堆和所述散热器构成供液回路；

所述电解液箱、所述第二液泵和所述散热器构成配液回路。

进一步地，所述金属空气电池还包括控制器，所述控制器与所述第一液泵、所述第二液泵以及所述电解液箱内的电导率传感器、温度传感器和液位传感器均电连接，所述控制器用于根据各传感器的检测值控制所述供液回路和所述配液回路的通断。

本发明的有益效果为：

本发明提供的电解液箱能够根据需要切换向电堆供液的功能区，以使供给给电堆的电解液始终满足要求，保持金属空气电池的高性能，同时提高金属空气电池的使用寿命；该电解液箱能够在配置区内进行电解液的配置，以在电解液的电导率降低时及时补充电解质，提高电解液的使用寿命。本发明提供的金属空气电池采用上述电解液箱，具有更高的性能和更长的使用寿命。

附图说明

图1为本发明实施例提供的电解液箱的外部结构示意图；

图2为本发明实施例提供的电解液箱内部结构的俯视图；

图3为本发明实施例提供的电解液箱的内部结构图一；

图4为本发明实施例提供的电解液箱的内部结构图二；

图5为本发明实施例提供的金属空气电池的组成原理图。

图中，

1、箱体；11、沉淀区；12、配置区；121、存放区；122、配液区；13、储备区；14、管路区；15、进液口；16、主出液口；17、侧出液口；18、清洗口；19、存放板；2、隔板；3、管路组件；31、第一支管；32、第二支管；33、总管；34、第一阀门；35、第二阀门；36、第三支管；37、第三阀门；38、下料管；39、第四阀门；4、过滤网；5、电导率传感器；6、温度传感器；7、液位传感器；100、电解液箱；200、电堆；300、第一液泵；400、散热器；500、第二液泵；600、控制器；700、第五阀门；800、第六阀门。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明提供的电解液箱100的技术方案进行详细的解释和说明，显然地，所描述的实施例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，本领域技术人员在没有作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。

第一方面，本发明提供一种电解液箱100，其作为金属空气电池中的电解液储存装置，用于给电堆供给电解液。图1为本发明实施例提供的电解液箱100的外部结构示意图，图2为本发明实施例提供的电解液箱100内部结构的俯视图。如图1和图2所示，本实施例公开的电解液箱100包括：箱体1及设置在箱体1内的至少一个隔板2，隔板2将箱体1内空间分隔成配置区12和储备区13，箱体1上开设有与配置区12连通的进液口15。

该电解液箱100还包括管路组件3，管路组件3包括第一支管31、第二支管32和总管33，总管33用于对外供液。第一支管31的两端分别连通于配置区12和总管33，第二支管32的两端分别连通于储备区13和总管33。第一支管31和第二支管32能够分时导通，以实现由配置区12或储备区13向外供液。

本实施例提供的电解液箱100能够根据需要由配置区12或储备区13向电堆200供液，确保向电堆200供给的电解液始终满足要求，提高了金属空气电池的性能，同时延长了电解液及金属空气电池的使用寿命。

在第一支管31上设置有第一阀门34，第二支管32上设置有第二阀门35，第一阀门34和第二阀门35能够分时开启，以实现由配置区12向外供液或由储备区13向外供液。

本实施例中，箱体1内设置有三个隔板2，三个隔板2将箱体1内空间分隔成依次相邻的沉淀区11、配置区12、储备区13和管路区14，进液口15设置于沉淀区11的侧壁，沉淀区11与配置区12连通。

进一步地，总管33设置在管路区14中，在管路区14的侧壁上开设有主出液口16，总管33与主出液口16连通。

当然在其他实施例中，也可以在配置区12和储备区13的侧壁分别开设有一个分出液口，将总管33设置在箱体1的外部，第一支管31和第二支管32分别穿过两个分出液口并与总管连通。

金属空气电池工作过程中会产生碱性沉淀物，碱性沉淀物会使电解液变得浓稠，导致电解液电导率下降，影响金属空气电池的性能甚至导致其失效。沉淀区11用于沉淀回流的电解液中的反应产物，使电解液保持纯净。进液口15开设于沉淀区11的上方侧壁上，回流的电解液进入沉淀区11并在隔板2的阻挡作用下向下沉淀。在沉淀区11的下方开设有清洗口18，清洗口18内安装有封口塞，可以通过定期开启封口塞来排放电解液中沉淀的反应产物。

沉淀区11与配置区12连通，以使电解液能够回流入配置区12。如图3所示，具体地，在沉淀区11与配置区12之间的隔板2的高度方向的中上部设置有镂空槽，在镂空槽内安装有过滤网4，沉淀区11与配置区12通过过滤网4连通，沉淀区11与配置区12的液位相同。过滤网4的网孔小于反应产物的颗粒直径同时大于电解液中电解质的直径，以使电解质持续循环同时防止沉淀的反应产物继续进入配置区12。

配置区12用于配置电解液，在电解液内电解质的浓度下降时给电解液中添加电解质。在配置区12内安装有电导率传感器5和温度传感器6，其分别用于检测电解液的电导率和温度。如图4所示，在配置区12内还设置有存放板19，存放板19设置于配置区12的中上部并将配置区12分隔成上下设置的存放区121和配液区122，其中存放区121用于存放电解质。存放板19包括左右两块板，左右两块板均斜向下延伸并彼此连接。存放板19的底部设置有连通存放区121和配液区122的下料管38，下料管38上设置有第四阀门39。

本实施例中，当电导率传感器5的检测值大于第一设定电导率值时，配置区12对外供液，当电解液的电导率小于第二设定电导率值时，第四阀门39打开，电解质通过下料管38加入到电解液内。

配置区12的侧壁设置有侧出液口17，侧出液口17用于在配液过程中与外部的散热设备连通以构成配液回路。

当配置区12内电解液的电导率低于第二设定电导率值时，配置区12开始配液，同时第一阀门34关闭，配置区12停止向电堆200供液，此时电解液箱100由储备区13向电堆200供液。储备区13内储存有电导率值大于等于第三设定电导率值的电解液，第三设定电导率值大于第一设定电导率值。

管路组件3用于连通各个功能区。具体地，第一支管31穿过两个隔板2并将配置区12和总管33连通，第二支管32穿过一个隔板2并将储备区13和总管33连通。

管路组件3还包括第三支管36及设置在第三支管36上的第三阀门37，第三支管36的两端分别连通于配置区12和储备区13。储备区13内安装有液位传感器7，当储备区13内液位低于设定液位值且配置区12内的电解液的电导率高于第三设定电导率值时，第三阀门37打开，配置区12与储备区13连通并向储备区13供给电解液。

本实施例中，第一阀门34、第二阀门35、第三阀门37和第四阀门39均为单向阀门，以防止电解液的逆流。优选地，第一阀门34、第二阀门35、第三阀门37和第四阀门39均为单向电磁阀。

本实施例提供的电解液箱100的供液的逻辑为：当配置区12内的电解液的电导率高于第一设定电导率值且其温度小于设定温度值时，第一阀门34开启，第二阀门35关闭，由配置区12向金属空气电池的电堆供给电解液；当配置区12内的电解液的电导率低于第二设定电导率值或其温度高于设定值时，第二阀门35开启，第一阀门34关闭，由储备区13向电堆供给电解液。当配置区12内的电解液的电导率高于第三设定电导率值时，第三阀门37开启，由配置区12向储备区13补充电解液。

第二方面，本发明公开了一种金属空气电池，该金属空气电池包括如上述任一方案所描述的电解液箱100，其还包括电堆200、第一液泵300、散热器400和第二液泵500，第一液泵300串联于电解液箱100的主出液口16和电堆200的进液口之间，散热器400串联于电堆200的出液口和电解液箱100的进液口15之间，第二液泵500串联于电解液箱100的侧出液口17和散热器400的进液口之间。

进一步地，该金属空气电池还包括控制器600，控制器600与第一液泵300、第二液泵500以及电解液箱100内的电导率传感器5、温度传感器6和液位传感器7均电连接，控制器600被配置为根据电导率传感器5、温度传感器6和液位传感器7的检测值控制供液回路和配液回路的通断。

在该金属空气电池中，电解液箱100、第一液泵300、电堆200和散热器400构成供液回路，电解液箱100、第二液泵500和散热器400构成配液回路，供液回路和配液回路均由管路连通。进一步地，在电堆200和散热器400之间的管路上设置有第五阀门700，在电解液箱100和第二液泵500之间的管路上设置有第六阀门800，第五阀门700和第六阀门800均为单向阀门。优选地，第五阀门700和第六阀门800均为单向电磁阀。

本实施例提供的金属空气电池的工作原理如下：开启第一液泵300，供液回路导通，电解液箱100内的配置区12或者储备区13向电堆200供给电解液，在电堆200内反应后的电解液经散热器400散热降温后回流入电解液箱100，在该过程中电解液箱100的供液逻辑参考上文描述。

在上述过程中，若电解液箱100是由储备区13向电堆200供液，则同时开启第二液泵500，配液回路导通。在配液过程中，控制器600同时控制第四阀门39打开，向配液区122内添加电解质，提高电解液的浓度。浓度提高且温度升高后的电解液从侧出液口17被第二液泵500抽出并经散热器400散热后回流入电解液箱100。当配置区12内电解液电导率达到第一设定电导率值且其温度低于设定温度值时，恢复由配置区12向电堆200供液。当配置区12内的电解液的电导率达到第三设定电导率值时，控制器600控制第三阀门37开启，配置区12向储备区13补充电解液。

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 (6)

1.一种电解液箱，其特征在于，包括：

箱体(1)，所述箱体(1)内设置有三个隔板(2)，三个所述隔板(2)将所述箱体(1)内空间分隔成依次相邻的沉淀区(11)、配置区(12)、储备区(13)和管路区(14)，所述沉淀区(11)与所述配置区(12)连通，所述箱体(1)上开设有与所述配置区(12)连通的进液口(15)，所述进液口(15)设置于所述沉淀区(11)的侧壁；

管路组件(3)，包括第一支管(31)、第二支管(32)和总管(33)，所述总管(33)用于对外供液，所述第一支管(31)的两端分别连通于所述配置区(12)和所述总管(33)，所述第二支管(32)的两端分别连通于所述储备区(13)和所述总管(33)，所述第一支管(31)和所述第二支管(32)能够分时导通，以实现由所述配置区(12)或由所述储备区(13)向外供液；

所述第一支管(31)上设置有第一阀门(34)，所述第二支管(32)上设置有第二阀门(35)，所述第一阀门(34)和所述第二阀门(35)分别用于控制所述第一支管(31)和所述第二支管(32)的通断；

所述管路组件(3)还包括第三支管(36)，所述第三支管(36)的两端分别连通于所述配置区(12)和所述储备区(13)，所述第三支管(36)上设置有第三阀门(37)；

所述配置区(12)内设置有电导率传感器(5)和温度传感器(6)，当所述配置区(12)内电解液的电导率高于第一设定电导率值且其温度小于设定温度值时，所述第一阀门(34)开启，所述第二阀门(35)关闭；

当所述配置区(12)内的电解液的电导率低于第二设定电导率值或其温度高于所述设定温度值时，所述第二阀门(35)开启，所述第一阀门(34)关闭

所述储备区(13)内设置有液位传感器(7)，当所述配置区(12)内的电解液的电导率高于第三设定电导率值且所述储备区(13)内电解液的液位低于设定液位值时，所述第三阀门(37)开启，所述第三设定电导率值大于所述第一设定电导率值。

2.根据权利要求1所述的电解液箱，其特征在于，所述沉淀区(11)和所述配置区(12)间的所述隔板(2)上设置有过滤网(4)。

3.根据权利要求1所述的电解液箱，其特征在于，所述配置区(12)内设置有存放板(19)，所述存放板(19)将所述配置区(12)分隔成存放区(121)和配液区(122)，所述存放板(19)的侧壁设置有连通所述存放区(121)和所述配液区(122)的下料管(38)，所述下料管(38)上设置有第四阀门(39)。

4.根据权利要求1所述的电解液箱，其特征在于，所述配置区(12)的侧壁设置有侧出液口(17)，所述侧出液口(17)用于与外部的散热设备连通以构成配液回路。

5.一种金属空气电池，其特征在于，包括如权利要求1-4任一项所述的电解液箱，还包括电堆(200)、第一液泵(300)、散热器(400)和第二液泵(500)，所述第一液泵(300)串联于所述电解液箱的总管和所述电堆(200)的进液口之间，所述散热器(400)串联于所述电堆(200)的出液口和所述电解液箱的进液口之间，所述第二液泵(500)串联于所述电解液箱的侧出液口和所述散热器(400)的进液口之间；

所述电解液箱、所述第一液泵(300)、所述电堆(200)和所述散热器(400)构成供液回路；

所述电解液箱、所述第二液泵(500)和所述散热器(400)构成配液回路。

6.根据权利要求5所述的金属空气电池，其特征在于，还包括控制器(600)，所述控制器(600)与所述第一液泵(300)、所述第二液泵(500)以及所述电解液箱内的电导率传感器、温度传感器和液位传感器均电连接，所述控制器(600)用于根据各传感器的检测值控制所述供液回路和所述配液回路的通断。