一种车用铝-空气燃料电池动力系统
阅读说明：本技术 一种车用铝-空气燃料电池动力系统 (Aluminum-air fuel cell power system for vehicle ) 是由 魏满晖 王克亮 张鹏飞 左亚宇 刘健 于 2021-08-31 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种车用铝-空气燃料电池动力系统。将若干个铝-空气燃料单体电池串联、并联或串并联连接组成发电子系统；将空气滤芯、增压泵、空气压力表、空气流量计和外进气流道连接组成增压子系统；将氢气流道、干燥器、真空气瓶和氢气压力表连接组成氢气回收子系统；将不溶物滤芯、电解液循环泵、电解液补给柜、电解液流量计和电解液循环流道连接组成电解液循环子系统；将冷却水流道、冷却水流量计和温度传感器连接组成冷却子系统；将蓄电池和驱动电机连接组成储能与动力子系统。本发明的安全性和稳定性好、电能释放、存储与转化的效率更高、散热效果佳,而且氢气的能量得以回收利用,便于搭载于电动车辆上作为驱动源使用。(The invention discloses an aluminum-air fuel cell power system for a vehicle. Connecting a plurality of aluminum-air fuel single batteries in series, in parallel or in series and parallel to form a power generating system; connecting an air filter element, a booster pump, an air pressure gauge, an air flow meter and an external air inlet pipeline to form a boosting subsystem; connecting the hydrogen flow channel, the dryer, the vacuum gas cylinder and the hydrogen pressure gauge to form a hydrogen recovery subsystem; connecting an insoluble substance filter element, an electrolyte circulating pump, an electrolyte supply cabinet, an electrolyte flowmeter and an electrolyte circulating flow channel to form an electrolyte circulating subsystem; connecting a cooling water flow channel, a cooling water flowmeter and a temperature sensor to form a cooling subsystem; the storage battery and the driving motor are connected to form an energy storage and power subsystem. The hydrogen energy recovery device has the advantages of good safety and stability, higher efficiency of electric energy release, storage and conversion, good heat dissipation effect, and capability of recycling the energy of hydrogen gas, and is convenient to be carried on an electric vehicle to be used as a driving source.)
技术领域
本发明涉及一种铝-空气燃料电池动力系统，属于电动汽车能量转换装置领域。
背景技术
传统汽车一般以石油等化石能源作为燃料，排放的尾气中包含了大量的温室气体。这不仅加剧了非可再生能源的消耗，也造成了全球气候变暖等环境问题。世界各国对此非常关注，并积极寻找新的能源解决方案。近年来，电动车逐步取代燃油车走向市场，并且以其更加清洁和零碳排放等特点受到各厂家的青睐，在车辆领域的占比逐年升高。
采用氢氧燃料电池以及充电桩充电等方式为电动车续航都是不错的选择，但是前者存在氢气制备难度较大和价格昂贵的问题，后者则易受设备安装地点以及充电时间的影响。这严重限制了电动车辆的发展，因此亟需寻找一种新型动力系统以改善上述问题。铝-空气燃料电池的理论能量及比容量较高、质量较轻，而且原料来源可靠、价格低廉、工作过程中安全稳定，铝-空气燃料电池动力系统将具有极为广阔的发展空间。
如将铝-空气燃料电池动力系统推广使用，还需解决如下不足之处：
(1)在自然进气的方式下，由空气正极进入电解液的氧气的密度瞬态变化较大，因此燃料电池的放电功率被极大地削弱；
(2)铝负极会与水系电解液不可避免地发生副反应产生氢气，因此铝-空气燃料电池无法形成闭口体系，这既影响了电池工作的安全性和稳定性，又造成了能量的浪费；
(3)在放电过程中，铝负极与水系电解液会生成副产物氢氧化铝，极易附着于铝负极表面造成电极的钝化，从而减弱铝-空气燃料电池后期的持续放电能力；
(4)铝-空气燃料电池在放电过程中会存在一定的热损失，散失的热量积聚易造成电池内部的热失控，也易使生成的氢气遇热爆炸，极大地降低了系统的安全系数。
以上问题严重影响了铝-空气燃料电池动力系统在电动车辆上的应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种功率密度高、安全性好、放电性能强和散热效果佳的车用铝-空气燃料电池动力系统，从而高效地为电动车辆提供动力。
为实现本发明的目的，提供下述技术方案。
一种车用铝-空气燃料电池动力系统，其特征在于：该车用铝-空气燃料电池动力系统，包括发电子系统、增压子系统、氢气回收子系统、电解液循环子系统、冷却子系统和储能与动力子系统；
其中，所述发电子系统，包括：由若干个铝-空气燃料单体电池组成的电池堆，用于产生电能；
所述增压子系统，包括：1-3个空气滤芯、1个增压泵、1个空气压力表、1个空气流量计和1个外进气流道，用于提高进入电解液的空气密度；
所述氢气回收子系统，包括：1个氢气流道、1-2个干燥器、1-2个真空气瓶和1-2个氢气压力表，用于回收析出的氢气；
所述电解液循环子系统，包括：1-2个不溶物滤芯、1个电解液循环泵、1个电解液补给柜、1个电解液流量计和1个电解液循环流道，用于增强电解液的内部流动，并分离出氢氧化铝胶体，削弱铝电极表面的钝化；
所述冷却子系统，包括：1个冷却水流道、1个冷却水流量计和若干个温度传感器，避免铝-空气燃料电池动力系统发生热失控现象；
所述储能与动力子系统，包括：1-2个蓄电池和1个驱动电机，用于电能的存储和转换。
进一步地，铝-空气燃料单体电池包括：铝负极、空气正极、溶有0-0.5mol/L锌离子的4-6mol/L强碱性电解液、柱式网状燃料箱和立方体形状的电池框；铝负极置于燃料箱中，燃料箱、空气正极、溶有0-0.5mol/L锌离子的4-6mol/L强碱性电解液均置于电池框中；电池框上方设有氢气出口，一侧上方设有电解液进口，另一侧下方设有电解液出口，其余部分全部封闭；各铝-空气燃料单体电池之间串联、并联或串并联连接形成一个铝-空气燃料电池堆；铝-空气燃料电池堆有1个总负极接口和1个总正极接口，有4个内进气流道。
进一步地，空气滤芯位于外进气流道的入口处，用以除去空气中的可见颗粒物；增压泵位于空气滤芯后，对进入外进气流道的空气实现增压作用；空气压力表和所述空气流量计位于外进气流道的出口处和铝-空气燃料电池堆内进气流道入口处之间，用以监测并即时调节参与电化学反应的空气的量。
进一步地，氢气流道连接电池框上方的氢气出口；干燥器中的干燥剂为碱石灰、生石灰、无水氯化钙中的一种或几种，置于氢气流道上的真空气瓶前，用以干燥氢气；真空气瓶的材料为碳纤维；氢气压力表位于真空气瓶入口处，用以监测瓶中收集的氢气的压力。
进一步地，不溶物滤芯置于电解液出口处，为带有正方形孔隙的不锈钢丝网，孔隙面积为10-30cm2；电解液循环泵置于不溶物滤芯之后，用以驱动电解液的循环；电解液补给柜靠近电解液进口处放置，用于定期添加电解液；电解液流量计放置于电解液进口处，用以调节电解液添加量；电解液循环流道将不溶物滤芯、电解液循环泵、电解液补给柜和电解液流量计连接起来，再与电解液进口和电解液出口连接形成闭合回路。
进一步地，冷却水流道以方形螺线管的轨迹均匀绕在铝-空气燃料电池堆表面；在冷却水流道上每隔一个铝-空气燃料单体电池设置一个温度传感器用以监控该处的即时温度；冷却水流量计置于冷却水流道入口处，根据温度传感器反馈的信号自动调节冷却水流量。
进一步地，蓄电池为磷酸铁锂电池、铅蓄电池、镍氢电池、锂离子电池、锂硫电池中的一种或几种，一侧与电池堆连接，可用于存储电能，另一侧与电机连接，可用于将电能转化为机械能。
与现有技术相比，本发明有如下有益效果：
(1)本发明利用增压子系统，提高了参与电化学反应的空气密度，进而保证了铝-空气燃料电池的放电稳定性，提升了铝-空气燃料电池的放电功率；
(2)本发明利用氢气回收子系统，完成了对铝电极自腐蚀过程中释放的氢气的收集，一方面保证了铝-空气燃料电池动力系统工作的安全性，另一方面加强了对氢气这一可再生能源的回收；
(3)本发明利用电解液循环子系统，增强了电解液的流动，改善了铝电极表面钝化的问题，进而提高了铝-空气燃料电池的功率密度，克服了铝-空气燃料电池电压滞后的缺点；
(4)本发明利用冷却子系统，保证了铝-空气燃料电池动力系统工作过程中的良好散热，避免了热失控现象的发生，从而为系统的运行稳定性提供了一定的保障。
附图说明
图1为本发明下的一种车用铝-空气燃料电池动力系统的原理示意图；
图2为本发明下的一种车用铝-空气燃料电池动力系统的发电子系统的结构示意图；
图3为本发明下的一种车用铝-空气燃料电池动力系统的冷却子系统的结构示意图。
图中：1.铝-空气燃料电池堆、2.空气滤芯、3.增压泵、4.空气压力表、5.空气流量计、6.外进气流道、7.氢气流道、8.干燥器、9.真空气瓶、10.氢气压力表、11.不溶物滤芯、12.电解液循环泵、13.电解液补给柜、14.电解液流量计、15.电解液循环流道、16.冷却水流道、17.蓄电池、18.驱动电机、19.氢气出口、20.电解液进口、21.电解液出口、22.总负极接口、23.总正极接口、24.内进气流道、25.铝-空气燃料单体电池、26.铝负极、27.空气正极、28.冷却水流量计、29.温度传感器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式进行进一步说明，但本发明并不限于下面的实施例。
本实施例中，如图1所示，一种车用铝-空气燃料电池动力系统，包括发电子系统、增压子系统、氢气回收子系统、电解液循环子系统、冷却子系统和储能与动力子系统。
本实施例中，如图2所示，一种车用铝-空气燃料电池动力系统的发电子系统，包括：由10个铝-空气燃料单体电池25组成的电池堆，用于产生电能。
本实施例中，所述增压子系统，包括：1个空气滤芯2、1个增压泵3、1个空气压力表4、1个空气流量计5和1个外进气流道6，用于提高进入电解液的空气密度。
本实施例中，所述氢气回收子系统，包括：1个氢气流道7、1个干燥器8、1个真空气瓶9和1个氢气压力表10，用于回收析出的氢气。
本实施例中，所述电解液循环子系统，包括：1个不溶物滤芯11、1个电解液循环泵12、1个电解液补给柜13、1个电解液流量计14和1个电解液循环流道15，用于增强电解液的内部流动，并分离出氢氧化铝胶体，削弱铝电极表面的钝化。
本实施例中，如图3所示，一种车用铝-空气燃料电池动力系统的冷却子系统，包括：1个冷却水流道16、1个冷却水流量计28和10个温度传感器29，避免铝-空气燃料电池动力系统发生热失控现象。
本实施例中，所述储能与动力子系统，包括：1个蓄电池17和1个驱动电机18，用于电能的存储和转换。
本实施例中，进一步地，铝-空气燃料单体电池25包括：铝负极26、空气正极27、溶有0.5mol/L锌离子的6mol/L氢氧化钾电解液、柱式网状燃料箱和立方体形状的电池框；铝负极26置于燃料箱中，燃料箱、空气正极27、溶有0.5mol/L锌离子的6mol/L氢氧化钾电解液均置于电池框中；电池框上方设有氢气出口19，一侧上方设有电解液进口20，另一侧下方设有电解液出口21，其余部分全部封闭；10个铝-空气燃料单体电池25之间串联连接形成一个铝-空气燃料电池堆1；铝-空气燃料电池堆1有1个总负极接口22和1个总正极接口23，有4个内进气流道24。
本实施例中，进一步地，空气滤芯2位于外进气流道6的入口处，用以除去空气中的可见颗粒物；所述增压泵3位于空气滤芯2后，对进入外进气流道6的空气实现增压作用；所述空气压力表4和所述空气流量计5位于外进气流道6的出口处和铝-空气燃料电池堆1内进气流道24入口处之间，用以监测并即时调节参与电化学反应的空气的量。
本实施例中，进一步地，氢气流道7连接电池框上方的氢气出口19；干燥器8中的干燥剂为碱石灰，置于氢气流道7上的真空气瓶9前，用以干燥氢气；真空气瓶9的材料为碳纤维；氢气压力表10位于真空气瓶9入口处，用以监测瓶中收集的氢气的压力。
本实施例中，进一步地，不溶物滤芯11置于电解液出口21处，为带有正方形孔隙的不锈钢丝网，孔隙面积为20cm2；电解液循环泵12置于不溶物滤芯11之后，用以驱动电解液的循环；电解液补给柜13靠近电解液进口20处放置，用于定期添加电解液；电解液流量计14放置于电解液进口20处，用以调节电解液添加量；电解液循环流道15将不溶物滤芯11、电解液循环泵12、电解液补给柜13和电解液流量计14连接起来，再与电解液进口20和电解液出口21连接形成闭合回路。
本实施例中，进一步地，冷却水流道16以方形螺线管的轨迹均匀绕在铝-空气燃料电池堆1表面；在冷却水流道16上每隔1个铝-空气燃料单体电池25设置一个温度传感器29用以监控该处的即时温度；冷却水流量计28置于冷却水流道16入口处，根据温度传感器29反馈的信号自动调节冷却水流量。
本实施例中，进一步地，蓄电池17为磷酸铁锂电池，一侧与电池堆连接，可用于存储电能，另一侧与电机连接，可用于将电能转化为机械能。
应当理解，上述实施例仅为体现本发明的方法及目的，并非用于限定本发明的保护范围；本领域技术人员对其所做的任何修改、等同替换以及改进等，均应包括在本申请的精神和范围之内。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：一种控制方法、装置、设备和存储介质