一种电解液循环装置的制作方法

本申请涉及电池技术领域，尤其涉及一种电解液循环装置。

背景技术：

燃料电池可以燃料的化学能转化为电能，具有较高的能量转化效率。其中，铝-空气燃料电池、锌-空气燃料电池等消耗阳极金属材料的燃料电池被应用在越来越广泛的领域。

以铝-空气燃料电池(后文简称铝空电池)为例，铝空电池以含铝材料为负极，空气电极为正极，通过电解液构成原电池，利用铝的氧化还原反应将化学能转化为电能。与氢燃料电池等消耗气体燃料的电池不同，铝空电池仅需更换负极材料集合维持电极的运行，因此铝空电池具有体积小，安全性高、能量密度大的优点。

但是，由于铝空电池等消耗阳极金属材料的燃料电池在工作中会产生固体杂质，需要电解液循环流动才能保证电池的氧化还原反应的正常进行。而电解液的循环流动会产生内环电流，降低电池的放电效率。

技术实现要素：

有鉴于此，本申请实施例提供了一种电解液循环装置，旨在保证电池正常工作的前提下对循环流动的电解液进行断流，阻止内环电流的产生，从而提高电池的放电效率。

一种电解液循环装置，所述循环装置包括：进液口、第一腔体、连接通道、第二腔体、出液口、常闭截流模块、压力传感器和控制器；

所述进液口位于所述电解液循环装置顶部，用于接收电池反应堆排出的电解液；

所述出液口位于所述电解液循环装置底部，用于将来自第二腔体的所述电解液注入所述电池反应堆；

所述第一腔体与所述进液口相连，用于存储所述进液口接收的电解液；

所述第二腔体位于所述第一腔体下方，与所述出液口相连；所述第二腔体和所述第一腔体通过所述连接通道相连；

所述常闭截流模块位于所述连接通道内部，用于在开启状态下接通所述连接通道，在关闭状态下截断所述连接通道；

所述压力传感器位于所述第一腔体底部，用于采集电解液在第一腔体底部产生的压力；

所述控制器，用于获取所述压力传感器采集的压力，并在压力达到第一压力阈值后，将所述常闭截流模块从关闭状态切换至开启状态，以便所述电解液从所述第一腔体进入所述第二腔体。

可选地，在将所述常闭截流模块从关闭状态切换至开启状态后，所述控制器还用于：

获取所述压力传感器采集的压力，并在压力减小至第二压力阈值后，将所述常闭截流模块从开启状态切换至关闭状态。

可选地，所述常闭截流模块包括腔底截流板和运动模块；

所述腔底截流板用于截断所述连接通道；

所述运动模块与所述腔底截流板相连，用于在所述常闭截流模块处于关闭状态时将所述腔底截流板移动至第一位置，在所述常闭截流模块处于开启状态时将所述腔底截流板移动至第二位置；其中，所述第一位置为所述腔底截流板截断所述连接通道的位置，所述第二位置和所述第一位置不同。

可选地，所述腔底截流板包括多个子截流板，所述运动模块包括多个子运动模块，所述第一位置包括多个第一子位置；

所述多个子运动模块中的任意一个子运动模块与至少一个子截流板连接，用于将与所述子运动模块相连的子截流板移动至所述子运动模块对应的第一子位置，以便截断所述连接通道，防止所述电解液从所述第一腔体进入所述第二腔体。

可选地，所述腔底截流板包括不锈钢板体和位于不锈钢板体外侧的密封条；

所述密封条在所述腔底截流板位于第一位置时与连接通道的通道壁接触，用于防止所述电解液从所述第一腔体渗入所述第二腔体。

可选地，所述电解液循环装置还包括电解液过滤网；

所述电解液过滤网位于所述第一腔体中部，与所述第一腔体的腔体壁之间存在第一夹角，用于过滤所述电解液。

可选地，所述电解液过滤网包括：保护层、过滤层和密封层；

所述密封层位于所述保护层外侧，用于固定所述电解液过滤网，并防止电解液沿所述第一腔体的腔体壁渗过所述电解液过滤网；

所述保护层位于所述过滤层外侧，用于支撑、保护所述过滤层；

所述过滤层位于所述保护层内侧，包括至少两层尼龙过滤网，所述至少两层尼龙过滤网竖直排列，从上至下目数依次增加，用于过滤所述电解液。

可选的，所述装置还包括电解液冷却单元，所述电解液冷却单元包括温度传感器、冷却液交换器和热交换管；

所述温度传感器位于所述第一腔体，用于检测电解液的温度；

所述冷却液交换器与所述热交换管相连，用于向所述热交换管中注入冷却液，以及接收并冷却所述热交换管流出的电解液；

所述热交换管位于所述第一腔体，用于冷却所述电解液所述控制器，还用于获取所述温度传感器采集的电解液温度，当所述电解液温度高于温度阈值时，开启所述冷却液交换器。

可选地，所述进液口包括第一子进液口和第二子进液口；

所述第一子进液口，用于接收来自所述电池反应堆的排液口的电解液；

所述第二子进液口，用于接收来自气液分离装置的电解液；所述气液分离装置用于对所述电池反应堆排出的废气进行气液分离。

可选地，所述电解液循环装置还包括液面高度传感器；

所述液面高度传感器位于所述第一腔体上部，用于采集所述第一腔体内部电解液的液面高度；

所述控制器，还用于获取所述液面高度传感器采集的液面高度，并在所述液面高度达到液面高度阈值后，将所述常闭截流模块从关闭状态切换至开启状态，以便所述电解液从所述第一腔体进入所述第二腔体。

本申请实施例提供了一种电解液循环装置，电池反应堆排出的电解液可以从进液口进入电解液循环装置的第一腔体。在常闭截流模块处于关闭状态时，连接第一腔体和第二腔体的连接所述通道被截断，电解液无法从第一腔体进入第二腔体。随着第一腔体内的电解液越来越多，电解液在第一腔体底部产生的压力也越来越大。当位于第一腔体底部的压力传感器采集到的压力达到第一压力阈值时，控制器可以控制常闭截流模块从关闭状态切换为开启状态。常闭截流模块在开启状态时，连接通道被接通。电解液可以从第一腔体进入第二腔体，再通第二腔体底部的出液口循环进入电池反应堆。如此，当常闭截流模块处于关闭状态时，连接第一腔体和第二腔体的连接通道被截断，第一腔体中的电解液和第二腔体中的电解液被隔断。电解液无法构成连通的导电回路，自然无法产生内环电流，避免了电能的额外消耗。当常闭截流模块处于开启状态时，连接第一腔体和第二腔体的连接通道接通，电解液可以进入第二腔体，完成电解液的循环。

附图说明

为更清楚地说明本实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种电解液循环装置的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种电解液循环装置的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种腔底截流板的俯视图；

图4为本申请实施例提供的一种电解液过滤网的俯视图；

图5为本申请实施例提供的一种电解液冷却单元的结构示意图；

图6为本申请实施例提供的一种电池的结构示意图；

图7位本申请实施例提供的一种电解液循环装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

铝空电池是一种新型燃料电池，通过铝和氧气发生反应获取电能。在铝空电池工作时，负极的铝被氧化后可能生成固体杂质。这些固体杂质可能会覆盖在铝的表面，降低负极和电解液的接触面积，从而影响反应速度，影响铝空电池的电能转化效率。

为了解决这一问题，可以将铝空电池的电解液进行循环。通过循环流动的电解液冲刷电池负极，带走反应产生的固体杂质。如此，可以避免反应产生的固体杂质影响铝空电池的放电效率。

但是，由于电解液本身属于导体，其中包含了大量带电荷的离子，循环流动的电解液相当于一个完整的导电回路。那么铝空电池负极输出的电子不仅会进入用电回路，还会进入电解液并通过电解液构成的导电回路返回铝空电池的正极，从而形成内环电流。如此，铝空电池转化的电能不仅被用电设备消耗，还会被电解液构成的导电回路中的内环电流消耗，导致铝空电池的放电效率。

为了解决这一问题，本申请实施例提供了一种电解液循环装置，通过对循环流动的电解液进行断流，使得电解液构成的回路无法导通，从而避免内环电流的出现，提高电池的放电效率。

为了便于说明，本申请实施例以铝空电池为例进行说明，并不限定本申请实施例提供的电解液循环装置的应用场景。本申请实施例提供的电解液循环装置可以应用于铝空电池，也可以用于锌-空气燃料电池或其他电解液循环流动的燃料电池或原电池。

基于上述思想，为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。

参见图1，该图为本申请实施例提供的一种电解液循环装置的结构示意图。

本申请实施例提供的电解液循环装置，所述电解液循环装置100包括：进液口101、第一腔体102、连接通道103、第二腔体104、出液口105、常闭截流模块106、压力传感器107和控制模块108。

其中，进液口101位于电解液循环装置100顶部，用于接收电池反应堆排出的电解液。

出液口105位于电解液循环装置100装置底部，用于将来自第二腔体104的电解液重新注入电池反应堆。

第一腔体102与进液口101相连，用于存储进液口101接收的电解液。

第二腔体104位于第一腔体103下方，与出液口105相连，且通过连接通道103和第一腔体102相连。

常闭截流模块106位于连接通道103内部，用于在开启状态下接通连接通道103，在关闭状态下截断连接通道103。常闭截流模块106在正常状态下处于关闭状态。

压力传感器107位于第一腔体102底部，用于采集电解液在第一腔体102底部产生的压力。

控制器108，用于获取压力传感器107采集的压力，并在压力达到第一压力阈值后，将常闭截流模块106从关闭状态切换至开启状态，以便电解液从第一腔体102进入第二腔体104。

在本申请实施例中，电池反应堆排出的电解液可以通过进液口101进入电解液循环装置100。在连接通道103被截断时，从进液口101进入第一腔体102的电解液无法进入第二腔体104，会在第一腔体102中不断累积，导致第一腔体102中电解液的液面高度不断升到。随着液面的升高，电解液在第一腔体102底部产生的压力也越来越大。控制器108可以通过位于第一腔体102底部的压力传感器107采集电解液在第一腔体102底部产生的压力，并在压力达到第一压力阈值时，将常闭截流模块106从关闭状态切换至开启状态。如此，可以在第一腔体102中累积的电解液达到阈值时接通连接通道103，使得电解液在重力的作用下进入第二腔体104。进入第二腔体的电解液可以经由第二腔体104从出液口105流出电解液循环装置100，重新进入电池反应堆进行反应。如此，可以电解液可以在电池反应堆和电解液循环装置100之间循环流动，在循环流动中不断冲刷电池的负极金属材料，从而防止反应产生的固体杂质覆盖电池负极，降低电池的放电效率。

在常闭截流模块106处于关闭状态时，连接通道103被截断，第一腔体102和第二腔体104之间无法连通。由于电解液无法从第一腔体102进入第二腔体104，电解液无法构成完成的导电回路，电池负极放出的电子自然无法通过电解液构成的回路回到电池正极。如此，在常闭截流模块106处于关闭状态时，电解液构成的导电回路被切断，内环电流无法产生，那么电池转化的电能完全用于供给用电设备，提高了电池的放电效率。

本实施例提供了一种电解液循环装置，电池反应堆排出的电解液可以从进液口进入电解液循环装置的第一腔体。在常闭截流模块处于关闭状态时，连接第一腔体和第二腔体的连接所述通道被截断，电解液无法从第一腔体进入第二腔体。随着第一腔体内的电解液越来越多，电解液在第一腔体底部产生的压力也越来越大。当位于第一腔体底部的压力传感器采集到的压力达到第一压力阈值时，控制器可以控制常闭截流模块从关闭状态切换为开启状态。常闭截流模块在开启状态时，连接通道被接通。电解液可以从第一腔体进入第二腔体，再通第二腔体底部的出液口循环进入电池反应堆。如此，当常闭截流模块处于关闭状态时，连接第一腔体和第二腔体的连接通道被截断，第一腔体中的电解液和第二腔体中的电解液被隔断。电解液无法构成连通的导电回路，自然无法产生内环电流，避免了电能的额外消耗。当常闭截流模块处于开启状态时，连接第一腔体和第二腔体的连接通道接通，电解液可以进入第二腔体，完成电解液的循环。

需要说明的是，连接通道103可以是一个独立的连接通道，也可以是第一腔体102和第二腔体104之间的过渡区域，还可以位于第一腔体102或第二腔体104内部。在具体的应用场景中，常闭截流模块安装的位置即为连接通道103所在的位置。

为了确保常闭截流模块106的常闭状态，在将常闭截流模块106从关闭状态切换至开启状态后，控制器108还可以获取压力传感器107采集的压力，并在压力减小至第二压力阈值后，将常闭截流模块106重新从开启状态切换至关闭状态。

在常闭截流模块106从关闭状态切换至开启状态后，第一腔体102中的电解液会进入第二腔体104，此时第一腔体102中电解液的液面高度迅速下降，电解液在第一腔体102底部产生的压力也会降低。控制器108可以通过压力传感器采集电解液在第一腔体102底部产生的压力，并在压力达减小至第二压力阈值时，将常闭截流模块106从开启状态切换至关闭状态，重新截断连接通道103，阻止电解液从第一腔体102进入第二腔体103。如此，控制器108可以根据第一腔体102内的电解液的液面高度，通过常闭截流模块106循环接通或截断连接通道103，从而在确保电解液循环流动的前提下，尽可能地提高电池的放电效率，同时保证电池的电能转化效率和放电效率。

下面详细介绍本申请实施例中，常闭截流模块106的具体实现方式。在本申请实施例中，常闭截流模块106至少存在两种可能的实现方式。

在一些可能的实现方式中，可以用腔底截流板实现连接通道的接通或截断。参见图2，该图为本申请实施例提供的一种电解液循环装置的结构示意图。

在本实施例中，常闭截流模块106可以包括腔底截流板106-1和运动模块106-2。

其中，腔底截流板106-1可以在运动模块106-2的驱动下转动，用于截断连接通道103。

运动模块106-2与腔底截流板106-1相连，用于在常闭截流模块106处于关闭状态时将腔底截流板106-1移动至第一位置，在常闭截流模块106处于开启状态时将腔底截流板106-1移动至第二位置；其中，第一位置为图2中实线所画的腔底截流板106-1所在的位置；第二位置可以是除第一位置外的任意位置，例如可以是图2中虚线所画的腔底截流板106-1所在的位置。

当腔底截流板106-1处于图2中实线所画的腔底截流板106-1所在的第一位置时，连接通道103被腔底截流板106-1截断，使得电解液无法从第一腔体102进入第二腔体104。当腔底截流板106-1处于图2中虚线所画的腔底截流板106-1所在的位置或不同于第一位置的其他位置时，连接通道103未被被腔底截流板106-1截断，电解液可以从第一腔体102进入第二腔体104，从而完成电解液的循环。如此，可以在保证电解液循环的前提下，切断电解液构成的导电回路，阻止内环电流的生成，从而提高电池的放电效率。

由于到第一腔体102中电解液的液面高度可能较高，腔底截流板106-1承受的压力较大，压力可能在腔底截流板106-1远离运动模块106-2的一侧产生较大的力矩，导致运动模块106-2损坏。在一些可能的实现方式中，可以由多块子截流板截断连接通道103。

具体地，腔底截流板106-1可以包括多块子截流板、运动模块106-2可以包括多个子运动模块，每个子运动模块可以对应一个第一子位置。

多个子运动模块中的任意一个子运动模块与至少一个子截流板连接，任意一个子运动模块可以将与该子运动模块相连的子截流板移动至该子运动模块对应的第一子位置。

当多个子运动模块将多个子截流板移动至每个子运动模块对应的第一子位置时，多个子截流板相互配合，截断连接通道103，切断电解液构成的导电回路，阻止内环电流的生成，从而提高电池的放电效率。

在一些可能的实现方式中，考虑到电解液可能是具有腐蚀性的液体，腔底截流板或子截流板可以由不锈钢板体和密封条构成。具体地，腔底截流板或子截流板的主体可以采用不锈钢材料制成，可以防止电解液腐蚀腔底截流板。在不锈钢板体的外侧具有橡胶或其他耐腐蚀材料制成的密封条。在常闭截流模块106处于关闭状态时，腔底截流板外侧的密封条可以如图3所示与连接通道103的通道壁紧密接触，从而阻止第一腔体102中的电解液沿连接通道103的通道壁渗入第二腔体104，进一步提升电池的放电效率。

考虑到电解液中存在的固体杂质可能影响电解液的导电效率及流动状态，本申请实施例提供的电解液循环装置还可以包括电解液过滤网。

具体地，可以将电解液过滤网设置在第一腔体102的中部。电解液过滤网和第一腔体的腔体壁102之间存在任意非零角度的夹角，例如电解液过滤网可以垂直于第一腔体102的腔体壁。如此，电解液在通过进液口101进入第一腔体102后，会在重力的作用下从第一腔体102顶部经过电解液过滤网留至第一腔体102底部。液体形态的电解液可以通过电解液过滤网，而其中包含的固体杂质则无法通过电解液过滤网。在电解液循环装置工作一定时间后，可以由技术人员手动取出并更换电解液过滤网。如此，通过在第一腔体102中部设置电解液过滤网，可以利用重力对电解液自动过滤，去除电解液中的固体杂质，进一步保证电池的放电效率和电能转化效率。

为了防止电解液中的固体杂质沿第一腔体102的腔体壁进入第二腔体，在一些可能的实现方式中，电解液过滤网可以包括保护层、过滤层和密封层。

其中，保护层可以位于过滤层的外侧，采用不锈钢等耐腐蚀材料制成，用于支撑并保护过滤层。过滤层可以位于保护层内侧，用于过滤电解液。密封层可以位于保护层外侧，与第一腔体102的腔体壁接触，可以将电解液过滤网固定在第一腔体102的腔体壁上，并防止电解液沿第一腔体102的腔体壁渗入第一腔体102的下部。电解液过滤网的具体结构可以如图3所示。

考虑到电解液中可能同时存在体积较大的固体杂质和体积较小的固体杂质，电解液过滤网的过滤层可以包括至少两层竖直排列的尼龙过滤网。

其中，多层尼龙过滤网从上之下目数依次增加。例如最上层的尼龙过滤网可以为100目，第二层的尼龙过滤网可以是200目，最下层的尼龙过滤网可以是1600目。如此，通过多层不同目数的尼龙过滤网，可以进一步降低过滤后的电解液中固体杂质的浓度。另外，由于尼龙具有耐腐蚀的特点，电解液过滤网的工作寿命也相对较长。

随着电池的不断工作，电解液的温度可能会逐渐升高，电解液的腐蚀性也越来越强。为了防止高温电解液腐蚀电池或电解液循环系统，在本申请实施例中，可以在第一腔体102中设置电解液冷却单元，用于对第一腔体102中的电解液进行冷却。具体地，电解液冷却单元可以包括至少一个温度传感器，冷却液交换器和热交换管。其中，温度传感器用于采集电解液温度，冷却液交换器可以用于存储冷却液，热交换管位于第一腔体102内部。电解液冷却单元的具体的结构示意图可以如图5所示。

在本申请实施例中，控制器108可以获取温度传感器采集的电解液温度，并在电解液温度高于温度阈值时开启冷却液交换器，从而对电解液进行冷却。冷却液交换器在开启后可以将冷却液注入热交换管，以便冷却液和电解液之间进行热交换，从而降低电解液的温度。冷却液交换器还可以接收热交换管排出的冷却液，并对冷却液进行降温后再次注入热交换管。如此，可以在电解液温度升高至温度阈值时及时对电解液进行冷却，从而防止高温电解液腐蚀电池及电解液循环系统。为了促进电池放电，温度阈值可以为60摄氏度。

考虑到电池反应堆排出的废气中可能含有电解液的蒸汽，电池系统往往具有气液分离装置，用于对电池反应堆排出的废气进行气液分离。因此，在本申请实施例中，进液口101可以包括第一子进液口和第二子进液口。

其中，第一子进液口，用于接收来自电池反应堆的排液口的电解液。第二子进液口，用于接收来自气液分离装置的电解液。如此，电解液循环装置100具有两个进液口，分别接收电池反应堆直接排出的电解液和气液分离装置回收的电解液，从而减少电解液的消耗。具体的结构示意图可以如图6所示。

进一步地，由于连接通道103的接通或截断完全取决于压力传感器107采集到的压力，一旦压力传感器107出现故障，第一腔体102中存在的电解液无法通过连接通道103进入第二腔体104。第一腔体102中累积的电解液无法得到释放，从而导致电解液泄露或者从排液口101回流至电池反应堆，影响电池使用者的安全。

为了解决这一问题，在一些可能的实现方式中，可以在第一腔体102上部设置液面高度传感器，用于采集第一腔体102内部电解液的液面高度。液面高度传感器的具体安装方式可以如图7所示。

在电解液循环装置100包括液面高度传感器的情况下，控制器108可以获取液面高度传感器采集的液面高度，从而对第一腔体102中电解液的液面高度进行监控。当液面高度达到液面高度阈值后，控制器108可以将常闭截流模块106从关闭状态切换至开启状态，从而接通连接通道103，使得第一腔体102内部的电解液可以进入第二腔体102，降低第一腔体102中电解液的液面高度。如此，通过压力传感器和液面高度传感器的双重冗余检测，可以确保第一腔体102中电解液的液面高度在安全范围内，保障电解液循环装置100及整个电池系统的安全。当然，在一些可能的实现方式中，电解液循环装置100也可以仅包括液面高度传感器，并不包括压力传感器108。

本申请实施例中提到的“第一腔体”、“第二腔体”、“第一压力阈值”和“第二压力阈值”等名称中的“第一”、“第二”只是用来做名字标识，并不代表顺序上的第一、第二。

通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例中的全部或部分步骤可借助软件加通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本申请的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如只读存储器(英文：read-onlymemory，rom)/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者诸如路由器等网络通信设备)执行本申请各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

以上，仅是本申请的较佳实施例而已，并非对本申请作任何形式上的限制。虽然本申请已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本申请。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本申请技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本申请技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本申请技术方案的内容，依据本申请的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本申请技术方案保护的范围内。

以上所述仅是本申请示例性的实施方式，并非用于限定本申请的保护范围。