一种基于铝空气电池的野外集成组合电源的制作方法

1.本实用新型涉及铝空气电池技术领域，具体涉及一种基于铝空气电池的野外集成组合电源。


背景技术：

2.随着作战信息化的不断发展，信息化设备也在相应增多。当部队在野外作战或者野外训练时，如何保持信息化设备的长久用电成为一个亟需解决的问题。目前，对信息化设备的供电主要采用燃油发电机(小、中、大型)、太阳能发电机、风力发电机和锂电池电组发电机等。燃油发电机在使用过程中需要不间断油料保障，损耗严重且污染环境，在油料运输与存储上也容易受地理天气影响；太阳能发电机和风力发电机受天气影响较大，供电不稳定；锂电池组发电机在高原高寒地区会出现功率下降、使用寿命受限制且不能持续供电等问题。现有的铝空气电池质量轻方便运输、工作时只消耗铝和少量的水没有毒性和危险性不污染环境且比能量大，但是现有的铝空气电池在工作时由于化学反应会释放大量热能，为保证电池安全性则需要借助风扇强制驱散热能对电池降温，使得能源利用率不高且无法得到二次利用，另外，铝空气电池一旦启动运行其电能无法保存造成能源流失，在野外供电不方便、能源极其宝贵的情况下，能量的浪费和流失问题尤为显著。


技术实现要素：

3.本实用新型需要解决的技术问题是现有的铝空气电池在供电的同时会产生热能，为了保证电池的安全运行，则需要额外用电降温造成能源浪费，且现有的铝空气电池一旦启动电能无法保存也会造成能源浪费和流失，不适合在部队野外作战或训练供电不方便的情况下使用。因此，本实用新型提供一种基于铝空气电池的野外集成组合电源，通过温差发电组将铝空气电池供电的同时产生的热能转换为电能，提高能源利用率，且无需额外用电降温节省能源，并通过超级电容组存储没有用完的电能，避免能源浪费且提高铝空气电池的使用率。
4.本实用新型通过下述技术方案实现：
5.为解决上述技术问题，本实用新型通过下述技术方案实现：
6.一种基于铝空气电池的野外集成组合电源，包括铝空气电池、第一dcdc稳压模块、超级电容组、温差发电组、第二dcdc稳压模块、直流负载、数据采集及电控/温控模块、电路保护模块、数字模拟地隔离模块、dcac逆变模块和单项交流负载；
7.所述铝空气电池通过第一dcdc稳压模块与超级电容组连接；所述铝空气电池还连接有温差发电组；
8.所述温差发电组通过第二dcdc稳压模块与直流负载连接；
9.所述铝空气电池、所述第一dcdc稳压模块、所述超级电容组、所述温差发电组、所述第二dcdc稳压模块、所述电路保护模块和所述数字模拟地隔离模块和所述dcac逆变模块分别连接在所述数据采集及电控/温控模块上。
10.进一步地，所述铝空气电池中包括多个并联的铝燃料电堆，每一铝燃料电堆配置一个温差发电组，各铝燃料电堆对应的温差发电组并联。
11.进一步地，所述温差发电组包括第一温差发电模块、第二温差发电模块、第三温差发电模块和第四温差发电模块；所述第一温差发电模块、所述第二温差发电模块、所述第三温差发电模块和所述第四温差发电模块依次串联；
12.其中，第一温差发电模块包括热缓冲板，所述热缓冲板上设置有4个并联的温度共轭计算单元，并联后的温度共轭计算单元连接在三极管的集电极，同时每个温度共轭计算单元串联一个电阻；
13.所有串联的电阻通过稳压二极管连接至三极管的基极，所述三极管的发射极分别与第五电阻的一端和普通二极管的正极连接；
14.所述第五电阻的另一端分别与稳压二极管和第六电阻的一端连接，所述第六电阻的另一端连接在温度共轭计算单元串联的电阻上；
15.第二温差发电模块、第三温差发电模块和第四温差发电模块与所述第一温差发电模块的电路构成相同。
16.进一步地，所述普通二极管采用1n4001。
17.进一步地，所述稳压二极管采用tl431。
18.进一步地，所述三极管采用c2500。
19.进一步地，所述野外集成组合电源还包括电解液驱动泵；所述电解液驱动泵与所述铝空气电池连接。
20.进一步地，所述野外集成组合电源还包括手摇发电机和/或启动电源；所述手摇发电机和/或所述启动电源连接至电解液驱动泵上；
21.当所述启动电源连接至电解液驱动泵上，则通过启动电源启动电解液驱动泵运行；当所述手摇发电机连接至电解液驱动泵上，则通过所述手摇发电机启动电解液驱动泵运行；
22.当所述启动电源和所述手摇发电机连接至电解液驱动泵上，用于当所述启动电源无法启动电解液驱动泵运行，则通过手摇发电机启动电解液驱动泵运行。
23.本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
24.1、铝空气电池通过化学反应产生电能向用电设备供电的同时也会释放出热能，设置在铝空气电池内各铝燃料电堆上的温差发电组利用赛贝尔效应将释放的热能转换为电能向用电设备供电，实现了能源的二次利用，也无需额外用电降温以保证电池安全，既保证了电池的安全运行又提高了能源的利用率并且减少了能源的不必要消耗。
25.2、由于铝空气电池一旦启动运行中间无法停止，当野外用电设备较少导致电能过剩时，多余的电能可以通过超级电容组存储以方便下次使用，避免能源浪费且提高铝空气电池电能的使用率。
26.3、温差发电组和超级电容组的体积小，在实现上述功能的同时业方便野外集成组合电源的运输，尤其在高温高寒的野外作战(或训练)环境中不因天气变化影响正常供电。
27.4、该野外集成组合电源在运行时几乎无声响，部队随行作战任务过程中无需考虑声响管控，同时，该野外集成组合电源的机体温度通常为60
‑
70度，方便部队在随行作战任务中使用时热辐射管控。
附图说明
28.图1是本实用新型一种基于铝空气电池的野外集成组合电源的原理图。
29.图2是本实用新型一实施例中电源模块的电路图。
具体实施方式
30.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。
31.实施例
32.如图1所示，本实用新型公开了一种基于铝空气电池的野外集成组合电源，包括铝空气电池、第一dcdc稳压模块、超级电容组、温差发电组、第二dcdc稳压模块、直流负载、数据采集及电控/温控模块、电路保护模块、数字模拟地隔离模块、dcac逆变模块和单项交流负载。
33.其中，铝空气电池通过第一dcdc稳压模块与超级电容组连接；铝空气电池还连接有温差发电组；温差发电组通过第二dcdc稳压模块与直流负载连接；铝空气电池、第一dcdc稳压模块、超级电容组、温差发电组、第二dcdc稳压模块、电路保护模块和数字模拟地隔离模块和dcac逆变模块分别连接在数据采集及电控/温控模块上。
34.进一步地，铝空气电池中包括多个并联的铝燃料电堆，每一铝燃料电堆配置一个温差发电组，各铝燃料电堆对应的温差发电组并联。
35.具体地，当铝空气电池开始供电后，数据采集及电控/温控模块实时采集供电电压值和电流值，以及铝空气电池外壳的温度和电池剩余电量等，以实时了解供电用电情况。当电池剩余能量不足需要重新更换铝空气电池时，则报警提示用户需要更换铝燃料电堆。在更换铝燃料电堆的材料时，在其中加入相应的氯化钠，以使液体的材料转化为便于运输的固体状态，并降低材料的碱性，待回收铝燃料电堆废液时，通过置换反应提取其中的铝金属，降低环境污染。
36.进一步地，在更换铝燃料电堆时，可通过超级电容组存储的电能供电。
37.设置在各铝燃料电堆上的温差发电组的外部端面分为热端面和冷端面，当热端面和冷端面之间存在温差，则温差发电组便会利用赛贝尔效应将释放的热能转换为电能向用电设备供电，实现了能源的二次利用，也无需额外用电降温以保证电池安全，既保证了电池的安全运行又提高了能源的利用率并且减少了能源的不必要消耗。
38.进一步地，在各铝燃料电堆上安装温差发电组时，将热端面紧贴于对应的铝燃料电堆上，冷端面与外界空气接触，当铝空气电池启动运行时，温差发电组即可利用铝空气电池反应过程中释放的热能产生电能，用于向外接设备供电。
39.另外，本实施例中的超级电容组由多个超级电容组成，安装在铝空气电池的壳体侧壁，由于铝空气电池一旦启动运行中间无法停止，当野外用电设备较少导致电能过剩时，多余的电能可以通过超级电容组存储以方便下次使用，避免能源浪费且提高铝空气电池电能的使用率。
40.进一步地，由于不同功率的铝燃料电池对应设置的铝燃料电堆的数量和每一个放置铝燃料电堆的容器的外形、大小均不同，因此，每个铝燃料电堆配置的温差发电组的大小
也不同，即温差发电组的大小设置需根据铝燃料电池的功率大小对应设置。
41.本实施例以3kw的铝燃料电池为例对配置的温差发电组进行说明。如图2所示，由于3kw的铝燃料电池由4个800w的铝燃料电堆组成，因此，对每个铝燃料电堆设置一个温差发电组，本实施例中的每个温差发电组包括四个温差发电模块，分别为第一温差发电模块、第二温差发电模块、第三温差发电模块和第四温差发电模块；第一温差发电模块、第二温差发电模块、第三温差发电模块和第四温差发电模块依次串联；
42.由于第一温差发电模块、第二温差发电模块、第三温差发电模块和第四温差发电模块的电路构成相同，因此，本实施例以第一温差发电模块为例进行说明。
43.第一温差发电模块包括热缓冲板，热缓冲板上设置有4个并联的温度共轭计算单元p1、p2、p3和p4，并联后的温度共轭计算单元连接在三极管c2500的集电极，同时每个温度共轭计算单元串联一个电阻(即图2中温度共轭计算单元p1串联电阻r1、温度共轭计算单元p2串联电阻r2、温度共轭计算单元p3串联电阻r3、温度共轭计算单元p1串联电阻r4)；所有串联的电阻(r1
‑
r4)通过稳压二极管tl431连接至三极管的基极，三极管的发射极分别与第五电阻r5的一端和普通二极管的1n4001正极连接；第五电阻r5的另一端分别与稳压二极管tl431和第六电阻r6的一端连接，第六电阻r6的另一端连接在温度共轭计算单元串联的电阻上.
44.为适应野外作战环境，本实施例将电阻r1
‑
电阻r4的阻值大小设为1.5k，电阻r5的阻值大小设为17k，电阻r6的阻值大小设为12k。第二温差发电模块、第三温差发电模块和第四温差发电模块的各阻值大小对应第一温差发电模块设置，在此不再赘述。
45.进一步地，野外集成组合电源还包括电解液驱动泵；电解液驱动泵与铝空气电池连接。
46.进一步地，野外集成组合电源还包括手摇发电机和/或启动电源；手摇发电机和/或启动电源连接至电解液驱动泵上。
47.具体地，当启动电源连接至电解液驱动泵上，则通过启动电源启动电解液驱动泵运行；当手摇发电机连接至电解液驱动泵上，则通过手摇发电机启动电解液驱动泵运行；当启动电源和手摇发电机连接至电解液驱动泵上，用于当启动电源无法启动电解液驱动泵运行，则通过手摇发电机启动电解液驱动泵运行。
48.电解液驱动泵启动后，铝空气电池内的铝燃料电堆进入电池壳体内，温差发电组随着电池壳体温度的上升使得紧贴于铝燃料电堆上的热端面，和与外界空气接触冷端面产生温度差，从而将铝空气电池反应过程中释放的热能转换为电能，向外接设备供电。
49.具体地，以上所述具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。