[发明专利]一种铝空气电池温度优化与控制方法

说明书

本发明提出了一种铝空气电池温度优化与控制方法，针对传统放电实验温度优化方法的不足之处，考虑到内阻是影响输出性能的根本原因，选取电池总内阻作为后续计算其输出电压的基础；首先从电池工作机理入手研究温度对总内阻的影响作用，建立温度‑直流内阻特性模型；再利用内阻模型计算得到不同输出电流下、不同温度工作时的输出电压，得到使电池在各个电流密度输出时输出电压最大时的温度值并绘制最优U‑I曲线；最后通过电池温度控制系统实现电池工作温度实时监测并进行温度优化控制；该方法能有效的通过温度控制提升电池整体利用效率，并且能防止电池工作温度过高而损伤电池，具有良好的工程经济性和应用前景。

技术领域:

本发明属于铝空气电池领域，涉及一种铝空气电池温度优化与控制方法。

背景技术:

能源是经济发展的基础，全球经济的飞速发展和人口迅速增长所造成的环境问题日益严重，环境污染和能源过度开采使得全球能源供给问题日加严重。传统能源已经无法适应未来社会对高效、清洁、经济、安全的能源体系要求。新能源的开发利用已经成为越来越受关注的课题。铝空气电池作为新一代能源电池，具有电流密度大、比能量高、原材料来源丰富、寿命长以及成本低等优点而备受人们青睐，有着光明的市场应用前景。

但是工作环境不合适会严重影响铝空气电池的输出性能，因此研究操作条件对电池输出性能的影响规律对优化操作条件、提高电池输出性能具有重要意义。目前对于铝空气电池大多数的输出性能研究主要是通过升级结构、电极材料、催化剂与添加剂等方法，对于电池的操作条件研究主要利用通过大量的放电实验来测定。但是这些方法会过多的依赖于高精度的硬件、传感器以及各种先进的材料等，可能还会对电池本身造成不可逆的损耗害，整体的工程经济性较差。

现有一种铝空气电池温度优化与控制方法，通过建立铝空气电池直流内阻特性模型，考虑温度对电池输出性能的影响，通过计算各个电流密度下的内阻，计算得到相同工作电流密度下，各个温度对应输出电压，并确定当前电流密度下输出电压最高时的温度为最优温度，并控制电池工作温度达到最优温度。

发明内容：

电池的输出电压能够最直接的反映出电池的输出性能，本发明基于所建立的温度-直流内阻特性模型，提出了一种铝空气电池温度优化与控制方法：首先通过分析铝空气电池内部机理，建立铝空气电池温度-直流内阻特性模型，通过内阻计算出电池在各个电流密度工作时的输出电压，并结合仿真与实验数据优化模型参数；在适当范围内，利用优化后的模型计算并绘制各个温度、电流密度下的U-I曲线，取任意电流密度下输出电压最高的点，得到一条最优输出电压曲线，并记录电流密度对应的最优温度作为后续控制标准；在铝空气电池正常工作时，通过实时检测当前电流密度与工作温度，并与该电流密度的最优温度比较，得到T；最后利用温度控制系统实时控制电池温度达到最优温度，通过实验控制效果分析，该方法能有效的控制铝空气电池工作温度始终处于最优温度附近，并且实时性与稳定性都较好，证明方法是可靠、有效的。

为达到以上目的，该发明所叙述的方法有以下步骤：

步骤一：电池内部原理分析。铝空气电池实际工作时，温度会严重影响电池内阻和输出性能，控制铝空气电池温度保持在合适的范围是提升其输出性能的关键因素。由于极化现象的存在，电池的实际输出电压略低于理论电压，根据极化现象在不同输出阶段产生的原因及特点不尽相同，可将电池的总内阻(R_cell)分为活化内阻(R_f)、欧姆内阻(R_m)、浓差内阻(R_d)三部分。铝空气电池的总内阻(R_cell)是造成输出性能损耗最根本的原因，可表示为：

R_cell＝R_f+R_m+R_d (1)

步骤二：直流内阻特性建模。为了得到步骤一中的总内阻，首先需要根据电化学反应机理，分别建立R_f、R_m、R_d三部分的直流内阻特性模型。