[发明专利]一种锌空气电池系统及其控制方法

说明书

本发明涉及一种锌空气电池系统，包括锌空气电池组、电解液存储装置、氧气循环及补充装置；所述氧气循环及补充装置包括气体分离装置、氧气存储装置和氧气补充装置；所述氧气存储装置气体出口以及氧气补充装置气体出口与各自的气体减压装置连接后与所述锌空气电池组气体入口相连通；所述锌空气电池组气体出口依次与气体分离装置和所述氧气存储装置串联连通，构成气体循环流通的闭合回路。与现有技术相比，本发明在较低的使用成本下使用氧气作为锌空气电池的正极，相比于直接使用空气的锌空气电池系统，使用氧气使得系统性能大大提升，提高锌空气电池系统的能量效率。

技术领域

本发明涉及一种锌空气电池系统，具体的涉及同时具有电解液循环功能和氧气循环功能的锌空气电池系统，本发明还涉及所述锌空气电池系统的控制方法。

背景技术

可再生能源，如风能、太阳能等，由于波动性、间歇性等特点，给现有电网的安全稳定运行带来极大的挑战，因此迫切需要额外的能源储存装置来实现动态供需平衡。电化学储能是利用大规模电池的充放电实现对可再生能源的调控，目前应用较多的有全钒液流电池、锌溴电池等，但现有电池技术面临成本高、安全性差的缺点。

锌空气电池是一种以锌为负极，氧气为正极的电池技术，其成本低廉、安全性高，在大规模电网储能中具有广阔的应用前景。但由于锌空气电池运行过程中涉及到氧气的消耗与析出反应。目前示范运行的锌空气电池以直接供应空气或氧气，充电过程产生气体直接排空的运行模式，该方法在长期运行过程中需要持续不断的气体供应，大大增加系统运行成本。

发明内容

本发明针对现有技术存在的问题，发明了一种具有氧气循环利用装置的锌空气电池系统，将锌空气电池充电过程中产生的氧气收集，在放电时再次供给锌空气电池。由于理论上锌空气电池充电中产生的氧气量与放电所需的氧气量是相同的，因此本发明提出的氧气循环系统可以实现电池系统氧气的自给自足。同时，为了补充氧气循环系统不可避免的损耗，氧气循环系统添加补充单元，保障锌空气电池的安全稳定运行。本发明提出的氧气循环装置能够在较低的使用成本下使用氧气作为锌空气电池的正极，相比于直接使用空气的锌空气电池系统，使用氧气使得系统性能大大提升，提高锌空气电池系统的能量效率。

本发明通过以下技术方案解决上述问题，具体如下：

一种锌空气电池系统,所述锌空气电池系统包括锌空气电池组、电解液存储装置(或存储容器)、氧气循环及补充装置；所述氧气循环及补充装置包括气体分离装置、氧气存储装置(或容器)和氧气补充装置(或容器)；

所述锌空气电池组电解液注液口和排液口分别与电解液存储装置相连通，构成电解液循环闭合回路；该电解液循环闭合回路的设置一方面使得充电过程中单电池内部物料分布均匀，提高锌沉积的均匀性，有利于提高锌空气电池系统的循环稳定性，另一方面，在放电过程中，电解液溶解锌电极产物并带出电池组，避免放电产物在电池组内部沉降阻塞管路，提高系统运行稳定性。

所述锌空气电池组包括2节以上由锌电极、空气电极和充电电极组成的单电池；所述氧气存储装置气体出口以及氧气补充装置气体出口与各自的气体减压装置连接后与所述锌空气电池组气体入口相连通；所述锌空气电池组气体出口经气体分离装置与所述氧气存储装置串联连通，构成气体循环流通的闭合回路。所述氧气循环闭合回路的设置可以实现电池系统氧气的自给自足，降低电池系统的运行成本，提高系统的性能和能量效率。

所述氧气循环及补充装置还包括气体压缩装置和气体减压装置；所述气体压缩装置串联设置于所述气体分离装置和气体存储装置之间；所述气体减压装置串联设置于氧气存储装置与锌空气电池组气体入口之间，以及氧气补充装置与锌空气电池组气体入口之间。

所述压缩装置的设置大大降低了氧气存储装置的体积，有利于降低锌空气系统的占地面积，降低系统建设成本。所述气体压缩装置将收集的氧气增压后可储存在氧气存储装置中，压缩机增压压力范围1MPa-30MPa。