控制金属-空气电池组的操作的系统和方法_4

文档序号:8287077阅读:来源:国知局
一实施方式中,控制器219连续地重复确定电解质的年龄、设置电流和设置电压的步骤,使得连续保持遵守放电(或其它)特性。
[0081]在另一实例中,保持从每Kg金属提取的电能的量和电池组201中的每Kg金属的总能量之间的特定关系,这种关系在本文中称为利用率。在一个实施方式中,控制器219 (例如本文所述)监测由电池组201供应的电压和电流中的至少一个以确定电流或瞬时能量利用。在一个实施方式中,为了实现期望的利用率,控制器219确定电池组201中的电解质的年龄,例如,如本文所述。通过控制热交换器205,控制器219然后设置由电池组201提供的电压,例如,如本文所述。
[0082]在一个实施方式中,控制器219检查从氢传感器217接收的数据,并使用热交换器205引起电池组201的温度的增加或下降,使得氢演化或释放对应于期望速率,例如,如在特性中所定义的速率。如所描述的,电解质中的氢的水平可指示在不提供电力的情况下金属被消耗的速率。因此,为了保持能量和消耗金属之间的特定关系,系统可监测氢在电解质中的水平并调节工作参数,使得保持该关系。为了实现能量与金属消耗的预定比率而进行的操作可顺序地或同时进行。为了实现能量与金属消耗的预定比率而进行的操作可连续地重复(例如,在循环中),使得连续保持该比率。
[0083]系统200可使电池组201根据混合的特性或根据限制或特征的任何组合操作。在示例实施方式或情况中,系统200使电池组201操作,使得供应特定的所需或预定的电力且保持特定或定义的利用率。例如,控制器219将引出的电流设置到第一水平(例如,使用电流调节器204)。接下来,控制器219设置操作电压,使得实现所需电力。如本领域已知的,电流和电压的值或水平的许多组合可用于实现特定电力。在一个实施方式中,为了实现特定电力和特定利用率,控制器219监测氢演化速率并提高或减小电池组201的温度,使得氢演化速率对应于由利用率限定的速率。因此,为了实现预定电力和特定利用率两者,控制器可调节从电池组弓I出的电流、由电池组提供的电压和电池组的操作温度中的任何一个。在一个实施方式中,控制器219连续监测电池组201中的电解质的年龄、从电池组201引出的电力和电池组201的温度,并且考虑到电解质的年龄,连续地调节引出电力和温度,使得保持如所限定的操作特性。
[0084]控制器219可连接到任何适用的单元或组件,并可根据任何适用的条件调节电池组201的工作参数。例如,当系统200安装在车辆中时,车辆的移动速度由驾驶员控制,弓丨擎操作状态、补充电源等可都在考虑范围内。例如,控制器219可接收汽车内传感器、汽车上的通信线路、安装在汽车的引擎或电动机上的传感器和附接到辅助源的传感器的输入。
[0085]控制器219可使用来自系统200安装在其中的汽车的驾驶员的输入和来自汽车中的引擎或其它组件的输入和来自辅助电池组的输入,以便设置电池组201的工作特征或特性。控制器219可动态地使电池组201根据当前或瞬时条件或要求来操作。
[0086]例如,当驾驶员踏在电动汽车的加速踏板上时,控制器219可从利用特性切换到电涌特性,其中电涌特性可能就电池组201的能量利用而言不是最好的但就电力(功率)而言可能是最好的。在另一种情况下,确定辅助电池组(例如,下面参考图3所述的电源320)被完全充电,并且为了保持特性中限定的能量利用,控制器219可减小从电池组201引出的电力并允许辅助电池组来提供电力。
[0087]在一个实施方式中,控制器219可自动调节电池组201的工作参数,使得实现电池组201的最佳使用。例如,在一个实施方式中,通过从电动汽车中的转速计和/或速度计接收信号,控制器219可推断汽车是静止的或需要低电力。在这种情况下,控制器219可切换到最佳保护电池组201的寿命的操作模式(例如使电池组201根据所述的低电力和高利用特性操作)。
[0088]参考图3,示出根据本发明的实施方式的示例系统300。如图所示,系统300可包括如本文所述的系统200,其包括金属-空气电池组201。为了简单和清楚起见,在图3中未示出系统200的其它组件。如图所示,系统300可包括控制器310,其可类似于控制器219。在一个实施方式中,控制器219可由控制器310替换。当替换控制器219时,控制器310可连接至如本文所述的被连接到控制器219的任何传感器。在其它实施方式中,例如,当两个控制器219和310包括在系统300中时,控制器310可与控制器219通信并接收由控制器219接收或获得的任何数据。因此,应理解,关于控制器219的本文描述的任何操作可由控制器310进行。
[0089]在一个实施方式中,控制器219和310包括处理器和存储器。连接到控制器310的非短暂性存储器可存储一组指令,当由控制器310执行时,所述指令使控制器310进行本文所描述的操作和方法。在一个实施方式中,连接到控制器310的非短暂性存储器单元存储本文所述的放电或其它特性。
[0090]如进一步所示,系统300可包括多个电源320和321。例如,电源320可以是本领域已知的可充电电池或超级电容器,且电源321可以是太阳能电源。为了简单起见,除了金属-空气电池组201之外,仅示出两个电源320和321。然而,应理解,任何数量的电源都可包括在系统300中、可连接到电流调节器和切换单元325,并且可由控制器310来控制。如图所示,系统310可包括电流调节和切换单元(CRSU) 325。如图所示,CRSU 325可包括电流调节器326和切换组件327。
[0091]例如,电流调节器326可类似于电流调节器204,但可被配置为调节自/至连接到CRSU 325的任何电源或负载的电流。电流调节器326可包括多个电流调节器,并且因此可调节多个路径的电流。例如,在一个实施方式中,电流调节器326适于为不同路径设置不同电流限制。例如,在一个实施方式中,基于控制器310的控制,电流调节器326对从系统200到负载330的电流设置第一限制、对从系统电源320到负载330的电流设置第二限制,并进一步对从电源321到电源320的电流设置第三限制。
[0092]切换组件327可以是被配置为电连接和/或断开被连接到CRSU 325的任何组件或单元的组件。例如,切换组件327可在电源320和负载330之间建立第一电连接并进一步在系统200和电源320之间建立第二电连接。因此,CRSU 325可自/至任何连接的组件或单元传送电流,并且可进一步调节自/至任何连接的组件或单元的电流流动。
[0093]例如,CRSU 325可将电源321连接到负载330,并且同时将系统200连接到电源320。切换组件327可包括多个电操作开关,且使用这样的开关,切换组件327可实现任何附接的电源(包括系统200)至/自任何其它电源的电连接/断开。同样地,切换组件327可实现任何附接的电源至/自负载330的电连接/断开连接。因此,使用电力调节器326,CRSU 325可实现控制从连接到其上的电源中的任何一个引出的电流,此外,使用切换元件327,CRSU 325可将来自任何连接的电源的电流引导到任何连接的电源或负载330。应理解,多个负载可连接到CRSU 325。
[0094]在一个实施方式中,基于来自控制器310的控制信号,CRSU 325可使系统200向负载330提供预定义或特定的电力,并进一步使电源320和321提供所需的任何额外电力。在另一种情况下,如果负载330所需的电力小于系统200可提供的电力,则基于来自控制器310的控制信号,CRSU 325可使系统200向电源320和321中一个或两者提供电力。例如,如果电源320是可充电电池组,则如果可由系统200提供的电力或电流大于负载330所需的电力或电流,则基于来自控制器310的控制信号,CRSU 325可使系统200向电源320提供电力,使得系统200对电源320充电。
[0095]虽然未示出,但是任何有关的传感器可安装电源320和321和负载330中的任一个上,且安装的传感器可连接到控制器310。例如,类似于图2所示的那些的传感器(例如电压表)可安装在电源320和321上。因此,控制器310可知道系统300中的组件的状态或状况并可基于系统200、负载330和电源320和321中的任一个的状态控制CRSU 325。例如,如果电源321是太阳能电源且电源320是可充电电池,则基于来自控制器310的控制信号,CRSU 325可使电源321对电源320充电或向负载330提供电力。在另一时间或情况下,基于来自控制器310的控制信号,CRSU 325可使电源321既对电源320充电又向负载330提供电力。
[0096]在一个实施方式中,控制器310周期地或连续地监测、确定和/或计算电池组201组的工作条件。例如,控制器310基于如本文所述来自传感器的输入监测电池组201组的温度、从电池组201引出的电流和电池组201的电压。在一个实施方式中,控制器310周期地或连续地监测、确定和/或计算如本文所述的电池组201中的电解质的年龄。在一个实施方式中,控制器310周期地或连续地监测、确定和/或计算电池组201的能量利用。
[0097]例如,使用来自氢传感器217的数据,控制器310确定如上述所述的腐蚀速率。在另一实施方式中,控制器310使用电流密度值。如本领域中已知的电流密度是每体积或每截面积的电流的度量。例如,金属-空气电池组201中的金属的电流密度可被提供到控制器310,例如存储在控制器310可访问的存储器中。通过考虑电池组201的电流密度和温度和电池组201中的电解质的年龄,控制器310确定电池组201的能量利用率。例如,控制器310使用查找表(例如,由电池组201的b制造商所提供的),以便基于电解质的年龄确定能量利用、电池组201的电流密度和/或温度。
[0098]在一个实施方式中,为了实现期望的或最佳的能量利用,控制器310 (使用电压传感器209)观察电池组201的电压并将系统调整到就能量利用而言产生正确或最佳效率的电压。例如,使用电流调节器326,控制器将从电池组201引出的电流设置到恒定电平或速率,然后使用热交换器205设置电池组201的温度,使得实现由电池组201提供的期望电压。如本文中所描述的,在一个实施方式中,通过控制电池组201的温度来控制由电池组201提供的电压。因此,控制器310控制从电池组201引出的电流和电池组201的电压,使得实现并保持所期望的能量利用。
[0099]在一个实施方式中,控制器3
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