使用杆的流体管理器和包括该流体管理器的电池的制作方法

专利名称：使用杆的流体管理器和包括该流体管理器的电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于控制诸如气体之类的流体进出具有流体消耗电极 的电化学电池和电池单元的速度的流体调节系统，并且涉及在其中使用这种 流体调节系统的电池和电池单元，特别是空气去极化的、空气辅助的燃料电
池单元和电池。
背景技术：
电化学电池的电池单元使用来自电池单元之外的诸如氧气和其他 气体之类的流体作为活性材料以产生电能，其例如为空气去极化、空气辅助 或燃料电池的电池单元，可用于为各种便携式电子设备供电。例如，空气进 入空气去极化或空气辅助电池单元中，其中，空气可用作正电极活性材料或 可对其进行再充。氧还原电极促使氧与电池单元电解质反应并最终促使负电
极活性材料通过氧而氧化。在氧还原电极中的材料促使氧与电解质反应，并 通常被称为催化剂。不过， 一些用于氧还原电极中的材料不是真正的催化剂， 这是因为其可至少部分地还原，特别是在相对较高速度的放电过程中。 —种类型的空气去极化电池单元是锌/空气电池单元。这种类型的 电池单元使用锌作为负电极活性材料，并具有水性碱性(例如KOH)电解 质。氧化锰可用于锌/空气电池单元的空气中，并能够进行电化学还原而与负 电极活性材料的氧化协作，特别是在进入空气电极中的氧扩散速率不足时。 这些氧化锰可然后在低速放电或停工阶段中通过氧被重新氧化。空气辅助电池单元是混合电池单元，其包括可消耗的正、负电极
5活性材料以及氧还原电极。正电极可在相当长的时段中维持高速放电，不过， 通过氧还原电极，氧在低速放电或不放电的时段中对正电极部分地进行再充， 因此，氧可用于总电池单元放电容量中的重要部分。这意味着，放置在电池 单元中的正电极活性材料的量可减少，而负电极活性材料的量可增加，从而 增加总体电池单元容量。空气辅助电池单元的示例在共同受让的美国专利
6,383,674和5,079,106中公开。空气去极化、空气辅助、燃料电池的优点在于其高能量密度，这 是因为，至少一种电极的活性材料的至少一部分来自电池单元之外或通过电 池单元之外的流体(例如气体)生成。这些电池单元的缺点在于，其能够实现的最大放电速度可能受限 于氧可进入氧还原电极的速度。过去，已进行努力以提高氧进入氧还原电极 的速度，和/或控制诸如二氧化碳之类可导致不经济反应的不适合气体的进入
单元干燥的空孔空间的水增减速度(取决于电池单元内外的水汽相对分压)。 这些方法的示例可在美国专利6,558,828、美国专利6,492,046、美国专利 5,795,667、美国专利5,733,676、美国/>开物2002/0150814和国际专利/>开物 WO 02/35641中所示。不过，改变这些气体之一的扩散速率通常也影响其他 气体的扩散速率。甚至已经努力来平衡氧扩散的高速率与C02和水的低速率 的需求，但仅得到有限的成功。在较高放电速度下，更重要的是，使足够氧进入氧还原电极，但 在低速放电阶段中和不使用电池单元的时段中，最小化C02和水扩散的重要 性增加。为了仅在高速放电时段中增加进入电池单元中的空气流，已经使用 风扇迫使空气进入电池单元中(例如美国专利6,500,575)，但风扇及其使用 的控制器可增加制造成本和复杂度，而且，风扇、即使是微型风扇，也可在 单独电池单元、多电池单元的电池组和装置内占据宝贵的容积。已经提出的另 一方法是，使用阀来控制进入电池单元的空气量(例 如，美国专利6,641,947和美国专利^^开物2003/0186099)，但操作所述阀可 能需要外部装置，例如风扇和/或相对复杂的电子器件。又一方法使用在氧还原电极与外部环境之间的不透水膜，所述膜 具有瓣膜，其可由于空气压力差而开关，例如当电池放电时由于氧的消耗而 开关(例如美国专利公开物2003/0049508)。不过，压力差可能较小而且可能 受到电池外大气条件的影响。共同受让的美国专利公开物2005/0136321 />开了 一种通过致动器操作的阀，致动器响应施加于致动器上的电势变化而开关所述阀。

发明内容
根据本发明的一个方面，提供一种电池，其包括至少一个流体消 耗电池单元和流体调节系统。所述至少一个流体消耗电池单元包括电池单 元壳体，其具有一个或多个流体入口，用于使流体通入电池单元中；第一流 体消耗电极，其设置在电池单元壳体内；和第二电极，其设置在所迷电池单 元壳体内。流体调节系统包括阀、致动器和杆臂。阀调节流体通向流体消 耗电极的速率。岡包括第一板和第二板，各板具有相邻的相对表面。第二板 能够在第一平面内相对于第一板移动以开启和关闭阀。致动器操作所述阀。 杆臂附接到固定枢转部位以在平行于第一平面的第二平面内枢转，杆臂还附 接到第二板。致动器向杆臂施加力以移动第二板。根据本发明的另一方面，提供一种电池，其包括至少一个流体消 耗电池单元和流体调节系统。所述至少一个流体消耗电池单元包括电池单 元壳体，其具有一个或多个流体入口 ，用于使流体通入电池单元中；第一流 体消耗电极，其设置在电池单元壳体内；和第二电极，其设置在电池单元壳 体内。流体调节系统包括阀、致动器和杆臂。阀用于调节流体通入流体消 耗电极的速率。阀包括第一板和第二板，各板具有相邻的相对表面。第二板 能够相对于第一板移动以开启和关闭阀，致动器操作所述阀。杆臂附接到固 定枢转部位并附接到第二板。致动器包括向杆臂施加力以移动第二板的形状 记忆合金部件。参照以下的说明书、权利要求书和附图，本领域技术人员将进一 步理解和认识本发明的这些和其他特征、优点和目的。


在附图中图1是根据本发明第一实施例构造的电池的立体图，其中显示出 电池的顶部；图2是图1中所示电池的立体图，其中显示出电池的底部；
图3是显示出电池底部以及形成用于该电池的流体调节系统的各
部件的分解立体图；图4是可用于图1和17所示电池中的流体调节系统的第一结构的
立体图5A和5B是例示流体调节系统的阀处于开启和关闭位置时的 局部截面图；图6是可用于图1和17所示电池中的流体调节系统的可替代结构 的立体图；图7是用于本发明的第一可替代致动器结构的示意图；图8是用于本发明的致动器的另一可替代结构；图9是用于本发明的采用另一致动器结构和外模成型底盘的流体
调节系统的俯视图；图9A是根据本发明另一实施例的采用具有单销的致动器的流体
调节系统的俯视图；图9B是釆用可替代的销致动器组件的流体调节系统的俯视图；
图IOA和IOB是用于本发明的电池的包含阀的部分的截面图；
图11是可用于本发明不同实施例的流体调节系统的可替代结构；
图12是本发明第一实施例的电池的变例的分解立体图；
图13是图12所示可替代电池结构的一种可能实施方案的局部截
面图；图14是图12所示可替代电池结构的另一可能结构；
图15是显示用于本发明第一实施例的不同结构的局部截面图；
图16是本发明第一实施例的又一可能实施方案的局部截面图；
图17是根据本发明构造的电池的第二实施例的分解立体图；
图18是图17所示电池的局部截面图；图19是显示可用于本发明第一或第二实施例的电接触接头的细 节的截面图；图20是显示根据本发明第二实施例的电池的可替代结构的局部 截面图；图21是可用于图20所示结构中的修改后的罐的局部立体图；
图22是可用于图20所示结构中的衬垫的局部立体图；
图23是图22所示衬垫的一部分的截面图；图24是可用于根据本发明第三实施例构造的电池中的衬垫和盖 的分解立体图；图25是根据本发明第四实施例构造的电池的截面图；
图26是根据本发明第五实施例构造的电池的截面图；
图27是图26所示电池的一部分的局部截面图，不过其中的阀处于关闭位置；图28是用于图26所示电池中的阀构件的立体图；图29是根据本发明第六实施例的电池的分解立体图，其中并未显
示出流体调节系统致动器和控制电路；图30是图29所示电池从右侧所见的流体调节系统的截面图；
图31是根据本发明第七实施例的流体调节系统的截面图；
图32是根据本发明实施例的流体调节系统的一部分的局部分解
立体图；图33A是处于关闭位置的阀的实施例的俯视图，其中还包括控制 电路的一部分的示意图；图33B是图33A所示阀的实施例的俯视图，不过其中的阀处于开 启位置；图33C是图33B所示阀的实施例的俯视图，不过其中的致动器处 于伸长状态；图33D是图33A所示阀的实施例的俯视图，不过其中两个致动器 均处于缩短状态；图34是根据本发明实施例的流体调节系统的一部分的俯视图；
图35是紧固到连接器的SMA线的立体图；图36是根据本发明另一实施例的流体调节系统的局部立体图，其 中采用具有滑动电接触部的枢转杆；图37是图36所示流体调节系统的一部分的俯视图，其中例示出 所述杆和滑动接触部的旋转；图38是根据另一实施例的流体调节系统的局部立体图，其中采用
具有可替代电连接部的枢转杆；图39是;f艮据本发明另一实施例的流体调节系统的分解立体图，其 中采用旋转杆；图40是图39所示流体调节系统的俯视图，其中的阀显示处于开 启位置；图41是图39所示流体调节系统的俯视图，其中的阀显示处于关 闭位置；图42是根据另一实施例的流体调节系统的分解立体图，其中采用 围绕柔性铰接部枢转的杆；图43是图42所示流体调节系统的俯视图，其中的阀显示处于开启位置；图44是图42所示流体调节系统的俯视图，其中的阀显示处于关 闭位置；图45是根据一个实施例的流体调节系统的俯视图，其中采用无源 关闭致动器；图46是根据另一实施例的具有流体调节系统的电池的立体图，其 中具有设置在底盘中的压力释放流径；图47是包括具有图46所示压力释放路径的流体调节系统的电池 的分解立体图；图48是图46所示电池和流体调节系统的一部分沿线XL VIII-XL VIII所取的截面图；图49是图47所示底盘沿线XLIX-XLIX所取的截面图，其中进 一步例示出形成曲折流体通路的障板；图50是根据另一实施例的具有流体调节系统的电池的分解立体 图，其中具有压力释放流径；图51是根据另一实施例的流体调节系统的立体图，其中采用显示 处于阀关闭位置的旋转移动板；图52是图51所示流体调节系统的立体图，其中的阀显示处于开 启位置；图53是根据进一步的实施例的流体调节系统的俯视图，其中采用 处于阀开启位置的可旋转移动板；和图54是图53所示流体调节系统的俯视图，其中的阀显示处于关 闭位置。
具体实施例方式本发明的实施例包括具有电化学电池单元的电池，所述电池单元 采用其外的流体(例如氧气或其他气体)作为电极之一的活性材料。所述电 池单元具有流体消耗电极，例如氧还原电极。所述电池单元可为空气去极化 电池单元、空气辅助电池单元或燃料电池。电池还具有流体调节系统，用于 调节流体通向流体消耗电极(例如在空气去极化电池单元和空气辅助电池单 元中的空气电极)的速度，从而提供足够量的电池单元外的流体用于电池单 元进行高速或高功率放电，而同时使得在低速或不放电的过程中进入流体消 耗电极的流体和进出电池单元的水的增减最小化。
优选地，流体调节系统将具有针对电池单元电势变化的快速响应、 长周期寿命、与电池单元放电电压范围良好匹配的低操作电压、和高效率。 此外，调节系统将优选地具有针对被控制在关闭位置的流体的低可透过性， 成比例于电池单元中的活性流体的需要而开和关，仅需要极少量的电池单元 总放电能力，具有小的体积，并易于便宜地制造和并入电池单元之中或之上。在此的用词"流体"是指在电池单元产生电能时能够被流体消耗 电池单元的流体消耗电极所消耗的流体，除非另行指出。本发明将在下文中 通过具有氧还原电极的空气去极化电池单元进行例示，不过本发明可更经常
中。燃料:池可使用电池单元壳体外的各;气体作为电池^元'电极中的至少 一种的活性材料。参照图1-3进一步如下所述，根据本发明构造的电池IO包括流
体消耗电池单元20和流体调节系统50。流体调节系统50调节流体至流体消
耗电池单元20的一个或多个流体消耗电极的流动。对于空气去极化电池单元
而言，流体调节系统设置在流体消耗电池单元20的电池单元壳体30的内侧
或外侧，并设置在氧还原电极的空气侧上(即，设置在氧还原电极的可从电 池单元壳体外通入空气的表面上或其一部分上)。根据本发明构造的电池10的第一实施例净皮显示在图1-3中。如 图所示，流体消耗电池单元20 (在此情况下为空气去极化电池单元)包括具 有第一壳体隔间和第二壳体隔间的电池单元壳体30，第一壳体隔间和第二壳 体隔间可以分别包括罐34和盖36，或者可以具有不同于可能被认为是罐或 盖的形状和尺寸。为了例示目的，第一壳体隔间在下文中被称为罐34,而第 二壳体隔间在下文中被称为盖36。罐34和盖36均由导电性材料支持，但通 过衬垫38(图13)彼此电绝缘。罐34用作流体消耗电池单元20的外部正接 触端子，而盖36用作外部负接触端子。如在下文中进一步所述，电池单元 20进一步包括可为流体消耗电极或空气电极的第一电极40，可为负电极(即 阳极)的第二电极42,和设置在第一和第二电极之间的隔离部44(见图13)。 第一电极40优选地电连接到罐34，而第二电极42优选地电连接到盖36。罐34包括底表面35，在底表面35中设置有多个流体入口端口 32， 使得流体可通过至电池单元壳体30内部，从而达到流体消耗电极40 (见图 13)。在图1-3中所示实施例中，流体调节系统50紧固到罐34底表面
35的外部。流体调节系统50可附接到电池单元20外部的具体方式将在下文中进一步论述。此外，在下文中进一步描述的实施例中，流体调节系统50 被并入到流体消耗电池单元20的内侧上。根据此特定实施例的流体调节系统50可包括阀60,阀60包括 具有多个孔64 (其可对应于流体入口端口 32)的第一板62(其可对应于罐 34的底表面35),和具有多个孔68的可移动第二板66，孔68在尺寸、形状、 数量和位置上对应于在第一板62中形成的孔64。孔64和68的尺寸、形状、 数量和位置优选地被优化，以提供所需量和分布的被供应到流体消耗电极的 流体。孑L64的尺寸、形状、数量和相对位置不必与孔68的尺寸、形状、数 量和相对位置相同。例如，如果孔64在尺寸上与孔68略有不同，则孔64 和68的精确对准对于实现穿过板62和66的最大总开通面积并不是必要的。流体调节系统50可进一步包括具有环形主体部分72的底盘70， 环形主体部分72具有开口 74，第二板66设置在开口 74中。开口74优选地 在形状和尺寸上设置为接触所迷板66的较长侧边缘，而同时在板66的较短 侧提供额外空间，使得板66可沿平行于其最长尺度的轴线线性滑动。因此， 如图5A和5B中所示，笫二板66的孔68可移动而与第一板62的孔64对准 或不对准，由此使阀60开启和关闭。底盘优选地设置为引导并可保持第二板 66邻近于第一板62,这将在下文中进一步论述。如图5A和5B中所示，由 油或特氟纶(TEFLON )制成的润滑层69可设置在板62和66之间以使得 第二板66能够更容易地沿板62的表面滑动。这样，润滑层69使所述阀能够 在需要较小致动器力的情况下开启和关闭。此外，由于可能难以使板62和 66的表面足够平滑以提供良好密封，因此，润滑层69可用于改善阀的密封 性能，而不需要对所述板进行复杂昂贵的机加工以使其表面更平滑。第二板 66可由磁性材料制成，磁性材料例如为常用于设置在冰箱上的衬垫中的材 料。通过使用磁性板66，底盘70不需要设置为包括任何其他机构以将板66 牢固保持靠紧板62。磁性板66优选地为能够顺应于相邻板62的形状的柔性 磁体。磁性板66可由适合的磁性材料制成，磁性材料例如为铁磁(例如钡锶 铁氧体)和弹性材料的混合物。磁性板66可以是不从电池单元20耗能以维 持足够磁力的永磁体。在图3和12中所示实施例中，可移动第二板66可通 过罩100 (这将在下文中进一步描述)和罐34底表面35压接在顶部和底部 上。在可替代实施例中，电池10'具有图29和30中所示的流体调节系统50'。 底盘70'高于图3和12中所示的底盘70。这可有利于使流体在罩100与可 移动板66之间移动，从而在板66的表面上提供更均匀的流体分布并且当板 66和62在开启位置对准时提供更均匀的通过孔68和64的流体流动。
底盘70'可包括向内延伸的凸缘71，从而形成使板66可在其中 滑动的滑道或槽73。凸缘71的竖直位置可选择为形成所希望尺度的滑道73, 以将板66足够牢固地保持靠紧表面35，从而当板66和62在关闭位置对准 时提供良好密封，但又不是过紧而影响所希望的板66的滑动。凸缘71可为 底盘70'的集成部分，或可为分立部件。例如，凸缘71可采用平垫圏或模 制在底盘主体72'中的插条的形式，或可为固定到底盘主体72'的分立部件。 凸缘71可由与底盘主体72'相同的或不同的材料制成。可选择底盘主体72' 和凸缘71的材料以向二者均提供所希望的强度，并使板66在滑道73内平滑 滑动。如果底盘主体72'或凸缘71由导电性材料制成，则可能需要与致动 器80和控制电路90的电部件绝缘。作为连续凸缘的可替代方案，可使用一 系列突出部。凸缘71和/或底盘主体72'也可修改为包括一个或多个其他结构， 例如延伸跨过开口 74'并处于板66上方的肋，用以使板66的冲央部分保持 平坦。可替代地，从罩100的向下突出部可用于使板66的中央部分保持平坦。底盘70'可包括使罩IOO保持于其中的第二滑道77，如图31中 所示。此第二滑道可通过一个或多个另外的凸缘79a和79b形成。这种结构 可有利于预组装所述罩和流体调节系统的部件，从而在制造过程中可在另一 步骤中被加至流体消耗电池单元。在另一实施例中，静止板62不是罐34的 表面35，底盘70'可包括在凸缘71下方的另一凸缘(未示出)，从而形成较 大的滑道以保持静止板62以及可移动板66。底盘70'的凸缘71可为围绕开口 74'整个周界延伸的连续凸缘， 或者可为仅沿部分周界延伸的不连续凸缘，如图29中所示。如果不连续凸缘 适合定位而且移动板66具有足够柔性，而且如果电池单元内的压力变得过 高，则移动板66的凸缘可在不连续凸缘71的两端之间向外弯曲，以在板66 与板62和底盘框架72'之间提供通路，当所述阀部分地开启或关闭时，气 体可以通过所述通路逸出至外部环境中。在这样的实施例中，板66优选地具 有类似弹簧的性能，使得当电池单元内压充分降低时，板66将再次顺应于罐 34的表面35的形状。在可替代实施例中，所述罩用作静止阀板，而可移动板设置在罩 的邻近处，底盘可包括凸缘以保持可移动板靠紧所述罩，而同时在可移动板 与所述罐底部的表面之间保持空间，以利于使空气均匀分配到罐中的各孔。 如前所述，本实施例还可包括在底盘中的第二滑道，其中保持有所述罩。流体调节系统可响应于流体去极化电池单元的电压而致动，如下所述，或者可由用户致动，或者可通过可用方法的组合致动。例如，当由所
述装置供电的设备的用户将装置开关置于开通(on)位置时，可通过机械动 作初始开启所述阀，而当用户将装置开关置于关闭(off)位置时，可通过机 械动作初始关闭所述阀。当装置开关保持在开通位置时，控制电路可控制所 述阀的操作。在另一实施例中，当所述装置开通时，来自电池单元的电力可 供应到流体调节系统以初始开启所述阀，而当所述装置关闭时，所述阀可净皮 致动而关闭。致动器优选地设置为流体调节系统50的一部分以致动阀60。致 动器可包括控制电路90,以传感流体消耗电池单元20的电压并响应于检测 到的电池单元电压而产生控制信号。电路90可为特定用途集成电路(ASIC)， 且其优选地安装在底盘70的表面上。底盘70的主体72优选地由不导电材料 制成，使得迹线96或98可印制在底盘表面上，这将在下文中进一步论述。 底盘70因而可为印刷电路板。底盘可模制或成型而成，而且大多数或所有的 电连接部可为压力接触部，从而使组装复杂度最小化。不过，底盘可能需要 一些机加工和一些电连接，并可能需要一些钎焊或焊接。底盘材料的选择可 以基于底盘材料与其作为阀封装框架、作为电子器件印刷电路板的多功能用 途的相容性而进行，或者根据其附接到电池单元的能力/相容性而进行。可在 底盘的层结构之中和/或之上提供关键的凹陷，用于安装控制电路90。这将 允许所安装的任何部件与底盘表面保持平齐，以利于与电池组装。还有可能 的是，可能希望将诸如迹线96和98之类的印刷电路迹线涂覆以不导电材料， 以防止在压靠金属罩100或罐34时发生短路。可替代地， 一个或多个凹部可 设置在底盘中，例如通过模制或机加工设置，用于容纳控制电路和致动器的 一个或多个部件的全部和一部分。这些凹部可用于使各部件定位在底盘上的 不同位置并锚固于延伸超出底盘框架的部件，如下所述。作为电子器件的平台，所希望的是，底盘70的基底材料为现有的 PCB材料。最常用的基底材料包括环氧树脂和玻璃纤维增强材料。可能希望 的是，底盘70为层状结构以集成和保护电子电路部件，并保持表面平齐而且 平行于罐34的底表面35。如前所述，底盘的内径可采用耐久性金属滑道以 封装滑动阀板66。滑道可将板66 "锁定"就位(因而使其不会脱落)，提供 足够的轴向力以防止所述阀在使用时分离，但其所提供的力不足以阻止板66 滑动。底盘因而可成形、模制或机加工而成，这取决于材料选择，无论是否 由金属制成，均实现阀滑道形状以齐平安装芯片或形成通孔(透孔)。在所述 通孔内可存在导电电路，所述导电电路当安装在电池单元外部时处于底盘的一側和边缘上，或者当安装在电池单元内部时处于底盘70的两侧上。电路90的导电路径可设置在底盘70的两侧上和所述通孔内。这 可通过导电糊料的电镀处理或丝网印刷而实现，特别是填充所迷通孔。导电 箔可在衬底成形时施加，并将不需要的部分蚀刻去除。铜是最常用的材料。 可能需要多层和多种材料以确保粘合到衬底，这取决于所采用的基底材料。附接用作控制电路90的ASIC的一种方法是使用直接方法，其中 由于空间限制而不同于包封芯片。直接芯片附接的常用方法包括引线接合和 芯片倒装。引线接合将使用直径大约0.02 mm ( 0.0008英寸)的引线以接合 到4-6个芯片垫和电路衬底。芯片和引线接合部可封装在不导电的环氧树脂 中以进行保护。通过芯片倒装附接，所述垫可通过Pb/Sn焊被预处理，并且 之后被焊接到衬底。芯片在附接之后可通过环氧树脂封装以提供保护。在图3和4所示实施例中，致动器进一步包括多个形状记忆合金 (SMA)部件，SMA部件包括第一SMA引线82a和第二SMA引线82b。 SMA引线被紧固在底盘70的任一端，并电连接到迹线96和98，迹线96和 98从控制电路90延伸到底盘70的相反侧。通过提供使电流通过SMA引线 82a和82b的控制信号，控制电路90可使SMA引线被加热，这导致SMA 引线膨胀或收缩至特定长度。这因而导致SMA引线82a和82b沿一个方向 或相反方向牵引第二板66,并由此使板66滑动进入或脱离开启或关闭位置， 从而选择性地允许流体(即空气)通入电池单元壳体30内部。如图4中所示，两个接触端子92和94设置在底盘70上，以连接 到电池单元20的正、负端子。接触端子92和94可i殳置在底盘70的4壬意表 面上，而且如下所述，可优选地将接触端子之一 (具体可为端子94)设置在 底盘70的朝外的边缘表面上，从而使其可暴露于电池组件的外侧，用于随后 连接到电池单元20的盖36。另一方面，接触端子92可最佳地设置在内表面 上，从而受压而与罩IOO的导电部分电接触，或在相反表面上与罐34的底表 面35电连接。接触端子92和94的电连接到电池单元20的罐34和盖36的
方式将在下文中进一步论述。如图3中所示，流体调节系统50可进一步包括罩或盖100，其 延伸越过且可选地围绕底盘70以保护和遮蔽流体调节系统50。罩100优选 地包括一个或多个孔102，以允许流体从外部流到阀60而选择性地通入电池 单元20。如前所述，罩100可用作第一板62。优选地，当施加电流以指示正在4吏用电池单元20时，阀60处于 开启位置，而当不施加电流以指示未使用电池单元时，阀60关闭。在参照图3、 4、 6、 7、 8、 12、 32、 33A —D、 34、 36-44、 53和54论述的实施例中， SMA引线82a-82e牵引而非推压第二阀板66。这样，在图3和4中，第一 SMA引线82a牵引所述阀开启，而第二 SMA引线82b牵引所述阀关闭。在 图6中所示实施例中，两条引线82a和82b用于沿一个方向牵引岡板66，而 两个另外的引线82c和82d用于沿相反方向牵引所述板。在图7中，两条引 线82a和82b用于沿一个方向牵引板66,而单一的引线82c用于沿相反方向 牵引板66。在图8中，三条引线82a、 82b和82c用于沿一个方向牵引所述 板，而两条引线82d和82e用于沿相反方向牵引所述板。SMA引线82可平 行设置或围绕阀板66的中心点以对称方式设置，从而提供均衡力以防止板 66在底盘70内粘着。通常，当从电池单元提供施加于SMA引线的电流时， 可有利的是，电流仅在致动器初始移动时施加而在致动器处于稳态时不再施 加，以防止电池单元量的不必要使用。如图所示，SMA引线可安装为大致相 互平行地延伸。SMA引线也可安装为平行于板66的移动方向延伸(例如参 见图3)或垂直于板66的移动方向延伸(例如参见图9、 9A和9B)。 SMA引线可由任意传统的形状记忆金属合金制成。形状记忆合金 是可在一个温度下变形但当被加热或冷却时可返回其之前形状的合金。这种 性能来自于马氏体相与奥氏体相之间的固态相变。优选的形状记忆合金具有 双向形状记忆，即，在加热和冷却时相变可逆。形状记忆合金的示例包括 镍钛、镍钛铜、铜锌铝和铜铝镍合金，优选地为镍钛和镍钛铜。使用镍钛铜 对于致动器而言可以是有利的，这种致动器由于其抗疲劳性而可操作多次。 镍钬和其他形状记忆合金的制造商包括Specialty Metals， Shaped Memory Alloy Division (美国纽约新哈特福德)、Memry Corporation (美国康涅狄格 Bethel )、和Dynalloy， Inc.(美国加利福尼亚Mesa )。图9显示出附接到SMA引线82a和82b以移动板66的另 一方式。 根据这一变例，SMA引线82a和82b设置为不是沿板66的最长尺度延伸， 而是大致垂直于板66的移动方向。第一引线82a可被加热而使第一引线82a 收缩，而第二引线82b不被加热以允许该引线弯曲。这样，板66可以沿第 一方向移动(朝向图9中的右方，如实线所示)。为了沿相反方向移动所述板 (即朝向左方)，可从引线82a中消除电流，从而允许引线82a冷却弯曲，而 同时可将电流施加于引线82b，由此加热引线82b并使其收缩。这导致所述 板和引线移动到如图9中虚线所示位置。底盘70显示为具有控制电路90和在底盘主体72顶表面上形成的 电路迹线。此外，SMA引线82a和82b附接到底盘70的顶表面以与电路迹线电接触。底盘70在图9中进一步显示具有外模成型主体300，外模成型主 体300形成为覆盖控制电路90和电路迹线，从而封装和保护在底盘70上设 置的部件。这样，外模成型主体300用作底盘70的一部分。外模成型主体 300可包括不导电的环氧树脂或其他外模成型材料。此外，外模成型主体300 进一步显示为包括延伸越过开口 74并处于移动板66上方的一体形成的肋 302。肋302显示为形成大致V形并用于使处于下面固定板62上方的移动板 66的中央部分保持平坦。在一个实施例中，固定板62连接到底盘70的底侧 或其外模成型主体300，而电池的电池单元连接到底盘70的外模成型主体300 的顶側。在图9中所示的实施例中，第一和第二 SMA引线82a和82b分 别接合分立的致动器销304a和304b,致动器销304a和304b连接到移动板 66。在图9A中所示的实施例中，单一的致动器销304可用于流体调节系统 50。在具有单一的致动器销304的情况下，第一 SMA引线82a接合销304 的一侧，而第二 SMA引线82b接合销304的另一侧，从而使SMA引线82a 和82b沿相反方向致动所述销304，使得板66向左或向右移动以开启或关闭 所述阀。在这一实施例中，致动器销304可包括处于不同高度的引线接收部 分，例如锁键或缝，用以接合在不同高度的对应的SMA引线82a和82b,使 得SMA引线82a和82b不会相互接触或以其他方式相互干扰。参见图9B，其中显示出根据另一实施例的用于流体调节系统50 中的可替代方案的致动器销304。销304显示包括第一部分306a和第二部分 306b，第一部分306a和第二部分306b高于大致方形的销304的其余部分， 使得SMA引线82a接合所述部分306a，而SMA引线82b接合所述部分306b。 所述部分306a和306b可包括所示竖立构件。可替代地，所述部分306a和 306b可包括在销或其他结构304内形成的缝。相应地，可采用单个或多个致 动器接合结构，从而允许SMA引线82a和82b沿任一方向致动所述移动板 66以开启和关闭所述阀。图10A和10B显示出邻近罐34外表面使用的阀60的两个侧视图。 图10A显示出停工时的电池单元，其中，阀60关闭而使得孔64和68不对 准。图10B显示出所述阀的第二板66移动到开启位置时的位置，这种情况 在使用电池单元时将出现。这导致孔64和68对准并由此允许流体通入电池 单元内部。如图所示，SMA引线82a和82b可通过一对弹簧接触部76附接 到底盘70，其中，SMA引线可压接、夹紧、钎焊或焊接到弹簧接触部76。图11显示出可用于本发明不同实施例中的阀60的另一实施例。阀60包括具有多个孔64的第一板62。板62可为相对于底盘70保持静止的 分立的板或者可为电池单元壳体30的罐或盖的一部分。板62可由金属制成， 此金属可为磁性或非磁性金属。阀60进一步包括具有多个孔68的第二板66, 孔68在数量、尺寸、形状和位置上对应于第一板62的孔64。板66可以是 磁性或非磁性金属。类似于前述实施例，优选地由不导电材料制成的底盘70 包括环形主体72，环形主体部分72具有开口 74,用于承接板66。开口 74 设置为在一个方向上略大于板66，从而使板66能够相对于板62线性滑动， 由此使孔64和68可移动对准或不对准以使阀60开启和关闭。图11中所示 实施方案与迄今为止前述的实施方案的不同之处在于，采用杆臂84作为致动 器80的一部分。杆臂84包括承接于在底盘70中形成的孔、缝或凹部78中 的枢转销86，使得杆臂84可以可枢转地紧固到底盘70。这可例如通过如下 步骤实现，即放大并改造凹部78以围绕枢转销86装配并部分延伸进入到 枢转销86与杆臂84主体之间的颈缩区域中，从而将枢转销86定位在凹部 78内，但仍然允许杆臂84在凹部78内枢转。可使用其他方式将枢转销86 紧固到底盘，例如，通过从枢转销86延伸的向下突出部，此突出部被承接于 凹部78底部凸缘中的孔中。致动器销88优选地从杆臂84的主体向下延伸， 从而使其可承接于在第二板66中形成的孔67中。这允许杆臂84接合板66, 并因而使第二板66相对于第一板62滑动。在这种特定结构中， 一对SMA 引线82a和82b通过附接部位89附接到杆臂84的顶表面。引线82a和82b 的其余端可附接到底盘70。引线82a和82b可紧固到底盘中的凹部，其例如 类似于凹部78。引线可通过任何适合方式紧固，例如通过粘接、通过销或者 通过将增大的头部装配到具有受限开口的凹部中进行紧固。SMA引线电连接 到控制电路(在图11中未示出)，控制电路响应于检测到的电池单元电压选 择性地将电流施加于SMA引线82a和82b。以这种方式，SMA引线82a和 82b可沿两个相反方向中任一方向牵引杆臂，从而导致杆臂84使第二板66 相对于第一板62滑动。在这种情况下，底盘70用作杆臂84的枢转部位和 SMA引线82端部的安装位置，同时还提供引导以相对于板62而引导板66。其他结构的SMA引线和杆可用于操作流体调节系统中的阀。例 如，SMA引线82a和82b可通过两个分立的附接部位而非单一的附接部位 89被附接到杆臂84。在可替代的实施例中，SMA引线82a和82b均在两端 固紧到底盘70，其中，通过将引线82a和82b装配到杆臂84中的凹槽85中， 每一引线的中心连接到杆84,如图34中所示。 SMA引线可通过适合的方式连接到流体调节系统的部件。在一个
18实施例中，SMA引线82的至少一端定位在适合尺寸的连接器87内，如图 35中所示。优选地，SMA引线82压接到连接器87中。可选地，引线可在 压接之前或之后胶粘、焊接或钎焊到连接器。连接器然后可插入部件(例如 底盘70或杆臂84)中的对应孔中以将SMA引线82连接到此部件。优选地， 连接器87可具有导电性并可在SMA引线82与控制电路一部分之间形成电 接触，控制电路的这一部分位于限定所述孔的部件表面上。连接器87可以例 如通过过盈配合、导电性粘接、钎焊或焊接而在所述孔内保持就位。在一个实施例中，控制电路用于限制通过SMA引线的电流以仅 在所需时间使阀移动到开启或关闭位置，在这种情况下，在电流停止之后， SMA引线可恢复到其原有长度(例如，伸长)。当发生这种情况时，SMA引 线可不将所述板保持在所希望的位置，而例如允许其滑动到部分开启或部分 关闭到位置。当存在用于使滑板移动到另一位置的相反SMA引线时，尤其 如此；当致动的SMA在电流停止之后伸长时，来自未致动的相反SMA的弹 性张力可牵引滑动阀。在这种情况下，滑板可保持在所希望的位置，直到该 板有意移离此位置。 一种用于将滑板保持在所希望位置的示例性装置为销锁 机构。可使用任何适合的机构。在一个实施例中，弹簧偏置的锁键可以与滑 板表面延伸的突出部或滑板表面中的凹部协作。弹簧力可被选择为足以保持 所迷板以防止其意外滑动，但足够小以容易被相反SMA引线的作用所克服 而使所述板滑动到另一所希望位置。在另一实施例中，通过滑板与另一电池单元或流体调节系统部件 之间的摩擦而保持滑板以防止其意外滑动。在所述板与其他部件之间的摩擦 足以防止意外滑动，但不会过大而使通过相反SMA作用有效移动到另一位 置受到影响。摩擦可通过选择滑板和其他部件的材料、涂覆于至少一个部分 的涂层、或相邻表面中的至少一个的紋理而进行控制。流体调节系统50可使用如下所述各种技术紧固到电池单元20外 部。如图12中所示，罩IOO可设置为具有多个支脚104，支脚104从罩100 的内表面向下延伸并然后通过底盘70上对应位置中的孔75，从而使支脚104 可附接到罐34底部35。图13和14显示出图12中所示设置的两种不同结构。在图13中所示结构中，罩100由塑料形成。在这种情况下，支脚 104可超声焊接到罐34的底表面。在这种情况下，在罩100与罐34之间将 不存在电连接。在图14中，支脚104被设置为金属罩100中的可通过冲压等方式 形成的凹进部/突出部106。在这种情况下，金属軍IOO可被电阻或激光焊接到罐34的底表面35。图15显示出将底盘70和罩100连接到电池单元20外部的可替代 方法。在这种情况下，通孔105设置为穿过底盘70的孔75，用于将罩100 焊接到罐34。这种焊接还在罩100与电池单元20之间提供电连接。图16显示出又一技术，其中使用设置在底盘70的孔75中的导电 环氧树脂107将金属罩100紧固到罐34。在又一可替代方案中，流体调节系 统50可通过以下方式紧固到罐34的底表面，即使用粘接剂、粘接剂和标 签的组合(未示出)、通过在罐34底表面中压制的一个或多个槽中的底盘压 配合、通过另外采用粘接剂进行这样的底盘压配合、通过在使次外罐替代罩 100处的第二罐内压接罐34、通过钎焊或焊接层状底盘、或通过将流体调节 系统封装在环氧树脂中。虽然使用SMA引线已经在前文中描述为致动器80的优选部件， 不过也可使用其他部件或材料，例如，线性电致聚合物和弯曲电致聚合物， 其与人造肌肉相关。这样的材料提供的潜在优点包括更简单的设计，简化 的电子器件或不需要电子器件，和对电压的比例响应。另一考虑涉及电池的初始激活。电池可构造为，使阀处于开启位 置，而孔102通过接头被保护，这类似于传统的扣式空气电池单元。移除所 述接头之后的放气将激活电池单元，启动所述阀的电控制，并使电池的保存 期限最大化。可替代地，电池可构造有功能流体调节系统。这将允许电池可 被消费者立刻使用，不过可能还需要在仓库、商店货架等中的适合的包封和 储存条件，以防止潮湿环境中的潮气侵入和干燥环境中的潮气逸出。在前述结构中，罐34被设置为用作阀60的静止板62。不过，可 能希望的是，提供分立的固定板62而不是使用罐34,使得罐底部将保持其 孔的样式，不过，其可更像是用作空气扩散器而不是作为阀组件的集成部分。 此外，静止板62可与罐底部分开，使得在罐34膨胀、弯曲或可能起皱时不 会打断阀60的操作。应注意的是，罐34可由较强材料制成并具有较大厚度 或不同形状(例如，底部中的隆起)。采用分立静止板62的另一优点在于， 阀60可被整体预组装，由此为润滑流体层69提供更高的稳定性。不过，这 可能导致较厚的电池。虽然在附图中未示出，不过，标记可设置于电池单元壳体30的外 表面。这样的标记可围绕电池单元周界延伸，以进一步覆盖导电接头IIO(将 在下文中论述)以及流体调节系统50与电池单元20之间的界面，并覆盖罐 34与盖36之间的界面。盖36和罐34和/或导电性罩100的足够部分可保持暴露，以在电池外侧上提供电接触端子。图1-3中所示特定电池单元结构为新颖的棱柱电池单元设计。这
单元。目前用于传统空气电池单元中的类似的空气电极、阳极、隔离部和罐/ 盖材料因而可用于电池单元20中。不过，本领域技术人员应认识到的是，电 池单元20不需要具有如图所示的特定形状、尺寸或相对尺度。图17显示出本发明的可替代实施例，其中，流体调节系统50设 置在电池单元壳体30内部中。图18显示出此实施例的一部分的截面图。如 图所示，电池单元壳体以类似于前述的方式构造，其不同之处在于，电池单 元可以略厚以将流体调节系统50容纳在空气电极40与罐34的内表面之间。 在此实施例中，底盘70在应用于电池单元的外部时也可与前述的阀、致动器 和控制电路90—起使用。类似地，罐34底部可用作阀60的第一板62，并 可包括用作孔64的多个流体入口端口 32。此实施例的不同之处在于，第二 板66沿罐34的内表面而非其外表面滑动。在此实施例以及下述其他实施例 中，底盘70以及阀60可通过衬垫38保持就位。当使用内流体调节系统50时，电池单元20在结构上的另一差别 在于，电池单元应重新设置以允许电池单元的正、负接触端子电连接到致动 器的控制电路90。实现这种电连接的一种方式如图17-19中所示。如图17 中所示，接触开口 39形成在罐34底表面35中。如图18中所示，负接触端 子94通过底盘中的通孔设置在底盘70的底部，以通过开口 39显露。通过这 种方式，导电体110可电连接到电池单元壳体30的盖36，并沿电池单元20 外侧延伸到开口 36，同时与接触端子94实现电接触。这提供了到电池单元 负端子的连接。如图18中所示，设置在底盘70上的正接触端子92可定位以 接触罐34的内表面，从而提供到电池单元正端子的连接。如前所述，接触端 子92和94可电连接到控制电路90，从而控制致动器响应于检测到的电池单 元电压或电流变化而开启和关闭所述阀。如图19中所示，导电体IIO可为接头，其包括设置在两个绝缘层 之间的箔条112，以防止电池单元在罐34与盖36之间的短路。第一绝缘层 114可设置在电池单元壳体30与导电箔112之间。此绝缘层114可有双面带 制成。第二及外绝缘层116可设置在箔上并可包括单面带的条。虽然这种特 定外部电连接相对于内部流体调节系统50被显示，不过，相同的导电体IIO 可用于在盖36与图1-3中所示外部流体调节系统的类似的接触端子94之间 提供电通路。在这种情况下，类似于接触开口 39的孔可形成在罩100中，或者可替代地，导电体110可在底盘70与罐34之间的界面和底盘70与罩100 之间的界面之间简单地延伸。图20-23显示出可在盖36与底盘70上的端子94之间形成电连 接的又一方式。在此实施例中，罐34的内表面的一部分涂覆以三层材料，最 佳地如图21中所示。第一层是电绝缘层151;第二层是导电层153，其施加 于绝缘层151上，使得在罐34与导电层153之间不存在电连接；第三层是电 绝缘层154，其施加成覆盖导电层153的一部分，以使空气电极40的边缘绝 缘于导电层153。如图21中所示，层151和153沿罐34的内底拐角延伸并 延伸覆盖罐34底部的恰好足够部分，从而物理接触形成在底盘70的相对表 面上的端子94。如前所述，底盘70可通过衬垫38压靠罐34的内底表面， 使得在导电层153与接触部94之间通过这种压力而接触。层151和153在罐 34与衬垫38的界面之间沿罐34侧壁向上延伸。最佳地如图20、 22和23中 所示，衬垫38可包括使铆钉或销157可自其延伸穿过的孔155。铆钉或销157 在盖36与导电层153之间穿过衬垫38形成电连接，由此完成在盖36与底盘 70上的接触部94之间的导电路径。铆钉/销157可在衬垫38中被模制就位。 进一步地，可使用多于一个的这种铆钉/销157。铆钉/销157的长度可足以使 衬垫压缩。层151、 153和154采取如图21中所示的条的形式，以允许空气 电极40边缘与罐34的内侧表面电接触。图24显示出本发明的又一实施例，其中，导电性销157竖直向下 穿过衬垫38的法兰部分160中的孔155。销157提供从盖36至接触端子94 (在图24中未示出)的导电路径，接触端子94在此实施例中将处于底盘70 上表面上。本实施例提供的优点在于，不需要穿过衬垫38的密封部分162 的孔。进一步地，将不需要将导电层或绝缘层施加于罐34的内表面。图25-28显示出本发明另一实施例。根据本实施例，不同类型的 阀170用于内部安装的流体调节系统中。阀170包括具有多个孔174的阀板 172。不过，这些孔不必在尺寸、形状和位置上对应于罐34的底部中的流体 入口端口32。这是因为，阀板172在相对于罐34底表面35平行的位置(阀 关闭位置)与如图25中所示的弯曲/弯转位置(阀开启位置)之间移动。通 过这种结构，板172中的孔174不与任何流体入口端口 32对准或重合，使得 在板172平行于罐34底部35时没有流体可通过进入电池单元中。为了确保 板172充分压靠罐34内表面以在关闭位置密封电池单元，衬垫38使板172 的周向边缘压靠罐34。如图26和27所示，在可替代结构中，采用的阀板172仅有一端紧固到衬垫38下并具有在罐底部34中形成的销锁180。图26显示出处于开 启位置的阀，而图27显示出处于关闭位置的阀。图28显示出具有SMA致 动器175的板172的立体图，SMA致动器175被紧固到板172以使板172 升起和/或弯曲到开启位置。板172在开启位置的移动可受限于空气电极(未 示出)。如前所述，流体调节系统可部分地基于电池单元(或电池)的电 压而使用电子控制器操作所述阀。不过，可使用开关通过致动器而接通电路， 所述致动器改变长度以将阀移动到开启或关闭位置，由此，当阀达到全开启 或关闭位置时，电路被断开以停止电流通过致动器。这可不需要更复杂的控 制电路，而同时仅在需要开启或关闭所述阀时仍可从电池单元提取能量。所 述开关可在电池上或在其本身内部，或者可为使用电池的装置的一部分。在 一个实施例中，可替代地，所述装置的开通/关闭开关还通过相反的致动器开 启和关闭所述阀而接通所述电路。这样的流体调节系统的操作在图33A-33D中所示。图33A中包括类似于图3中所示阀60的阀260的俯视图。阀236 包括被可滑动地设置在底盘270中的可移动板266。可移动板266在图33A 中显示为处于关闭位置(即，其中的孔268与固定板中的孔不对准)。SMA 致动器282a和282b锚固到可移动板266和底盘270相反端，并分别用于牵 引板266开启和关闭。致动器282a和282b分别通过平坦电接触部277a和 277b锚固到板266，并分别通过电接触部292a和292b锚固到底盘270。平 坦接触部277a和277b接近于板266的顶表面的相反两端定位，从而当板266 分别处于开启和关闭位置时使其分别与弹簧接触部276a和276b形成电接 触。弹簧接触部276a和276b也用作连接到示意性示出的控制电路290其余 部分的接触端子。控制电路包括开通/关闭开关295和流体去极化电池210， 用于为所迷装置提供电能。当不需要来自电池210的电能时，开关295处于 关闭位置，而且阀260处于关闭位置，如图33A中所示。由于包括致动器282a 和282b在内的电路均未接通，因而将没有电路从其中流过，使得致动器282a 和282b处于周围温度下并处于伸长状态。当开关295移动到开通位置时，电流流过致动器282b，使其加热， 并缩短且向左朝向开启位置牵引板266。当板266达到如图33B中所示的开 启位置时，接触部276b和277b之间的电连接断开。当电路断开时，电流停 止流过致动器282b。这实现了两件事。第一，虽然所述装置保持开通，但没 有更多的能量从电池210提取，第二，致动器282b冷却并返回如图33C中
23所示的伸长状态，因而板266可在所述装置关闭时向左移回。当开关295移 动到关闭位置时，包括致动器282a的电路接通，自其通过的电流使致动器 282a缩短并向右朝向关闭位置牵引板266。当板266达到关闭位置时，在接 触部276a和277a之间的电连接断开，如图33D中所示，电流停止流过致动 器282a，从而允许致动器冷却并伸长，如图33A中所示。至接触部276a、 276b、 277a和277b的电连接可通过任何适合的 方式实现。例如，可通过底盘270或通过底盘270顶表面与相邻部件(例如 覆盖底盘270和阀260的罩)的对应表面之间的界面而实现与流体调节系统 的边缘的连接。在另一实施例中，可通过从覆盖阀260的罩延伸穿过的合适 放置的接触部实现电连接。作为电池单元一部分的开关可被固定到电池单元 和/或流体调节系统的适合表面，例如固定到罩的外表面上。可替代地，开关 可位于多电池单元的电池外表面上，或位于使电池安装其中的装置内，其中， 通过在对应接触部之间的诸如焊接、钎焊、或施压之类的适合方式形成与流 体调节系统的电连接。在其他实施例中，可使用多于两个致动器，其方式例 如类似于图6、 7和8中所示实施例的方式。控制电路电子器件如果不包含在流体调节系统内，则可位于外部。 在例如其不能方便装配在内部的情况下，这可能是所希望的。在一个实施例 中，电子器件可安装在流体调节系统的外側上，例如，在安装于流体调节系 统和/或电池单元的侧壁上的帽内，如图32中所示。图32显示出底盘70、可 移动板66、 SMA引线82a和82b、和类似于图4中所示的接触端子92，和 94。不过，不同于图4所示的是，图32中的SMA引线82a和82b直接连接 到接触端子92，和94，而没有居间的控制电路90。图32中的控制电路被容 纳于电路板91中，而电路板91通过用于保护电路板91的帽93紧固到底盘 70的一侧。底盘70上的接触端子92，和94实现与电路板91表面上的对应 端子的电接触。可通过任何适合方式实现电接触，例如通过压力接触。电路 板91可具有单一衬底层，或者其可为具有两层或更多层的层式衬底。电子部 件和电子连接部可包括印刷或非印刷部件，或者其组合。较大部件可设置在 电路板91的表面中的凹部中以提供与底盘70和帽93的齐平配合。电路板 91与电池单元之间的电连接部未示出，不过，这些连接部也可通过底盘70 形成。根据各种其他实施例，流体调节系统50进一步如图36- 43中所 示，其中，采用具有SMA引线82a和82b的致动器和用于致动移动板66的 杆84。图36和37中所示的杆84显示为在邻近于杆84 —端的枢转销86处被可枢转地连接到底盘70，使得杆84响应于SMA引线82a和82b而围绕枢 转销86旋转，以通过杠杆作用使板66移动。邻近于杆84相反端的致动器销 88接合板66。导电体310连接在杆84的顶表面上，并具有设置在其一端的滑动 弹簧接触部312。 SMA引线82a和82b在附接部位89连接到导电体310。滑 动弹簧接触部312与设置在底盘70的顶表面上的电路迹线314电接触。滑动 弹簧接触部312被向下弹簧偏置以有力接触电路迹线314的顶表面，从而在 杆84围绕枢转销86旋转时与迹线314保持适当电连接。在一个实施例中， 电路迹线314可连接到电接地部，使得施加于SMA引线82a和82b之一的 电流;故导通到导电体310至电路迹线314而至接地部。在图38中，作为替代滑动弹簧接触部的方案，杆84显示为采用 了连接在导电体310与电路迹线314之间的电引线316。引线316 —端在枢 转销86处连接到导电体310，而其另一端在连接器318处连接到电路迹线 314，以完成至接地部的电路路径。虽然电路迹线314在此描述为连接到电接 地部，但应认识到的是，电流可提供到电路迹线314，而且可通过SMA引线 82a和82b之一提供接地路径连接，从而沿反向导通电流。参见图39-41,根据本发明另一实施例，流体调节系统50显示 为采用旋转杆84。在此实施例中，杆84采用细长的第一中心枢转销86，，销 86，向下延伸穿过移动板66中的细长缝320并与静止板62中的开口 322接 合。开口 322允许中心枢转销86，旋转并阻止销86，侧向移动。杆84具有 第二销88，销88与中心枢转销86，错开一段距离并接合移动板66中的开口 67。 SMA引线82a和82b显示为在与中心枢转销86，错开的位置连接到杆 84。SMA引线82a和82b在致动时施加扭矩以4吏杆84围绕中心枢转销86，顺 时针或逆时针旋转。如图40中所示，当SMA引线82a通电时，SMA引线82a被加 热并收缩以牵引杆84沿逆时针方向旋转，使得杆84围绕中心枢转销86，旋 转并使移动板66向所示左方滑动。如图41中所示，通电的SMA引线82b 使SMA引线82b加热并收缩且牵引杆84围绕中心枢转销86，沿顺时针方向 旋转，使得移动板66向右滑动。应认识到的是，随着杆84顺时针或逆时针 旋转，移动板66通过致动器销88滑动向右或向左，中心枢转销86'由于细 长缝320的存在而不会干扰板66的移动。流体调节系统50进一步如图42-44中所示，其中，采用的杆84 一体形成为底盘70的一部分并具有柔性铰接部86"。在此实施例中，杆84可由相同材料(例如环氧树脂)形成，并在形成外模成型主体300之前一体 形成为底盘70的一部分，或者可形成为外模成型主体300的一部分。杆84 形成为具有向下延伸而与移动板66中的开口 67接合的致动器销88。 SMA 引线82a和82b连接到杆84。杆84具有宽度较小部分86",用作柔性铰接 部，使得杆84响应于SMA引线82a和82b而围绕柔性铰接部86"弯曲，从 而如图43中所示向左或如图44中所示向右移动致动器销88和板66，以开 启或关闭所述阀。应认识到的是，柔性铰接部86"足够细，并且由在SMA 引线82a和82b通电时允许杆84充分移动的材料制成。参见图45，根据本发明进一步的实施例，流体调节系统50例示 为用于控制所述阀的开启和关闭而调节流向电池的流体(例如空气)并进一 步包括无源温度关闭。SMA引线82a可通电以加热而收缩并由此通过致动器 销304a使移动板66移向阀开启位置(如图45中所示)。SMA引线82b可通 电以加热而收缩并由此通过致动器销304b〗吏移动板66移向阀关闭位置。因 此，阀可响应于施加于SMA引线82a或82b的电流而有效开启和关闭。此 外，根据本发明一个实施例，SMA引线82a和82b选择为具有不同致动温度 以提供所述阀的无源温度关闭。SMA引线82a和82b具有不平衡的致动温度 以实现所希望的无源阀关闭。因此，在经历预定温度限值时，移动板66移动 到阀关闭位置。在图45中显示和描述的实施例中，SMA引线82a设置为具有大 约90。C的第一致动温度，而SMA引线82b设置为具有较低的大约60°C的 第二致动温度。在通电时，SMA引线82a加热而收缩，以当达到较高的第 一温度时施力而致动移动板66至开启位置。类似地，SMA引线82b可加热 而收缩，以在较低的第二温度致动阀而将移动板66移动到关闭位置。第一温 度大于第二温度，使得当SMA引线82b达到较低的第二温度时SMA引线 82b关闭所述阀。因此，应认识到的是，除了基于施加于SMA引线82a和 82b的电流有效开启和关闭所述阀以外，当周围的温度首先达到较低的第二 温度时，SMA引线82b迫使移动板66至阀关闭位置。如果环境温度持续上 升到较高的第一温度，则SMA引线82a将不能施加足够的力以使阀从其关 闭位置改变位置。 SMA引线82a和82b可包括可商购的SMA部件，60°C致动SMA 引线的一个示例是可商购的Flexinol公司的0.102 mm ( 0.004英寸)直径的 600C引线。90。C致动SMA引线的一个示例是可商购的Flexinol公司的0.076 mm ( 0.003英寸)直径的900C引线。在给定示例中，60°C SMA引线将保持收缩，直到温度下降回到大约40°C，由此导致温度滞后。采用不平衡温度SMA引线的流体调节系统50有利地提供一种无 源方法，用于在高于预定温度时关闭所述阀以阻止流体进入电池。通过在高 于例如60°C的预定温度时关闭流体调节系统50,可最小化或防止电池退化。 此外，通过在达到例如60°C的温度限值时使阀移动关闭，阻止所述阀在高 温下开启。应认识到的是，关闭所述阀的预定温度可大于45°C，且更具体地 可被设置在大约60°C。根据一个实施例，SMA引线82a和82b可设置为具有不同尺寸以 产生不同致动力，使得SMA引线82b产生的致动力大于SMA引线82a产生 的致动力。在示例性实施例中，SMA引线82b具有比SMA引线82a更大的 横截面积，例如更大的直径。通过更大的横截面积，SMA引线82b在周围温 度达到较高的第一温度时向移动板施加更大的关闭力。应认识到的是，SMA 引线82a和82b可具有圆形横截面，而且第二 SMA引线具有更大直径。根 据另一实施例，SMA引线82a和82b可具有其他横截面形状，例如椭圓形、 正方形或长方形，其中，第二 SMA引线82b比第一 SMA引线82a具有更大 尺度，导致更大横截面积，从而导致更大的致动力。在另一实施例中，SMA 引线82a和82b可具有不同横截面积和不同相变温度，使得SMA引线82b 将通常随周围温度的升高而首先致动，这导致即使当周围温度升高至高于 SMA引线82a的较高的相变温度时所述阀也保持关闭。参见图46-50，根据两个实施例，流体消耗电池10显示为具有 电池的电池单元20和流体调节系统50，流体调节系统50具有穿过底盘主体 300的流体通路以在电池单元20与外部环境中间提供压力平衡。在所示的实 施例中，底盘通常例示为具有中心开口 332和向内延伸凸缘354的外模成型 主体300。流体消耗电池的电池单元20，例如空气电池单元，；故连接在底盘 300的顶表面上。具有流体入口端口 64的固定板62连接到底盘300的底表 面，具有端口 68的移动板66 i殳置在向内延伸凸缘354的下壁与固定板62 中间，使得板66可相对于板62移动。在图46-49所示实施例中，外才莫成型底盘主体300通常例示为具 有第一端口 ，第一端口也称为入口 350并大致位于电池单元20与移动板66 之间，并与开口 332和电池单元20流体连通。底盘主体300还具有第二端口 ， 第二端口也称为出口 352并设置在外模成型材料通向外部环境的外侧上。外 模成型底盘300制造为具有无孔外层360和提供流体通路356的有孔的内容 积。根据一个示例，无孔外层360使流体特别是使空气基本不能透过，并可
27包括环氧树脂。有孔的内容积提供有从入口 350至出口 352的压力平衡流体 流动通路356。有孔的内容积可包括使空气不能透过的材料，例如微孔聚四 氟乙烯材料，或包括非织构有孔材料以允许有限的空气以低扩散速率流动通 过通路356。可替代地或另外地，流体通路356可包括空隙容积，以提供允 许空气以低扩散速率流动的充分限制的通路。流体通路356有利地允许空气 从入口 350至出口 352緩慢通过，不过，流体通路356可允许流体在入口 350 与出口 352之间沿任一方向通过，以在电池单元20与外部周围环境之间提供 压力平衡。流体通路356的入口 350与电池的电池单元20和阀板66和62 之间的开放容积流体连通。在电池的电池单元20内的气体与外部环境的气体 之间所存在的压力差可允许空气移动通过流体通路。当电池的电池单元生成 气体时，所述气体可移动通过受限的流体通路356而至外部环境，以防止损 坏阀板66和62之间的密封。相反地，可允许气体从出口 352流向入口 350, 但通常受到限制而使得空气不能自由供应到电池的电池单元20，从而使电池 单元20在所述阀关闭时通常不会以高速放电。根据一个实施例，流体通路356具有的空气扩散速率由于湿度增 减将导致在室温下的每年不多于10%的电池单元容量损失。应认识到的是， 流体通路356的有孔容积可包括使气体基本可透过的膜，用于提供曲折的或 受限的空气流体通路，^旦不允"i午流体自由地和不受限地流入电池单元20中。 根据一个实施例，有孔容积356可包括曲折的流体通路356,例如图49中所 示的通过障板358而提供的流体通路。障板358显著增加了穿过外模成型底 盘300的空气流体通路356的有效长度，由此增加了流体流动路径的净有效 长度。根据另一实施例，曲折的流体流动路径可采用蜂巢样式，其总体上可 透过以允许过剩气体从电池单元20中逸出到外部环境中，而同时使进入电池 单元20的空气最少。在图50所示实施例中，外模成型底盘主体300的顶表面具有在其 中以大致盘旋形状形成的缝334，缝334从方形的内侧开口 332围绕开口 332 延伸大约360。而引向底盘300外侧表面。中空管336设置在缝334内并具 有在尺寸上适于装配在缝334内的总体结构。管336在其一端具有与电池单 元20和底盘300的内侧开口 332流体连通的第一端口 ，也称为入口 338,并 且在其另一端具有与外部环境流体连通的第二端口，也称为出口 340。固定 板62显示为连接到底盘300的底表面上。移动板66设置在凸缘354下并与 固定板62邻接密封，使得板66可相对于板62移动以开启和关闭所述阀。
设置在底盘300内的管336提供在入口 338与出口 340之间延伸 的流体通路，使得从电池的电池单元20释放的流体能够通过管336的流体通 路至外部环境中。根据一个实施例，流体入口 338在电池的电池单元20与固 定板62和移动板66之间的开口 332的容积中定位。这样，管336的延伸长 度和较小直径提供了曲折的流体通路，以允许流体以足够低的扩散速率从电 池单元20逸出，而同时由于低扩散速率而充分限制空气进入电池单元20。 在一个实施例中，管336具有小于0.5 mm的充分限制的内直径和至少200 mm的有效长度。根据另一实施例，缝334可被覆盖而用作流体通路以替代 管336使用。在图46- 50所/>开的实施例中，在电池的电池单元20内的气体 与电池单元20所暴露的周围外部环境的气体之间存在的压力差可以导致破 裂，这可能随后导致流体阻隔失效。因此，在阀板62和66之间的主密封阻 隔可能损坏，这将潜在地允许诸如水、氧气、氢气和二氧化碳之类的流体不 受控制地进出，这可能导致电池的保存期限产生不可接受的缩短。设置在底 盘300中的压力平衡流体通路336或356允许诸如气体之类的流体移动通过 流体通路而进出。通过提供适合长度的适合尺寸的孔，流体通路允许诸如在 金属空气电池单元内生成的氢气之类的气体排出，而同时阻止过量氧气和二 氧化碳进入电池单元20。参见图51-54，才艮据两个实施例，流体调节系统50总体上例示 为采用相对于静止板362旋转的移动板366。在图49和50所示实施例中， 流体调节系统50采用可旋转板366,可旋转板366组装到底盘370并在静止 板362顶部上对准。静止板362具有一对开口 364,而移动板366具有一对 开口 368，所述开口相互流体连通地对准以控制进入电池的电池单元(未示 出)的流体。静止板362保持固定到底盘370。可旋转板366在图51中所示 的阀关闭位置与图52中所示的阀开启位置之间围绕枢转销371旋转。在阀关 闭位置，开口 364和368不对准，以阻止流体流入电池的电池单元中。在阀 开启位置，开口 364和368对准，以允许流体(例如空气)进入电池的电池 单元中。在图51和52的实施例中所示的流体调节系统50采用在压接部 372和374处连接到底盘370的SMA引线82a和82b。 SMA引线82a和82b 进一步在压接部375处附接到可旋转板366。 SMA引线82a和82b在通道或 缝380内在一对压接部372、 374与压接部375之间延伸，SMA引线82a和 82b在与枢转销371分开一段距离处连接到可旋转板366,从而使板366在阀开启位置与阀关闭位置之间旋转。实际上，连接到SMA引线82a和82b 的可旋转板366具有一体形成的杆，此杆将由SMA引线82a和82b施加的 力在与枢转销371分开一段距离处通过杠杆作用使可旋转板366旋转。此外， 弹簧377和379设置在可旋转板366顶部上以提供保持力而在孔364和368 的邻近处使可旋转板366保持与静止板362的密封关系。应认识到的是，对 于本领域技术人员显然的是，在可旋转板366和静止板362中可提供更多或 更少的流体入口孔。参见图53和54，根据进一步的实施例，流体调节系统50总体上 例示为具有可旋转板阀组件。在此实施例中，杆484显示为连接到具有大致 锥形缝开口 468的可旋转板466。静止板462位于可旋转板466下，并同样 具有类似形状的锥形缝开口 464，缝464可在阀开启位置对准开口 468以允 许流体进入电池的电池单元(未示出)中。在板462固定时，可旋转板466 顺时针或逆时针旋转以关闭或开启所述阀。杆484显示为具有基本上设置在诸如底盘470的框架板内的枢转 髋486。杆髋486大致为圆形并通过弹性臂490接合在框架板470内。臂490 可以协助将圆形髋486保持就位，以在致动器销488的位置提供低度可变性， 从而在开口 464和468对准时提供低度可变性。髋486允许杆484响应于由 SMA引线82a和82b提供的致动而从如图53中所示的使一个肩492与板470 接触的逆时针位置旋转到如图54中所示的使另一肩494与板470接触的位 置。肩492和494用作行进止动端并可在其他实施例中省略。SMA引线82a 和82b显示为通过一对压接部496和498连接到框架板470，并且进一步通 过另一压接部499在杆484内连接在一起。应认识到的是，压接部499可以 包括电接地路径，或者，接地路径可通过可替代的导电路径设置。在操作中，本实施例的流体调节系统50通过使SMA引线82a和 82b之一通电而使杆484旋转，从而使板466在阀开启位置与关闭位置之间 移动。应认识到的是，在锥形缝464和468提供的传动中，SMA引线82a 和82b随着自髋486的半径增大而动程增加。图51-54中所示的旋转阀提供可移动板相对于静止板的旋转，应 认识到的是，可替代地，根据其他实施例，可实现板的线性致动，或者，可 实现移动板相对于静止板的线性运动和旋转运动的组合。进一步地，虽然阀 已经被描述为与移动板和静止板相连，但应认识到的是，所述阀可包括一个 或两个移动板，使得一个板相对于另一板移动以开启和关闭所述阀。虽然本发明已如上通过具有单一电池单元的单一电池进行描述，但本发明的各方面可应用于具有多电池单元的电池、和具有多电池的电池组。 例如，流体调节系统可完全或部分地设置在电池组的壳体中以选择性地开启 或关闭允许空气或其他流体通入电池组壳体中的阀。在这种情况下，每一电 池将不需要分立的流体调节系统。进一步地，流体调节系统可由电池组中的 任何一个或一组电池或所有电池供电，或由该电池组之外的其他电池供电。流体调节系统也可完全或部分地设置在由电池、多电池或电池组 供电的装置中。例如，所述阀可为预封装模块，用于不同多电池单元组尺寸。 因此，可优选地独立于流体消耗电池单元而封装阀、阀电源和控制器。流体消耗电池和流体调节系统的组合可包括模块，此模块包含流 体调节系统的全部或一部分，其中插入有一个或多个可更换流体消耗电池。 这允许重新使用至少一部分流体调节系统，从而使用户减少了单位电池成本。 所述模块可包括一个或多个流体入口并也可包括内通道、通风间或其他内部 空间以向流体提供到达电池的通路。所述模块和电池可通过任何适合的方式 保持在一起，包括使用作为所述模块一部分的电接触部而与作为电池一部分 的对应电接触部协作以防止所述模块与电池的意外分离。例如，所述模块上 的电接触部可采用突出齿片的形式以卡入包含电池电接触部的电池壳体中的 缝中。齿片可通过任何适合方式保持在所述缝中，例如通过过盈配合、 一个 或多个弹簧、机械锁定机构、以及它们的各种组合方式。所述模块和电池的 尺度、形状和电接触部可设置为允许所述模块与电池仅在适合取向时配合， 以确保正确的电接触并防止电池反接。所述;f莫块和电池中的至少 一个可具有 外接触端子，用于与安装有电池和模块组合的装置形成正确电接触。在一些 实施例中，可在不从装置中移除所述模块的情况下更换电池。虽然本发明已经在此根据其特定优选实施例进行了详细描述，但 在不背离本发明精神的情况下，本领域技术人员可以在其中实现多种修改和 变化。因此，本发明仅由所附权利要求书的范围限定，而不仅限于在此显示 的实施例的细节和方式描述。
权利要求
1. 一种电池，包括至少一个流体消耗电池单元，包括电池单元壳体，具有一个或多个流体入口，用于使流体通入所述电池单元中，第一流体消耗电极，其设置在所述电池单元壳体内，和第二电极，其设置在所述电池单元壳体内；和流体调节系统，包括阀，用于调节流体通向所述流体消耗电极的速率，该阀包括第一板和第二板，各板具有相邻的相对表面，所述第二板能够在第一平面内相对于所述第一板移动以开启和关闭所述阀，致动器，用于操作所述阀，和杆臂，附接到固定枢转部位以在平行于所述第一平面的第二平面内枢转，所述杆臂附接到所述第二板，其中，所述致动器向所述杆臂施加力以移动所述第二板。
2. 根据权利要求1的所述的电池，其中，所述致动器包括第一形 状记忆合金部件，附接到所述杆臂，用于开启所述阀；和第二形状记忆合 金，附接到所述杆臂，用于关闭所述阀。
3. 根据权利要求1的所述的电池， 所述对应的孔在所述阀开启时对准。
4. 根据权利要求1的所述的电池， 和盖。
5. 根据权利要求4的所述的电池， 体部分，所述罐具有内表面和外表面。
6. 根据权利要求5的所述的电池， 的所述外表面。
7. 根据权利要求4的所述的电池，
8. 根据权利要求1的所述的电池， 池单元壳体之内。
9. 根据权利要求1的所述的电池，其中，各板具有多个对应的孔，其中，所述电池单元壳体包括罐其中，所述第一板是所述罐的一其中，所述第二板邻近于所述罐其中， 其中所述第一板与所述罐分开。 所述第一板设置在所述电其中，所述笫一板设置在所述电池单元壳体之外。
10. 根据权利要求2的所述的电池，其中，所述杆臂包括连接到所述 第一和第二形状记忆合金部件中的至少一个的导电电路路径。
11. 根据权利要求10的所述的电池，其中，所述导电性部件连接到 所述第一和第二形状记忆合金部件，使得通过所述第一和第二形状记忆合 金部件之一的电流通过所述导电性部件。
12. 根据权利要求1的所述的电池，其中，所述第一板相对于所述至 少一个流体消耗电池单元静止。
13. 根据权利要求12的所述的电池，其中，所述杆围绕所述静止第 一板枢转并致动所述可移动的第二板。
14. 一种电池，包括 至少一个流体消耗电池单元，包括电池单元壳体，其具有一个或多个流体入口，用于使流体通 入所述电池单元中，第一流体消耗电极，其设置在所述电池单元壳体内，和第二电极，其设置在所述电池单元壳体内；和 流体调节系统，包括阀，用于调节流体通入所述流体消耗电极的速率，该阀包括 第一板和第二板，各板具有相邻的相对表面，所述第二板能够相 对于所述第一板移动以开启和关闭所迷阀，致动器，用于操作所述阀，和杆臂，其附接到固定枢转部位并附接到所述第二板，其中， 所述致动器包括向所述杆臂施加力以移动所述第二板的形状记忆 合金部件。
15. 根据权利要求14的所述的电池，其中，所述流体调节系统进一 步包括底盘，所述底盘具有可滑动地接收所述第二板的孔，其中，安装有 所述杆臂的所述固定枢转部位处于所述底盘上。
16. 根据权利要求15的所述的电池，其中，所述形状记忆合金部件 包括一对形状记忆合金引线，各引线具有连接到所述杆臂的第一端和连接 到所述底盘的第二端。
17. 根据权利要求15的所述的电池，其中，所述流体调节系统设置 在所述电池单元壳体之内。
18. 根据权利要求15的所述的电池，其中，所述流体调节系统设置在所述电池单元壳体之外。
19. 根据权利要求14的所述的电池，其中，所述电池单元壳体包括 罐和盖。
20. 根据权利要求19的所述的电池，其中，所述第一板是所述罐的 一体部分，所述罐具有内表面和外表面。
21. 根据权利要求20的所述的电池，其中，所述第二板邻近于所述 罐的所述外表面。
22. 根据权利要求19的所述的电池，其中，所述第一板与所述罐分开。
23. 根据权利要求14的所述的电池，其中，所述第一板相对于所述 至少一个流体消耗电池单元静止。
24. 根据权利要求23的所述的电池，其中，所述杆臂附接到所述静 止第一板上的固定枢转部位。
全文摘要
一种流体消耗电池(10)设置有流体调节系统(50)，用于调节进入电池中的流体。电池(10)包括流体消耗电池单元(20)，其包含电池单元壳体，电池单元壳体具有流体入口，用于使流体通入电池单元壳体中。第一流体消耗电极和第二电极设置在电池单元壳体内。流体调节系统(50)包括具有邻近设置的移动板(66)和固定板(62)的阀。移动板和固定板均具有流体入口(68，64)，这些流体入口在阀开启位置对准并在阀关闭位置不对准。流体调节系统(50)还包括致动器，致动器孔包括一个或多个形状记忆合金(SMA)部件(82a，82b)，用于使移动板(66)相对于固定板(62)移动以开启和关闭所述阀。
文档编号H01M12/06GK101438455SQ200780013084
公开日2009年5月20日 申请日期2007年4月11日 优先权日2006年4月11日
发明者J·C·拜利, J·M·索默维尔, R·A·兰根 申请人:永备电池有限公司;科技合伙有限公司