金属空气电池制造技术

本发明专利技术涉及一种金属空气电池(1)，其包括：外壳(2)，中空圆柱形阴极(7)，其布置在所述外壳(2)中位于空气室(9)和电解液室(10)之间，金属的阳极(11)，其布置在所述电解液室(10)中，穿过所述外壳(2)的空气路径(14)，所述空气路径(14)从所述外壳(2)的空气入口(15)通向所述外壳(2)的空气出口(16)，用于产生气流的空气供给装置(20)，所述气流跟随所述空气路径(14)冲击所述阴极(7)，穿过所述外壳(2)的电解液路径(17)，所述电解液路径(17)从所述外壳(2)的流体地连接至所述电解液室(10)的电解液入口(18)通向所述外壳(2)的流体地连接至所述电解液室(10)的电解液出口(19)，以及用于产生电解液流的电解液供给装置(21)，所述电解液流跟随所述电解液路径(17)冲击所述阳极(11)和所述阴极(7)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及金属空气电池，特别是涉及铝空气电池。本专利技术还涉及包括至少两个这样的电池的电池系统。另外，本专利技术涉及配备有至少一个这样的电池或者至少一个这样的电池系统的配备电动机的车辆。最后，本专利技术涉及操作这样的电池的方法。
技术介绍
金属气体电池通常为初级电池，即，不能充电的伽凡尼电池(galvaniccell)，其通过相应的金属与空气氧化的化学反应而产生特定的电压。这样的初级电池也能够被称作燃料电池。与初级电池相反，二次电池，即所谓的蓄电池是可充电的。从WO2012/156972A1已知用于锌空气电池的示例性结构。从WO2013/150519A1已知用于在可充电电池中重复使用的锌电极。从WO2013/128445A1已知一种金属空气电池，其中，消耗的燃料，即，锌，通过液化剂的帮助而排放。从WO2013/150520A1已知一种金属空气电池，其为了将电池转换为待机模式而通过清洗液辐射电解液。从WO2013/150521A1已知一种金属空气电池，其根据需要更新电解液。从WO2014/009951A1已知以通过对金属电池和相应的蓄电池的电源要求的分配而实现电源要求改变的方式将金属电池与可充电能量储存装置连接，即，与蓄电池连接。由此，金属电池通过蓄电池缓冲，并且由于电源波动能够通过蓄电池抵消，所以金属电池能够被相对持续地操作。从DE112010002707T5、DE112009000223T5、DE102011002549A1、DE102013107033A1以及DE2417571A1已知用于可充电电池的控制。对于在电动车辆中的使用金属空气电池能够是高度令人感兴趣的，因为它们具有非常高的化学能量密度。通过这样的金属空气电池的帮助，相比于蓄电池，电动车的行驶范围能够因此被显著地增加。金属空气电池的情况下产生的问题是电源控制的实现，这使得动态适应成为可能，以适合电能的车辆，所述电能能够通过金属空气电池的帮助被供给至车辆当前所需的电能。在具有电动机驱动的车辆的情况下，所需的电能经受通常从非静止驱动操作产生的波动。如果金属空气电池被设计为用于高输出，则甚至在特别是当只需要相对小的输出时电池的寿命被缩短。因此，通常需要例如连同作为电源缓冲的蓄电池的复杂的电源控制。
技术实现思路
本专利技术解决如下问题：提出一种用于金属空气电池的、或者用于相关操作方法的、或者用于配备有这样的金属空气电池的车辆的改进的实施例，其特征特别是在于电池的高效率和长使用寿命。而且，期望电池的对于变化的电源需要的简单的适应性。根据本专利技术，该问题通过独立权利要求的主题解决。有益的实施例为从属权利要求的主题。关于金属空气电池，本专利技术基于如下的主要构思：在中空圆柱形的阴极中布置金属的阳极，所述阴极转而布置在电池的外壳中。在径向上电解液空间位于阳极和阴极之间。在径向上空气空间位于阴极和外壳之间。由此，获得了非常紧凑的电池结构，其结果是，能够实现高的功率密度。而且，该结构一方面对于电解液且另一方面对于空气使得特别有利的流动路径成为可能。因此，设置有穿过外壳的空气路径，其从流体地连接至空气室的外壳的空气入口通向流体地连接至空气室的外壳的空气出口。在空气供给装置的帮助下，因此能够产生跟随空气路径且冲击阴极的气流。而且，设置有穿过外壳的电解液路径，其从流体地连接至电解液室的外壳的电解液入口通向流体地连接至电解液室的外壳的电解液出口。在电解液供给装置的帮助下，现在能够产生跟随电解液路径且冲击阳极和阴极的电解液流。通过外壳、空气室、阴极、电解液室以及阳极的共轴布置，对于空气路径和电解液路径能够实现低流动阻力，以便一方面对于沿着空气路径的空气且另一方面对于沿着电解液路径的电解液能够实现特别大的容积流量。因此，特别容易地在阴极上能够补充足够的氧气。在阳极上，能够额外地补充足够的未使用的电解液并且排出消耗的电解液。在本文中被流体“冲击”的主体意味着不管流体是否通过正压被供给或者通过负压被吸入，相应的流体接触主体。而且特别地能够构造空气供给装置使得空气的沿着空气路径的容积流量可调节，即，在相对大的范围中可变化。同样地，能够容易地构造电解液供给装置使得电解液的容积流量可调节，即，在相对大的范围中可变化。以这种方式，在金属空气电池上能够分出的电源特别通过使电解液流变化而能够容易地液压地调节和/或通过使气流变化而能够容易地气压地调节。根据优选的实施例的金属空气电池被构造为铝空气电池，使得阳极包括暴露至电解液的、包括铝合金或由铝合金组成的阳极主体。根据有益的实施例，能够设置用于运转金属空气电池的控制装置，其一方面电连接至空气供给装置并且另一方面电连接至电解液供给装置。现在能够对控制装置进行构造或编程，使得作为金属空气电池的当前电源要求的功能，其激活用于产生适于该电源要求的气流的空气供给装置和/或激活用于产生适于该电源要求的电解液流的电解液供给装置。使电解液的容积流量变化和/或能够从金属空气电池分出的电源能够变化。由于空气和/或电解液的容积流量能够相对容易且相对快速地在相对宽的范围中变化，所以能够从金属空气电池分出的电源能够通过再次引入的步骤而相对快速地适应当前要求的电源。特别地，设置在金属空气电池上且能够分出的电源通过降低空气流和/或电解液流也能够在短时间内适应低的电源要求，其结果是，金属空气电池的使用寿命能够被显著地延长。在此引入的开环或闭环电源控制液压地或液气压地运转。特别地，将当前的电源要求作为设定点值并且将在金属空气电池的电或产生电流的接点上测量的电源进行作为实际值进行考虑，控制装置能够实现闭环电源控制。通过设定点-实际值的比较，控制装置能够因此跟踪用于电解液和/或用于空气的容积流量。根据另一个有益的进一步的发展，能够对控制装置进行构造或编程，使得作为当前电源要求的功能其激活用于产生适于该电源要求的电解液流的电解液供给装置，并且激活用于产生适于已适应的电解液流的空气流的空气供给装置。换言之，控制装置起初在第一步骤中确定当前的电源要求所需的电解液的容积流量并且因此激活电解液供给装置。在几乎能够与前述的第一步骤同时进行的第二步骤中，控制装置依据已确定的电解液容积流量确定为此目的所需的空气容积流量并且因此激活空气供给。通过另一个有益的进一步的发展，能够提供的是，对控制装置进行构造或编程，使得其激活用于排空用于切断金属空气电池的电解液的电解液路径。通过这样的电解液路径的排空，特别是电解液室的排空，金属空气电池中的阳极与电解液之间的化学反应被完全中断，其结果是，大大地减少了阳极的分解或者溶解。因此延长了电池的使用寿命。通过另一个有益的实施例，阳极能够绕其纵向中心轴线在外壳上可旋转地旋转。通过阳极的相对外壳的旋转，能够实现阳极的相对于静止的外壳的旋转。在此，阳极也相对于阴极旋转，所述阴极相对于外壳可旋转地固定。旋转的阳极改善了关于具有电解液的阳极的流动循环。同时，反应产物由于离心力而能够更好地从阳极分离，所述阳极扩大了用于电解的阳极的表面积。假设阳极可旋转地布置在外壳上，原则上能够设置例如通过电动机的对应的旋转驱动，从而使阳极旋转。可替换地，能够提供的是，阳极被构造，使得阳极的旋转驱动电解液路径中的电解液。这赋予了额外的功能。在此，进一步的发展是特别有益的，其本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属空气电池，‑具有外壳(2)，‑具有至少一个中空圆柱形阴极(7)，其布置在所述外壳(2)中位于空气室(9)和电解液室(10)之间，‑具有至少一个金属的阳极(11)，其布置在所述电解液室(10)中，‑具有穿过所述外壳(2)的空气路径(14)，其从所述外壳(2)的流体地连接至所述空气室(9)的空气入口(15)通向所述外壳(2)的流体地连接至所述空气室(9)的空气出口(16)，‑具有用于产生气流的空气供给装置(20)，所述气流跟随所述空气路径(14)冲击所述阴极(7)，‑具有穿过所述外壳(2)的电解液路径(17)，其从所述外壳(2)的流体地连接至所述电解液室(10)的电解液入口(18)通向所述外壳(2)的流体地连接至所述电解液室(10)的电解液出口(19)，‑具有用于产生电解液流的电解液供给装置(21)，所述电解液流跟随所述电解液路径(17)冲击所述阳极(11)和所述阴极(7)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.04.29 DE 102014208044.41.一种金属空气电池，-具有外壳(2)，-具有至少一个中空圆柱形阴极(7)，其布置在所述外壳(2)中位于空气室(9)和电解液室(10)之间，-具有至少一个金属的阳极(11)，其布置在所述电解液室(10)中，-具有穿过所述外壳(2)的空气路径(14)，其从所述外壳(2)的流体地连接至所述空气室(9)的空气入口(15)通向所述外壳(2)的流体地连接至所述空气室(9)的空气出口(16)，-具有用于产生气流的空气供给装置(20)，所述气流跟随所述空气路径(14)冲击所述阴极(7)，-具有穿过所述外壳(2)的电解液路径(17)，其从所述外壳(2)的流体地连接至所述电解液室(10)的电解液入口(18)通向所述外壳(2)的流体地连接至所述电解液室(10)的电解液出口(19)，-具有用于产生电解液流的电解液供给装置(21)，所述电解液流跟随所述电解液路径(17)冲击所述阳极(11)和所述阴极(7)。2.根据权利要求1所述的电池，其特征在于用于操作所述金属空气电池(1)的控制装置(22)，其电连接至所述空气供给装置(20)和所述电解液供给装置(21)，其中所述控制装置(22)被构造和/或编程，使得作为所述金属空气电池(1)的当前电源要求的功能其激活所述空气供给装置(20)以产生适于该电源要求的气流和/或激活所述电解液供给装置(21)以产生适于该电源要求的电解液流。3.根据权利要求2所述的电池，其特征在于所述控制装置(22)被构造和/或编程，使得作为所述电源要求的功能其激活所述电极液供给装置(21)以产生适于该电源要求的电解液流并激活所述空气供给装置(20)以产生适于适合的电解液流的空气流。4.根据权利要求2或3所述的电池，其特征在于所述控制装置(22)被构造和/或编程，使得为了关闭所述金属空气电池(1)其激活所述电解液供给装置(21)以将电解液的所述电解液路径(17)排空。5.根据权利要求1至4中任一项所述的电池，其特征在于所述阳极(11)绕其纵向中心轴线(13)可旋转地安装在所述外壳(2)上。6.根据权利要求5所述的电池，其特征在于设置有用于旋转地驱动所述阳极(11)的旋转驱动器(56)。7.根据权利要求6所述的电池，其特征在于所述阳极(11)被构造，使得所述阳极(11)的旋转驱动所述电解液路径(17)中的所述电解液。8.根据权利要求7所述的电池，其特征在于所述阳极(11)在其暴露至所述电解液室(10)的外侧(36)包括通过旋转的阳极(11)驱动所述电解液的流动引导结构(37)。9.根据权利要求5所述的电池，其特征在于所述电解液路径(17)被引导通过所述阳极(11)，使得所述电解液流旋转地驱动所述阳极(11)。10.根据权利要求9所述的电池，其特征在于所述电解液入口(18)在所述电解液室(10)的第一端区域上布置为与所述电解液室(10)相切，同时所述电解液出口(19)布置在所述电解液室(10)的第二端区域上。11.根据权利要求9或10所述的电池，其特征在于所述阳极(10)在其暴露至所述电解液室(10)的外侧(36)包括当所述阳极(11)被所述电解液流冲击时向所述阳极(11)传递转矩的流动引导结构(37)。12.根据权利要求1至11中任一项所述的电池，其特征在于所述阳极(11)被构造为圆柱形，并且机械且电地连接至金属的支撑板(26)。13.根据权利要求12所述的电池，其特征在于所述支撑板(26)经由轴向轴承(27)绕所述阳极(11)的纵向中心轴线(13)可旋转地安装在所述外壳(2)上。14.根据权利要求13所述的电池，其特征在于所述金属空气电池(1)在所述阳极侧的电源接点(29)形成在所述轴向轴承(27)上。15.根据权利要求13或14所述的电池，其特征在于所述轴向轴承(27)包括减摩擦金属环(...

【专利技术属性】
技术研发人员：彼得·恩勒特，
申请(专利权)人：马勒国际有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE