具有流体调节系统的流体消耗电池组技术方案

本发明专利技术是电化学电池组电池，其具有流体消耗电极（例如氧还原电极）和流体调节系统。该流体调节系统包括用于调节流体进入流体消耗电极的通过速率的阀门。通过激励器对其进行操作，该激励器对施加在该激励器上的电势变化做出响应（例如，通过变形），以打开或关闭阀门。施加的电势可以是电池电势或调节电势。施加在激励器上的电势可以根据流体消耗电极上的流体多少的需要而改变。阀门可以容纳在电池外壳之内，例如在流体消耗电极和电池外壳中的一个或多个流体入口之间，或者其可以位于电池外壳之外。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
本专利技术涉及用于控制流体(例如气体)流入和流出具有流体消耗电极的电化学电池组和电池的速率的流体调节系统，以及其中使用该流体调节系统的电池组和电池，特别是空气去极化的、空气辅助的和燃料电池和电池组。使用来自电池外部的流体(例如氧气和其它气体)作为活性物质制备电能的电化学电池组电池(例如空气去极化的、空气辅助的和燃料电池电池组电池)可以用于为各种便携式电子设备提供电能。例如，空气进入空气去极化或空气辅助的电池中，在其中其可以用作正极活性材料或者可以为其再充电。该氧还原电极促使氧气和电池电解质发生反应，而且最终用氧气氧化负极活性材料。在该氧还原电极中促使氧气与电解质发生反应的材料通常被称为催化剂。然而，在氧还原电极中所用的一些材料并不是真的催化剂，因为其能够被至少部分还原，特别是在相对较高速率的放电期间。一种类型的空气去极化电池是锌/空气电池。这种电池使用锌作为负极活性材料，且具有含水的碱性(例如KOH)电解液。可以在锌/空气电池的空气电极中使用的氧化锰能够在负极活性材料氧化的同时发生电化学还原，特别是当进入空气电极的氧气的扩散速率不足时。然后这些氧化锰会在较低速率的放电或停止期间被氧气再氧化。空气辅助电池是包含可消耗的正极和负极活性材料以及氧还原电极的混合电池。正极可以维持高放电速率较长的时期，但在较低或不放电期间，通过氧还原电极氧气会部分为正极再充电，因此氧气可以用于总电池放电容量的重要部分。这意味着可以降低置于电池中的正极活性材料的量，并且可以提高负极活性材料的量，以提高总电池容量。在美国专利号6383674和美国专利号5079106中公开了空气辅助电池的实例。空气去极化、空气辅助和燃料电池的优点是其较高的能量密度，这是由于至少一个电极的至少部分活性材料来自电池外部的流体(例如气体)或由其再生。-->这些电池的缺点在于其能够具有的最大放电速率会由氧气可以进入该氧还原电极的速率所限制。在过去，为了提高氧气进入氧还原电极的速率和/或为了控制会造成浪费反应的不需要的气体(例如二氧化碳)的进入速率以及分别会填充电池中用于容纳增加体积的放电反应产物的孔隙空间或使电池变干的水的进入和损失速率(取决于电池内外的相对水蒸气分压)，进行了很多努力。这些方法的实例可以见于美国专利号6558828、美国专利号6492046、美国专利号5795667、美国专利号5733676、美国专利公开号2002/0150814和国际专利公开号WO02/35641。然而，改变这些气体其中一种的扩散速率通常也会影响到其它。即使为了对较高的氧气扩散速率和较低的CO2和水扩散速率的需求进行平衡，也仅取得了有限的成功。在较高的放电速率下，使足够的氧气进入氧还原电极是更重要的，但在较低的放电速率期间和在电池不处于使用状态的期间，使CO2和水的扩散最小化的重要性就会增加。为了只在较高速率的放电期间使进入电池的气流增大，已经使用了风扇将空气吹入电池中(例如美国专利号6500575)，但风扇及对其的控制会增加制备成本和复杂性，而且风扇，甚至是微风扇，都会在单个电池、多电池电池组和装置中占据可观的体积。已经提出的另一种方法是使用阀门控制进入电池的空气量(例如美国专利6641947和美国专利公开号2003/0186099)，但需要外部装置(例如风扇和/或相对复杂的电子装置)来操作阀门。另一种方法已经在氧还原电极和外部环境之间使用不透水的膜，其具有由于空气压差而打开和关闭的活叶，所述空气压差例如源自在电池放电时由于对氧气的消耗(例如参见美国专利公开号2003/0049508)。然而，压差会很小，而且会被电池组外部的大气条件影响。由于如上所述，本专利技术的目的在于提供具有至少一个带有流体消耗电极(例如氧还原电极)的电池的电池组，具有可使电池在低速和不放电期间具有高放电速率同时容量损失最小的流体调节系统。本专利技术的另一目的在于提供具有带有流体消耗电极的电池的电池组，该流体消耗电极具有对为了支持电池以各种速率放电而对流体的相对需求进行响应的气体调节系统。本专利技术的另一个目的在于提供用于具有流体消耗电极的电池组的-->流体调节系统，其消耗很少或不消耗电池放电容量来运行所述流体调节系统。本专利技术的另一个目的在于提供具有流体调节系统的电池和电池组，其生产成本经济，并需要在电池或电池组中占据很少或不占据任何额外体积。
技术实现思路
通过在电池组中使用流体调节系统来调节流体可以进入流体消耗电极的速率，满足了上述目的并克服了现有技术中的上述缺点。该调节系统对电池电势的变化响应。将电势施加于激励器元件上，其会经过非均匀的体积变化，导致根据电池电势的变化使阀门打开和关闭。因此，本专利技术的一方面是具有流体调节系统和至少一个流体消耗电池的电池组。该电池包括第一流体消耗电极、第二电极和电池外壳，该电池外壳具有一个或多个用于流体进入电池的流体入口。该流体调节系统包括至少一个阀门，用于调节流体进入流体消耗电极的通过速率；和至少一个激励器，用于操作该阀门。该激励器具有如下元件，当施加于该元件上的电势改变时，由于该元件内部电荷分布的变化，其尺寸能够不均匀变化。本专利技术的第二方面是具有流体调节系统和至少一个流体消耗电池的电池组。该电池包括第一流体消耗电极、第二电极和电池外壳，该电池外壳具有一个或多个用于流体进入电池的流体入口。该流体调节系统包括至少一个用于调节流体进入流体消耗电极的通过速率的阀门和至少一个用于操作该阀门的激励器。该激励器具有如下元件，当施加于该元件上的电势改变时，由于该元件内部电荷分布的变化，其尺寸能够不均匀变化。该阀门包括两个板，各板具有相对的主表面，板彼此相邻设置，使一块板的主表面朝向另一块板的主表面。该阀门具有关闭位置和打开位置，当阀门至少处于关闭位置时，该阀门板通过磁力彼此抵靠。参照下面的说明书、权利要求和附图，本领域的技术人员会对本发明的这些和其它特征、优点和目的得到进一步的理解和认识。除非特别指出，以下定义和方法用于此处：●电池内部元件(例如空气电极或隔板)的空气侧或表面是朝向电池内部空气分布空间的侧或表面；-->●对象的尺寸变化包括对象的长度、宽度、深度、形状和体积至少之一的变化；●流体消耗电极是使用来自电池外壳以外的流体作为活性材料的电极；和●非引流阀是指不是用于使流体进入电池的装置(例如风扇或泵本文档来自技高网...

【技术保护点】
电池组，包括流体调节系统和至少一个流体消耗电池；该电池包括第一流体消耗电极、第二电极和电池外壳，该电池外壳包括一个或多个用于流体进入电池的流体入口；其中该流体调节系统包括：至少一个阀门，用于调节流体进入流体消耗电极的通过速率；和至少一个激励器，用于操作该阀门，其中该至少一个激励器包括如下元件：在施加于该元件上的电势改变时，由于该元件内电荷分布的变化，该元件能够发生不均匀的尺寸变化。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.电池组，包括流体调节系统和至少一个流体消耗电池；该电池包
括第一流体消耗电极、第二电极和电池外壳，该电池外壳包括一个或多
个用于流体进入电池的流体入口；其中该流体调节系统包括：
至少一个阀门，用于调节流体进入流体消耗电极的通过速率；和
至少一个激励器，用于操作该阀门，其中该至少一个激励器包括如
下元件：在施加于该元件上的电势改变时，由于该元件内电荷分布的变
化，该元件能够发生不均匀的尺寸变化。
2.权利要求1的电池组，其中该至少一个激励器选自电容激励器、
电感激励器和静电激励器。
3.权利要求2的电池组，其中该至少一个激励器为电容激励器。
4.权利要求2的电池组，其中该至少一个激励器为电感激励器。
5.权利要求1的电池组，其中该流体调节系统进一步包括用于控制
施加于激励器元件上的电势的控制器。
6.权利要求1的电池组，其中该电池组包括两个或多个流体消耗电
池。
7.权利要求6的电池组，其中各阀门和各激励器仅与电池之一相
关。
8.权利要求7的电池组，其中该流体调节系统进一步包括至少一个
用于控制施加于激励器元件上的电势的控制器。
9.权利要求7的电池组，其中各控制器仅与电池之一相关。
10.权利要求7的电池组，其中施加于各激励器元件上的电势与该
电池的电势相等。
11.权利要求7的电池组，其中用于操作各阀门的电源是与该阀门
相关的电池。
12.电池组，包括流体调节系统和至少一个流体消耗电池；该电池
包括第一流体消耗电极、第二电极和电池外壳，该电池外壳包括一个或
多个用于流体进入电池的流体入口；而且该流体调节系统包括至少一个
用于调节流体进入流体消耗电极的通过速率的阀门和至少一个用于操
作该至少一个阀门的激励器，其中：
该至少一个激励器包括如下元件，当施加于该元件上的电势改变
时，由于该元件内部电荷分布的变化，该元件能够发生不均匀的尺寸变
-->化；
该至少一个阀门包括第一和第二板，各板具有相对的第一和第二主
表面，板彼此相邻设置，使第一板的第一主表面朝向第二板的第一主表
面；<...

【专利技术属性】
技术研发人员：JC拜利，
申请(专利权)人：永备电池有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]