專利名稱：使用薄膜或風(fēng)箱之金屬－空氣電池的空氣管理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的發(fā)明領(lǐng)域系有關(guān)于藉一激勵(lì)空氣移動(dòng)裝置提供反應(yīng)氣體的型式的金屬-空氣電池，尤其是與一空氣移動(dòng)裝置有關(guān)，其中該空氣移動(dòng)裝置使用一薄膜或風(fēng)箱以使空氣可進(jìn)出一或多個(gè)開口，或者是使空氣從一入口流動(dòng)到出口處。
背景技術(shù)：
一般來(lái)說(shuō)，如鋅-空氣電池單元這樣的金屬-空氣電池單元使用一或多個(gè)空氣可透過(guò)的陰極，此陰極由液態(tài)電解液與一金屬鋅陽(yáng)極分開。在電池單元工作期間，來(lái)自周圍空氣的氧氣在一或多個(gè)陰極中轉(zhuǎn)換產(chǎn)生氫氧離子。然后該金屬鋅陽(yáng)極由氫氧離子氧化。在電化反應(yīng)中產(chǎn)生水及電子并提供電力。
起初，金屬-空氣電池單元只有限商業(yè)應(yīng)用于一些裝置，如可使用在助聽器上，其需要相當(dāng)?shù)偷墓β?。在這些電池單元中，允許空氣進(jìn)入空氣陰極的空氣開口相當(dāng)小，使得電池單元由于外部相對(duì)濕度及電池單元內(nèi)的水蒸氣壓力之間典型的差異，在不發(fā)生浸潤(rùn)或干枯(flooding or dryingout)下可工作一段時(shí)間。但是，此電池單元的功率輸出太低而沒有辦法操作如數(shù)碼相機(jī)(camcorder)，移動(dòng)電話或膝上型計(jì)算機(jī)之類的裝置。而且，將典型的“鈕扣電池單元”的空氣開口放大并不實(shí)際，因?yàn)閷⒂捎诮?rùn)或干枯而縮短使用壽命。
為了增加金屬-空氣電池單元中的功率輸出，使得可使用在如數(shù)碼相機(jī)，移動(dòng)電話，或膝上型計(jì)算機(jī)的操作裝置中，開發(fā)了空氣管理器使提供反應(yīng)性空氣流動(dòng)予一或多個(gè)金屬-空氣電池單元的空氣陰極，而在不需要有任何的輸出時(shí)將該金屬-空氣電池單元與周圍空氣及濕度相間隔開。與傳統(tǒng)上使用的電化功率源比較下，包含管理器的金屬-空氣電池單元提供相當(dāng)高的功率輸出，以及長(zhǎng)的使用年限，而且重量相對(duì)地輕。這些優(yōu)點(diǎn)一部份乃因?yàn)樵摻饘?空氣電池單元使用來(lái)自周圍空氣的氧氣作為在電化反應(yīng)中的反應(yīng)劑，而不必需如金屬或金屬化合物的較重材料。此管理器的例子可參見美國(guó)專利號(hào)4,913,983、5,356,729以及5,691,074。
但是，大部份空氣管理器的缺點(diǎn)為其使用的空氣移動(dòng)裝置，典型地為一風(fēng)扇或空氣泵，其裝置占據(jù)相當(dāng)大的空間，否則可使用于延長(zhǎng)電池壽命的電化反應(yīng)。減少空間來(lái)試圖提供小尺寸的，如AA圓柱尺寸的金屬-空氣電池單元提出一項(xiàng)重大的挑戰(zhàn)，該尺寸現(xiàn)今在許多電子裝置中作為標(biāo)準(zhǔn)的尺寸使用。
除了體積大外，在金屬-空氣電池中使用的空氣移動(dòng)裝置也耗損儲(chǔ)存在金屬-空氣電池單元中的能量，否則這些能量可作為向負(fù)載輸出的功率。用于控制空氣管理器的復(fù)雜電子裝置可增加此儲(chǔ)存能量的使用，而且，大部份使用在金屬-空氣電池單元中的空氣移動(dòng)裝置在低壓下分配空氣至陰極充氣室，必需限定通過(guò)陰極表面的所有區(qū)域的流動(dòng)通道以均勻分配空氣予整個(gè)陰極表面。因此，帶動(dòng)補(bǔ)充空氣的功能及混合和分配電池內(nèi)空氣的功能已分開。在金屬-空氣電池單元中作為空氣移動(dòng)裝置的風(fēng)扇的另一項(xiàng)缺點(diǎn)為產(chǎn)生雜音，其雜音將使得諸如移動(dòng)電話裝置的使用者沮喪。
結(jié)果，金屬-空氣電池單元的關(guān)鍵性優(yōu)點(diǎn)為由空氣電極的低重量產(chǎn)生的高能量密度，此優(yōu)點(diǎn)卻為用于一有效空氣管理器所需要的空間和功率及產(chǎn)生的噪聲所抵消。
因此，在技術(shù)中需要有一種空氣管理器，其包含一空氣移動(dòng)裝置，此空氣移動(dòng)裝置占據(jù)較小的使用于電池化學(xué)作用的體積，對(duì)當(dāng)不從金屬-空氣電池單元中取出電力時(shí)用于隔離空氣電極的先進(jìn)系統(tǒng)，該裝置相當(dāng)安靜，在陰極充氣室中不需要復(fù)雜的擋板裝置(baffle system)以分配空氣，只要相當(dāng)簡(jiǎn)單的控制，且耗損的功率相當(dāng)?shù)汀?br> 發(fā)明概述本發(fā)明提供一種用于金屬-空氣電池單元的改進(jìn)的空氣移動(dòng)裝置，其只占據(jù)電池化學(xué)作用需用的少量的體積，當(dāng)沒有從金屬-空氣電池單元對(duì)功率時(shí)本裝置適于作隔離空氣電極的先進(jìn)系統(tǒng)，而且能在相對(duì)低的功率耗損下發(fā)出高速度空氣移動(dòng)。
依據(jù)本發(fā)明的設(shè)計(jì)理念，本發(fā)明的目的用提供一種空氣移動(dòng)裝置來(lái)完成，它以移動(dòng)空氣交替進(jìn)出一通道而將周圍空氣提供予金屬-空氣電池單元的空氣電極，該通道系從該空氣電極延伸向外部環(huán)境。
在一優(yōu)選實(shí)施例中，空氣移動(dòng)裝置為一薄膜或由一線性致動(dòng)器(linearactuator)移動(dòng)的風(fēng)箱，如電磁振蕩器或一形狀記憶合金線。這些可以是一或多個(gè)通道，最好包含一隔離通道，諸如細(xì)長(zhǎng)管形狀，可使當(dāng)空氣移動(dòng)裝置不運(yùn)作時(shí)，防止空氣流動(dòng)到空氣電極，甚至當(dāng)管沒有封住時(shí)也一樣。在此實(shí)施例中，帶動(dòng)補(bǔ)充空氣的功能與用于金屬-空氣電池單元空氣之循環(huán)及混合的功能結(jié)合，其方式為使得補(bǔ)充空氣流具有足夠的壓力及速度以提供混合及循環(huán)。補(bǔ)充空氣的進(jìn)入點(diǎn)可加以定位，使利用沿?cái)U(kuò)散的空氣流的慣性力及熱力以執(zhí)行循環(huán)及混合功能。而且，本實(shí)施例中的空氣移動(dòng)裝置可具有相當(dāng)簡(jiǎn)單的控制及功率耗損要求，只使用儲(chǔ)存在電池中少于5％的能量。尤其是，當(dāng)致動(dòng)器為一形狀記憶線或電磁振蕩器，提供固定的電壓及附帶的電壓轉(zhuǎn)換必需的控制及需要運(yùn)轉(zhuǎn)風(fēng)扇及鼓風(fēng)機(jī)的調(diào)節(jié)均可省掉。
依據(jù)本發(fā)明其它的設(shè)計(jì)理念，本發(fā)明提供一往復(fù)運(yùn)動(dòng)的隔膜以移動(dòng)空氣，一或多個(gè)通風(fēng)通道，其延伸過(guò)該隔膜且可經(jīng)運(yùn)作以提供外部空氣予金屬-空氣電池單元如同隔膜往復(fù)運(yùn)動(dòng)一樣。該通風(fēng)通道可為一管路，其一端連接在隔膜的開口，該管路與該隔膜一起往復(fù)運(yùn)動(dòng)。在一較佳實(shí)施例，該隔膜為一起伏形膜。
依據(jù)本發(fā)明其它的設(shè)計(jì)理念，本發(fā)明提供一用于金屬-空氣能源的通風(fēng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有一或多個(gè)電池單元，各電池單元包含一空氣電極，且至少一通過(guò)對(duì)立表面之間的空氣通道。各表面限定一通過(guò)它的開口，通過(guò)該表面的開口彼此相間隔開。該通道可通過(guò)足夠的空氣以使得當(dāng)與一運(yùn)行的空氣移動(dòng)裝置一起時(shí)，可運(yùn)行該電池單元，且在通道不密封，而且不受該運(yùn)行的空氣移動(dòng)裝置影響下可繼續(xù)運(yùn)行以限制流過(guò)通道的氣流，以保護(hù)該電池單元。最好，該相對(duì)的表面之一為一可移動(dòng)薄膜，且空氣移動(dòng)裝置包含薄膜及一用于往復(fù)運(yùn)動(dòng)薄膜的致動(dòng)器。當(dāng)空氣移動(dòng)裝置不往復(fù)運(yùn)動(dòng)薄膜時(shí)，將薄膜定位在緊鄰該另一對(duì)面的靜止位置上。在此靜止位置上，為了實(shí)際上的目的，最好表面接觸于對(duì)應(yīng)開口之間的區(qū)域，其中心最好沿該表面間隔一段至少為開口直徑1.5倍的距離。該表面不一定要接觸，只要開口分開夠遠(yuǎn)的話即可，取決于表面之間的間距大小而定，以阻滯空氣通過(guò)開口之間，如同由上述隔離通道提供的結(jié)果一般。
依據(jù)本發(fā)明的另一設(shè)計(jì)理念，本發(fā)明提供一金屬-空氣電池，此電池包含一圓柱形外殼，此外殼含有一對(duì)金屬-空氣電池單元及一對(duì)相對(duì)的由一般呈矩形的陰極空氣充氣室間隔開的空氣陰極，及一空氣管理器，此空氣管理器包含一由陰極空氣充氣室限定在該外殼內(nèi)的空氣通道，該陰極空氣充氣室在外殼的一端連接到一位在外殼之弦(chordal)壁面及圓柱形壁面之間所形成的返回充氣室中。一空氣移動(dòng)裝置可運(yùn)行來(lái)使得空氣流軸向流過(guò)陰極充氣室，及反方向軸向流過(guò)返回充氣室。該外殼更進(jìn)一步包含一空氣入口，最好為一隔離管，提供外部空氣予該空氣移動(dòng)裝置，及一空氣出口，最好為一隔離管，可將流過(guò)返回充氣室中至少一部份的空氣流到電池的外部。該空氣移動(dòng)裝置可為一在與陰極充氣室相對(duì)齊的周向?qū)Ъ?nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的薄膜。
依據(jù)本發(fā)明的設(shè)計(jì)理含，本發(fā)明在一金屬-空氣電池中提供一空氣管理器；一入口和一出口；一安裝在空氣通道中的微振蕩器；及一薄膜空氣泵。此電池包含一外殼，此外殼內(nèi)有一或多個(gè)金屬-空氣電池單元，各金屬-空氣電池單元有一空氣電極。該空氣管理器包含一位在該外殼內(nèi)的空氣通道及此通道延伸鄰近到該金屬-空氣電池單元之空氣電極處；該入口及出口，各延伸在該空氣通道及外殼外部之間；該泵連接到該微振蕩器中，該微振蕩器使薄膜振動(dòng)以使得空氣沿入口及出口之間的空氣通道流動(dòng)。該微振蕩器可令薄膜在20000Hz或更大的頻率下振蕩，該頻率大于一般人耳可聽到的頻率。該電池也形成一再循環(huán)通道，其設(shè)置位置使得一部份在空氣通道中流動(dòng)的空氣旁路該出口。
在本實(shí)施例的優(yōu)選型式中，電池包含一對(duì)金屬-空氣電池單元及一對(duì)相面對(duì)的空氣陰極，其由一般為矩形的空氣充氣室間隔開，包含了圓柱形外殼的中心軸。陰極電流收集器延伸將空氣充氣室分開，該空氣信通為由該陰極電流收集器限定的U形空間，成為其跨過(guò)該充氣室的路程之一部份。
依據(jù)本發(fā)明的另一設(shè)計(jì)理念，本發(fā)明提供一用于金屬-空氣電池的空氣移動(dòng)裝置，其中該電池包含一或多個(gè)金屬-空氣電池單元，該空氣移動(dòng)裝置包含一韌性膜片，一延伸過(guò)該膜片至少一部分并附于它的葉彈簧，一形狀記憶線，其兩端部連接葉彈簧，使得當(dāng)該線在松弛狀態(tài)下可沿葉彈簧松弛地置于其上；及一電路，此電路視需要連接該線的端部位到電池單元中，以將電流導(dǎo)引通過(guò)該線，導(dǎo)致該線收縮，且因此彎曲該葉彈簧，使得薄膜變形來(lái)讓在電池內(nèi)的空氣流動(dòng)。
本發(fā)明多種不同實(shí)施例中的空氣移動(dòng)裝置和空氣通道提供改進(jìn)的空氣管理器，其可使用在包含一或多個(gè)金屬-空氣電池單元的金屬-空氣電池中。從上述的說(shuō)明中了解，本發(fā)明大部份的設(shè)計(jì)理念可應(yīng)用在單個(gè)的金屬-空氣電池單元或多個(gè)電池單元的電池中及應(yīng)用在棱形的及圓柱形的金屬-空氣電池單元及電池中。
由下文中的說(shuō)明并參考附圖及所附的權(quán)利要求書可更進(jìn)一步了解本發(fā)明的目的、特征及優(yōu)點(diǎn)。


圖1為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的圓柱形金屬-空氣電池的分解圖。
圖2為沿圖1之線2-2所示之軸向截面圖。
圖3為沿圖2之線3-3所示之徑向截面圖。
圖4為圖1-3電池單元之內(nèi)部的仰視圖，其中已去除包封匣底部。
圖5為依據(jù)本發(fā)明之金屬-空氣電池單元第二實(shí)施例的軸向截面圖。
圖6為圖4之金屬-空氣電池單元的局部截面圖，其中顯示在不動(dòng)作位置下的薄膜。
圖7為依據(jù)本發(fā)明的金屬-空氣電池單元的第三實(shí)施例的局部軸向截面圖。
圖8為依據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例之棱形金屬-空氣電池單元的內(nèi)部之俯視圖。
圖9為視依據(jù)本發(fā)明之圓柱形金屬-空氣電池的第五實(shí)施例之局部軸向截面圖，系沿圖10之線9-9所示者。
圖10為沿圖9之線10-10所示之俯視截面圖。
圖11為依據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例之用于圖9所示之型式的風(fēng)箱之另一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的視圖。
圖12為依據(jù)本發(fā)明第七實(shí)施例之薄膜驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的側(cè)視截面圖。
圖13為圖12的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的正視圖。
圖14為依據(jù)本發(fā)明的金屬-空氣電池第八實(shí)施例的軸向截面圖。
圖15為圖14的電池單元上部?jī)?nèi)部的圖。
圖16為圖14及15的電池中使用的微繼電裝置的分解圖。
圖17之依據(jù)本發(fā)明的金屬-空氣電池第九實(shí)施例的側(cè)向正視圖。
圖18為沿圖20線18-18的軸向截面圖。
圖19為沿圖20線19-19的軸向截面圖。
圖20為沿圖18之線20-20之徑向截面圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在請(qǐng)參考附圖，其中各附圖中相同的標(biāo)號(hào)表示相同的組件。圖1顯示一圓柱形金屬-空氣電池10的組件之分解圖。圖2及圖3顯示一組裝好的電池。該電池10系組裝在一導(dǎo)電的圓柱形包封匣(外殼)12內(nèi)，其中包含雙陰極金屬-空氣電池單元20。一封蓋30包圍包封匣12的上方，且形成與包封匣12絕緣的一端。
電池單元20包含兩個(gè)支撐在載體架組件25之間的矩形空氣陰極22a及22b。該空氣陰極在包封匣12的中心處彼此相面對(duì)，且互相隔離而形成貫通包封匣12的中心軸的中心陰極充氣室。最好為懸浮在電解膏或凝膠(gel)中之鋅粒子的陽(yáng)極材料26灌入由各陰極22a，22b，包封匣12及框架25所形成的空間中。一傳統(tǒng)上使用的隔離器(圖中沒有顯示)隔離各陽(yáng)極及陰極。灌封材料27將陰極材料夾持定位。如圖3及4顯示的最佳例子，框架組件25及包封匣12之間的空間提供一對(duì)側(cè)充氣室28，以進(jìn)行空氣再循環(huán)，此將于下文中加以說(shuō)明。
陽(yáng)極材料26在包封匣的底部由一支撐板33限制，只有與陰極充氣室24及側(cè)充氣室28相通一開口除外，如圖4所示。該支撐板離包封匣的底部一段短的距離展布于該包封匣12的截面上。在支撐板33下方的下充氣室36包含一隔離管34，此將于下文中加以說(shuō)明。隔離管經(jīng)包封匣12上的開口37與外部空氣相聯(lián)通。包封匣12作為一陽(yáng)極電流收集器，其在包封匣的底部形成一陽(yáng)極端子39。該包封匣的圓柱形表面可覆以絕緣膜(圖中沒有顯示)。一陰極電流收集器38從端子14沿著電池的中心軸向下延伸到陰極充氣室，在此其電連接于埋在空氣陰極22a及22b的電流收集器柵極(圖中沒有顯示)。
在包封匣12的上端定位一空氣移動(dòng)組件40。一印刷電路板(PCB)42攜帶一控制電路，此電路控制包含線圈44及磁鐵46之電磁振蕩器的工作。該線圈44附于PCB 42的底部，且磁鐵46可套裝于電流收集器38且位在線圈44的圓柱形開口內(nèi)。磁鐵連接薄膜48，繞薄膜周圍貼于包封匣，或者是可允許空氣在向上的行程中通過(guò)薄膜的周圍?；虼?，薄膜可包含等壓開口(圖中沒有顯示)。在控制電路的控制下，從電池單元供應(yīng)到線圈的電流導(dǎo)致磁鐵往復(fù)運(yùn)動(dòng)，此又使得薄膜往復(fù)運(yùn)動(dòng)或振蕩。
空氣可在薄膜48正上方的空間到PCB 42的上部空間之間自由流通。在上部空間中，另一隔離管32從包封匣開口(圖中沒有顯示)向電池內(nèi)部延伸。管32的內(nèi)部端可視需要安裝一瓣閥35，最好此閥由mylar或者是其它的韌性材料制造，當(dāng)空氣強(qiáng)迫通過(guò)管路向該閥體時(shí)，此材料將移開而打開該管，且隨后當(dāng)空氣流動(dòng)終止時(shí)，將回到管32端未受應(yīng)力的位置。瓣閥可完全緊貼在管路端，但是不需封閉該管路。
運(yùn)行時(shí)，電流以可令薄膜48往復(fù)運(yùn)動(dòng)的方式通過(guò)線圈44。如果薄膜為固體且其邊緣封閉，且視需要才安裝的瓣閥35不存在時(shí)，一個(gè)方向中的各移動(dòng)行程將推動(dòng)空氣使離開隔離管32及隔離管34中之第一個(gè)隔離管，并且吸空氣入另一個(gè)隔離管。隨后之移動(dòng)行程將推動(dòng)空氣離開該另一個(gè)隔離管，且抽吸空氣使通過(guò)該第一個(gè)隔離管。在各移動(dòng)行程中，薄膜以高速度將空氣吸入通過(guò)隔離管中的一管路，且此新空氣與陰極充氣室內(nèi)的空氣混合。
在另一例子中，可安裝薄膜以允許在向上的移動(dòng)行程中空氣旁路該薄膜，且安裝了瓣閥35。在此模式中，建立通過(guò)管32的空氣流，該管提供入口使氣流繼續(xù)通過(guò)陰極充氣室，進(jìn)入下充氣室36，且經(jīng)管34提供出口出去。
薄膜可由多種不同的韌性材料制造而成，其中包含熱塑性彈性體(TPE)，如由Advanced Elastomer Systems公司生產(chǎn)的Santoprene熱塑橡膠。由薄膜產(chǎn)生的空氣脈沖的時(shí)序可依據(jù)來(lái)自電池單元20的輸出的需要改變。如果在考慮到噪音，通常在人耳能聽到的振動(dòng)頻率以下的頻率就將提供足量的空氣以使電池單元20工作。例如，往復(fù)運(yùn)動(dòng)1mm移動(dòng)行程的直徑2cm的薄膜在每移動(dòng)行程下移動(dòng)約0.3cc體積；以15HZ頻率，此薄膜將產(chǎn)生每分鐘約300cc的空氣流。此頻率能由電子式調(diào)整，或藉由調(diào)整隨磁鐵46移動(dòng)的質(zhì)量來(lái)調(diào)整頻率。
當(dāng)薄膜空氣移動(dòng)器不動(dòng)作時(shí)，隔離管32，34限制氧及水蒸汽的與外部空氣的交換以保護(hù)電池單元。此將于下文中加以說(shuō)明該隔離管的特性。
依據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例結(jié)構(gòu)之單一圓柱形金屬-空氣電池單元50顯示在圖5及6中。在一導(dǎo)電電池單元包封匣52內(nèi)，跨該包封匣徑向定位一圓形空氣陰極54。上述說(shuō)明的型式的陽(yáng)極材料灌入陰極54及隔離器(圖中沒有顯示)下包封匣中，而進(jìn)入在包封匣52底部的一彈性組件59，如非反應(yīng)性海綿狀物。該彈性組件59具有一彈簧功能以將陽(yáng)極材料頂壓在隔離器和陰極上。陽(yáng)極電流收集器棒57從導(dǎo)電的包封匣沿包封匣52的中心軸向陽(yáng)極材料延伸。
在空氣陰極54上方間隔一段短距離處，含有空氣開口62貫穿的圓支持隔膜60延伸橫跨包封匣52。在陰極54及隔膜60之間形成一空氣陰極充氣室61。在隔膜60上安裝一電磁線圈63，最好中心位在包封匣軸處。一起伏形膜64展布于隔膜60上部的包封匣中。薄膜64包含一中心區(qū)65，其最好為占據(jù)包封匣52大部份截面面積的相當(dāng)剛性的平面組件，及具有U型截面的環(huán)狀轉(zhuǎn)折66。轉(zhuǎn)折66，最好中心區(qū)65也是，由一彈性聚合物或橡膠形成，且轉(zhuǎn)折66的外周圍附在包封匣52上。在薄膜中心處，附有一磁鐵68且向下延伸在線圈63的軸向開口處，以對(duì)線圈作軸向相對(duì)移動(dòng)。另外，線圈63及磁鐵68形成一電磁振蕩器，其以往復(fù)運(yùn)動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)起伏形膜64。導(dǎo)致此動(dòng)作的電流從電池單元50經(jīng)在展布于薄膜64上方的包封匣的PCB 69上安裝的控制電路提供予線圈63。
在薄膜64的中心區(qū)65中形成的開口67，位于徑向離開電池中心軸處。彈性覆層71提供到PCB 69的下面，且在該層上形成一開口73，其與PCB中的開口74對(duì)齊。最好開口73的大小與開口67的大小類似，且其中心定位在一個(gè)位置上，此位置在與開口67的中心間距最好為開口直徑至少1.5倍的一徑向平面上。須了解可提供多于一個(gè)開口67或73或兩者都多于一個(gè)。開口67，73的大小可依據(jù)需要的空氣交換量改變。在PCB 69上方之包封匣52中提供一個(gè)或多個(gè)外部的空氣開口75。在包封匣的上方提供陰極端子76。端子76電連接陰極54，且與包封匣52的其余部份絕緣。
在圖5及圖6之電池單元50的工作中，電流以需要使薄膜64往復(fù)運(yùn)動(dòng)的方式通過(guò)線圈63。中心區(qū)65的移動(dòng)長(zhǎng)度從最高位置到最低位置最好為1mm或更大，對(duì)“AA”大小之電池單元50中最好為約2mm到約3mm的范圍之內(nèi)。磁鐵68將薄膜向下拉時(shí)，在陰極充氣室61中空氣壓縮，且因此通過(guò)開口67出去。此動(dòng)作也將空氣從PCB 69上方拉向PCB及薄膜之間的空間，在此與離開充氣室61的空氣相混合，且傾向于將空氣從外部經(jīng)空氣開口75拉向電池單元。當(dāng)薄膜向上移動(dòng)時(shí)，空氣從薄膜上方吸入陰極充氣室61，且在薄膜上方的空氣抽入PCB 69上方的空間。這樣，從外部包含新鮮氧氣的空氣漸向陰極充氣室61流動(dòng)，且耗損的空氣則逐漸流出電池單元中。在此一階段，進(jìn)入及離開的空氣大量混合在一起。大面積的薄膜64在陰極充氣室內(nèi)建立一壓力，此導(dǎo)致快速空氣流流過(guò)開口67，趨于與充氣室內(nèi)的氧氣均勻混合，而使得空氣陰極54的耗損達(dá)到最適化。
在向上的移動(dòng)行程中，最好薄膜區(qū)65與覆層71貼合或者是移動(dòng)到很近該層處，如圖6中所示者。在抽空氣時(shí)，此導(dǎo)致在薄膜上方空間中空氣可被有效地替換。當(dāng)空氣移動(dòng)功能不作用時(shí)，薄膜最好停止在向上的位置，使得傾向在開口67及73之間移動(dòng)的空氣可有效的避免在其間流動(dòng)，關(guān)鍵的是薄膜及覆層完全封住開口之間的通道。例如，當(dāng)表面之間的間隙約0.2mm或更小時(shí)，且開口67及73之間的距離約2mm或更大時(shí)，間隙將阻止空氣分子擴(kuò)散，其中包含氧氣及水蒸汽，其方式與上面說(shuō)明之隔離管32及34的保護(hù)功能類似。
圖7中顯示金屬-空氣電池單元80的另一實(shí)施例，其類似電池單元50。在此實(shí)施例中，顯示在空氣陰極54上方有一罩子81。此罩子具有小開口，以應(yīng)用熟知的方式控制向陰極的空氣流，它可應(yīng)用于本申請(qǐng)中公開的任何的空氣陰極。一起伏形膜85展布空氣陰極54上方的電池單元包封匣內(nèi)，而一磁鐵87附在其表面上。一隔離管89連接薄膜，且從薄膜的開口向上延伸。在薄膜85上方，一PCB 91包含控制電路，且支撐向下延伸用于以接納磁鐵87的線圈92。PCB 91形成可令隔離管89自由通過(guò)的開口93。
在電池單元80的運(yùn)作中，電流以使得薄膜85往復(fù)運(yùn)動(dòng)的方式通過(guò)線圈63。隔離管89與薄膜一起移動(dòng)。在向下的移動(dòng)行程中，壓縮在薄膜及罩子81之間的陰極充氣室84的空氣，由薄膜強(qiáng)迫經(jīng)管89流出。在一向上的移動(dòng)行程中，薄膜經(jīng)管89將空氣高速吸入陰極充氣室中。在薄膜上方的空氣因經(jīng)過(guò)空氣開口75的空氣交換與來(lái)自外部的新氧氣混合。因此，補(bǔ)充的氧氣和通過(guò)管89吸入的空氣一起進(jìn)入陰極充氣室內(nèi)部。當(dāng)薄膜空氣移動(dòng)器不動(dòng)作時(shí)，隔離管89限制氧氣與水蒸汽和外部空氣的交換，以保護(hù)該電池單元。文中沒有特別予以說(shuō)明之電池單元80的組件其結(jié)構(gòu)與動(dòng)作與電池單元50中的組件類似。
圖8顯示依據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例構(gòu)成之棱形金屬-空氣電池單元100。金屬-空氣電池單元100包含一棱形外殼102，在此外殼102中定位多個(gè)棱形型式之金屬-空氣電池單元(圖中沒有顯示)。在外殼102的外壁103上安裝風(fēng)箱104，通過(guò)開口105與外殼內(nèi)部相聯(lián)通。風(fēng)箱最好為電子型式的金屬風(fēng)箱，其中有一具有手風(fēng)琴式彎折的側(cè)壁119包圍平面組件120。一形狀記憶合金線107連接風(fēng)箱104的平面組件120，其穿過(guò)開口105跨電池單元外殼102，且接在對(duì)面?zhèn)韧鈿け?06的連接器108處。一對(duì)入口隔離及分配管110伸入外殼內(nèi)，分幾支將空氣分配給各個(gè)單元。管110分支成多個(gè)空氣入口111，其按陣列的布局，使得進(jìn)入入口111的高壓空氣將導(dǎo)致進(jìn)入外殼102內(nèi)的空氣電極表面的空氣混合及循環(huán)。在靠近管110進(jìn)入外殼102的位置處，其每一個(gè)包括一內(nèi)部mylar瓣閥112，安裝此瓣閥可防止空氣經(jīng)管110流出該外殼。空氣經(jīng)從壁面106延伸入外殼的出口隔離管114流出外殼。由經(jīng)連接導(dǎo)線117，118連到金屬線107端的定時(shí)電路116提供功率予形狀記憶線107。
形狀記憶合金線107，意思是指例如由鎳鈦合金(具有鎳鈦幾乎等原子量的線)，可“記憶”一特定形狀。在低溫下形成此形狀記憶合金線成為所需要的形狀，然后挾住且加熱過(guò)轉(zhuǎn)變溫度到回火溫度。當(dāng)冷卻時(shí)，形狀記憶合金線可容易地變形。此后，線路在加熱下回到回火的形狀。在去除掉熱源后，線被強(qiáng)迫回到變形的形狀，且可重復(fù)該循環(huán)。然后可在不使用傳統(tǒng)馬達(dá)，電磁線圈或其它的致動(dòng)器下，該形狀記憶合金線可提供機(jī)械位移。一較佳的形狀記憶合金由Dynalloy公司或加州的Erin所銷售者，或以商標(biāo)為“Flexinol”銷售的致動(dòng)器線。
當(dāng)電流跨線路107流過(guò)時(shí)，它被以應(yīng)用熟知的方式加熱及收縮其形態(tài)從圖8之虛線所示者改變?yōu)閷?shí)線所示者。此導(dǎo)致風(fēng)箱壓縮在外殼102內(nèi)的空氣且經(jīng)出口管114排放某些空氣。瓣閥112限制空氣經(jīng)入口管110排出。當(dāng)線路107冷卻時(shí)，風(fēng)箱104的彈簧作用可使得線107張開，而使得風(fēng)箱回到擴(kuò)張的形態(tài)。此動(dòng)作可減少在外殼內(nèi)的壓力，而將空氣通過(guò)管110吸入。當(dāng)線路107不令風(fēng)箱作此循環(huán)時(shí)，隔離管110及114限制氧氣及水蒸氣與外部空氣之間的交換以保護(hù)電池單元。
在本發(fā)明的多個(gè)不同實(shí)施例中形狀記憶合金線107(及此將于下文中加以說(shuō)明的線136及163)的線規(guī)必需盡可能減小以使得其熱容量達(dá)到最小，而仍提供移動(dòng)負(fù)載所需要的張力強(qiáng)度?？墒褂枚鄠€(gè)并聯(lián)的線?？墒褂?.025時(shí)(0.6mm)的線規(guī)作為用于行動(dòng)電子裝置的電池塊及單個(gè)電池單元中的空氣移動(dòng)器。
圖9及10顯示依據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的電池125。電池125包含包封匣127內(nèi)的雙陰極電池單元20，其形態(tài)與圖1的第一實(shí)施例相同。當(dāng)使用的標(biāo)號(hào)與圖1之實(shí)施例對(duì)應(yīng)的組件相同時(shí)，其結(jié)構(gòu)及組成類似先前說(shuō)明的實(shí)施例。但是在電池125中，陰極22a及22b延伸到與之絕緣的包封匣127的內(nèi)部壁面相鄰的位置。在相面對(duì)的陰極之間形成矩形的陰極充氣室129。從包封匣127的底部中的開口處，一隔離管130向上延伸入充氣室129中，最好到一近充氣室中心的位置，且徑向接近陰極電流收集器棒38處。
一圓形支撐板132展布在陽(yáng)極及陰極組件上方的包封匣127內(nèi)，且在陰極充氣室129上形成一開槽133以允許空氣自由流動(dòng)。風(fēng)箱134在近包封匣127之周圍處連接板132，沿該開槽133密封。由形狀記憶合金線136壓縮且膨脹該風(fēng)箱，其中該形狀記憶合金線從一在近風(fēng)箱中心的連接器143向下經(jīng)陰極充氣室129延伸到與包封匣底部絕緣的連接器140處。從安裝在PCB 145的控制電路經(jīng)連接到連接器140的導(dǎo)線139及經(jīng)連接到連接器143的導(dǎo)線141提供一使線136工作的電流。
在操作電池125時(shí)，線136供應(yīng)電流，該線依據(jù)熟知的方式加熱及收縮，以導(dǎo)致風(fēng)箱134壓縮陰極充氣室129內(nèi)的空氣，而經(jīng)隔離管130去除一些空氣。當(dāng)線136冷卻時(shí)，風(fēng)箱134的彈簧作用使得線136伸張，而使得風(fēng)箱回到膨脹的形狀。此動(dòng)作減少充氣室129的壓力，而且在高速度下經(jīng)管130抽入空氣。可使用升高的壓力給空氣以速度，來(lái)進(jìn)行充分的混合，而使得陰極充氣室內(nèi)的氧氣濃度達(dá)到所需要的程度。高壓允許高度節(jié)流的隔離管130，這可去除圖7所示的型式的陰極罩，此導(dǎo)致比容量(rate capability)及電池能量密度的改進(jìn)，當(dāng)風(fēng)箱不移動(dòng)時(shí)，隔離管130限制氧氣及水蒸氣與外部空氣之間的交換以保護(hù)電池單元20。為了得到更好的空氣分配，可安裝多于一個(gè)隔離管。此管的長(zhǎng)度為可變動(dòng)者，而且當(dāng)風(fēng)箱膨脹及收縮時(shí)，各管可替代執(zhí)行入口及出口功能。
圖11中顯示用于往復(fù)運(yùn)動(dòng)在圖8及9之實(shí)施例中使用型式的風(fēng)箱148之替代系統(tǒng)。該風(fēng)箱148充滿管狀包封匣147的截面。提供一對(duì)可控制的電磁鐵150，152，一個(gè)位在風(fēng)箱內(nèi)及另一在外。以順序的方式將電磁鐵激勵(lì)來(lái)在一個(gè)方向相對(duì)包封匣147拉動(dòng)風(fēng)箱的平面組件，然后在另一方向拉動(dòng)。
圖12及13中顯示修改的薄膜空氣移動(dòng)裝置158?？諝庖苿?dòng)裝置158可使用在圖1或圖9之型式的電池中，及使用在圖5所示之電池單元。在一陰極充氣室上方定位以展布于電池單元包封匣155的空氣移動(dòng)裝置組件158包含一由彈性聚合物制造的彈性膜片160，如Santoprene熱塑形橡膠。一由金屬或塑料制造成的平葉彈簧162形成橫越膜片160之寬度或直徑的疊層。一形狀記憶合金線163之各端連接到葉彈簧162的兩相對(duì)端。在其松弛狀態(tài)下線松抵葉彈簧，然后具有可圖12之虛線所示的形態(tài)。提供來(lái)自金屬-空氣電池的電池單元的電流的定時(shí)電路165由導(dǎo)線166連接到線163的端頭，使得電流在一段由電路165決定的周期期間流向線163。當(dāng)由電流加熱時(shí)，線163收縮，由于其縮短，葉彈簧162彎曲導(dǎo)致膜160以如圖12之實(shí)線所示方式彎曲。然后，當(dāng)線163冷卻時(shí)，彈簧162的彈性回復(fù)力使得線張開到原來(lái)的長(zhǎng)度，且將膜片160拉回平坦的位置，膜片的這種往復(fù)運(yùn)動(dòng)使得空氣在上述電池單元或電池之一中沿著由風(fēng)箱或起伏形膜移動(dòng)空氣之相同的通道移動(dòng)。
由形狀記憶合金線收縮所產(chǎn)生的彎曲運(yùn)動(dòng)也可以由壓電致動(dòng)器提供。
依據(jù)本發(fā)明第八實(shí)施例構(gòu)成且使用一微型空氣移動(dòng)裝置的電池170顯示在圖14，15及16中。電池170包含在一包封匣172中的雙陰極電池單元，其形態(tài)如圖9之實(shí)施例中所示者。但是，從端子14向下延伸的陰極電流收集器174在包封匣172的底部上方終止，且填滿陰極22a及22b之間的陰極充氣室之全部寬度中。電流收集器棒174通過(guò)的支撐板176封閉電池單元和上充氣室182，但是在陰極充氣室一側(cè)定位的被微繼電器驅(qū)動(dòng)的空氣泵178及通風(fēng)開口180除外，該開口允許空氣從陰極充氣室的另一側(cè)向上充氣室流動(dòng)。
一隔離管185從包封匣172的開口186伸入陰極電流收集器174一側(cè)上的上充氣室182。一第二隔離管188從在包封匣172中的開口189伸入在陰極電流收集器174另一側(cè)的上充氣室182。在兩隔離管之間，上充氣室由如圖15中所示的一雙擋板分開。一擋板192在空氣泵178及管185之間從包封匣壁向收集器174延伸。另一擋板194(圖中虛線所示者)在通風(fēng)開口180及管188之間從包封匣壁面向收集器174延伸。
圖16顯示在微機(jī)器技術(shù)中熟習(xí)本技術(shù)者熟知之一種微繼電器驅(qū)動(dòng)器198，適用于空氣移動(dòng)裝置178。適當(dāng)?shù)奈⒗^電器可參見美國(guó)專利5,778,513。在該微繼電器驅(qū)動(dòng)器198中，一主框架200支撐平面銅線圈202及金制接觸墊片204。在上框架206內(nèi)，一金分路墊片208，可移動(dòng)坡莫合金極件210及一可移動(dòng)的硅平臺(tái)212覆蓋該線圈及接觸墊片。一薄膜214(僅顯示一部份以揭示其內(nèi)部細(xì)節(jié))實(shí)際上連接得與硅平臺(tái)212一起振蕩。此薄膜及微繼電器共同形成微振蕩器空氣移動(dòng)裝置178。
該薄膜214配置一空氣旁路裝置(圖中沒有顯示)使得空氣移動(dòng)裝置以單一方向?qū)⒖諝獗玫疥帢O充氣室中。因此可看出形成一空氣流動(dòng)通道以使得空氣經(jīng)隔離管188進(jìn)入，可在陰極充氣室的一側(cè)在一U型通道中向下泵送，且回到另一側(cè)向上經(jīng)開口180，且經(jīng)隔離管185離開電池。驅(qū)動(dòng)器198的微繼電器可在一般人耳可聽到的頻率以上的速率，如20，000Hz或更高的頻率下振蕩。在此高的泵送速率下，甚至每一移動(dòng)行程中移動(dòng)的空氣量相當(dāng)小，但流動(dòng)速率高，且跨空氣移動(dòng)裝置的壓力差高?？绺綦x管188的壓力差可為lpsi或更高，此有可能將隔離管的截面積減少到0.1平方毫米或更小，而仍可將足量的空氣抽入以使電池的電池單元工作。
擋板192，194顯示為完全分開上充氣室182，但是，須了解擋板194可被穿孔以允許由空氣移動(dòng)裝置所抽送的一部份空氣可再循環(huán)。
圖17到20中顯示依據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例構(gòu)成之電池220。該電池220包含在一包封匣224內(nèi)具有與圖1之第一實(shí)施例相同的基本形態(tài)的雙陰極電池單元。當(dāng)使用的標(biāo)號(hào)為圖1實(shí)施例中對(duì)應(yīng)的組件所使用的時(shí)，其結(jié)構(gòu)及組合類似在先的實(shí)施例。如圖17所示，包封匣224為杯形，且其上方形成環(huán)狀緣225以將內(nèi)部組件夾持在位，此將于下文中加以說(shuō)明。一絕緣層227封閉包封匣的上方，且將包封匣與作為陰極端的導(dǎo)電蓋229分開。最好一絕緣卷繞層230形成薄層于包封匣224的外圓柱形壁面上。包封匣224作為陽(yáng)極電流收集器，且其底部形成陽(yáng)極端子226。
現(xiàn)在請(qǐng)參考圖18到20，一具有一底部支撐碟237及豎立墻面238的U形夾持器236裝有電池單元20的陽(yáng)極材料26及陰極22a及22b。一隔離器242顯示在各電池單元的陽(yáng)極及陰極之間。在陰極22a及22b之間形成陰極空氣充氣室24，且一陰極電流收集器38從陰極端子229經(jīng)絕緣層227且向下延伸到充氣室24的整個(gè)長(zhǎng)度。
電池單元夾持器236的壁面238展布包封匣224截面的一弦以形成兩側(cè)返回充氣室28。在底部支撐碟237中，形成對(duì)應(yīng)陰極充氣室24的開槽239以允許空氣從陰極充氣室流入弦壁面238及弧形電池單元包封匣224之間的返回充氣室28。
一空氣移動(dòng)裝置組件250定位在包封匣224的上端。圖示的PCB 252提供跨包封匣224上端的結(jié)構(gòu)組件，且由緣225夾持定位，其中該緣系和PCB一起形成在位。該P(yáng)CB攜帶控制電路來(lái)控制包括一線圈255及磁鐵257之電磁振蕩器的操作。線圈255連接到PCB 252的底部，且磁鐵257繞電流收集器38設(shè)置，且位在線圈255的圓柱形開口內(nèi)。磁鐵可連接薄膜260，此薄膜在薄膜導(dǎo)件262內(nèi)移動(dòng)。此導(dǎo)件為環(huán)狀組件，其連接到封裝材料27上方的包封匣224，且在各返回充氣室28上方各形成一對(duì)空氣開口266。導(dǎo)件262提供一圓柱形周向?qū)Ъ诿?63，薄膜260可在其內(nèi)移動(dòng)。薄膜260允許空氣在向上移動(dòng)行程上通過(guò)薄膜的周圍或者是可包含為同一目的的壓力均化開口(圖中沒有顯示)。在控制電路控制下從電池單元向線圈供應(yīng)的電流導(dǎo)致磁鐵往復(fù)運(yùn)動(dòng)，其在導(dǎo)件壁面263內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)或振蕩該薄膜。
一入口隔離管270從封蓋229中的開口269經(jīng)絕緣層227及PCB 252斜向延伸到薄膜260上方的點(diǎn)。出口隔離管274從封蓋229中的開口273經(jīng)絕緣層227及PCB 252處伸到導(dǎo)件壁263的外側(cè)的點(diǎn)。因此，當(dāng)應(yīng)用熟知的方式提供電流脈沖予線圈255時(shí)，薄膜運(yùn)行如同一空氣泵經(jīng)管270將空氣抽入，而將空氣抽送過(guò)在電流收集器38兩側(cè)上的空氣陰極22，經(jīng)開槽239，向上經(jīng)返回充氣室28及開口266，再經(jīng)管274離開電池單元。在此模式中薄膜在陰極充氣室內(nèi)建立一壓力。由薄膜產(chǎn)生之空氣脈沖的時(shí)序可依據(jù)來(lái)自電池220之輸出需要加以決定。當(dāng)薄膜空氣移動(dòng)裝置不動(dòng)作時(shí)，隔離管限制氧氣及水蒸氣與外部空氣之間的交換以保護(hù)電池單元。該膜空氣泵的功率愈大，則隔離管270及274能是更好的節(jié)流及保護(hù)管。
須了解用于驅(qū)動(dòng)上述特定實(shí)施例中說(shuō)明之往復(fù)運(yùn)動(dòng)的致動(dòng)器可使用在說(shuō)明的其它實(shí)施例中。而且，由上述不同實(shí)施例說(shuō)明之致動(dòng)器提供的往復(fù)運(yùn)動(dòng)也可以由馬達(dá)，壓電組件，或流體操作的氣缸或隔間進(jìn)行。
參考上述有關(guān)隔離通道之說(shuō)明，這些隔離通道最好可結(jié)構(gòu)及配置為在空氣移動(dòng)裝置工作時(shí)允許通足量的氣流通過(guò)它，而使有足量輸出電流，至少50ma，最好至少為130ma可從該金屬-空氣電池單元中得到。另外，構(gòu)成該隔離通道要限制當(dāng)空氣移動(dòng)裝置不強(qiáng)迫氣流流過(guò)隔離通道時(shí)通過(guò)它的氣流及其擴(kuò)散，使得金屬-空氣電池單元可提供予負(fù)載的漏電流小于輸出電流的因數(shù)為50或更大。另外，最好構(gòu)成隔離通道以提供大于50比1的“隔離比率”。
該“隔離比率”為當(dāng)電池單元氧氣電極完全曝露在周圍的空氣中時(shí)的水耗損或增加。與當(dāng)電池單元氧氣電極與周圍空氣隔離而只通過(guò)一個(gè)或幾個(gè)有限的開口時(shí)水耗損率或增益比較的比率。例如，給予相同的金屬-空氣電池單元，其有包含水中約35％KOH的電解液，內(nèi)部相對(duì)濕度約50％，周圍空氣的相對(duì)濕度約10％，而且沒有由風(fēng)扇產(chǎn)生的強(qiáng)迫對(duì)流，則氧氣電極完全曝露在周圍空氣時(shí)電池單元的水耗損必需為具有與周圍空氣完全隔離只是通過(guò)上述說(shuō)明的型式之一個(gè)或多個(gè)隔離通道之氧氣電極的電池單元之水耗損的100倍。在此例子中，可得到大于100∶1的隔離比率。
尤其，各隔離通道有實(shí)際上垂直于通過(guò)它的流向的寬度，平行于流動(dòng)方向的長(zhǎng)度。選擇的長(zhǎng)及寬度使實(shí)際上可去除當(dāng)空氣移動(dòng)裝置不強(qiáng)迫氣流通過(guò)隔離通道時(shí)通過(guò)隔離通道的氣流和擴(kuò)散。長(zhǎng)度大于寬度，更好是長(zhǎng)度大于寬度的兩倍。最好使用較大長(zhǎng)度及寬度之間的比率。依據(jù)金屬-空氣電池單元的性質(zhì)，該比率大于200比1。但是，長(zhǎng)寬的最佳比率為10∶1。
隔離通道只能形成空氣在周圍環(huán)境及氧氣電極之間必需通過(guò)的路徑之一部份的。各隔離通道可通過(guò)電池外殼及電池單元包封匣的厚度限定，但是最好為管形，如上述。在任何一例子中，該隔離通道可為圓柱形，且對(duì)于某些應(yīng)用，各隔離通道的長(zhǎng)度介于約0.3到2.5時(shí)之間或更長(zhǎng)，最好是在約0.88到1.0之間，而內(nèi)部直徑約0.03到0.3時(shí)，最好是0.09到0.19時(shí)。這些應(yīng)用中各隔離通道的開口面積(在垂直流動(dòng)的方向量測(cè))因此約0.0007到0.5平方時(shí)。在其它的應(yīng)用中，如小圓柱形電池單元，該隔離通道之長(zhǎng)度約0.1到0.3時(shí)或更大，最好是0.1到0.2時(shí)，而內(nèi)徑約0.01到0.05時(shí)，而最好是0.015時(shí)。對(duì)于特定的應(yīng)用其最好的尺寸與通道和陰極充氣室的幾何形狀、使用特定空氣移動(dòng)裝置、及在必需的水平下操作電池單元需要的空氣體積有關(guān)。
隔離通道不必需為圓柱者，任何可提供需要隔離的截面形狀都可以使用。隔離通道不必在其長(zhǎng)度方向呈均勻者，只要各隔離通道中至少有一部份可提供需要的隔離即可。而且，隔離通道之長(zhǎng)度方向可為直的或彎曲的。
其它示例的隔離通道及系統(tǒng)參見美國(guó)專利第5691074號(hào)及美國(guó)專利申請(qǐng)第08/556,613號(hào)，而這些文件公開的內(nèi)容在此列為本文之參考。
雖然文中已用優(yōu)選實(shí)施例說(shuō)明本發(fā)明，需了解可對(duì)其加以更改及變更，而不偏離由所附權(quán)利要求書限定的本發(fā)明范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于金屬-空氣電池單元或電池單元之電池的通風(fēng)系統(tǒng)，其特征是包括至少一通道，其可運(yùn)行來(lái)用以聯(lián)通外圍環(huán)境與金屬-空氣電池單元；以及一空氣移動(dòng)組件，操作該組件以使得空氣交替流動(dòng)；從外圍環(huán)境經(jīng)通道向金屬-空氣電池單元流動(dòng)；以及從金屬-空氣電池單元附近經(jīng)通道向外圍環(huán)境流動(dòng)。
2.如權(quán)利要求1所述的通風(fēng)系統(tǒng)，其特征是其中該通道中至少有一部份為一隔離通道，當(dāng)未封閉該通道及該空氣移動(dòng)組件不運(yùn)行時(shí)，該隔離通道用來(lái)限制流過(guò)的氣流。
3.如權(quán)利要求1所述的通風(fēng)系統(tǒng)，其特征是其中該空氣移動(dòng)組件包含一往復(fù)運(yùn)動(dòng)的風(fēng)箱。
4.如權(quán)利要求1所述的通風(fēng)系統(tǒng)，其特征是其中該空氣移動(dòng)組件包含一往復(fù)運(yùn)動(dòng)的薄膜。
5.如權(quán)利要求3或4所述的通風(fēng)系統(tǒng)，其特征是其中該往復(fù)運(yùn)動(dòng)空氣移動(dòng)組件包含一致動(dòng)器，其可響應(yīng)一電刺激而移動(dòng)一隔膜，該致動(dòng)器包含一形狀記憶合金。
6.如權(quán)利要求3或4所述的通風(fēng)系統(tǒng)，其特征是所述致動(dòng)器包含一電磁振蕩器
7.一種用于含一或多個(gè)金屬-空氣電池單元的金屬-空氣電池的通風(fēng)系統(tǒng)，其特征是此系統(tǒng)包含一隔膜；至少一通風(fēng)通道，該通風(fēng)通道延伸過(guò)該隔膜，而且可以運(yùn)行以聯(lián)通周圍環(huán)境與該金屬-空氣電池單元；及一致動(dòng)器，其可運(yùn)行以使得該隔膜往復(fù)運(yùn)動(dòng)，此種運(yùn)動(dòng)使得空氣經(jīng)過(guò)該通道供應(yīng)至該金屬-空氣電池單元。
8.如權(quán)利要求7所述的通風(fēng)系統(tǒng)，其特征是其中該通道包含一擴(kuò)散管，安裝該擴(kuò)散管以與該隔膜一起移動(dòng)。
9.一種用于至少一金屬-空氣電池單元的通風(fēng)系統(tǒng)，其特征是包含至少一通道，其可運(yùn)行來(lái)聯(lián)通周圍環(huán)境及該金屬-空氣電池單元；以及一空氣移動(dòng)組件，其安裝在一導(dǎo)管中，且運(yùn)行來(lái)使得空氣經(jīng)通道流到金屬-空氣電池單元中，該空氣移動(dòng)組件包含一韌性膜片，其中包含起伏形膜，該起伏形膜包含由連接該導(dǎo)管之環(huán)部位所包圍的中心部位，該環(huán)部位具有一可變動(dòng)的U形截面；以及一致動(dòng)器，其可運(yùn)行來(lái)使得該中心部位往復(fù)運(yùn)動(dòng)，該環(huán)部位因該中心部位往復(fù)運(yùn)動(dòng)而適應(yīng)地改變截面以維持仍連接到該導(dǎo)管上。
10.如權(quán)利要求9所述的通風(fēng)系統(tǒng)，其特征是其中尚包含在該中心部位上的第一通氣孔，及位在該中心部位之通道中的一隔膜，該隔膜上形成與該第一通氣孔相間隔的第二通氣孔，當(dāng)該中心部位趨近該隔膜時(shí)，該第一及第二通氣孔為該通道一部份。
11.如權(quán)利要求10所述的通風(fēng)系統(tǒng)，其特征是其中在該隔膜及該中心部位最為接近時(shí)，該通氣孔之間的距離與該隔膜及中心部位之間的距離比為約2∶1或更大。
12.一種金屬-空氣電池，其特征是在該金屬-空氣電池內(nèi)包含一具有一或多個(gè)金屬-空氣電池單元的外殼，各金屬-空氣電池單元有一空氣電極，一空氣管理器包含一在該外殼內(nèi)形成的空氣通道，且延伸到金屬-空氣電池單元之空氣電極附近；一入口及一出口，各延伸在該通道及在外殼外部之周圍環(huán)境之間；一安裝在該通道中的微振蕩器；以及一連接該微振蕩器的薄膜空氣泵；其中該微振蕩器使該薄膜振蕩，其振蕩頻率在人耳可聽見的范圍之外，而使得空氣沿著該入口及出口之間的通道移動(dòng)。
13.如權(quán)利要求12所述的金屬-空氣電池，其特征是其中該金屬電池包含一對(duì)金屬-空氣電池單元及一對(duì)相面對(duì)的空氣陰極，由一般呈矩形的空氣充氣室間隔開，其中該空氣充氣室包含一圓柱形外殼的中心軸，陰極電流收集器延伸可將該空氣充氣室分開，其中該空氣通道為一由該陰極電流收集器所限定的U形空間，成為跨過(guò)該空氣充氣室該路程的一部份。
14.如權(quán)利要求13所述的金屬-空氣電池，其特征是其中該入口及各該出口均包含一隔離通道。
15.一種用于金屬-空氣電源的通風(fēng)系統(tǒng)，其特征是包含各包含一空氣電極的一或多個(gè)電池單元；至少一通過(guò)該面對(duì)之表面之間的空氣通道，各表面形成一通過(guò)它的開口，且通過(guò)該表面的該開口彼此相間隔開，該通道可通過(guò)足量的空氣來(lái)與一運(yùn)行的空氣移動(dòng)裝置一起，使該電池單元運(yùn)行，而且當(dāng)通道沒有封閉，且不受運(yùn)行中之空氣移動(dòng)裝置影響，該通道可更進(jìn)一步工作，以限制流過(guò)該通道的空氣流。
16.如權(quán)利要求15的通風(fēng)系統(tǒng)，其特征是結(jié)合該空氣移動(dòng)裝置，其中該相對(duì)之表面中之一個(gè)包含一可動(dòng)薄膜，且該空氣移動(dòng)裝置包含該薄膜，及用于往復(fù)運(yùn)動(dòng)該薄膜的致動(dòng)器；該薄膜被定位得當(dāng)該空氣移動(dòng)裝置不往復(fù)運(yùn)動(dòng)該薄膜時(shí)，讓該薄膜可非常接近該另一個(gè)相對(duì)的表面；以及其中該空氣移動(dòng)裝置不往復(fù)運(yùn)動(dòng)該薄膜時(shí)，該開口之間的距離對(duì)該表面之間的距離比為約2∶1或更大。
17.一種金屬-空氣電池，其特征是在該金屬-空氣電池內(nèi)包含一圓柱形外殼，該外殼容置一對(duì)金屬-空氣電池單元及一對(duì)相面對(duì)、為一中心陰極空氣充氣室間隔開的空氣陰極，一空氣管理器包括一位于該外殼內(nèi)的空氣通道，系由該陰極空氣充氣室所限定，在該外殼的一端連接到在該外殼之弦壁面及一圓柱形壁面之間形成的返回充氣室而形成；以及一空氣移動(dòng)裝置，可運(yùn)行來(lái)移動(dòng)空氣流使軸向流過(guò)該陰極空氣充氣室且在反方向上軸向通過(guò)該返回充氣室。
18.如權(quán)利要求17所述的金屬-空氣電池，其特征是尚包含一空氣入口，其提供外部空氣予該空氣移動(dòng)裝置，及一空氣出口，用于將流過(guò)該返回充氣室的空氣中至少一部份引到該電池的外部，該空氣入口及空氣出口為隔離通道，此隔離通道工作以使得當(dāng)所述空氣移動(dòng)裝置不動(dòng)作時(shí)，保護(hù)該電池單元。
19.一種用于金屬-空氣電池的空氣移動(dòng)裝置，該金屬-空氣電池包含一或多個(gè)電池單元，其特征是該空氣移動(dòng)裝置包括一韌性膜片；一葉彈簧，其延伸過(guò)該韌性膜片之至少一部份且連接在其上；一形狀記憶線，該線之兩端部位連接到該葉彈簧上，使得當(dāng)該線在松弛狀態(tài)時(shí)，可以松弛地沿該葉彈簧配置；以及可視需要連接該線之端部到該電池單元的電路，以使一電流可流過(guò)該線，使得該線收縮，因此彎曲該葉彈簧，且使得該膜片變形以令該電池內(nèi)的空氣流動(dòng)。
20.一種用于金屬-空氣電池的空氣移動(dòng)裝置，該金屬-空氣電池包含一或多個(gè)電池單元，其特征是該空氣移動(dòng)裝置包括一包含一可動(dòng)平臺(tái)的微振蕩器；一薄膜，連接該薄膜以與該可動(dòng)平臺(tái)一起往復(fù)運(yùn)動(dòng)而使得該電池內(nèi)的空氣運(yùn)動(dòng)；以及一電路，該電路視需要提供來(lái)自該電池單元的功率以使該微振蕩器運(yùn)行。
全文摘要
本發(fā)明提出一種用于金屬－空氣電池的空氣管理器,利用一薄膜或風(fēng)箱以將空氣從一或多個(gè)空氣開口流進(jìn)或流出,或者是將空氣從入口流向出口。可由一線性致動(dòng)器使該薄膜或風(fēng)箱往復(fù)運(yùn)動(dòng),該致動(dòng)器如一電磁振蕩器或一形狀記憶合金線。可使用如微繼電器的微機(jī)械作為致動(dòng)器。該電池包含一或多個(gè)空氣通道,最好包含一諸如細(xì)長(zhǎng)管形隔離通道,可在當(dāng)空氣移動(dòng)裝置不工作時(shí),防止空氣流入空氣電極中,甚至當(dāng)管路未封閉下仍有此作用。其結(jié)果為一改進(jìn)的用于金屬－空氣電池單元的空氣移動(dòng)裝置,其占據(jù)電池化學(xué)作用所用的空間的最小部分,對(duì)當(dāng)沒有從金屬－空氣電池單元中抽取功率時(shí)用于隔離空氣電極的先進(jìn)系統(tǒng)是有用的,且可在一相當(dāng)?shù)凸β屎膿p速率下發(fā)展出用于高速度空氣移動(dòng)的高壓。本發(fā)明中的說(shuō)明包含棱形及圓柱形電池。
文檔編號(hào)H01M12/06GK1342336SQ99815949
公開日2002年3月27日 申請(qǐng)日期1999年12月15日 優(yōu)先權(quán)日1998年12月18日
發(fā)明者克里斯托費(fèi)·佩蒂西尼, 丹尼斯·謝明斯奇, 加瑞·格瑞, 約翰·威茲格瑞特 申請(qǐng)人:Aer能源公司