CN103108997A - 用于在电精炼和电解冶金中使用的装置 - Google Patents

Abstract

一种供电生金属使用的装置，包括：交错排列结构的多个阳极(2)和多个阴极(1)，其中每一对阳极和阴极都构成一块电池；多个电源(9)，每一块电池都与一个或多个相应的电源相关联；并且电源被设置用于将一块或多块电池内的直流电控制为预定值。

Description

用于在电精炼和电解冶金中使用的装置

技术领域

本发明涉及一种用于电解生产金属的装置。

背景技术

在电精炼(ER)和电解冶金(EW)中，电极被浸入电解质内并在其间输送电流。阳极成为正极且阴极成为负极以使电流通过电解质从阳极流向阴极。

在电精炼(ER)中，金属阳极是可溶解的。也就是说金属在阳极和阴极间电势的作用下溶入电解质内。例如，在电精炼铜时，阳极由铜制成且铜从阳极溶入电解质内。现已在电解质内的金属经过或者通过电解质输送到阴极并在此沉积。阴极可以是与沉积金属相同的金属或者也可以是不同的金属。例如，在电精炼铜时，曾经普遍使用由铜制成的阴极。但是，现在通常使用的是不锈钢阴极，不锈钢阴极将快速变为涂满铜并且从此时开始就基本上用作铜阴极。沉积的铜从不锈钢阴极上机械去除，然后阴极即可重新使用。沉积在阴极上的铜是高纯度的。阳极金属内的杂质会随着阳极的溶解而作为固体脱落并且可能包含有用的副产品例如金。除了铜以外，通过ER提纯的金属包括金、银、铅、钴、镍、锡和其他金属。

电解冶金(EW)与电精炼的不同之处在于目标金属被引入电池内并且已经包含在电解质中。在铜的示例中，通常使用硫酸溶解氧化物形式的铜矿石中的铜并且得到的溶液在浓缩后被引入电解冶金电池以提取铜。阳极和阴极被浸入电解质内并在其间输送电流，同样地阳极就是正极且阴极就是负极。在电解冶金中，阳极不可溶且由惰性材料制成。通常在铜的情况下使用的是铅合金阳极。阴极可以是与从电解质中提取的金属相同的金属或者也可以是不同的材料。例如，在铜的情况下可以使用铜阴极，不过通常使用的是将快速变为涂满铜的不锈钢阴极。在电流的作用下，被冶炼的金属脱离电解质溶液并且以非常纯净的形态沉积在阴极上。电解质通过该过程改变以产出其中很大比例的金属含量。除了铜以外，通过电解冶金获得的金属包括铅、金、

银、锌、铬、钴、锰、铝和其他金属。对于某些金属例如铝来说，电解质是熔融材料而不是水溶液。

作为铜精炼中涉及的电压和电流的一个示例，电池电压通常约为0.3V，电流密度约为300安培/平方米，并且目前每一个电极的面积约为1平方米。这些数值对于不同的金属来说有明显的不同，但是本发明适用于精炼和冶炼所有的金属。

ER电池和EW电池的电气特性有所不同。在ER电池中，阴极和阳极处的过电势倾向于消失以使电池具有在常规系统中受到电解质电阻支配的电阻特性。在EW电池中，净过电势不为零并且可以有效地构成阳极和阴极间电压中的最大部分。但是，除此以外由于电解质的电阻而仍然会有一定的压降。图13中示出了这些特性。图13作为示例使用了在铜的ER和EW中获得的典型近似值。

图14示出了图13中ER线的来源，其中示出了ER的阴极电流和阳极-阴极电压之间的关系。在ER中，阳极和阴极的过电势抵消以使一个阴极及其相邻阳极(在本示例中由通过电极间间隙IEG1和IEG2分开的一个阴极和两个阳极构成)的特性近似于0.5毫欧的电阻。该电阻实际上由并联的两个1毫欧电阻构成，1毫欧是两个IEG中每一个的近似电阻值。

图15a示出了表示ER情况的电路。总阴极电流在阴极两侧间的分流与电极间间隙的电阻和各种其他小电阻成反比。阴极板每一侧的面积是相等的。因此在板每一侧的电流密度与IEG的电阻(和其他较小的电阻分配)成反比。每一个IEG的电阻大致与电极间间隙(IEG)的宽度成正比。如果IEG的宽度不同，那么在阴极每一侧的总电流(并且因此在每一侧的电流密度)也会不同。

图15b示出了表示EW情况的电路。在图13中标记为EW的直线示出了用于EW的阴极电流和阳极-阴极电压之间的关系。电极的设置与图14中所示相同。在图13中，用于EW的直线向上移动的量与用于铜的EW的电池内的净过电势相等，约为1.5V。该值对于其他的金属来说可能更大，甚至高于3.0V。因此，电池上的总电压等于净过电势以及由于电流流过电解质电阻(以及一些其他微小电阻的贡献)而产生的电压之和。图15b中示出了用于EW的近似等效电路。如前关于ER所述，在EW中，除非是每一个IEG都通过受控的电流源单独驱动，否则阴极每一侧IEG内电解质电阻的任何不同都会导致阴极每一侧电流密度的不同。类似地，每一个IEG内净过电势的任何变化都会导致IEG内不同的电流密度。

术语

在ER和EW中，起点是与电解槽内包含的电解质中的阴极并置的阳极。但是可以使用交错排列的多块阴极板和多块阳极板，其中单个电解质槽内包含的所有阳极板都并联连接并且所有的阴极板也都并联连接。电学上这仍然看起来像是单块电池并且因此工业上通常将其称为电池。

在ER和EW工业中，“电池”基本上普遍用于表示装有并联阳极和阴极的电解槽。

在ER和EW工业中，“电解槽”根据上下文可以表示与以上的“电池”相同的含义，或者可以仅表示容器。

所以如果未提及并联的板数量就有可能会造成混淆。本发明可应用于由一个阴极和一个阳极以及一个电极间间隙(IEG)构成的电池。因此在大多数基本层次中，术语“电池”可以与单一的IEG同义。在以下的说明内容中，“电池”被用于表示由电极间间隙分开的协作电极。如果阴极两侧均被用于金属沉积，那么需要用两个阳极提供两个IEG。为了进一步增加阴极的表面积，必须加入更多的阳极和阴极并且因此增加更多的IEG。IEG的数量是阴极的两倍。

首先参照图1，整体标记为24的基本电池被示出为由一个阴极1和一个阳极2以及一个电极间间隙(IEG)3构成。阴极1和阳极2被浸入包含于电解槽5内的电解质4中。

图2示出了并联连接的一个阴极1和两个阳极2，整个装置形成了两个IEG3。

在电解室内，“电解槽”被串联连接。典型的ER电解室可能因此需要250V电压下36000安培数量级的电力供应。

现有技术过程中的问题

在典型的过程中，多块阳极板和阴极板被交错排列并由正极和负极汇流条并联供电以使每一对阳极板-阴极板都由共用电压源有效供电。这就会由于电池的电阻差异而导致电池内电流密度的散布。这些差异缘于板间距、板内部电阻、板和汇流条之间的接触电阻、板的对准度和平整度、板状态以及电解质状态等数值的散布。

如果电池内的电流密度不能保持在一定的限度以内，电生过程的效率和速度可能会受到不利影响。金属沉积量也可能会受到电流密度的影响。

另外，不良控制的电流密度能够促使板上生长金属毛刺，这可能会导致板间的短路。

很多电池通常都是通过并联连接电解槽内的所有阳极和并联连接电解槽内的所有阴极而并联连接，但是串并联连接或串联连接也是可行的。所以指定电池内的电流密度会受到其他电池状态的影响并可能因此而偏离理想值。

电极必须以高精度制作和定位以确保电池特性的一致性。

可理想用于一块电池的电流密度对于另一块电池来说可能并不理想。

可理想用于一块电池的电压对于其他的电池来说可能并不理想。

电解质浓度在电解冶金或电精炼过程期间可能会时常变化从而动态地改变指定电池的特性。

送往电池的电流要以高电流值传输相当长的距离。由于导体内的功耗正比于电流的平方，因此该过程是对能量的浪费。

加至每一块电池的电压都可能会调节不良，特别是在通过装有状态可变电池的大电流长汇流条供电时更是如此。

板和汇流条之间的接触电阻可能有明显改变，导致对流过板的电流和板上电流密度的控制不良。

在某些系统例如在铜精炼中，有时会使用钢制阴极，其中将得到的沉积铜剥离并且重新使用板。钢制板可能会随着时间和使用而退化并因此经历其内部电阻的改变，导致对流过板的电流和板上电流密度的控制不良。

一次作业期间(也就是电生过程期间)和多次作业之间的阳极厚度和特性改变使得难以在任何一次特定作业期间获得理想的电流密度。

发明内容

根据本发明的第一种应用，提供了一种供电生金属使用的装置，包括交错排列结构的多个阳极和多个阴极，其中每一对阳极和阴极都构成一块电池；多个电源，每一块电池都与一个或多个相应的电源相关联；并且电源被设置用于将一块或多块电池内的直流电控制为预定值。

根据本发明的第二种应用，提供了一种用于供电生或电精炼使用的装置，包括：第一和第二电极；至少一个汇流条；至少一个电源；其中电源与电极相关联并且被设置用于调节从汇流条到电极的电流供给。

根据本发明的第三种应用，提供了一种用于供电生或电精炼材料使用的装置，包括：电极，所述电极包括：第一导电层和第二导电层；其中第一导电层和第二导电层由电绝缘层隔开。

根据本发明的第四种应用，提供了一种用于供电生材料使用的装置，包括第一和第二电极以及用于将其间的间距作为以下至少一种因素的函数进行控制的致动器：第一和第二电极之间电流-电压特性的演变；电极状态；时间。

根据本发明的第五种应用，提供了一种电生装置，其中在电源、吊杆和电极之间的至少部分接插件包括压向协作导电面的触点。

根据本发明的第五种应用，提供了一种电生装置，包括：

多个电极；

与至少部分电极相关联的电流传感器，以及用于输出或处理电流测量值的输出或数据处理电路。

附图说明

现参照附图介绍本发明仅作为示例的实施例，在附图中：

图1是基本电池或IEG的示意图；

图2是构成两个IEG的两个阳极和一个阴极的侧视图；

图3是多个并联阳极和多个并联阴极的侧视图；

图4是多个串联槽的顶视图；

图5是构成本发明一个实施例的其中IEG电压可变的转换器布局的示意图；

图6是构成本发明一个实施例的其中电极电压受控的转换器的示意图；

图7a至7c是示出了如何才能将转换器或调节器插入板和汇流条之间的电极侧视图；

图8是输出电路中的转换器和桥式整流器的电路图；

图9是转换器和中心抽头变压器副绕组的电路图；

图10是降压调节器的电路图；

图11是功率因数校正电路的电路图；

图12是根据本发明一个实施例的电池控制系统的示意图；

图13是ER和EW电池的电流和电压特性的曲线图。

图14是如图2所示的侧视图，进一步示出了ER电池特性的电来源；

图15a示出了表示ER电池的电路；

图15b示出了表示EW电池的电路；

图16是电极的正视图，其中调节器已插入电极接线片和汇流条之间；

图17是电极的正视图，其中调节器已装入接线片内；

图18是电极的正视图，其中两个调节器已被合并为将主极板与接线柱隔开的单个调节器；

图19是修改图18所示实施例的具有多个调节器的示意图；

图20是图19所示装置机械上更加坚固的方案；

图21是图20所示装置的端部透视图；

图22是图20所示装置的端部透视图，其中调节器已被设置为一种可选的设置方式；

图23是电解槽的侧视图，根据本发明的一个实施例示出了如何才能通过弹性销在电解槽接触电极上方的支撑杆上承载电源；

图24是图23所示装置的顶视图；

图25是电解槽的顶视图，其中在支撑杆装置中使用了两根或多根支撑杆；

图26是电解槽的侧视图，示出了如何才能将支撑杆系统用于驱动阴极；

图27是图26所示装置的顶视图；

图28示出了如何才能移除和堆叠机架；

图29是根据本发明的另一个实施例示出了支撑杆结构的顶视图；

图30示出了移除支撑杆和封盖装置的方法；

图31是三个电极上端的侧视图，示出了利用安置在阳极上的交联元件支撑阴极和调节器的方法；

图32是根据本发明一个实施例的三层阴极板的边视图；

图33是电极结构的顶视图，示出了在电解槽内沿生产线流程移动板的装置；

图34示出了用于图33所示生产线流程的纵向设置；

图35示出了在阳极、阴极和电源一起移动时的纵向流程设置；

图36示出了对图35所示设置的修改；

图37是承载续流电流的降压调节器和同步整流器的电路图；

图38是适合用于驱动阴极的降压调节器的电路图；

图39表示结合图38所示电路工作的物理元件；

图40是以分时方式与其他开关模式调节器一起使用从而保持吊杆内恒定电流的简化开关模式调节器的电路图；

图41是多相降压调节器的电路图；以及

图42是根据本发明一种应用的电源管理系统的示意图。

具体实施方式

参照图3，该图示出了在现有技术的电解冶金和电精炼工厂中常用的电解槽装置。多个阴极1并联连接且多个阳极2并联连接以增加总的阴极表面积。IEG的数量是阴极的两倍。

图4示出了现有技术中的系统，具有多个串联连接的电解槽5。互连器6连接各电解槽并且实际上并不是单根线缆而是由平衡杆制成以确保在多个位置实现电解槽之间连接的多个连接件。

向阴极(相对于其相邻的阳极)馈送一定电压或者向阴极馈送电流的任何装置都难以将阴极每一侧的电流密度保持相等。阳极通常间隔固定的间距(通常为10cm)。多年来一直都在努力试图保持阴极板的平整状态并且将它们准确放置在电解槽内。无论如何，2.5mm的间距精度和2.5mm的平整度偏差已经可以认为是很好的结果。但是可轻易意识到的是在50mm的电极间间隙中5mm的误差就能导致在阴极任何一侧约为10%的电流密度误差。而且，阳极厚度在作业期间和作业之间也会改变，这也增加了出现不均匀IEG宽度的几率。发明人已经意识到为了在阴极板两侧都实现准确的电流密度，有利的是要控制IEG内或者送往各个阴极的电流。本文中介绍的本发明根据用户认为最合适的方案对阴极或IEG内的电流提供控制，其中在IEG电流受控时即可获得对电流密度的最精确控制。

发明人已经意识到电精炼或电解冶金的效率可以通过个体电池的控制而得到提高。在并未单独控制每一块电池电流的常规过程中，板间距必须较大的一个理由就是要保持电流密度不会由于板间距或板平整度造成的问题而受到很大影响。如果每一块电池内的电流都被单独控制，那么电流密度就可以实现对板间距和板变形不敏感并且因此就可以将板更近地放置在一起。这就相应地降低了电池电压并且因此降低了生产指定量金属所需的由电池消耗的功率。

另外，每一块电池(在使用每千瓦时能量生产出的金属方面)的效率也对电池内的电流密度很敏感。因此将电流密度保持在期望值的能力就使电池能够以最优效率工作。而且，最优效率所需的电流密度在精炼或冶金过程期间可以有所改变。本发明允许目标电流密度根据电池状态而动态改变，电池状态可以根据电池电压或其他测量参数(例如电解质强度或温度)来检测。

功率转换系统(也可以被认为是电源)因此被设置用于电精炼或电解冶金的电池，其中从相对高压的(交流或直流)电源获取功率并在电池的位置转化为低压直流电提供给单块电池，以使得在多块电池的设备中每一块电池都具有其自身的功率转换器。功率转换器邻接电池或者是电池的一部分并且用作电流源，因此确保对每一块电池的电流密度的控制。电流密度可以根据电池状态局部修改，或者可以将电池状态报告给中央控制系统，由中央控制系统计算用于该电池的最佳电流并命令功率转换器输送期望电流。作为可选方案，功率转换器可以向阴极电极馈送电流，其中将阴极每一侧的阳极连接在一起并连接至转换器。但是应该意识到在这种设置方式中对于如何将阴极电流分送到两个单独电池(阴极的每一侧都有一个)内并未进行控制，但是这种设置方式更加适用于改装现有的ER和EW电解槽。

在现有技术中，当回收电解槽时必须要将它们从串联的电解槽电路中取出。这就涉及到要提供昂贵的接触器以从电路中取出电解槽并通过接触器提供能让电流继续流通的旁路连接。本发明的优点在于因为每一个阴极或IEG均由单独的电源供电，所以只需关闭这些电源即可允许进行电池的回收或维修。

图5示出了在通过功率转换器9驱动电极间间隙(IEG)时如何给电极供电。交错的阴极板1和阳极板2被标记为ACACA并且以端视图示出(也就是从垂直板系统的上方看)。功率转换器9以圆圈表示。板(并且因此电极间间隙3)可以利用示出的所有转换器(包括9A到9H)从两侧边缘(角部)供电。可选地，板可以仅利用包括9A到9D的转换器从一侧边缘(角部)供电。可选地，板可以从两侧边缘(角部)供电，但是功率转换器仅作用在交错的电极间间隙上(转换器9A,9C,9F和9H有效)。例如减少转换器数量、优化转换器功率和获得平均的电流分配等考量因素决定了采用哪一种转换器分配方式。

在可选实施例中，电极1,2可以如图6所示被驱动(而不是电极间间隙)。该结构可具体(而非排他性地)在转换器是插入常规汇流条配电系统和板之间的降压调节器时应用，其结构将在下文中进行更加详细的介绍。交错的阳极板2和阴极板1被标记为ACACA。功率转换器9以圆圈表示。转换器9A到9J将一个端子连接至板并且将另一端子连接至已被指定为0V电压的共用总线10。板可以利用包括9A到9E的转换器从一侧供电或者在使用包括从9A到9J的转换器时从两侧供电。通常所有转换器都会生成类似的IEG电压，以使得如果例如电池电压为0.4V，那么连接至阳极的转换器就会提供电池电压的一半(+0.2V)并且为阴极供电的转换器也会提供电池电压的一半(-0.2V)。将有部分电流流过0V的共用总线，但是绝大部分都是局部循环电流以使其幅值不会超过电池电流或者最大是电池电流的两倍。可选地，转换器可以用交错的方式使用以减少转换器的数量。例如可以仅使用转换器9A,9C,9E,9G和9I。而且，部分板可以不通过转换器直接供电。例如，阴极板可以直接连接至0V的汇流条。转换器9A,9C,9E,9F,9H和9J将以全电池电压(在以上示例中是0.4V)下的电流给阳极板供电。同样地，使用的转换器数量可以通过仅操作转换器9A,9C,9E或者仅操作9A,9H,9E来减少。

可选地，阳极可以全部连接至共用总线。然后转换器9B,9D,9G和9I给阴极供电(在本示例中是-0.4V)。转换器的数量可以通过仅使用转换器9B和9D或者仅使用转换器9G和9I而减半。可选地，转换器可以交错排列在电解槽的不同侧之间。应该意识到正如本示例中那样在所有阳极均为共模且只有阴极被驱动的情况下，电池内由一对电极和相关的电极间间隙确定的电流并未受到单独的控制。

本文中介绍的转换器电路可以代表供所用电路类型使用的候选方案。应该理解可以将多种直流到直流或交流到直流的转换方法应用到所述系统中。本文中给出的示例是双端转换器，但是单端转换器也可以使用。当为了提高转换器内的功率密度而在转换器内使用非常高的开关频率时，可以方便地使用谐振或准谐振电路。在该电路中示出的整流过程使用了同步整流。但是，如果要求的功率损失不是重要的考虑因素，那么也可以使用简单的(肖特基或PN结)二极管整流器。

有利地，功率转换过程使用高频开关模式技术以提供可以是小型、轻质、高效和高度可控的转换器。

图7示出了如何才能将图6中的转换器装入常规使用的板结构中。例如图7a示出了在常规系统中如何将本文中描述为接线片11的电极凸部靠接在汇流条12上以实现电极板和汇流条之间的连接。例如图7b示出了转换器或调节器电路9可以插入到接线片11和汇流条12之间以调节接线片11和汇流条12之间流动的电流。

可选地，如图7c所示，供电单元13(也就是可选地容纳另一个电源的供电装置)可以被插入到接线片11和汇流条12之间。该单元能够通过增加汇流条12的电压(如果是负压汇流条那么就是减小汇流条12的电压)而增加连接至接线片11的电极可用的电压。连接通过由绝缘层16彼此隔开的接触板15a和15b实现。通常在电极是阴极时，接线片11是支撑电极板的吊杆的一部分。

图8示出了如何才能实现转换器的电源电路9。因为在转换器输入电压和转换器输出电压之间通常存在高电压比，所以要使用变压器20。变压器的使用允许功率半导体开关以一定的占空比操作，所述占空比为这些开关内的电流赋予了良好的波形因数，由此最小化功率损失。变压器20的主绕组侧是全桥逆变器，但是应该理解也可以使用半桥逆变器。变压器以高频运行从而减小变压器和使用的任何其他无源部件(例如电容器)的尺寸并降低成本。该高频可以是20kHz以上。应该理解尽管在主绕组侧示出的开关设备21(Q5至Q8)是功率MOSFET，但是其他的半导体开关例如IGBT或BJT也可以在此应用。电容器22被设置用于让高频开关电流流通。来自副绕组的输出在全桥全波整流器内整流以给出用于在电池内使用的直流电。功率MOSFET23中的体漏二极管(Q1至Q4)可以被用于整流变压器副绕组的交流输出以使电池24的A端相对于B端是正极。但是这些二极管上的前向压降也会造成功率MOSFET中的明显功耗。功率MOSFET因此有利地用作同步整流器。它们的沟道在需要体漏二极管导电时打开(也就是功率MOSFET在转换器的主绕组侧与开关设备同步操作)。每一个功率MOSFET的导通电阻可以通过选择适当级别的功率MOSFET或者通过有效地并联连接MOSFET以形成一个MOSFET开关而有效地被制成为尽量小。通过这种方式，MOSFET23内的功耗即可被保持在合理水平。例如，如果转换器在0.4V直流电压下输出300A，那么具有0.1毫欧导通电阻的MOSFET开关就会在其上形成30mV的压降。如果电流路径内有两个MOSFET开关，那么总压降就是60mV或者说是输出电压的15%。N沟道MOSFET通常是优选的，原因是对于指定的导通电阻其价格通常较低，但是应该理解N沟道和P沟道的MOSFET可以根据需要以任意的组合使用。

在并联连接多个MOSFET以建立导通电阻比单个设备在单个硅片内可获得的非常低的导通电阻值更低的设备时，有利的是不将这些芯片(晶片)设置为单独封装的器件而是设置为在单个封装内部并联的裸片。例如，MOSFET的0.8毫欧导通电阻在单独封装时可以由0.3毫欧的硅电阻和0.5毫欧的封装电阻构成。在此情况下，明显有利的是将这些硅片在单个封装内并联，原因是这些芯片之间的互连能够实现比如果将漏极和源级连接从单晶片器件的封装中引出并送入另一单晶片器件封装内的情况更小的电阻。

在来自变压器副绕组的输出电压小于0.7V的峰值时，每一个MOSFET开关23均可被视为双向开关(也就是能够沿任一方向阻断并且能够沿任一方向导通)。因此可以开关副电桥以在变压器次级电压波形的两个半周期内都在B端生成相对于A端的正输出(也就是电池电压和电流相反)。电池极性的临时反向已经表明在某些情况下具有有利效果(例如恢复电池效率或减少板上的金属毛刺)。在这些情况下，应该理解MOSFET可以为了便于控制而以任一取向方式连接在电桥的任意部分。如果需要在高压下(约0.7V以上)反向，那么开关Q1,Q2,Q3和Q4可以用一对反串联的MOSFET代替。

电容器(未示出)可以加在电池24上以平滑电池的电压波形。如果在电池和相关线路内有明显的电感，那么可以通过打开一对晶体管(例如Q1和Q2)提供循环的电流路径从而控制循环电流。

电流互感器CT1和CT2可以分别设置在主绕组侧和副绕组侧以得出与来自整流桥的直流输出电流相关的信号。CT1测量的电流包含初级磁化电流和反映出的次级负载电流。该测量值对于控制转换器的直流输出电流来说可以足够精确。当然也可以利用某种形式(例如霍尔效应)的直流电流变送器直接测量输出端的直流输出电流。

优选使用的变压器由于大电流值是由副绕组提供而具有低漏磁电感。具有交错排列的主绕组和副绕组的平面变压器能够提供所需的低漏磁电感并且具有常规的低轮廓和适用于传导冷却。由于同步整流器的MOSFET开关包括多个并联的MOSFET，因此存在使用多个副绕组，每一个MOSFET用一个副绕组的选择，以使整流的电流只在每一个同步整流器的MOSFET之后合并。环芯变压器已知也可以用于提供低漏磁电感。

可选地，功率转换电路被适当地设置以使得能够将其制成为可逆的。也就是说，电压和电流可以反向。一段时间的反向电流已经在某些过程中被发现有利于在恢复前向电流时促成更高的效率。对于每一块电池来说，在本地配置用于电池的转换器使得能够以最有利的方式来使用这种技术。

输出电流和输出电压通过以公知的方式利用脉宽调制(PWM)进行控制。这种PWM控制可以应用于初级侧或次级侧或者两侧都应用。不同于PWM的其他形式控制也是可用的，不过全都依赖于以实现所需结果的方式打开和关闭MOSFET。PWM在此的使用方式被简写为“以开关模式转换器中通常使用的方式之一进行控制”。

图9示出了转换器电路，其中使用了具有中心抽头副绕组31的变压器30。CT1和CT2表示为了获得直流电流输出反馈信号而用于电流互感器的合适位置。次级侧晶体管Q1和Q2如前所述被用作同步整流器。在电池内提供反向电流的能力受限于约为0.3V的输出电压。如果在更高的电压下需要反向能力，那么Q1和Q2可以用一对反串联的MOSFET代替，它们相应地被制成为表现成双向开关。

功率转换器根据被驱动板的尺寸定级。电池可以利用本文中所述的技术制作得比通常情况更大或更小。电极之间的间距不必是通常使用的值。实际上，本发明的优点之一就是因为对电池内电流更准确和更快速的控制以及调节电池电流密度适用于主要工作状态的能力而能够减小板间距。更小的板间距导致电池电阻的减小，从而可以得到电池内更小的功耗。板的结构选择包括板间距的改变将在下文中更加详细地介绍。

在这样做有利时，功率转换器可以连续或暂时地用某种其他的控制原理操作(例如用作电压源)。

可选地，功率转换器及其控制系统可以制成为可浸入(电解质内)的。与板的触点可以位于板底部，此时板的重力和重量能够在板和电解槽底部的接触条(很可能是不可腐蚀、不可消耗的材料)之间形成电接触。

在最简单的控制(优化)系统中，转换器可以被设置用于生成固定值的电流。输送至电池的电流幅值如有需要可以通过直流电流检测方法直接测量，但是因为功率转换过程是接近于单块电池或者就是以单块电池来进行，所以电流信号可以很方便地在功率转换过程中测量(例如先前参照图8和图9所述通过利用交流电变压器在开关模式功率转换电路内某一方便的位置测量)。

在更为复杂的控制系统中，控制系统可以使电流密度适应电池状态。电池状态可以利用多种变量（例如电池电压）进行测量。也可以监测其他参数，例如电解质温度、电解质浓度和毛刺生长的光学证据。其他的特性也可以用于监测电池状态。例如电池电流可以短时间切断并且可以在施加一定电压或电流时观测电池电流的恢复情况。

在常规的ER或EW设备中，可以预期在阴极侧会有大范围散布的电流密度。本发明可以具有仅依赖于电流传感器或用于测量电流的传感器的精度将IEG内的电流(或可选地将送至阴极的总电流)保持准确的能力。用直流或交流电流传感器可以实现0.1%的精度。更低成本的电流传感器也能实现1%的精度。因此，在ER或EW系统中很多电池之间电流密度的标准差将远小于通过现有实践所实现的结果，导致更少的短路和更高质量的铜。

通常有两种类型的电流测量-直流和交流。两种类型均可用于本发明。

如前所述，交流电流测量可以通过使用电流互感器非常经济地实现。本发明中的阳极、阴极和IEG是以直流馈送。但是在利用开关模式技术生成或调节这些直流电流时，也有可以根据公知的交流电流变压器方法利用低成本交流变送器来测量的可用交流电流信号。在转换器或调节器内存在多条电流路径的情况下，可能只需要准确测量这些路径中的一条路径贡献的绝对值。其他路径内的电流测量装置相应地只需要确保所有路径内的电流相等，而不需要进行绝对值的测量。总电流测量值可以通过将一个绝对测量值乘以路径数量而获得。

其他的电流测量技术也是可行的。

获取直流电流测量值最基本的方法是通过在电流路径内插入已知阻值的电阻来获得。但是，当电源电压较低(正如这里的情况)并且电流较大(正如这里的情况)时就需要非常低阻值的电阻。这样的电阻可能会难以制造并且购买价格昂贵。电阻的阻值还与温度相关，如果电流流过测量电阻将其明显加热，这可能就会导致测量值不准确。

直流电流的测量也可以通过使用环绕导体的磁路来进行。霍尔效应传感器被插入磁路内的狭缝中。随后通过利用开环方法或磁通零值方法测量磁路内的磁通来测量电流。这种装置很实用，但是体积大且价格昂贵。

图12示意性地示出了一种控制系统。电池功率转换器50由48V直流电源48供电并向电精炼或电解冶金用电池49提供电流受控的输出。所需的电流水平通过利用由PWM占空比信号51控制的转换器50内合适的开关占空比来实现。该信号通过比较电流指令信号53与表示被测电流的电流测量信号54而在电流控制回路52内得出。电流测量信号54由转换器52内的电流检测器得出或者在其输出端得出。电流指令信号53可以预设或者可以由电池控制器55得出，电池控制器55测量电池电压56并且可以根据其他的相关来源57(例如电池和附近区域内的传感器)得到信息，目的是为了让电流指令适应变化的环境。电池控制器还可以具有与中央控制设备的双向通信58，目的是为了下载作业段的历史数据或者随时报告电池状态和工作参数并用于接收关于应该如何操作电池的修正指令。针对每一块电池使用的功率转换器同时提供了用于该电池的电流测量设备。如前所述，各种变量例如电池电压也可以作为控制过程的一部分进行测量并且因此可用于分析和报告电池状态。电池状态可以由本地或远程命令执行任务(例如电流的阶跃变化或者向直流转换器的输出电流中加入交流分量)的转换器测量以实现电池状态的观测。电池性能可以通过(本地或远程地)命令电池执行性能增强动作例如暂时的电流反向而得到增强。

在转换器加入了改变电流方向的能力时，电流反向的时间间隔即可作为给出电池状态良好指示的信号。这样的测量可能需要同时加至与单个阴极相关联的两块电池。

视觉或音频报警系统可以装入几个或每一个转换器及其控制系统内以对问题进行报警。转换器上的显示能够向经过的操作人员告知相关的电池状态或性能。

控制系统允许根据电流和电压(以及如果进行了测量的其他变量)的测量值获取每一块板的相关信息以使得能够将关于板质量、尺寸、平整度和对准度的数据返回至中央控制系统进行分析。这些信息可以在质量控制和质量改进方案中使用，由此提高整个处理设备的效率。因此本发明的优点是通过监测各个转换器处的电量来获取关于个体电池和电极的信息的能力。

本发明的优点是电池被供电的电压并不是通过安全性和效率之间的折衷来确定的。尽管操作串联电解槽的常规方法可以提高使用的直流电压并因此提高整流过程的效率，但是电击和危险故障状态的风险也会增加。对于受控的本地转换，用于转换器的电源可以是任意合适的电压，原因是这些电力可以通过绝缘的电缆提供。但是，根据对图4和图5的观察我们可以预期的是没有电极会比接地电势高出一块电池的电压以上。这也将最小化通过溢出电解质而接地的漏电流。例如在电解槽内有多块电池的情况下，一个电极(例如阳极)可以接地以使所有其他的阴极和阳极都保持在几伏的对地电势以内。

本发明进一步的优点是由于板之间的短路导致的故障电流可以受控并且能够快速检测到短路的存在。电池V-I特性的改变可以被用于在金属毛刺形成完全短路之前检测金属毛刺的生长，以使得能够报告潜在故障并在形成完全短路之前采取补救动作。

图16示出了与图7b相同的结构，但是完整示出了电极的两侧。电极的接线片或吊杆端11安置在调节器或转换器9和汇流条12上。转换器9控制在接线片11和汇流条12之间流动的电流。

多个电源可以如图16所示可选地用于驱动阴极或IEG。在此情况下可能需要赋予每一个电源比通常操作时所需更多的电流或功率容量。因此，如果有一个转换器故障，那么其他的转换器即可承担负载，由此允许阴极或阴极侧与电源故障无关地在指定时间内完成其全部金属定额的回收。

在每一个电极使用了多于一个功率转换器的情况下，与每一块电池相关联的多个转换器可以通过共用控制系统控制并且均向其提供电池所需的适当电流分量。如果板是结合其每一侧的电极工作(也就是如图5所示驱动其每一侧的电池)，那么例如图16所示的每一个接线片因此就可以连接两个转换器以使每一块板共有四个转换器(每一个电池用两个，其中电池在此用于描述一个阳极板和一个阴极板之间的间隙)。因此在包含多块交错排列的阳极板和阴极板的单个电解槽中，在电解槽每一侧的每一对阴极-阳极接线片之间都可以有转换器，以使得使用的转换器数量是板(阳极和阴极总数)的两倍。阳极板侧及其面对的阴极侧之间的电流密度将保持为与一对转换器相关联的控制系统的主要目标。连接至相同板但是位于电解槽相对侧的转换器如果要均等地共享用于阳极-阴极间隙的电流负载那么就需要通信。

图17示出了将多个调节器9装入接线片11内但是电学上仍然满足与图7(a-c)和图16所示结构相同功能的实施例。

可选地，两个调节器可以如图18所示合并为一个单元并在装有接线片11的杆66和电极板67之间移动。

为了在板67内实现更好的电流分配，可以如图19所示在吊杆66和板之间设置多个调节器65。图20示出了图19所示装置在机械上更加坚固的方案，现参照图21进行介绍。

图21示出了图20中吊杆66的端部而不是吊杆66和板67的面部。如图所示，吊杆66可以分为两部分66a和66b以提供机械平衡。优选地，吊杆通过绝缘体68与板77电绝缘。连接螺栓69优选地由绝缘材料制成或者以其他方式与吊杆66a和66b或板69绝缘。电流(在阴极的情况下)从板通过调节器65流向吊杆。

调节器65也可以设置在其他可选位置。例如图22所示，调节器65位于吊杆66上方，还可提供隔热的电绝缘体68和吊杆66从调节器65向环境空气中散发热量。电导体70提供电连接而不允许更多热量进入转换器65内。

吊杆或接线片的电阻不能忽略不计。在传统的ER或EW系统中，吊杆或电极接线片靠接在沿电解槽边缘延伸的汇流条上并与之接触。表面和表面之间的接触具有能够在电解质路径内造成压降(对于铜的ER来说通常在20mV数量级)的电阻。用于两电极的总压降可以是40mV。发明人已经意识到这不仅会造成明显的能量损失，而且提供了另一种阴极电极两侧之间电流密度不平衡的潜在来源，原因是阴极板每一侧的阳极如果在其触点处针对每一个阳极的潜在压降并不相同那就无法保持相同的电势。

图10示出了降压调节器，可以用作个别转换器的替代品给个别电池供电，但是仍然适用利用电流测量值和电流控制来提高电池性能的原理。转换器包括功率MOSFET32、电感33、电容34和二极管35。输入和输出电压可以比先前所述的转换器在幅值上更加接近。实际上，输入电压可以仅比输出电压高出很小的百分比，并且转换器开关的占空比可以接近100%。但是，电路仍然提供了电流控制以及如果需要也可以利用(具有复位的)交流电流互感器进行电流测量的机会。转换器可以插入常规电精炼或电解冶金系统的汇流条和板之间。二极管35可以由同步整流器(另一种功率MOSFET)代替以提高调节器的效率。如果电池内的波纹电流是可接受的，那么电感33可以(与电容34一起)省略。控制以先前针对其他转换器介绍过的方式应用于调节器。尽管这种类型的转换器可改装用于现有设备，但是(输入至转换器的)直流母线电压可能需要略微升高以给出PWM控制电路能够在其中操作的一定空间。可能需要辅助转换器或辅助电源以为控制电路提供电压充足的电源。电流可以由交流电流互感器CT125测量，只要占空比小于100%即可。

EW和ER中使用的电流值相对于能够由一个晶体管完成测量的电流复制来说比较大。一种解决方案是并联地操作转换器。该解决方案在用于将输送的电流分散至电极的不同位置时效果明显。但是，这种解决方案的缺点是在采用单个电流输送点(或电流调节点)时，并联的转换器可能是不经济的，因为每一个转换器都有与其关联的壳体、端子、电磁滤波器等的成本。

因此优选的解决方案是在每一个转换器内使用多相设计。多相解决方案的优点是电感尺寸变得更为合理。电流值过大且同时具有过高电感值的电感器并不是最优的。多相解决方案在变压器方案中同样有利，其中主绕组和副绕组之间能够导致输出电压损失增大的漏磁电感可以通过多相方法改进。

图11根据本发明一个实施例示出了在前端来自于交流电源36和功率因数校正电路(PFC)的转换器操作。初级侧交流到直流的转换可以利用简单整流器和桥式整流器进行，但是对于大负载通常需要一定程度的功率因数校正。如果例如以48V直流电压向转换器分配电力，那么48V直流电源即可通过功率因数校正在电解室内的适当位置生成。图11示出了功率电子学领域的技术人员可以轻易实现的PFC电路。交流输入被全波整流，全波整流器包括二极管(D1至D4)以生成全波整流的电压波形。电容器38是小的旁路电容，用作高频开关电流部件。整流器的输出端被提供给电感40、二极管41和储能电容42。半导体开关39以这样的方式操作：流过电感的电流具有与全波整流电压波形相同的波形(高频脉冲除外)。在通过全波整流器电桥37内的二极管调节之后，该电流波形表现为与交流电压波形同相的交流电流波形。通常有控制回路将储能电容42上的平均电压保持在期望值。该直流输出随后被用作其他地方所述的个体电池转换器的输入。这样就提高了(在基于变压器的转换器处于最大电压传输比的情况下)以全占空比操作电池直流-直流转换器并且使电流控制回路不针对电池转换器的占空比操作而是针对PFC电路操作的可能性，以使PFC转换器从交流电源抽取正确的功率量以给出电池内的期望电流。这样做的优点是简化了整体控制电路。控制回路不必完全相同并且在电池转换器的功率MOSFET内的电流波形的波形因数是最优的，由此最小化这些设备中的损失。

使用多相转换器的优点是输出中的电流波纹可以用经济有效的方式减小为零。对于直流电源来说，在其输出电压或输出电流内存在大量的波纹通常都是不可接受的。因此开关模式的转换器通常都装有滤波装置以将这些波纹分量减少到可接受的程度。但是滤波组件都很昂贵。如果使用多相转换器并且其具有1/N的占空比，其中N是使用的相数，那么波纹电流无需另外的滤波即可减小为零。输出电压(并且因此输出电流)能够相应地通过将输入电压改变为多相电源来进行控制。如果转换器从交流-直流PFC级得到其输入，那么即可控制PFC级从而改变其输出电压。通常使用的PFC级中输出电压以2:1变化即可，这样就足以实现在正常操作中输送至EW和ER电池所需的电压和电流的变化程度。

在调节器被插入传统电解槽系统的汇流条和电极板通常是阴极板之间的实施例中，调节可以针对流入常规电解室系统的电极板内的电流进行，其中电力由中央电源提供。

可选地，由常规中央直流电源提供的电压可以略微升高以赋予调节器在其中操作的一定空间，从而使得尽管由调节器加入了压降但是也能够允许正常的电流流过。

可选地，电源可以插入电极和常规系统的汇流条之间。因此该电源可以增加阳极和阴极之间的电压差。例如，如果阳极电压被视为0V，如果电池被认为是绝缘并且阳极电压被视作参考电压，那么阴极母线电压通常可以是-0.32V。如果需要将电极电流(通常是阴极电流)增加至高于其正常水平的值，那么可以通过电源向阳极-阴极路径内输入额外的电压例如0.39V以增加0.07V的总可用电压。因此，为了扩展该示例就需要600安培、0.07V的辅助电源。电源可以是公知的降压调节器电路或者是其他公知的开关模式电源电路。该辅助电源可以根据用于电源的电路而具有(例如在短路情况下)或者没有切断送往电极的电流的能力。在电池中使用的大部分电力都来源于常规的汇流条和集中供电，并且从辅助电源输送的电力仅是总数的一小部分，该部分由辅助电源提供的总电压比例确定。这样做的优点是在电解槽内消耗的总电力中只有一部分必须通过电解槽位置的新电源装置输送至电解槽。这种适量的电力可以通过常规装置(例如电缆、触头或接插件)输送或者也可以通过替代装置例如感应式电力传输来输送。

在调节器或电源构成吊杆和/或电极板装置的整体部件的实施例中，调节器或电源内生成的热量可以导入板内并由此导入电极内。但是，电极用于ER时通常处于55至60摄氏度，而用于EW时通常处于40至45摄氏度(例如在用于铜的过程中)，并且调节器内生成的热量可以通过使用并联的大量功率MOSFET而基本减小为零，成本实际上是减小并联MOSFET组合电阻的唯一限制因素，在此情况下电解质有可能会加热晶体管而不是冷却晶体管。在此情况下，晶体管应该与进入电解质内的板隔热，并且晶体管应设有单独的冷却装置。这可以是环境空气冷却的翅片式散热器。可选地，吊杆可以被用作散热器。

尽管本发明可以加入现有设备中作为改进，但是也可以利用现有的平衡杆系统进行实践。已有多种可用的系统。通常平衡杆有助于将电解槽任何一侧的阴极或阳极连接在一起以使得在每一个电解槽上的阳极和阴极都处于一致的电压下。另一个目标是即使一个接线片(吊杆末端)受到污染并无法正确连通应收集或输送电流的阳极或阴极母线也仍然能保持供电流流向电极或从电极流出的路径。这就意味着正极和负极的母线轨道都沿着电解槽每一侧的边缘存在，其上的电势等于单块电池的阳极和阴极之间的压降。这可以被用作供位于阴极的转换器使用的电源以将阴极电势升高或降低成高于或低于其正常电压，目的是为了微调由阴极引出的电流。可选地，平衡杆可以在改装时使用以在给IEG供电时向阴极上或者电解槽侧部的电源提供交流电。

三相交流电源系统通常是用于电解室的电源。具有60个阴极的铜电精炼槽需要约14kW。具有60个阴极的铜EW槽需要约75kW。这些功率水平均可由单相变压器提供。但是，可能需要针对几乎确定给金属精炼或金属EW系统供电的三相电源给出平衡负载。在感兴趣的安全性方面，三相系统中的不同相不应彼此接近，原因是在三相系统中的线间电压明显大于线与中性点间的电压。好的设置方式因此应该是每一个槽都以单相操作，但是多个槽被分为三块，其中每一块都以三相四线电源的其中一相来供电。

在由单相交流电馈送电力时，可以方便地将两根导线都用作火线从而在感兴趣的安全性方面降低火线对地的电压。因此，例如除了用两根导线提供电源以外，其中一根导线(火线)相对于接地为230V且一根导线相对于接地为0V，更安全的做法是为两根导线都提供相对于接地为115V的电压(也就是两根反相火线)。这在交流导线以暴露的方式沿电解槽两侧延伸的情况下就显得特别重要。例如，两个并排电解槽的相邻边缘可以携带譬如57V的火线A同时这些电解槽的另一侧可以(反相于火线A)携带57V的火线B。因此，只有通过触摸到任何指定电解槽相对边缘的导线才能获得114-115V的电击。漏电断路器可以被用于保护用户避免因触及任何57V的导轨而遭到电击。

如果交流电源被用于给转换器提供电力，那么变压器可以设置在包含多个电解槽的厂房内的适当位置以逐级降低电压，从而使得能够给选定位置提供高压并且在此变压降为低压以用于分配至各个转换器。因此电力传输是在适合于让电力传输水平导致降低电力功耗的电压下进行。可选地，电力可以在选定位置转化为低压的直流供电。功率因数校正可以应用于这些位置或者各个以交流电源供电的电池转换器。以下更加详细地介绍各种实施例的细节。

作为高压电源(明显高于个体电池电压的电源)的可选方案，也可以使用电压与电池接近的电源。通常这可以在设计与本发明所用非常接近的电解室内需要采用转换器及其控制系统时使用。例如图37所示的降压转换器可以在当前使用的直流汇流条配电系统和电极之间使用。图37示出了在图10中介绍过的开关模式降压调节器，不过二极管35已经被以同步整流器模式操作的功率MOSFET130所代替，目的是为了提高电路的效率。在此情况下，进入和离开板的电流将由设置在接线片和直流低压汇流条之间的一个或多个转换器控制。在电流通过多于一个连接点(例如接线片)流入或流出板时，用于每一个转换器的电流设置必须对此加以考虑并且当电流水平在操作期间有所修改时必须通知各个转换器该改动或者需要彼此通信。同步整流的使用可以用于电路的续流部分以提高调节器的效率。在EW的情况下，阳极是永久性的；但是在ER的情况下，阳极是可溶解的。因此在ER的情况下调节器更应该伴随阴极。图38示出了图37中的电路被修改为最优地用于阴极。加入电容131以为高频交流电流提供路径。电感33和电容滤波器34一起平滑MOSFET32漏极处的开关波形。电感33在该滤波器电路中的存在使得必须包括第二MOSFET130以在MOSFET32关断时为电感33中的电流提供循环的电流路径。但是，这些都是相对昂贵的部件。

图39注明了图38所示电路中的某些物理元件。电池24由物理存在于阴极板132和阳极板133之间的电解质构成。电感33内的循环电流在MOSFET32关闭时通过MOSFET130循环。电路中的支路134以用于循环电流的阳极电势提供了直流电源或散热装置。也可以通过电容34而成为交流的接地。电路中的支路135将支路134连接至阳极以及电源的正极端子并且可以具有不同的物理实体。

在单个阴极上并联使用了多个开关模式调节器时，可以用滤波元件和续流二极管(或同步整流器MOSFET)在每一个调节器内配电，只要在切断开关时有路径供电流在板的寄生电感内循环即可。通常都是这种情况，因为MOSFET32绝大部分时间都是接通的，所以在常规ER和EW情况下用作调节器时微调电流的电源即可用接近一致的脉宽调制占空比来操作。如果采用合适的开关模式用于MOSFET32，那么吊杆内的电流即可保持基本恒定，在此情况下吊杆内的电流不会有任何大幅度的改变，这样的大幅度改变能与寄生电感相互作用从而导致MOSFET的过电压。即便如此，与寄生电感相互作用的di/dt的高数值也会导致用于开关的MOSFET的过电压。但是这不会成为问题，原因在于绝大部分MOSFET都是设计用于在雪崩条件下操作。为了进一步降低由于寄生电感而产生任何过高电压的可能性，开关MOSFET32(并因此开关di/dt)的额定值可以减小-也就是说它的打开和关闭时间可以延长。这将会增加MOSFET内的开关损失，但这些应该是可以接受的。为了让开关进一步柔和，加至每一个MOSFET栅极的开关控制波形的幅值可以保持在相对较低的幅值以避免MOSFET过于突然的开关。开关模式调节器的主要优点例如有低成本的交流电流传感器可以被用于提供电流的准确测量值以供监测和控制使用。

MOSFET32通过大导体整合有助于降低MOSFET32之间的寄生电感。因此，在感兴趣的经济性方面以及由于以上的考量，图39中的调节器可以简化为单个MOSFET32，每一个都如图40所示。

图41是适合用于在高电流情况下逐级降低电压的多相降压调节器的电路。输入电源140被转化为低电压的输出141。MOSFET开关142、用作同步整流器的MOSFET143和电感144构成了每一相中的部件。所有的相都有助于通过电容145平滑的输出141。输出被提供给电池146。

图42是一种可行的整体电源管理系统设置的示意图。由电阻146表示的电池负载通过(单相或多相的)降压转换器150供电。转换器151利用交流电源153(例如230V,50Hz)建立直流电源152。该转换器151可以包括功率因数校正级。中间电源152可以是任何常用的直流电压，但也可以是由功率因数校正级得到的直流电压，并且可以包含明显的电压波纹并构成大于交流电源153峰值电压的电压。为了让降压调节器150有效工作，在中间电压轨155处提供给它的中间电压不应过分偏离输出电压(也就是电池电压)。通常在转换器是简单的降压转换器时，该转换器的输入电压不应大于输出电压的十倍。因此可能需要中间转换器154以将转换器151的输出电压转化为适合用于输入至转换器150的电压。转换器150的输入电压在它是基于变压器的转换器时可以明显增大，其示例已经参照图8和图9进行了介绍。

为了在ER或EW的情况下向阴极和阳极输送直流电流，提供了一种可选的解决方案。相应地，电源被承载在靠接到电解槽两侧或电极自身上的杆或机架(支撑杆)上并且通过压接到电极或其吊杆上的弹性接触销或杆向电极输送电力。销通过柔性导线连接至其相应的电源端子。这些导线为根据需要装入直流电流变送器提供了便利，柔性导线能够轻易和方便地输送并穿过通常可用的直流电流变送器中的开口。支撑杆可以独立支撑或者可以由靠接在电极上的弹簧销支撑。来自杆的压力通过杆及其携带部件的重量或者通过利用某种装置将支撑杆朝向电极下压并固定在该位置而促使将销压入与其相应电极相接触。支撑杆以及与其相关联的所有部件在需要更换阳极或取出阴极进行作业时均可从其维修位置移除。可以使用纵向延伸并且在末端通过绝缘交联元件连接的两根或多根支撑杆。以下介绍各种实施例和可选项。

图23示出了电池特别是电解槽内的IEG如何由电解槽76上方的杆75上承载的电源驱动。电解槽76放置在地面77上并且示出了侧视图也就是从电极边缘侧看的视图。电解槽可以任意延伸并且可以包含任意数量的阳极和阴极。电解槽包含阴极1和阳极2。对象79是与每一个电极相关联以将这些电极沿电解槽76一侧支撑在绝缘载体上的吊杆或接线片。为IEG提供直流电的电源80被承载在支撑杆75上。金属销或轴杆81穿过支撑杆75或者在支撑杆75旁边延伸并且如果支撑杆75是导体就通过绝缘套管与支撑杆75绝缘。如果支撑杆75由绝缘材料制成，那么就不需要绝缘套管。销81加载有弹簧以使得一旦与它们压向的电极相接触就有一定程度的适应性。销81(通常在阴极的情况下)与吊杆接触或者(通常在阳极的情况下)与电极表面接触。

(例如由阴极构成的)吊杆可以具有特定的金属贴片以供销81接触从而确保良好的电接触。(例如由阳极构成的)电极可以使其金属表面区域专门准备用于接受跟销81的接触以使得在其间有良好的电接触。支撑杆75上的电源80提供了给阳极和阴极馈电的直流电源。线缆82将电源80的正极输出端连接至阳极并将电源80的负极输出端连接至阴极。支撑杆75可以独立支撑或者可以由靠接在电极上的弹簧销81支撑。这种装置的工作原理是来自杆75的压力通过杆75及其携带部件的重量或者通过利用某种装置将支撑杆75朝向电极下压并固定在该位置而促使销81与其相应电极形成接触。支撑杆75以及与其相关联的所有部件在需要更换阳极或取出阴极进行作业时均可从其维修位置移除。图24示出了与图23相同不过是从上方看的装置。

可选地，如图25所示两根或多根支撑杆沿电解槽的长度延伸。作为示例在图中使用了两根杆75，但是可以使用任意数量的杆75。杆75被连接在电解槽的每一端并且通过交联元件83适当地连接，交联元件83和杆75的整个组件因此构成了机架。机架的优点体现在放置到电解槽顶部时并且特别是在仅由电极77和78上承载的销81支撑时。应该意识到可以有不同的方法来制成稳定的机架，所有这些方法都被涵盖在本发明以内。

电源可以在杆75上承载，或者可以在无源杆上承载，或者在由支撑杆75或无源杆支撑的平台上承载。

电源作为示例可以通过以下方式获取其功率：

1)给电源内包括PFC(功率因数校正)的每一个电源馈电的单相交流电源；

2)给电源内不包括PFC的每一个电源馈电的单相交流电源；

3)给多个PFC单元(数量不必与电源数量相同)馈电的单相交流电源，这些PFC单元均以直流电为多个电源供电，在此情况下电源是直流-直流的转换器；

4)给上述任何一种选项馈电但是负载分布在三相电源的三相之间的三相电源；

5)给不具有PFC级的交流-直流转换器(整流器)馈电的三相交流电源，受益于由三相电源提供的改进功率因数校正和消除谐振功能。由此建立的中间直流电源能够给相应构成直流-直流转换器的电源馈电。

6)直流电源，在此情况下电源是直流-直流转换器。

柔性电缆可以将机架或杆连接至这些电源。电缆可以在杆或机架的一端或多端给杆或机架馈电。可选地，电缆可以在某些中间点或共用点给杆或机架馈电。电缆可以从架空配电系统或者从电解槽两侧的配电系统或者在电解槽的一端或多端携带电力。柔性电缆可以可选地包括用于连接和断开的插头和插座类接插件。

可选地，电力可以通过承载交流或直流的压接触点输送至机架。机架在此情况下可以移动而无序断开任何插头和插座系统。

在电源有利地进行热交换时，设有例如通过使电源在交换过程期间临时切断而避免电弧放电的装置。

ER或EW环境的一个问题是存在可能有害于电触点的电解质。在传输交流电力时，可以有利地使用感应式电力传输技术。在这样的电力传输系统中，设有设置为充分接近优选为接触的电力发送单元和电力接收单元。发送单元有效地是一半变压器磁芯及其主绕组，而接收单元是另一半磁芯电路和副绕组。在任何一半都不需要露出电导体。磁芯被尽可能接近地靠在一起以使磁芯之间的距离尽量小。磁芯理想地应该彼此接触。如果磁芯材料可能会被电解质损坏，那么可能有必要在磁芯表面上覆盖化学惰性材料制成的保护性薄膜。磁芯形状的各种结构都是可行的(例如叉形磁芯内的叶片，锥形接收器内的锥体或简单的E-E式磁芯或圆形(弧形)磁芯及圆形磁芯)。感应式电力传输还可以在使用热交换的情况下消除对避免电弧放电方案的需求。

可选地，电力可以馈送至阴极而不是像图26和27所示馈送至IEG。图26示出了电解槽的侧视图(类似于图23)。

图27示出了从上方看的视图(类似于图25)。电源80具有两个共用正极端子84和一个负极端子85。设有三根有源杆构成如前所述的机架。根据上述内容应该理解在机架内可以有多种组合有源杆和无源杆的可能性。电源80的负极端子85被连接至通过线缆82给阴极馈电的销。电源80的正极端子84被连接至通过线缆82给相邻阳极馈电的销。因此所有的阳极都是相同的电势。

图29示出了接触电极的一排销的可选取向。图29从上方示出了电解槽的视图。阳极96和阴极97由电解槽绝缘两侧的接线片或吊杆支撑。支撑杆98在跨越电解质上方的电解槽延伸并且以与这些电极相同的取向放置。支撑杆98如前所述加载有弹性接触销99。如果支撑杆98是由绝缘材料制成，那么一根支撑杆上的销可以通过柔性线缆连接在一起；或者支撑杆98也可以由导电材料制成，在此情况下可以在销之间设置连接件。连接支撑杆的绝缘机架端部元件可以提供机械刚性并将机架成形。在图29所示装置中，IEG由电源100驱动。在该示例中每一个IEG都有多个电源驱动(在本示例中有四个电源，不过任意数量的电源包括一个电源也都是可行的)。因此电源被连接为将其正极短租连接至阳极上方的支撑杆和销并将其负极端子连接至阴极上方的支撑杆和销。因此电源是并联操作。由于它们应该是电流模式的电源，因此它们自然可以根据每一个的设置来分享电流负载，或者如果这种设置方式具有导致不稳定的趋势，那么可以通过信号线将它们连接在一起以使得以协作的方式来控制它们对总电流的分配。销101表示连接点，在此实现电源和支撑杆(如果导电)或线缆系统(如果支撑杆不导电)之间的连接。

图29所示装置的一种优点是如果电源仅位于电极间间隙的端点处(也就是靠近电解槽的边缘)，那么电极之间的间隙就是可见的并且可以从上方进行操作以使得能够视觉检查间隙状态并且如有必要可以物理消除电极之间的短路(例如通过在电极之间插入绝缘杆而消除短路)。

多个销的设置方式具有降低接触电阻的优点，原因是用于一个电极的所有销都是并联以使得通过销提供的多条电流路径降低了总有效电阻。

机架的重量可以足够大以确保加载有弹簧的销和电极之间的良好接触。但是，如果在机架上需要额外的配重，那么机架也可以承载一个或多个主变压器以用于减少对电源的主要电力供应。机架上的负载例如可以由一个单相变压器、均以相同的主相工作的三个单相变压器或者以三种不同主相工作的三个单相变压器构成。通常这些变压器将使1到3kV范围内的电压降至110V到250V的范围以用于给电源供电。降压用主变压器通过构成架空或构成电解槽侧边的柔性电缆供电。

尽管在图29中通过弹性销99实现对电极的接触，但是这不是用于实现与电极接触所必须的设置方式。一种可选的设置方式是允许将导电的支撑杆靠接至电极或其吊杆的上表面以使得沿电极的长度能够连续地实现接触。通过这种方式就可以将(借助于支撑杆的)电源和电极之间的接触电阻减小至非常低的水平。这在降低ER和EW系统内的功耗方面是有利的。通常在常规系统内电极和汇流条之间的接触中可以损失多达10%的功率。

通常高架吊臂可供用于针对电解槽加载和卸载电极并且也可以被用于升高和降低支撑变压器和电源的机架。

为了允许加载新的阳极或者让阴极作业，可能需要通过高架吊臂对阳极和/或阴极进行操作。这就需要临时移动杆或机架的电源系统。

图28示出了如何通过高架吊臂移走机架和彼此堆叠地存放机架以允许操作电极。如果使用的是单根杆，那么为此将杆放置在沿电解槽延伸的承载系统内是可行的。如果使用的是机架，那么机架可以被旋转并垂直悬挂在电解槽侧面某个方便的位置。机架可以如图28所示无旋转地升高并堆叠在相邻的电解槽上，其中90是电解槽的端视图。电解槽放置在地面91上。电源和销的组件具有在操作中靠接电解槽侧面的引脚93，或者在如图所示彼此堆叠时可以将其用于支撑机架。

图30示出了在电解槽边缘处有可用空间时用于移除机架和封盖装置的可选设置方式。电源、电极接触装置和封盖在本示例中作为两个单元105被移除，每一个单元都覆盖了一半的电解槽。这些单元被提升以脱离电极并随后纵向移动离开电解槽的中心以允许高架吊臂操作电极。

在ER中的常见做法是用织物或其他覆盖物或罩盖来盖住电解槽，目的之一就是为了减少热损失。在使用机架装置时，支撑杆和机架杆之间的区域可以填入固体板材或织造板以使得能够实现覆盖电解槽的附加功能。用于电极的电源可以承载在这些机架上。在EW的情况下存在排气并且可能会产生酸雾，经常被用于控制酸雾排放的罩盖也可以装入机架内。

电源可以通过导电的支撑杆彼此并联。但是，如果销与支撑杆之间绝缘或者支撑杆是由绝缘材料制成，那么电源就给销馈电而不是给支撑杆馈电，电源的并联在电极上实现。这对于获得电极内均匀的电流分布是有利的。

在常规地通过靠接在电解槽侧面的接线片挂起阳极时，阴极和电源组件可以被支撑在安置于阳极上表面的正交导电交联元件上。阴极或IEG均可通过该方法驱动。如果驱动的是IEG，那么支撑的交联元件就需要使其两半之间电绝缘。图31是电解槽和电极从正面边缘看的侧视图，示出了这样的实施例。阳极106常规地通过靠接至电解槽侧面的接线片挂起。阴极109和电源组件(包括导电的交联元件107和电源108)靠接至阳极的上表面。阴极或IEG均可通过该方法驱动。如果驱动的是IEG，那么支撑的交联元件107就需要使其两半之间电绝缘。

尽管电极板两侧的接线片被描述为用于支撑板并针对板送入和引出电流的典型装置，但是也可以用功率转换器居中地连接至板或夹在板之间。这种系统的优点是提供给板的电流可以被认为是与悬挂板无关的因素。在直流电源和板之间的接触区域内的压降问题能够因此明显减少或根除。

以上介绍的机架系统被用于向电极或电极对提供直流电。作为一种可选方案，电源可以由电极承载。例如转换器可以承载在阴极吊杆上并如本说明书别处所述相对于阳极给阴极供电。在此情况下，机架/杆和销的系统即可被用于给转换器提供交流电，转换器自身不在杆或机架上而是在阴极上。杆/机架系统可以可选地用于给位于阴极上的转换器或调节器提供直流电。

任何机架装置均可装有中央显示面板以统一指示所有的个体阴极或IEG的状态。中央显示面板例如可以是监视器的显示屏或LED面板。这样的显示装置可以方便地设置在电解槽紧邻走道的一端。

发明人已经发现在阴极由电源或调节器馈电时，对于如何在阴极两侧之间也就是在IEG之间分配电流是没有控制的。但是，阴极可以可选地由两块金属板和其间的绝缘层构成。

图32示出了如何才能将三层式阴极用于允许独立控制阴极任何一侧的电流密度。三层可以粘接在一起或胶合在一起以机械地构成单块板，但是其两个侧面是电绝缘的。这种“夹层式”阴极的每一侧随后都可以由单独的电源或调节器112a和112b独立供电。线缆113a和113b将转换器或调节器112a和112b连接至相应的金属板110a和110b。转换器或调节器由吊杆114支撑。因此相对于相邻阳极的电压即可针对阴极板的每一侧进行控制。在阴极两侧之间可能有微小的电压差并且因此夹层中的金属板可以被制成为略小的宽度和长度从而围绕夹层式阴极的周边在每一侧都流出绝缘材料的边界，由此对任何试图从夹层式阴极的一侧流动治另一侧的电流提供有效的漏电距离，从而在任何这样的电流路径内提供极大的电阻。

可调节的IEG宽度和纵向系统

如前所述，用单个电源给IEG馈电潜在地给阳极和阴极提供了新的机动性，这可以被用于实现阳极和阴极之间的间隙可调。在作业之间即可调节间隙以克服常规系统中IEG宽度随着阳极变薄而在多次作业之间不断增加的问题。这就可以允许以需要的电流或电流密度使用最小可用电压来驱动每一个阴极或IEG，由此节约能量。而且电极间距可以在ER或EW过程中变为可调节变量从而进行过程优化。常规实践是使用固定宽度并将阳极和阴极定位成间隔一定距离以最小化电极内部短路的几率。利用本地电源给阴极或IEG供电有助于使用可调节的IEG宽度。例如，如果电源被承载在阴极吊杆上并且由来自柔性电缆或吊索上滑动触点的交流输入电力供电，那么阴极即可自由移动。

阳极也可以具有用于电流返回路径的滑动触点或者具有将其连接至阴极上电源的电缆。可选地，所有电极都可以被支撑在转轮上并且通过这些转轮和柔性电缆或电线收集的交流电在安装到阴极和阳极上的电源之间提供了必要的直流电流路径。移动电极的装置可以位于电极上或者在电极外部。例如上述转轮可以是机动式的。本发明技术中在电解室内作业之间的时间通常是几天。因此不需要高速动作或快速改变IEG的宽度。这样就可以通过非常低功率的、低成本的电机或致动器实现。在电解槽内例如在现有的电解室内使用多个阳极和阴极时，电极可以缓慢移动以用很难察觉的速度来调节其彼此的相对位置。

图33示出了附加或另外的可能性。生产线方法可以在其中电极120沿单个长电解槽121行进时使用，开始于一端并且在另一端露出，此时以准备好进行收取。通过该装置可以显著降低电解室内的劳动成本。如果在电极之间形成短路或者形成危险情况，那么可以动态调节电极间的间距以补救或避免短路。否则电极也可以尽可能接近地移动到一起以最小化由于电解质的电阻造成的能量损失。滚动设备122允许电极与其电源123一起移动。

附加地或可选地，移动式电极可以按照图34所示的新取向使用。电极的常规取向可以如图34所示转动90度。阴极可以沿生产线在固定阳极之间移动，在过程的一端进入并且在另一端从电解槽露出以准备收取沉积的金属。阳极是固定的。这种设置方式要求某种形式的滑动接触需要完成阴极和阳极之间的直流电路。

附加地或可选地，可以如图35所示使用纵向取向的生产系统。阴极125、阳极126和电源全都一起沿生产线行进，其中每一个IEG都由电源供电或者由通过电源馈送的阴极供电。用于电源的直流或交流电力从顶部悬链线收集，其中该供电的两部分均从悬链线收集，或者只收集一部分而另一部分则通过承载电极的导轨系统输送。图36示出了多条阴极和阳极线路如何像图35中那样沿生产线行进以允许使用阳极的两侧。

可选地并且为了消除对承载IEG或阴极电流的滑动触点的需求，阳极和电源可以全都沿着生产线一起行进，其中任一IEG都由电源或者通过电源馈电的阴极馈送。用于电源的直流或交流电力从顶部悬链线收集，其中该供电的两部分均从悬链线收集，或者只收集一部分而另一部分则通过承载电极的导轨系统输送。IEG在阴极任何一侧的宽度可以通过移动承载阳极的导轨更加靠近或者远离支撑阴极的导轨而改变。这可以在产品沿生产线向下输送时动态完成。潜在的短路可以通过在阴极和阳极之间的间隙内插入固定的绝缘杆以使经过绝缘杆的阴极阻断高压点来阻止。如果想要提高生产密度，那么可以使用多排阴极和阳极，此时沿生产线行进的是阳极-阴极阵列而不是一个阴极和两个阳极。

尽管目前的讨论已经涉及到控制提供给电极的电流，并且优选地控制电池中的电极间间隙上的电流，但是发明人也意识到某些电精炼和电解冶金的操作人员最初可能只想要测量电极电流。

在一种变形中，电流测量装置可以与至少部分阴极和/或阳极相关联，并且优选地与每一个阴极和/或阳极相关联。在优选的设置方式中，电流测量设备与每一个电极相关联。

例如在图7b和7c所示的情况中，由于电极具有凸部例如接线片11以与汇流条12相接触，因此电路上介于接线片11和汇流条13之间的电源9和13即可由电流测量变送器代替。在电极具有两个接线片时，测量设备需要与每一个接线片相关联。

电流测量设备可以向中央处理器返回通信。这样的通信可以是无线或有线通信。有线通信可以通过相应的数据线、共用数据总线或者甚至是通过将数据调制到汇流条自身内而实现。

直流电流的电流测量可以通过测量已知电阻上的压降来实现。可选地，电流可以被约束为遵循一定的电流流动路径，并且可以测量该路径周围的磁场。可用的适当技术有霍尔效应设备和磁阻传感器等形式。可商用的传感器经常包括偏压和/或反位线圈，因此这些传感器单独或结合工作就能够补偿例如来自汇流条的外部磁场。

类似地，因为接线片11表示短接但是精确定义的导电路径，那么就可以使用基于磁场的电流变送器来测量接线片11中的电流。

类似地，由于使用了图21和22所示的电极结构，因此调节器65可以由电流传感器以及相关的信号处理和传输电路代替。

有利地，电流测量变送器还包括以相邻电极或参考电势(例如接地)为参考的电压测量电路以使得能够直接测量或计算电极间间隙上的电压。

因此即可测量相邻电极之间的电流-电压特性并因此能够检测金属毛刺的形成、了解电极性能、将作业历史与电流相联系等。

类似地，在电极通过短(或长)线缆供电时，电流测量电路可以围绕每一根线缆设置，并且测量流向每一块电池的电流，不过这在电极具有多路电流馈送时可能需要累加若干个测量值。

这样的测量值也可以在音频-视觉报告单元上显示。由此在提供给电极的电流移动到预定的取值范围以外时即可发出警报。

即使仅仅是测量电流也可以带来一些生产上的好处，例如比较相邻电极之间流过的电流即可发现电极的偏移，由此可以通过略微移动电极进行补救。

应该注意的是每一个电源或电流测量设备均可包括本地处理和数据存储。这样做在增加向中央计算机的通信可能有难度或者成本高时应该是合适的。在这种设置方式中，数据可以由通过接触式或非接触式的装置本地存储并定期收集以供分析。

总之，本发明提供了若干优点。阴极和阳极的电极不必是相同的尺寸。如果方便的话，一种类型(阳极或阴极)的电极可以面对(也就是装在电池内)两个(或多个)其他类型(阴极或阳极)的电极，其中每一个尺寸减半(或缩小尺寸)的板都由减半(或更小)容量的转换器供电，如果两种(全部)板都是完全尺寸，那么就需要完整的容量。这种设置方式在板由每一侧的接线片或端子供电时特别有效(此时板被垂直悬挂在电解槽内)。每一侧(尺寸减半的板)都由其自身的转换器供电。电解槽上的绝缘杆应该为两种尺寸减半的板提供机械支撑。

在考虑ER和EW两种情况时，电源所需的输出电压范围是应该考虑的因素。在高压端，锌的EW可能需要3.5V量级的电压。在低压端，铜的ER中典型的净过电势通常仅高于0.2V。传统的期望是在电解质电阻、接触电阻和导线电阻的压降影响下，所需电压可以是0.3V的量级。本发明试图降低该电压，目的是为了节约能量(原因是由电池消耗的功率就等于流过电池的电流与电池上的压降的乘积)。本发明允许将阳极和阴极比传统工业实践教导的情形更接近地放置在一起，由此降低充满电解质的电极间间隙的电阻。而且，在本发明中给IEG(或者根据需要给各个阴极)馈电的电源可以被设置地非常接近于IEG(或电极)，由此避免在使用多于几厘米的电缆将电源连接至电极时造成的电阻压降。在本发明中，电源可以可选地设置在电极自身(通常是阴极)上以完全避免使用电缆。在IEG被驱动时，电源可以被构造为类似于IEG的厚度并因此能够设置在电解槽的边缘上靠近电极。因此就不需要电缆或者只需几厘米的电缆就能在电源和电极之间实现连接。应用这些降低压降的技术的结果就是电源可能必需要在正常操作中提供远低于通常接受的工作电压的电压。在铜的ER中取消了过电势以使得对于阳极和阴极之间的电压可以变得多低没有理论限制。而且，在正常操作以外，金属毛刺可能会在阴极上生长，这会造成阳极和阴极之间的短路或者有这样的危险。这种情况可以用多种方式管理-例如电源可以降低其输出电压以限制流过金属毛刺或短路电路的电流。在此时的情况下将需要非常低的电源输出电压。

Claims (74)

1.一种供电生金属使用的装置，包括：

交错结构的多个阳极(2)和多个阴极(1)，其中每一对阳极和阴极构成电池(24)；

多个电源(9)，每一块电池(24)与一个或多个相应的电源(9)相关联；并且

电源(9)被设置用于将一块或多块电池(24)内的直流电控制为预定值。

2.如权利要求1所述的装置，其中每一个电源与控制器(55)相关联，控制器(55)被设置用于控制直流电以使一块或多块电池(24)内的电流密度处于预定值。

3.如权利要求1或2所述的装置，其中电流密度是可变的。

4.如以上权利要求中的任意一项所述的装置，其中将电流作为以下至少一种因素的函数进行控制：电池(24)内阴极-阳极的间距、电池(24)的阴极-阳极电压、电极尺寸、电极结构、电极平整度、电极质量、电极阻抗、温度、电解质浓度以及电池(24)的电流-电压特性随时间的演变。

5.如权利要求4所述的装置，其中电池(24)的阴极-阳极电压被控制在0.2V到3.5V之间。

6.如以上权利要求中的任意一项所述的装置，其中电流是可逆的。

7.如以上权利要求中的任意一项所述的装置，其中电源(9)包括开关模式的功率转换器(136)。

8.如权利要求2所述的装置，其中每一个控制器(55)与电源(9)相关联或者是其相关联电源(9)的一部分。

9.如权利要求2或从属于权利要求2的任意一项权利要求所述的装置，其中每一个电源(9)包括电流测量设备(CT1)和相关联的控制器(55)响应于由电流测量设备(CT1)获得的电流测量值来控制电源(9)的操作。

10.如以上权利要求中的任意一项所述的装置，其中至少部分电源(55)包括用于跟计算机(59)交换数据的通信设备。

11.如以上权利要求中的任意一项所述的装置，其中至少一个电源与状态指示器相关联或者包括状态指示器。

12.如权利要求11所述的装置，其中状态指示器包括视觉显示和音频信号中的至少一种。

13.如以上权利要求中的任意一项所述的装置，其中每一块电池(24)都不与其相邻电池形成串联的电流流通。

14.如以上权利要求中的任意一项所述的装置，其中一个或多个阳极(2)或阴极(1)的两侧彼此之间电绝缘。

15.如权利要求14所述的装置，其中一个或多个电源被设置用于向一个或多个阳极(2)或阴极(1)的相应侧提供电流。

16.如权利要求1至13中的任意一项所述的装置，其中每N个阳极(2)或阴极(1)被保持为预定电压。

17.如权利要求16所述的装置，其中该预定电压是接地。

18.如以上权利要求中的任意一项所述的装置，进一步包括至少一个降压变压器(10)以将供电电压降至用于输入电源(9)的中间电压。

19.如权利要求18所述的装置，其中所述变压器可分为两部分，这两部分在放到一起时形成电感功率耦合。

20.如以上权利要求中的任意一项所述的装置，其中每一个电源(55)包括数据处理器或其他设备，用于在相关电池内的电压-电流关系表明已发生短路或者在预定时间范围内很有可能发生短路时禁止电流流动。

21.如权利要求10所述的装置，其中一个或多个控制器(55)或计算机(59)响应于电池(24)内的电流或电池(24)两端的电压的测量值来确定电池(24)内是否正在形成冲击或尖峰。

22.如以上权利要求中的任意一项所述的装置，其中每个阳极(8)或每个阴极(1)使用多于一个电源(9)。

23.如权利要求22所述的装置，其中在多个电源(24)连接至共用阳极(2)或阴极(1)的情况下，它们各自的控制器(55)彼此协作以共享控制信息和预定电流信息。

24.如以上权利要求中的任意一项所述的装置，其中阳极(2)或阴极(1)被分为子电极(110a,110b)，每一个子电极具有各自的电源(9)或各自的电流控制。

25.如以上权利要求中的任意一项所述的装置，其中至少部分阴极(1)和/或部分阳极(2)被挂在支撑件(66)上并与支撑件(66)绝缘，支撑件(66)在电解质槽(76)内的电解质上方延伸。

26.如权利要求25所述的装置，其中支撑件(66)是耦合至槽电源的导电元件，并且至少一个电源(9)从支撑件(66)接收电力并给相关联的阴极(1)或阳极(2)供电。

27.如以上权利要求中的任意一项所述的装置，其中电源(9)包括以与谐振电路或准谐振电路相关联的开关频率驱动的晶体管。

28.如权利要求27所述的装置，其中所述开关频率大于20kHz。

29.如以上权利要求中的任意一项所述的装置，其中用于阳极(2)板或阴极(1)板的电触点被设置在电解质槽(76)的底部或以其他方式浸入在电解质槽(76)内。

30.如权利要求1或以上权利要求中的任意一项在从属于权利要求2时所述的装置，其中控制器(55)监测并控制阳极(2)和阴极(1)之间的电极间电压。

31.如以上权利要求中的任意一项所述的装置，其中阳极-阴极间隙是可调节的，并且响应于电池内的电流密度或电池(24)两端的电压控制该阳极-阴极间隙。

32.如以上权利要求中的任意一项所述的装置，其中电源(9)控制阳极(2)或阴极(1)的电压。

33.如以上权利要求中的任意一项所述的装置，其中电源包括一个或多个功率MOSFET。

34.一种供电生或电精炼使用的装置，包括：

第一和第二电极(1,2,67)；

至少一个汇流条(12)；

至少一个电源；

其中电源与电极相关联并且被设置用于调节从汇流条到电极的电流供给。

35.如权利要求34所述的装置，进一步包括与每一个电源(9)相关联的控制器(55)以将流向电极(67)的电流保持在预定值。

36.如权利要求35所述的装置，其中每一个控制器(55)与其相关联电源(9)邻接或者是其相关联电源(9)的一部分。

37.如权利要求34至36中的任意一项所述的装置，其中每一个电源(9)包括电流测量设备(CT1)和每一个相关联的控制器(55)响应于由电流测量设备(CT1)获得的电流测量值来控制电源(9)的操作。

38.如权利要求34至37中的任意一项所述的装置，其中至少部分电源(55)包括用于跟计算机(59)交换数据的通信设备。

39.如权利要求34至38中的任意一项所述的装置，其中至少其中一个电源(55)与状态指示器相关联或者包括状态指示器。

40.如权利要求39所述的装置，其中所述状态指示器包括视觉显示和音频信号中的一种或多种。

41.如权利要求34至40中的任意一项所述的装置，其中至少一个电源(9)被用作电流源。

42.如权利要求34至41中的任意一项所述的装置，其中至少一个电源(9)是开关模式的功率转换器。

43.如权利要求34至42中的任意一项所述的装置，其中至少一个电源包括一个或多个功率半导体开关。

44.如权利要求42和43中的任意一项所述的装置，其中电源(9)的运行占空比大于20kHz。

45.如权利要求33至39中的任意一项所述的装置，其中汇流条(12)被电耦合至至少一个降压变压器，并且其中通过汇流条(12)向至少一个电源(9)供电。

46.如权利要求34至45中的任意一项所述的装置，其中除了由汇流条(12)提供的电力以外，至少一个电源(9)提供辅助电力。

47.如权利要求34至46中的任意一项所述的装置，其中电极(67)包括设置用于靠接在汇流条(12)上的多个凸部(11)。

48.如权利要求34至47中的任意一项所述的装置，其中电极(67)被挂在吊杆(66)上，吊杆(66)被设置为靠接在多个汇流条(12)上。

49.如权利要求48所述的装置，其中吊杆(66)与电极(67)电绝缘。

50.如权利要求47所述的装置，其中至少一个电源(9)被设置在多个凸部中的一个或多个以及汇流条(12)之间。

51.如权利要求47所述的装置，其中至少一个电源(9)被装入凸部(11)内。

52.如权利要求47所述的装置，其中至少一个电源(9)被装入电极(67)内或装在电极(67)上。

53.如权利要求48或52中的任意一项所述的装置，其中至少一个电源(9)被设置在吊杆(66)和电极(67)之间。

54.如权利要求48或52中的任意一项所述的装置，其中至少一个电源(9)被装入吊杆内。

55.如权利要求34至54中的任意一项所述的装置，其中一个电极(67)包括第一侧和第二侧并且其中所述第一侧和第二侧彼此之间电绝缘。

56.如权利要求55所述的装置，其中独立于电极第二侧中的电流而控制电极第一侧中的电流。

57.如权利要求34至56中的任意一项所述的装置，其中多个电源(55)与同一个电极(67)互相关联并且彼此协作以共享涉及相关联电极(67)的控制信息和预定电流信息。

58.如权利要求34至57中的任意一项所述的装置，进一步包括至少一个降压变压器，以将供电电压降至用于输入至电源(9)的中间电压。

59.一种用于供电生或电精炼材料使用的装置，包括：

电极(67)，包括：

第一导电层(110a)和第二导电层(110b)；

其中第一导电层(110a)和第二导电层(110b)由电绝缘层(111)隔开。

60.如权利要求59所述的装置，其中第一导电层(110a)被粘合或粘接至电绝缘层(111)并且第二导电层(110b)被粘合或粘接至电绝缘层(111)。

61.如权利要求59至60中的任意一项所述的装置，其中电绝缘层(111)延伸以覆盖电极(67)的至少一部分边缘。

62.如权利要求59至61中的任意一项所述的装置，进一步包括多个电源(9)。

63.如权利要求62所述的装置，其中一个或多个电源(9)被用作电流源。

64.如权利要求59至63中的任意一项所述的装置，其中一个或多个电源(9)包括开关模式的功率转换器。

65.如权利要求59至64中的任意一项所述的装置，其中电力被独立地提供给第一导电层(110a)和第二导电层(110b)。

66.如权利要求59至65中的任意一项所述的装置，其中每一个电源(9)包括电流测量设备(CT1)和相关联的控制器(55)响应于由电流测量设备(CT1)获得的电流测量值来监控电源(9)的操作。

67.如权利要求63至66中的任意一项所述的装置，其中至少部分电源包括用于跟计算机(59)交换数据的通信设备。

68.如权利要求59至67中的任意一项所述的装置，进一步包括至少一个降压变压器以将供电电压降至用于输入至电源(9)的中间电压。

69.一种用于供电生材料的装置，包括第一和第二电极以及用于将其间的间距作为以下至少一种因素的函数进行控制的致动器：

第一和第二电极之间电流-电压特性的演变；

电极状态；

时间。

70.一种电生装置，其中在电源、吊杆和电极之间的至少部分接插件包括压向协作导电面的触点。

71.如权利要求70所述的装置，其中触点是销或类似元件。

72.如权利要求70或71所述的装置，其中触点加载有弹簧。

73.如权利要求70所述的装置，其中触点是有弹性的。

74.一种电生装置，包括：

多个电极；

与至少部分电极相关联的电流传感器，以及用于输出或处理电流测量值的输出或数据处理电路。

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