CN104602935B - 控制金属‑空气电池组的操作的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

提供了用于控制金属‑空气电池组的操作的系统和方法。用于控制金属‑空气电池组的操作的系统和方法可包括：控制从电池组引出的电流；和控制所述电池组的温度。系统和方法可从金属‑空气电池组引出预配置量的电力，并在所需电力大于预配置电力时从可充电装置引出电力。

Description

控制金属-空气电池组的操作的系统和方法
技术领域
本发明涉及电池组(battery)。特别而言，本发明涉及控制金属-空气电池组的操作。
发明背景
如本领域已知的，电池组是存储化学能并使得能量以电形式提供的组件。金属-空气电池组使用金属与空气中的氧气的氧化以产生电力。由电池组产生的电能由各种系统和组件(例如，消费产品、工业系统等)使用。然而，在需要时，已知的系统和方法从电池组引出能量。相应地，存储在电池组中的能量利用可能不是最佳的。
发明内容
一种方法可包括控制从金属-空气电池组引出的电流；和控制电池组的温度。方法可包括使电池组根据特性(profile)操作，特性限定以下中的至少一个：能量利用率、电力、电解质利用值和腐蚀速率。在一个实施方式中，特性由控制器自动选择。
方法可包括重复设置从电池组引出的电流并设置电池组的温度，直到实现所期望的能量利用率。方法可包括确定包括在电池组中的电解质的年龄(age)并基于电解质的年龄控制以下中的至少一个：由电池组提供的电流、电池组的温度、电解质的温度和由电池组提供的电压。方法可包括控制以下中的至少一个：由电池组提供的电流、电池组的温度、电解质的温度和由电池组提供的电压，使得维持电化学反应中消耗的金属量和电池组中的总金属量之间的预定比率。
方法可包括控制以下中的至少一个：由电池组提供的电流、电池组的温度、电解质的温度和由电池组提供的电压，使得维持包括在电池组中的金属的预定腐蚀速率。方法可包括控制以下中的至少一个：由电池组提供的电流、电池组的温度、电解质的温度和由电池组提供的电压，以最大化每体积单位的包括在电池组中的电解质从电池组引出的能量的量。方法可包括控制以下中的至少一个：由电池组提供的电流、电池组的温度、电解质的温度和由电池组提供的电压，以最小化金属溶解在包括在电池组中的电解质中的速率。
方法可包括通过控制包括在电池组中的电解质的温度和循环来控制电池组的温度。方法可包括在激活电池组之前，确定包括在电池组的电解质的年龄；和根据特性设置电解质的温度。
系统可包括金属-空气电池组；和控制器，控制器被配置为：控制从电池组引出的电流，和控制电池组的温度。系统可包括可充电(rechargeable，可再充电)装置，且系统被配置为：从金属-空气电池组中引出预定电力，预定电力根据平均电力需求限定；和当电动汽车需要的电力大于预定电力时，从可充电装置引出(draw)电力。
包括在系统中的控制器可被配置为使电池组根据特性操作，特性限定以下中的至少一个：能量利用率、电力(power，功率)、电解质利用值和腐蚀速率。包括在系统中的控制器可被配置为自动选择特性并使电池组根据所选特性操作。包括在系统中的控制器可被配置为重复设置从电池组引出的电流和电池组的温度，直到实现所期望的能量利用率。
包括在系统中的控制器可被配置为确定包括在电池组中的电解质的年龄并基于电解质的年龄控制以下中的至少一个：由电池组提供的电流、电池组的温度、电解质的温度和由电池组提供的电压。包括在系统中的控制器可被配置为控制以下中的至少一个：由电池组提供的电流、电池组的温度、电解质的温度和由电池组提供的电压，使得维持电化学反应中消耗的金属量和电池组中的总金属量之间的预定比率。包括在系统中的控制器可被配置为控制以下中的至少一个：由电池组提供的电流、电池组的温度、电解质的温度和由电池组提供的电压，使得维持包括在电池组中的金属的预定腐蚀速率。
包括在系统中的控制器可被配置为控制以下中的至少一个：由电池组提供的电流、电池组的温度、电解质的温度和由电池组提供的电压，以最大化每体积单位的包括在电池组中的电解质从电池组引出的能量的量。包括在系统中的控制器可被配置为控制以下中的至少一个：由电池组提供的电流、电池组的温度、电解质的温度和由电池组提供的电压，以最小化金属溶解在包括在电池组中的电解质中的速率。系统可包括电池组，其包括由铝、锌和铁中的一种制成的金属阳极。
系统可通过控制包括在电池组中的电解质的温度和循环来控制电池组的温度。包括在系统中的控制器可被配置为：在激活电池组之前，确定包括在电池组的电解质的年龄；和根据特性设置电解质的温度。根据一个实施方式的电动车辆可包括金属-空气电池组；可充电装置；和控制器，控制器被配置为根据特性设置供应到电动车辆的电力，特性限定以下中的至少一个：能量利用率、电力比率(power rate)、电解质利用值和腐蚀速率。
根据一个实施方式的电动车辆可被配置为消耗来自金属-空气电池组的预配置电力；和当电动车辆需要的电力大于预配置电力时，消耗来自可充电装置的电力。根据一个实施方式，当电动车辆所需的电力小于预配置电力时，电动车辆被配置为使用由金属-空气电池组提供的电力对可充电装置充电。根据一个实施方式，可充电装置的容量可被设计为供应电动车辆的平均每天能量消耗，并且金属-空气电池组可被设计为供应超过所述平均每天能量的能量。
附图说明
在说明的结论部分视为本发明的主题被具体地指出并被清楚地要求保护。然而，通过时参考以下具体实施方式并结合附图阅读可更好地理解本发明(关于组织和操作方法，以及其目的、特征和优点)，其中：
图1示出影响金属-空气电池(metal-air cell)的操作的参数；
图2示出根据本发明的实施方式的示例系统；
图3示出根据本发明的实施方式的示例系统；
图4示出根据本发明的实施方式的示例系统配置；
图5示出根据本发明的实施方式的示例流程；和
图6A和图6B示出根据本发明的实施方式的温度控制的金属-空气电池组的表现(behavior)。
应理解，为了说明的简单和清楚起见，图中所示的元件不一定是按比例绘制。例如，为了清楚起见，一些元件的尺寸可相对于其它元件被放大。此外，在认为适当时，附图标记可在各图之间重复以指示相应的或类似的元件。
具体实施方式
在下面的具体实施方式中，许多具体细节被阐述以便提供对本发明的彻底理解。然而，本领域的普通技术人员应理解，可在没有这些具体细节的情况下实施本发明。在其它情况下，公知的方法、过程、组件、模块、单元和/或电路未详细描述以免混淆本发明。
虽然本发明的实施方式不限于这方面，但是如本文所使用的术语“多个”可包括例如“多个”或“两个或更多个”。术语“多个”可在整个说明中用来描述两个或更多个组件、装置、元件、单元、参数等。
除非另有明确规定，否则本文中描述的方法实施方式不限于特定的顺序或序列。此外，一些所描述的方法实施方式或其要素可在相同的时间点或重叠的时间点发生或进行。如本领域已知的，可执行代码片段的执行(诸如功能、任务、子任务或程序)可被称为功能、程序或其它组件的执行。
虽然本发明的实施方式不限于这方面，但是使用术语的讨论，诸如，例如“处理”、“计算”、“确定”、“建立”、“分析”、“检查”等可指计算机、计算平台、计算系统或其它电子计算装置的操作和/或处理，所述计算机、计算平台、计算系统或其它电子计算装置将在计算机的寄存器和/或存储器内表示为物理(例如电子)量的数据操纵和/或变换为在计算机的寄存器和/或存储器或可存储指令的其它信息存储介质内类似地表示为物理量的其它数据以进行操作和/或处理。
本发明的实施方式可实现控制金属-空气电池或电池组(例如铝-空气电池组)的操作，以便提高其利用率。虽然为简单起见，在本文中主要涉及铝-空气电池或电池组，但是应理解，其它金属-空气电池或电池组也可适用。例如，根据本发明的实施方式的系统和方法可使用锌-空气或任何其它合适的金属-空气电池或电池组。
铝-空气电池组消耗铝来产生电能。在铝-空气电池中发生的电化学反应如下由式(1)所示：
(1)4Al+6H2O+3O2→4Al(OH)3+2.71v
实际上，铝-空气电池可在低于如式(1)所示的2.7v的电压(通常为0.7至1.5伏)下操作。其余能量作为热量被释放。除了该反应(导致产生电能)，腐蚀反应可如下由式(2)所示发生：
(2)2Al+6H2O→2Al(OH)3+3H2
式(2)所示的反应消耗铝，但不释放电能。因此，它被认为是不希望反应或寄生反应。由式(2)所示的反应的另一副作用是氢的释放。
如本文所指，术语金属-空气电池或金属-空气电池组的“库仑效率”是在电化学反应(1)中消耗的金属量和消耗的总金属量(即根据这两个式(1)和(2)所消耗的金属量)之间的比率。
铝的比能在本领域中已知为8.1kWh/kg。如本文所指，术语铝的“能量利用”是从一(“1”)千克(Kg)铝提取的电能量和包括在一(“1”)Kg铝中的总能量之间的比率。
一般而言，如本文所指，术语金属的“能量利用”由两个因素确定：
1.腐蚀速率-其确定或影响库仑效率。即，在不产生电能的情况下有多少金属损失，和
2.实际电池电压-这涉及所开发的电能的部分(例如没有作为热量而释放)。
本文涉及的且在本领域中已知的，电解质(或电解质溶液)可以是包含离子并且可通过电解分解的任何液体。电解质可包括任何当溶解在合适的离子化液体或溶剂(例如水)中时离子化的物质(matter)、材质(substance)或化合物。在铝-空气电池或电池组中，其中使用碱性电解质(诸如KOH或NaOH)，附加反应如由式(3)所示地发生：
(3)Al(OH)3+KOH→KAl(OH)4
在电池组的整个操作中，由式(3)所示的反应的产物溶解在电解质中并且通常会引起电池的电压逐渐降低，下降到一定的低电压阈值(通常为0.7-0.9伏)。
本文涉及的术语“电解质利用”(electrolyte utilization)是在其达到低电压阈值(例如，0.7-0.9伏特的范围内)之前可从金属-空气电池中引出的能量的量。
电解质利用可能受腐蚀速率和电池电压的影响。本文中涉及的术语“腐蚀速率”(corrosion rate)是金属溶解在电解质中而不产生电能的速率或量度。本文中涉及的术语“电池电压”一般涉及电池组中的电池的阳极和阴极之间的电势差。因此，电池电压可指示可从金属-空气电池中的有用金属中提取的能量的量。
本文涉及的金属-空气电池组的比能量是可从电池组中提取的能量的量除以电池组的总重量。如本文所述，一个实施方式可通过改善金属燃料的利用和/或通过改善电解质的利用来改善或提升提高金属-空气电池组的比能量。应注意，电池组中的电解质的利用的改善可通过本发明的实施方式实现，尽管电解质本身不释放能量，但是使金属-空气电池组中的金属(例如，铝)如上所述地释放能量。
本发明的一个实施方式通过控制电池组中的电池的操作参数(诸如放电电流和电池温度)增加金属-空气电池的能量效率。本发明的一个实施方式通过控制电解质通过电池组循环的速率增加金属-空气电池组的能量效率。例如并且如所述的，由控制器控制的泵可以使电解质以受控的速率或根据受控的间隔通过电池组中的腔室或电池而循环。控制器可控制泵和阀门，使得电解质流经电池组中的特定空间或腔室。在一个实施方式中，通过控制电解质温度，系统控制电池组的温度。在一个实施方式中，通过控制电池组中的电解质的流速和/或控制热交换器，系统控制电池组的温度，从而控制电池组的电压。
一般而言，金属-空气电池或电池组的性能由各种参数(诸如阴极的组成和结构、阳极的组成和结构、电解质的组成、工作温度、电解质流速、空气流速、放电特性等)来确定。虽然一些参数(诸如物理结构和元素的组成，例如，电池或电池组的结构和阴极的组成)由电池或电池组的设计和/或制造商确定，但其它参数(诸如工作温度、引出电流、电压和放电特性)可被测量并通过本发明的一个实施方式设置。应理解，不同设计或电池类型可根据本发明的实施方式使用，并且本发明的实施方式可适用于任何合适的电池组。例如，不同大小的电池组、电池的数量等可适用并在不脱离本发明的范围的情况下使用。
本发明的一个实施方式可补偿或考虑电池组的构造或组成设计参数和/或演变。例如，阳极和阴极之间的距离可在金属-空气电池或电池组的整个操作中改变。随着阳极的消耗，其表面和阴极之间的距离增加。这种和其它改变的参数确定电池或电池组的有效电压并影响操作期间的腐蚀速率，以及影响电解质利用。这些参数反过来确定电池或电池组的能量利用。一个实施方式可基于变化或演变的参数调整工作参数(例如电池组的温度或电力消耗)。例如，系统通过提高电池组的温度来补偿由金属-空气电池组产生的电压的下降(例如，由腐蚀引起的下降)。
电池或电池组的工作点可由从电池或电池组引出的电流、以及电池或电池组温度来限定。通常情况下，低电流引起较高的电池或电池组电压，但也增加腐蚀，并因此引起库仑效率降低。较低温度引起较低电压，但也引起腐蚀减少，并因此引起库仑效率增加。因此，在较高电压和较高库仑效率之间具有折衷，这实质上导致电池或电池组的总能量效率。
在给定的时刻，对于给定的放电电力，电池或电池组的最佳工作点可由电池或电池组的性质并且由电解质的“年龄”确定。所涉及的电解质的年龄是溶解在电解质中的金属(例如铝、锌等)的量。在一些情况下，电解质的年龄基于在电解质中溶解的金属的百分比或比率计算。
一个实施方式可确定金属溶解的当前或瞬时速率。例如，在一个实施方式中，从电解质中释放氢气由传感器连续测量并且控制器使用氢气释放水平或速率来确定阳极的金属溶解到电解质中的速率。例如，基于上述式(2)，控制器使用电池组中氢释放的速率来计算金属溶解在电解质中的速率。因此，电解质老化的速率由控制器来计算。通过连续地监测电解质的老化，控制器可在任何给定时间点很容易地确定电解质的年龄。如本文进一步描述的，系统可使电池组操作为使得氢释放的速率、阳极消耗的速率和/或电池组中的电解质老化的速率被维持在最小或在任何期望的速率或水平。
在(例如由的引出电流和温度所定义的)最佳点下工作可在电池或电池组的电压中反映。例如，在1v至1.25v的范围内的期望电压可通过由如本文所述的控制工作参数的一个实施方式保持。应理解，在适用情况下，电池的任何讨论都与包括一种或多个电池的电池组有关。例如，电池的能量利用的讨论与电池组中的多个电池有关，因此被理解为电池组的能量利用的讨论。同样地，加热或冷却电解质或电池的讨论应理解为加热和/或冷却电池组中的多个电池的讨论。因此，为了简化和清楚起见，当涉及电池组时，在本文中可被称为电池，反之亦然。
参考图1，其图示地描述了影响金属-空气电池或电池组的能量利用和这些参数之间的相关性的参数。如所讨论的，参数(诸如阳极组成、阴极组成、阴极结构、几何设计等(以下统称为“设计参数”))通常影响或改变电池或电池组的能量利用。这样的参数是从图1中省略。如本文所述，一个实施方式可测量、评估和补偿电池的设计参数的变化。
为了进一步描述图1中所示的关系，电解质年龄增加(例如，在每升电解质0至200克的铝的范围内)引起更低电压，而且还引起更低腐蚀速率，并且因此可增加或减小能量利用，这取决于具体工作条件。电流增加(通常为每平方厘米(cm2)的阴极0到400毫安(mA))引起更低的电压，但也引起腐蚀降低，并且因此也可增加或减小能量利用。温度增加(通常为0至90摄氏度(C°))使电压增加，但也增加腐蚀，并且因此也可增加或减小总能量利用。
图1示出工作参数之间的相互关系。通过控制图1所示的一些参数(例如，电流引出、电压、温度、腐蚀速率、循环速率和电解质年龄)，实现所需结果的参数可被控制。例如，为了控制腐蚀速率，系统控制电池的工作温度。例如，腐蚀速率可通过如本文所述的降低电池的温度来降低。在一个实施方式中，系统控制电池的以下中的一个或多个：电流引出、温度、腐蚀速率和电解质年龄，使得关于金属-空气电池，实现和/或保持以下中的至少一个：期望的能量利用、瞬间电力引出、特定电压或利用特性。
例如，在典型的电池组中，当需要恒定电力引出(以表示为P＝VI的电压和电流的乘积形式)时，可通过使电池的电压V保持在1-1.25伏的范围内并设置将根据该电压产生所需电力P的电流I来实现最大利用率。在一个实施方式中，在操作期间且随着电解质的年龄增加，包括在系统中的控制器引起热交换器，从而以受控的方式增加电解质或电池组的温度(例如，通过加热电解质和/或改变电解质的循环速率)，使得电压和腐蚀速率被保持在预定或合适的范围内。也可根据从电池组的氢释放速率来确定腐蚀速率。因此，可通过计算利用率的值＝(1-腐蚀速率)×电池电压/电池的反应的理论电压(例如，对于铝，理论电压为2.71V，如式(1)中所示，且对于锌，理论电压为1.65v)来确定电池组的瞬间利用率。在任何特定时刻，控制器可改变电池组的温度(例如，通过激活或控制热交换器)和从电池组引出的电力(例如，通过控制电流调节器)，使得利用率的值被最大化。
因此，本发明能够通过控制工作参数来增加金属-空气电池中的金属阳极和电解质的能量利用。例如，一个实施方式控制诸如电池的工作温度、从电池组引出的电流量或大小、由电池组供应的电压、电池组中的电解质的年龄等参数。
系统可通过控制工作温度来控制金属-空气电池的工作点。系统可通过控制从电池引出的电流来控制金属-空气电池的工作点。因此，电池的电压也被确定或控制。系统可包括控制器、热交换器、电流调节器和各种传感器，诸如电压传感器、pH传感器、电导率传感器、密度传感器、浊度传感器、氢传感器等。系统可适于通过热交换器的方式控制电池或电池组的温度，并且可通过电流调节器的方式控制从电池或电池组引出的电流。
系统可以以下一种或多种方式确定电解质的年龄：监测和合计金属阳极消耗、计算金属阳极消耗、基于氢释放测量或计算腐蚀速率、测量电解质电导率、测量电解质PH值、测量电解质密度、测量电解质浊度、测量电解质粘度等。
如本文所指，放电特性如下地表征或定义：放电电流和电压对溶解到电解质中的金属量(例如，铝、锌和适合金属-空气电池组的任何其它金属)。电池或电池组可在各种条件下测试，以便在各种载荷和条件下确定电池或电池组的容量或表现。例如，电池的生产商可提供表征电池组及其预期的性能的参数、值或图表(graphs)。一个实施方式可限定为电池组的放电特性，使得放电特性匹配所期望的性能。例如，在某些情况下，可能需要导致最大能量利用的放电特性，而在其它情况下，可能优选导致较低能量利用但提供更高电力的特性。
表征电池组的数据可被提供到控制金属-空气电池的操作时的控制器并使用。例如，如果由制造商提供的数据指示电池组的最佳温度，则控制器可使电池组在最佳温度下操作。例如，在一种情况下，控制器连续监测和调节电池组的工作参数，使得执行所选的放电特性。在另一个实施方式中，系统连续地监测并调节电池组的工作参数使得保持所需的利用率。在又一实例中，系统连续地监测并调节电池组的工作参数，使得供应所需的电力，同时保持利用率。
参考图2，根据本发明的实施方式的示例系统200的高级框图。如图2所示，系统可包括金属-空气电池组201，其将能量供应到负载203。例如，负载可以是车辆中的电动机、灯泡，或任何其它电力消耗实体。应理解，本发明的实施方式不限于电能被提供到其上的特定负载，且在不脱离本发明的范围的情况下，可使用任何负载。例如，本文中涉及的车辆可以是电动汽车、玩具、船或任何尺寸的飞机。车辆可以是有人驾驶或无人驾驶车辆。
如图所示，电池组201可包括金属-空气电池(例如，铝-空气电池)202。为了简单和清楚起见，电池组201中仅示出一个金属-空气电池202，然而，应理解，可根据本发明的实施方式使用任何适当数量的电池202。例如，可基于将由电池组201提供的期望电压来选择电池的数量。应理解，本文中的电池202的讨论适用于电池组201中的任意数量的电池202。例如，可对多个电池测量对电池202测量的参数，可对电池组201中的多个电池202设置对电池202设置或控制的参数(例如，电压、电流引出、热量、循环等)。
如图所示，系统可包括热交换器205，其可冷却或加热包括在电池组201中的电池组、电池或电解质。为了清楚起见，未示出包括在电池组201中的电解质，然而，应理解，电池组201或电池202中的任何空间可填充有电解质。例如，在一个实施方式中，热交换器205被放置在电解质流过的腔室。因此，系统可加热或冷却电池组中的电解质，从而加热或冷却电池组。电解质可流过电池202，从而冷却或加热电池202。在一个实施方式中，控制器219控制热交换器的操作。例如，控制器219从温度传感器208接收温度测量结果并控制热交换器205，使得实现和/或保持电池组201中的电解质的期望温度(因此实现和/或保持电池组201的温度)。
在一个实施方式中，通过控制开关阀等(未示出)，控制器219可通过使冷却或加热的电解质流过电池202来使热交换器205加热或冷却电池202。在其它实施方式中，加热或冷却可使用风扇、电元件、散热器、电池组201外部的风扇等来进行。控制器219可控制可处于电池组201内部或外部的任何加热或冷却装置、系统或组件。例如，风扇和加热元件组件可放置在电池组201外部并且可由控制器219控制，使得其冷却或加热电池组201或电池202。在另一个实施方式中，由控制器219控制的电加热元件可被放置在电池组201中，使得其可加热电池组201中的电解质。
为了清楚起见，未示出包括在系统200中的电解质。然而，应理解，电解质可存在于电池组201内部、电池202内部和电解质槽206中，并且可被制为根据需要例如使用管、孔等达到或流向或流过系统200的任何部分。
如图所示，系统200可包括电解质槽206和泵207。泵207可使电解质通过系统200循环。在一个实施方式中，控制器219控制泵207的操作。例如控制器219使泵207将电解质从电解质槽206传递到电池组201中的电池或使泵207将电解质从电池组201传递到电解质槽206。控制器219可控制泵207的容量，例如配置泵207以在第一时期以每秒第一体积使电解质在电解质槽206和电池组201之间循环，并配置泵207以在第二时期以每秒第二体积使电解质循环。相应地，控制器219控制电解质通过系统200的循环速率。
在另一实施方式中，为了从电池202中阴极或阳极除去物质的沉积物，控制器219控制泵207和热交换器205，使得实现循环和温度的期望组合。例如，为了取出来自电池202中的铝阳极的物质的沉积物，控制器219可首先使热交换器205加热电解质槽206中的电解质或电池组201中的电解质，且当达到电解质的适当或期望温度时，控制器219激活泵207从而使温的或热的电解质循环通过电池202并有效地除去来自电池202中阳极的物质的沉积物。应注意，热交换器205可被放置在如图所示的电池组201中，或电解质槽206中，或可使用两个热交换器，安装在电池组201和电解质槽206中。
在一个实施方式中，在激活或重新激活电池组之前，控制器219确定在激活电池组(例如，通过将电解质泵送到电池中)之前的电解质的年龄，控制器219将电解质的温度设置到预定值。例如，基于特性或规格，控制器219设置电池组的温度，使得实现电解质的最佳利用。例如，控制器219升温槽206中的电解质且仅在电解质达到(例如，如在特性中定义的和/或基于电解质的年龄的)预定温度时，控制器219命令泵207使电解质循环通过电池组201和/或电池202。
例如，在一个实施方式中，为了重新启动或重新激活电池组，在电解质被完全利用之前终止或停止电池组的操作，控制器219控制泵207和热交换器205，使得实现循环和温度的期望组合。
例如，为了在电解质在60摄氏度(60C°)的温度时重新启动已停止的(例如，与负载断开)电池组，控制器219首先使热交换器205加热电解质槽206中的电解质和/或电池组201中的电解质，且当电解质的温度达到55-65摄氏度(55-65C°)时，控制器219激活泵207从而使温的或热的电解质循环通过电池202，从而在对应于电解质的年龄的正确温度下重新启动电池组。
如图所示，系统200可包括温度传感器208、电压传感器209、电流传感器210、流速传感器211、压力传感器212、电导率传感器213、PH传感器214、密度传感器215、浊度传感器216和氢传感器217。应理解，包括在系统200中的一些示出的传感器可以是可选的。例如，一些实施方式可不包括示出的所有传感器。同样地，本发明的实施方式可包括图2中未示出的传感器，其可用于监测电池组201的各方面。为了清楚起见，示出每种类型的单个传感器，但应理解，多个相同类型的传感器可包括在系统200中。例如，多个电压传感器209可连接到电池组201组中的多个电池202。
在一个实施方式中，温度传感器208、电压传感器209、电流传感器210、流速传感器211、压力传感器212、电导率传感器213、PH传感器214、密度传感器215、浊度传感器216和氢传感器217可操作地连接到控制器219，使得由这些传感器产生的信号或输出被提供到控制器219。使用由传感器测量、感测或监测的参数，控制器219可确定电池组201的状态，且可命令系统200中的组件，使得达到和/或保持电池组201的期望操作和其它状态，。
上面提到的传感器可以是如本领域已知的任何合适的传感器。应理解，本发明的实施方式不受任何所描述的传感器的类型、性质或操作方式的限制。各种其它传感器可根据需要包括在系统中。例如，为了确定电池组中的电解质的年龄，可以添加粘度传感器且控制器219可使用关于电解质的粘度或厚度的数据，以便确定其年龄或质量。
在一个实施方式中，控制器219通过激活热交换器205和基于从温度传感器208接收的输入监测电池组201的温度来控制电池组201的温度，并且当实现期望温度时，控制器219停止温度热交换器205的操作。在另一实例中，使用测量环境温度的温度计(例如，安装在汽车中的温度计)的输入，控制器219可引起或命令热交换器205提供恒定热量，使得电池组201的温度保持在预定或期望的温度范围内。
控制器219可连接到任何传感器或单元，例如系统200外部的单元。例如，当安装在车辆中时，控制器219可连接到传感器或单元，其提供关于车辆行驶的速度、海拔、车辆外部的温度、引擎温度等数据。由控制器219从车辆中的任何可应用的单元、组件或子系统收集或获得的任何信息可由控制器在适用的情况下使用来如本文所述控制电池的操作。例如，上面提到的信息可允许控制器219确定预期车辆需要从其电源获得多少电力，并调整金属-空气电池的工作参数以提供所需的电力，同时保持其效率。
在一个实施方式中，控制器219通过控制电流调节器204控制从电池组201引出或提供的能量的量。例如，如果基于特性、限制、条件或配置参数，控制器219确定从电池组201引出的电流要被限制，则控制器219使用电流调节器204，以便限制从电池组201引出的电流。例如电流调节器204可以是可变和可控的电阻器，或由控制器219控制的DC到DC变换器，使得从电池组201流向负载203的电流被保持在期望水平或大小。
在一个实施方式中，关于电池组201的属性(attributes)、特征和/或性质的数据由电池组201的制造商提供且可以被使用。例如，电池组201的容量、电力和电压(和这些参数之间的相互依存关系)可从制造商处获得，并且可使用这样的属性来产生最好与特定电池组201使用的特性。
在一个实施方式中，可在如本文所述被操作之前测试电池组或电池。例如，电池组201的每个电池可在不同工作条件(例如，电流、电压和/或温度中的每个保持在各种不同值)下测试，以便确定电池的放电曲线。可测试和分析各种曲线，以便确定可实现的性能特征。可选择多个充电/放电曲线以供使用。例如，第一选择的曲线可以是能量最佳的(energetically optimal)而第二选择的曲线可以是功率最佳的(power optimal)。控制器219可被提供电池的所选曲线或放电特性，并且可使用提供的曲线以便控制电池组201的操作。例如，控制器201控制电池组201的温度和/或从电池组201引出的电流(如本文所述)，使得保持选择的曲线或特性。
系统200可控制电池组的操作，使得执行或保持预定操作特性。例如，可实现特征在于关于溶解在电解质中的金属量的放电电流和电压的放电特性。例如，使用从一个或多个传感器接收的数据，控制器219确定电池组201中的电解质的年龄。例如，通过测量关于时间和用途(例如，在实验室中)电解质的密度、PH、氢和/或浊度，电解质被特性化，使得对于密度、PH、氢和/或浊度的特定水平并基于电解质特性，可确定电解质的年龄。因此，在一个实施方式中，如果提供有电解质特性和来自附接的传感器的数据，控制器201确定电解质的年龄。
在一个实施方式中，放电特性限定放电电流和电压。为了使电池组201根据特定放电特性操作，控制器219使用电流调节器204来将从电池组201引出的电流设置为放电特性中定义的值。在一个实施方式中，为了使电池组201在由放电特性定义的电压电平下操作，控制器使用热交换器205。如所描述的，由电池组201提供的电压可通过升高电池组201的温度来升高且冷却电池组201将引起所提供的电压的减小。因此，在一个实施方式中，控制器219使热交换器205加热或冷却电池组201，使得实现在放电特性中所限定的电压。
控制器219可监测关于特性的所有方面，并一并或同时控制多个单元使得可保持多个特征中的每个特征。例如，在监测电池组201的电压并且使热交换器205加热电池组201以便升高电压的时候，控制器219可监测被引出的电流(使用电流传感器210)，并且如果，随着温度的升高，引出的电流增加到高于在放电特性中定义的电流，控制器219可使电流调节器204限制从电池组201引出的电流。因此，控制器219可同时监测并控制电池组201的多个操作特征。在另一个实施方式中，控制器219可迭代多个参数或特征，依次设置每个并且重复该过程直到达到并保持放电或其它特性达一段时间，或直到系统的状态改变。
例如，首先，控制器确定电解质的年龄。接下来，通过控制电流调节器204，控制器219设置从电池组201引出的电流，然后，控制器219使用热交换器205以升高或降低供应的电压，控制器219然后重复确定电解质年龄、设置电流和设置电压的步骤。在一个实施方式中，控制器219重复确定电解质的年龄、设置电流和设置电压的步骤，直到达到预定放电特性。在另一实施方式中，控制器219连续地重复确定电解质的年龄、设置电流和设置电压的步骤，使得连续保持遵守放电(或其它)特性。
在另一实例中，保持从每Kg金属提取的电能的量和电池组201中的每Kg金属的总能量之间的特定关系，这种关系在本文中称为利用率。在一个实施方式中，控制器219(例如本文所述)监测由电池组201供应的电压和电流中的至少一个以确定电流或瞬时能量利用。在一个实施方式中，为了实现期望的利用率，控制器219确定电池组201中的电解质的年龄，例如，如本文所述。通过控制热交换器205，控制器219然后设置由电池组201提供的电压，例如，如本文所述。
在一个实施方式中，控制器219检查从氢传感器217接收的数据，并使用热交换器205引起电池组201的温度的增加或下降，使得氢演化或释放对应于期望速率，例如，如在特性中所定义的速率。如所描述的，电解质中的氢的水平可指示在不提供电力的情况下金属被消耗的速率。因此，为了保持能量和消耗金属之间的特定关系，系统可监测氢在电解质中的水平并调节工作参数，使得保持该关系。为了实现能量与金属消耗的预定比率而进行的操作可顺序地或同时进行。为了实现能量与金属消耗的预定比率而进行的操作可连续地重复(例如，在循环中)，使得连续保持该比率。
系统200可使电池组201根据混合的特性或根据限制或特征的任何组合操作。在示例实施方式或情况中，系统200使电池组201操作，使得供应特定的所需或预定的电力且保持特定或定义的利用率。例如，控制器219将引出的电流设置到第一水平(例如，使用电流调节器204)。接下来，控制器219设置操作电压，使得实现所需电力。如本领域已知的，电流和电压的值或水平的许多组合可用于实现特定电力。在一个实施方式中，为了实现特定电力和特定利用率，控制器219监测氢演化速率并提高或减小电池组201的温度，使得氢演化速率对应于由利用率限定的速率。因此，为了实现预定电力和特定利用率两者，控制器可调节从电池组引出的电流、由电池组提供的电压和电池组的操作温度中的任何一个。在一个实施方式中，控制器219连续监测电池组201中的电解质的年龄、从电池组201引出的电力和电池组201的温度，并且考虑到电解质的年龄，连续地调节引出电力和温度，使得保持如所限定的操作特性。
控制器219可连接到任何适用的单元或组件，并可根据任何适用的条件调节电池组201的工作参数。例如，当系统200安装在车辆中时，车辆的移动速度由驾驶员控制，引擎操作状态、补充电源等可都在考虑范围内。例如，控制器219可接收汽车内传感器、汽车上的通信线路、安装在汽车的引擎或电动机上的传感器和附接到辅助源的传感器的输入。
控制器219可使用来自系统200安装在其中的汽车的驾驶员的输入和来自汽车中的引擎或其它组件的输入和来自辅助电池组的输入，以便设置电池组201的工作特征或特性。控制器219可动态地使电池组201根据当前或瞬时条件或要求来操作。
例如，当驾驶员踏在电动汽车的加速踏板上时，控制器219可从利用特性切换到电涌特性，其中电涌特性可能就电池组201的能量利用而言不是最好的但就电力(功率)而言可能是最好的。在另一种情况下，确定辅助电池组(例如，下面参考图3所述的电源320)被完全充电，并且为了保持特性中限定的能量利用，控制器219可减小从电池组201引出的电力并允许辅助电池组来提供电力。
在一个实施方式中，控制器219可自动调节电池组201的工作参数，使得实现电池组201的最佳使用。例如，在一个实施方式中，通过从电动汽车中的转速计和/或速度计接收信号，控制器219可推断汽车是静止的或需要低电力。在这种情况下，控制器219可切换到最佳保护电池组201的寿命的操作模式(例如使电池组201根据所述的低电力和高利用特性操作)。
参考图3，示出根据本发明的实施方式的示例系统300。如图所示，系统300可包括如本文所述的系统200，其包括金属-空气电池组201。为了简单和清楚起见，在图3中未示出系统200的其它组件。如图所示，系统300可包括控制器310，其可类似于控制器219。在一个实施方式中，控制器219可由控制器310替换。当替换控制器219时，控制器310可连接至如本文所述的被连接到控制器219的任何传感器。在其它实施方式中，例如，当两个控制器219和310包括在系统300中时，控制器310可与控制器219通信并接收由控制器219接收或获得的任何数据。因此，应理解，关于控制器219的本文描述的任何操作可由控制器310进行。
在一个实施方式中，控制器219和310包括处理器和存储器。连接到控制器310的非短暂性存储器可存储一组指令，当由控制器310执行时，所述指令使控制器310进行本文所描述的操作和方法。在一个实施方式中，连接到控制器310的非短暂性存储器单元存储本文所述的放电或其它特性。
如进一步所示，系统300可包括多个电源320和321。例如，电源320可以是本领域已知的可充电电池或超级电容器，且电源321可以是太阳能电源。为了简单起见，除了金属-空气电池组201之外，仅示出两个电源320和321。然而，应理解，任何数量的电源都可包括在系统300中、可连接到电流调节器和切换单元325，并且可由控制器310来控制。如图所示，系统310可包括电流调节和切换单元(CRSU)325。如图所示，CRSU 325可包括电流调节器326和切换组件327。
例如，电流调节器326可类似于电流调节器204，但可被配置为调节自/至连接到CRSU 325的任何电源或负载的电流。电流调节器326可包括多个电流调节器，并且因此可调节多个路径的电流。例如，在一个实施方式中，电流调节器326适于为不同路径设置不同电流限制。例如，在一个实施方式中，基于控制器310的控制，电流调节器326对从系统200到负载330的电流设置第一限制、对从系统电源320到负载330的电流设置第二限制，并进一步对从电源321到电源320的电流设置第三限制。
切换组件327可以是被配置为电连接和/或断开被连接到CRSU 325的任何组件或单元的组件。例如，切换组件327可在电源320和负载330之间建立第一电连接并进一步在系统200和电源320之间建立第二电连接。因此，CRSU 325可自/至任何连接的组件或单元传送电流，并且可进一步调节自/至任何连接的组件或单元的电流流动。
例如，CRSU 325可将电源321连接到负载330，并且同时将系统200连接到电源320。切换组件327可包括多个电操作开关，且使用这样的开关，切换组件327可实现任何附接的电源(包括系统200)至/自任何其它电源的电连接/断开。同样地，切换组件327可实现任何附接的电源至/自负载330的电连接/断开连接。因此，使用电力调节器326，CRSU 325可实现控制从连接到其上的电源中的任何一个引出的电流，此外，使用切换元件327，CRSU 325可将来自任何连接的电源的电流引导到任何连接的电源或负载330。应理解，多个负载可连接到CRSU 325。
在一个实施方式中，基于来自控制器310的控制信号，CRSU 325可使系统200向负载330提供预定义或特定的电力，并进一步使电源320和321提供所需的任何额外电力。在另一种情况下，如果负载330所需的电力小于系统200可提供的电力，则基于来自控制器310的控制信号，CRSU 325可使系统200向电源320和321中一个或两者提供电力。例如，如果电源320是可充电电池组，则如果可由系统200提供的电力或电流大于负载330所需的电力或电流，则基于来自控制器310的控制信号，CRSU 325可使系统200向电源320提供电力，使得系统200对电源320充电。
虽然未示出，但是任何有关的传感器可安装电源320和321和负载330中的任一个上，且安装的传感器可连接到控制器310。例如，类似于图2所示的那些的传感器(例如电压表)可安装在电源320和321上。因此，控制器310可知道系统300中的组件的状态或状况并可基于系统200、负载330和电源320和321中的任一个的状态控制CRSU 325。例如，如果电源321是太阳能电源且电源320是可充电电池，则基于来自控制器310的控制信号，CRSU 325可使电源321对电源320充电或向负载330提供电力。在另一时间或情况下，基于来自控制器310的控制信号，CRSU 325可使电源321既对电源320充电又向负载330提供电力。
在一个实施方式中，控制器310周期地或连续地监测、确定和/或计算电池组201组的工作条件。例如，控制器310基于如本文所述来自传感器的输入监测电池组201组的温度、从电池组201引出的电流和电池组201的电压。在一个实施方式中，控制器310周期地或连续地监测、确定和/或计算如本文所述的电池组201中的电解质的年龄。在一个实施方式中，控制器310周期地或连续地监测、确定和/或计算电池组201的能量利用。
例如，使用来自氢传感器217的数据，控制器310确定如上述所述的腐蚀速率。在另一实施方式中，控制器310使用电流密度值。如本领域中已知的电流密度是每体积或每截面积的电流的度量。例如，金属-空气电池组201中的金属的电流密度可被提供到控制器310，例如存储在控制器310可访问的存储器中。通过考虑电池组201的电流密度和温度和电池组201中的电解质的年龄，控制器310确定电池组201的能量利用率。例如，控制器310使用查找表(例如，由电池组201的b制造商所提供的)，以便基于电解质的年龄确定能量利用、电池组201的电流密度和/或温度。
在一个实施方式中，为了实现期望的或最佳的能量利用，控制器310(使用电压传感器209)观察电池组201的电压并将系统调整到就能量利用而言产生正确或最佳效率的电压。例如，使用电流调节器326，控制器将从电池组201引出的电流设置到恒定电平或速率，然后使用热交换器205设置电池组201的温度，使得实现由电池组201提供的期望电压。如本文中所描述的，在一个实施方式中，通过控制电池组201的温度来控制由电池组201提供的电压。因此，控制器310控制从电池组201引出的电流和电池组201的电压，使得实现并保持所期望的能量利用。
在一个实施方式中，控制器310使电池组201操作，使得实现最佳利用。例如，在确定电池组201的条件(诸如温度、引出电流和电压)并进一步计算电池组201的瞬时能量利用之后，控制器310调节如上文所述的电池组201的工作参数或条件。例如，如本文所述，控制器310增加或减少从电池组201引出的电流、增加或减少电池组201的电压或温度，使得达到期望工作点
例如，考虑具有新电解质的铝-空气电池，其在50C°的温度下，以200ma/cm2的电流密度、1.1v的电压和10％的腐蚀速率运行。通过电池的电流电压除以可由电池提供的理论电压计算电压效率参数(例如对于铝是1.1/2.7)。
瞬时能量利用率由控制器310计算为“库仑效率”和“电压效率”的乘积。在这个实例中，瞬时能量利用率根据下式为0.366：0.9×(1.1V/2.7V)＝0.366。为了增加能量利用，控制器310将电流密度增加到250ma/cm2(通过控制电流调节器326)，因此腐蚀速率下降到1％，并且电压下降到1.05v。因此，能量效率从0.366增加到0.99×(1.05V/2.7V)＝0.385。
参考图6A和图6B，其示出温度控制的金属-空气电池的表现。图6A和图6B示出根据本发明的实施方式的能量效率的增加。在由图6A和图6B所示的两个曲线图中，从电池组引出的电流在整个放电中是恒定的。如图6A所示，当温度恒定时，电池组电压随电解质的年龄不断下降(以每升电解质瓦特小时(瓦时/升)表示)，并且，如图所示，在310瓦时/升，电解质被耗尽。如图6B所示，当电解质的温度逐渐升高时，1.2v的电压通过放电来保持。在引出500瓦时/升电解质之后，仅耗尽加热的电解质。因此，通过控制电池组的温度，根据本发明的实施方式的系统显著增加金属-空气电池中的电解质的利用。
在一个实施方式中，负载330是电动车辆(EV)且电源320是可充电电池。此外参考图4，其示出可被认为是系统300或通过系统300实现的示例配置。在一个实施方式中，图4中所示的配置通过配置CRSU 325来实现。例如，控制器310使CRSU 325通过电流调节器326将系统200连接到充电装置410(其可以是电源320)，并进一步配置CRSU 325以将充电装置410连接到EV 415，如图所示。在另一实施方式中，永久或固定的连接可用于配置如图4所示的系统。
在一个实施方式中，在电动车辆415中使用时，金属-空气电池组201连接到可充电装置410，其又连接到车辆的驱动系统。在本实施方式中，控制器310使能量以恒定速率从电池组201引出。在一个实施方式中，通过计算EV 415消耗的平均能量水平或速率来确定恒定速率。例如，控制器310周期地或连续地测量由电池组201和可充电装置410两者向EV 415提供的电流，并周期地或连续地计算操作EV 415所需的平均能量。在一个实施方式中，控制器310使电池组201提供所计算出的平均电流或能量并且使用可充电装置410作为缓冲器，其在EV 415需要超过平均电力的电力时供应额外电力，并在EV 415需要小于平均电力的电力时吸收电力。例如，电池组201提供正常驱动的电力，但在EV加速且需要超过平均电力的电力时，可充电装置410提供所需的额外电力。在一个实施方式中，在EV 415产生而不是消耗电能(例如通过如本领域已知的再生制动(regenerative breaking)产生电能)时，EV 415产生的电能用于对可充电装置410充电。
如图4所示，在一个示例配置中，系统200通过电流调节器(例如，电流调节器326)连接到可充电装置或电池组410。在一个实施方式中，可充电装置410连接到EV 415从而向EV 415中的电动机以及向EV 415中的任何其它电负载或电路提供电力。如图所示，EV 415可包括控制器420，例如，控制器420可以是在本领域已知的安装车辆中的车载计算装置。控制器410可操作地连接到控制器310(为清楚起见，在图4中未示出)。因此，由控制器420获得或生成的任何数据可被提供到控制器310并由其使用。
在一个实施方式中，可充电装置410的容量是这样的，使得能够供应EV 415可能需要的电力高峰(power surge)，例如用于加速、爬坡，或者需要短期爆发高电力的任何其它驱动条件。可充电装置410可以或可以不从电网再充电(例如在家中)。由于金属-空气电池的性质，预期但不是必须的，金属-空气电池组210的容量显著大于可充电装置410的容量。金属-空气电池组210可相应地作为EV 415的增程器，并因此，电池组201或系统200可在本文中被称为增程器。
为了使增程器扩展EV 415的行驶距离，可不需要增程器(例如，系统200或金属-空气电池组201)来供应EV 415的瞬时电力需求，而是供应EV 415的平均电力消耗。因此，系统200或电池组201(在本文中称为增程器)必须以不同的方式利用以便提供每个行程的需求。这些需求可包括最大能量效率、特定电力需求、变化的电力特性、或上述的任意组合。控制器310可针对任何条件或需要来配置增程器(例如，系统200)。
在一个实施方式中，控制器310可监测可充电装置410充电状态，以及其它驱动参数，诸如行驶目的地、道路状况、车辆电力消耗统计、行驶风格等。例如，控制器310可连接到安装在EV 415中的控制器420，并因此接收所需的任何信息。如所描述的，基于由传感器提供的数据，控制器310可掌握增程器(系统200和/或金属-空气电池组201)的状态和可充电装置410的状态。例如，控制器310可确定电池组201的容量和可充电装置410的容量(例如，系统200和电源320)。因此，控制器310可选择和设置系统200(在用作增程器时)和可充电装置410的任何工作点、充电水平、引出电力和/或其它参数。
例如，控制器310可通过控制从系统200引出的电流来保持可充电装置410的电荷的最小状态。例如，如果控制器310确定可充电装置410的容量低于阈值，控制器310可使系统200对可充电装置410充电(例如，通过CRSU 325将系统200连接到可充电装置410)。
在一个实施方式中，可能期望控制可充电电池组或装置的使用。例如，为了延长可充电装置410的寿命，可能期望限制其使用。在一个实施方式中，为了限制可充电装置410的使用，控制器310在所有时间都从金属-空气电池组201引出电力，并且因此仅在从金属-空气电池组201引出的电力不足以用于其电力需求的时候EV 415从可充电电池(例如，可充电装置410)引出电力。在其它实施方式中，例如，如果金属-空气电池组201是昂贵资源且可充电装置410是便宜资源，则控制器310可使可充电装置410提供可从其中引出量的电流，同时保持金属-空气电池组201最低限度的使用。使用CRSU 325的电流调节和切换能力，控制器310可离散设置从附接到CRSU 325的每个电源引出的电力或电流。
因此，系统300可实现离散地设置由系统中的每个电源提供到负载330或EV 415的电电力的量。在又另一实施方式中，例如，如果由于停电或电力中断时，不能对可充电装置410充电，控制器310断开可充电装置410与EV 415的连接且仅在金属-空气电池组210无法提供所需电力时将可充电装置410重新连接到EV 415。应理解，使用CRSU 325，控制器310可配置系统，使得金属-空气电池组210和可充电装置410每个都贡献由控制器310确定的EV415所需的电力的一部分。例如，在一个实施中，控制器310保持可充电装置410的容量，使得其可支持EV 415所需的电力高峰。控制器310可观察可充电装置410的最大充电状态，以实现高效率再生制动或下坡能量再生、在到达电网之前增程器的最小使用等。
为了保持配置或确定的阈值，控制器310可在任何时间打开或关闭增程器。当激活增程器(例如，通过使用CRSU 325将系统200连接到负载330)时，控制器310可控制增程器(系统200)以供应最大能量效率的额定电力，提供最大电力，或提供任何其它设置或预定电力。
可充电缓冲器可以不止一个的方式用作缓冲器。例如，在一个实施方式中，可充电装置被设计为具有EV的每天平均能量使用所需的能量量。在每天，如果使用平均量的能量，则其可单独从可充电装置获取，可充电装置又可在连接到电网(家中的电插座)时再充电。如果每天能量消耗超出平均值，控制器310可操作金属-空气电池组201，使得其提供超过可充电装置中的可用能量所需的额外能量。
相应地，可通过对缓冲器(例如，可充电电池组)规律地充电并在每天正常行程使用可充电电池组来正常操作EV，但是在行程长于平均值的情况下，例如当可充电电池组被耗尽或者被放电到预先配置水平的时候，使用金属-空气电池组。例如，当可充电电池被放电至预先配置的水平时，控制器310激活金属-空气电池组。因此，根据本发明的实施方式的系统或电动车辆被设计为使得电动车辆中的可充电装置的容量被设计为供应电动车辆的平均每天能量消耗且电动车辆中的金属-空气电池组被设计为供应超过平均每天能量的能量。
现在参考图5，示出根据本发明的实施方式的示例流程。如块510所示，方法或流程可包括选择表征电池组的操作的特性。例如，在一个实施方式中，控制器219或控制器310选择表征或限定电池组201的操作的特性。如上所述，在一个实施方式中，控制器219或控制器310选择特性，使得电池组201的库仑效率被最大化。例如，选择的特性包括设置电池组201的温度和电池组201中的电解质的循环，使得如由上述式(2)所示的腐蚀反应被最小化。在另一情况下，控制器219或控制器310选择特性，使得电池组201中的金属的能量利用被最大化。在又另一实施方式或情况下，控制器219或控制器310选择特性，使得电池组201中的电解质的利用被最大化。特性可以是存储在控制器219和/或控制器310可访问的存储器中的一组值。多个特性可由例如电池组201的生产商提供，并且可被存储在控制器219和/或控制器310可访问的存储器中。相应地，控制器219或控制器310可从多个特性中选择特性。
在选择特性或使电池组基于特性操作时，可考虑各种参数。例如，如本文中所述，氢的释放可指示腐蚀速率或水平。因此，在一个实施方式中，控制器219使用从氢传感器217接收的数据来确定由电池组201释放的氢的水平或速率，并调节电池组201的操作参数，使得氢释放的速率或水平被保持在预定范围内。例如，特性可指示氢释放的速率且控制器219增加或减少电池组201的电力消耗，或调节电池组201的温度，使得观察到氢释放限制。
如块515所示，方法或流程可包括根据特性控制从电池组引出的电流。例如，利用电流调节器326，控制器310控制从电池组201引出的电流。如块520所示，方法或流程可包括根据特性控制由电池组提供的电压。例如，控制器219控制电池组201的温度，因此，如上所述，增大或减小电池组201提供的电压。如块525所示，方法或流程可包括控制电池组的温度。例如，通过控制热交换器205，控制器219减小或增大电池组中的电解质的温度201，从而减小或增大电池组201的温度。
如块530所示，方法或流程可包括控制电池组中的电解质的循环。例如，控制器219控制泵207，从而控制通过电池组201中的电池的电解质的循环。在一个实施方式中，控制如块515、520、525和530所示的操作参数可根据或基于特性进行。
如块535所示，方法或流程可包括确定负载所需的电力。例如，控制器310基于从EV415中的控制器420接收的信息确定负载。确定负载可包括预测负载。例如，控制器310使用全球定位系统(GPS)数据来预测负载。在另一情况下，控制器310使用从控制器410接收的路线规格(route specification)预测负载。在一个实施方式中，控制器310基于预测的负载选择特性。例如，如果基于行驶路线，控制器310识别出预期上坡行驶，则控制器310选择由电池组201提供的电力被最大化的特性。当例如基于EV 415中的电动机的每分钟转速(RPM)确定所需的电力低时，控制器310选择使电池组201中的腐蚀速率被最小化的特性。可使用由EV 415中的控制器420收集的任何数据以便选择特性或以其它方式设置电池组201或系统200的工作参数。
如连接块535和510的箭头所示，选择特性可以是自动的和动态的。例如，基于从控制器420接收的数据确定EV 415是静止的，控制器219或控制器310选择特性，使得产生低电力且腐蚀速率被最小化。接下来，确定EV 415在运动中，控制器219或控制器310选择特性，使得由电池组201提供的电力被最大化。
如块540所示，方法或流程可包括使使电池组提供所需电力的第一部分并使二次电源提供所需电力的第二部分。例如，通过控制CRSU 325，控制器310使电池组201向负载330(可以是EV 415)提供预定电流，并进一步使电源320提供额外电流，使得满足负载330对电力的要求。在一个实施方式中，当需要电力时，电力调节器限制由电池组201提供的电力并由用作缓冲器的可充电电池组提供所需电力的其余部分。因此，缓冲器用于电力需求达到峰值时的情况。
除非另有明确规定，否则本文中描述的方法实施方式不限于特定的顺序或序列。此外，一些所描述的方法实施方式或其要素可在相同的时间点发生或进行。
尽管本文已经图示和描述了本发明的某些特征，但是对于本领域技术人员而言，可出现许多修改、替换、改变和等同物。因此，应理解，所附权利要求旨在覆盖落在本发明的实质精神内的所有这些修改和变化。
已经给出了各种实施方式。这些实施方式中的各个当然可包括所给出的其它实施方式的特征，且没有具体描述的实施方式可包括本文描述的各种不同的特征。

Claims (27)

1.一种控制金属-空气电池组的操作的方法，所述方法包括：
控制从所述电池组引出的电流；和
控制所述电池组的温度；
所述方法还包括重复设置从所述电池组引出的电流直到实现所期望的能量利用率。
2.根据权利要求1所述的方法，其还包括使所述电池组根据特性操作，所述特性限定以下中的至少一个：能量利用率、电力、电解质利用值和腐蚀速率。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述特性由控制器自动选择。
4.根据权利要求1所述的方法，其还包括确定包括在所述电池组中的电解质的年龄并基于所述电解质的年龄控制以下中的至少一个：由所述电池组提供的电流、所述电池组的温度、所述电解质的温度和由所述电池组提供的电压。
5.根据权利要求1所述的方法，其还包括控制以下中的至少一个：由所述电池组提供的电流、所述电池组的温度、电解质的温度和由所述电池组提供的电压，使得维持电化学反应中消耗的金属量和所述电池组中的总金属量之间的预定比率。
6.根据权利要求1所述的方法，其还包括控制以下中的至少一个：由所述电池组提供的电流、所述电池组的温度、电解质的温度和由所述电池组提供的电压，使得维持包括在所述电池组中的金属的预定腐蚀速率。
7.根据权利要求1所述的方法，其还包括控制以下中的至少一个：由所述电池组提供的电流、所述电池组的温度、电解质的温度和由所述电池组提供的电压，以最大化每体积单位的包括在所述电池组中的电解质从所述电池组引出的能量的量。
8.根据权利要求1所述的方法，其还包括控制以下中的至少一个：由所述电池组提供的电流、所述电池组的温度、电解质的温度和由所述电池组提供的电压，以最小化金属溶解在包括在所述电池组中的电解质中的速率。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述电池组包括由铝、锌和铁中的一种制成的金属阳极。
10.根据权利要求1所述的方法，其中控制所述电池组的温度包括控制包括在所述电池组中的电解质的循环。
11.根据权利要求1所述的方法：其包括：
在激活所述电池组之前，确定包括在所述电池组的电解质的年龄；和
根据特性设置所述电解质的温度。
12.一种控制金属-空气电池组的操作的系统，其包括：
金属-空气电池组；和
控制器，所述控制器被配置为：
控制从所述电池组引出的电流，和
控制所述电池组的温度；
所述控制器还被配置为重复设置从所述电池组引出的电流直到实现所期望的能量利用率。
13.根据权利要求12所述的系统，其包括可充电装置，所述系统被配置为：
从所述金属-空气电池组中引出预定电力，所述预定电力根据平均电力需求限定；和
当电动汽车需要的电力大于所述预定电力时，从所述可充电装置引出电力。
14.根据权利要求12所述的系统，其中所述控制器被配置为使所述电池组根据特性操作，所述特性限定以下中的至少一个：能量利用率、电力、电解质利用值和腐蚀速率。
15.根据权利要求12所述的系统，其中特性由控制器自动选择。
16.根据权利要求12所述的系统，其中所述控制器被配置为确定包括在所述电池组中的电解质的年龄并基于所述电解质的年龄控制以下中的至少一个：由所述电池组提供的电流、所述电池组的温度、电解质的温度和由所述电池组提供的电压。
17.根据权利要求12所述的系统，其中所述控制器被配置为控制以下中的至少一个：由所述电池组提供的电流、所述电池组的温度、电解质的温度和由所述电池组提供的电压，使得维持电化学反应中消耗的金属量和所述电池组中的总金属量之间的预定比率。
18.根据权利要求12所述的系统，其中所述控制器被配置为控制以下中的至少一个：由所述电池组提供的电流、所述电池组的温度、电解质的温度和由所述电池组提供的电压，使得维持包括在所述电池组中的金属的预定腐蚀速率。
19.根据权利要求12所述的系统，其中所述控制器被配置为控制以下中的至少一个：由所述电池组提供的电流、所述电池组的温度、电解质的温度和由所述电池组提供的电压，以最大化每体积单位的包括在所述电池组中的电解质从所述电池组引出的能量的量；
由所述电池组提供的电压，以最大化每体积单位的包括在所述电池组中的电解质从所述电池组引出的能量的量。
20.根据权利要求12所述的系统，其中所述控制器被配置为控制以下中的至少一个：由所述电池组提供的电流、所述电池组的温度、电解质的温度和由所述电池组提供的电压，以最小化金属溶解在包括在所述电池组中的电解质中的速率。
21.根据权利要求12所述的系统，其中所述电池组包括由铝、锌和铁中的一种制成的金属阳极。
22.根据权利要求12所述的系统，其中控制所述电池组的温度包括控制包括在所述电池组中的电解质的循环。
23.根据权利要求12所述的系统，其中所述控制器被配置为：
在激活所述电池组之前，确定包括在所述电池组的电解质的年龄；和
根据特性设置所述电解质的温度。
24.一种电动车辆，包括：
金属-空气电池组；
可充电装置；和
控制器，所述控制器被配置为根据特性设置供应到电动车辆的电力，所述特性限定以下中的至少一个：能量利用率、电力比率、电解质利用值和腐蚀速率；
所述控制器还被配置为重复设置从所述电池组引出的电流直到实现所期望的能量利用率。
25.根据权利要求24所述的电动车辆，其中所述电动车辆被配置为：
消耗来自所述金属-空气电池组的预配置电力；和
当所述电动车辆需要的电力大于所述预配置电力时，消耗来自所述可充电装置的电力。
26.根据权利要求24所述的电动车辆，其中当所述电动车辆所需的电力小于预配置电力时，所述电动车辆被配置为使用由所述金属-空气电池组提供的电力对所述可充电装置充电。
27.根据权利要求24所述的电动车辆，其中所述可充电装置的容量被设计为供应所述电动车辆的平均每天能量消耗，并且其中所述金属-空气电池组被设计为供应超过所述平均每天能量的能量。
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