CN118073613A - 基于锂空气电池的供电装置及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及基于锂空气电池的供电装置及其控制方法。一种供电装置包括：空气供应部，其设置为供应空气；除湿部，其配置为去除从所述空气供应部供应的空气中的水分；氧气浓缩部，其包括配置为从空气中分离和浓缩氧气的第一氧气浓缩构件、第二氧气浓缩构件和真空泵；电池部，其包括锂空气电池并且配置为被供应来自所述氧气浓缩部的浓缩氧气；以及控制部。所述控制部配置为：响应于锂空气电池放电，通过驱动第一氧气浓缩构件或第二氧气浓缩构件中的一个来产生待供应至锂空气电池的浓缩氧气，以及在产生浓缩氧气的同时，通过驱动真空泵来使第一氧气浓缩构件或第二氧气浓缩构件中的另一个再生。

Description

基于锂空气电池的供电装置及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种供电装置，并且更具体地，涉及一种基于锂空气电池的供电装置及其控制方法。
背景技术
本部分中的陈述仅仅提供与本发明相关的背景信息，并不一定构成现有技术。从联合国气候变化框架公约和欧盟可持续分类方案可以看出，全球正在迅速进行向绿色能源的转变。此外，由于燃料效率和排放法规的加强，对利用电能的环保移动装置的需求持续增加。
对于利用电能的环保移动行业的发展来说，具有高能量密度的高性能电池的商业化至关重要。锂空气电池具有比锂离子电池高得多的能量密度。锂空气电池由于高能量密度而成为下一代电池的关注焦点。
为了将锂空气电池应用于环保移动装置，需要提高锂空气电池的稳定性和寿命，并且需要为锂空气电池优化湿度控制系统(吸附系统)和氧气浓缩富集系统。
发明内容
本发明的一个方面提供一种基于锂空气电池的供电装置，通过使基于锂空气电池的供电装置小型化并提高基于锂空气电池的供电装置的稳定性和寿命而适用于小型移动装置。本发明的另一个方面还提供其控制方法。
本发明的其它方面部分地在以下描述中阐述。本发明的其它方面部分地应当根据描述是显而易见的或者可以通过本发明的实践而习得。
根据本发明的一个方面，一种供电装置包括空气供应部和除湿部，所述空气供应部设置为供应空气，所述除湿部配置为去除从空气供应部供应的空气中的水分。供电装置还包括氧气浓缩部，所述氧气浓缩部包括配置为从通过除湿部去除了水分的空气中分离和浓缩氧气的第一氧气浓缩构件、第二氧气浓缩构件和真空泵。供电装置还包括电池部，所述电池部包括锂空气电池并且配置为被供应来自氧气浓缩部的浓缩氧气。供电装置还包括控制部，所述控制部配置为：响应于锂空气电池放电，通过驱动第一氧气浓缩构件或第二氧气浓缩构件中的一个来产生待供应至锂空气电池的浓缩氧气。控制部还配置为在产生浓缩氧气的同时，通过驱动真空泵来使第一氧气浓缩构件或第二氧气浓缩构件中的另一个再生。
除湿部包括：第一除湿构件；第二除湿构件；以及加热构件，所述加热构件配置为加热所述第一除湿构件和所述第二除湿构件。响应于锂空气电池充电，通过使用加热构件来加热第一除湿构件和第二除湿构件。穿过第一除湿构件和第二除湿构件的空气通过真空泵排出到外部。
空气供应部包括空气泵，所述空气泵配置为吸入外部空气并供应至空气泵的下游。空气泵的排出口分支成两个空气流动路径。两个空气流动路径中的一个连接至第一除湿构件。两个空气流动路径中的另一个连接至第二除湿构件。在连接空气泵的排出口和第一除湿构件的空气流动路径中设置有第一阀。在连接空气泵的排出口和第二除湿构件的空气流动路径中设置有第二阀。
在第一除湿构件的排出口与第一氧气浓缩构件之间的空气流动路径中设置有第三阀。在第二除湿构件的排出口与第二氧气浓缩构件之间的空气流动路径中设置有第四阀。在真空泵的入口与第三阀下游的第一氧气浓缩构件的入口之间的空气流动路径中设置有第五阀。在真空泵的入口与第四阀下游的第二氧气浓缩构件的入口之间的空气流动路径中设置有第六阀。在锂空气电池的入口与第一氧气浓缩构件的排出口之间的空气流动路径中设置有第七阀。在锂空气电池的入口与第二氧气浓缩构件的排出口之间的空气流动路径中设置有第八阀。
真空泵连接在第一氧气浓缩构件的入口与第二氧气浓缩构件的入口之间。
供电装置进一步包括第九阀，所述第九阀设置在第一氧气浓缩构件的下游、第二氧气浓缩构件的下游和锂空气电池的入口之间。
第九阀的流动路径配置为被控制以使从第一氧气浓缩构件排出并流过第七阀的空气流到锂空气电池的入口中。第九阀的流动路径还配置为被控制以使从第二氧气浓缩构件排出并流过第八阀的空气流到锂空气电池的入口中。第九阀的流动路径还配置为被控制以使从外部流动的空气流到第一氧气浓缩构件和第二氧气浓缩构件中。
响应于锂空气电池充电，控制部配置为通过切换第九阀的流动路径并驱动真空泵使外部空气在氧气浓缩部中循环来控制第一氧气浓缩构件和第二氧气浓缩构件再生。
为了使第一氧气浓缩构件和第二氧气浓缩构件再生，控制部配置为控制第九阀的流动路径切换以通过引入外部空气来向第一氧气浓缩构件和第二氧气浓缩构件供应空气。控制部还配置为控制真空泵被驱动以将穿过第一氧气浓缩构件和第二氧气浓缩构件的空气排出到外部。
根据本发明的一个方面，提供一种供电装置的控制方法。供电装置包括空气供应部和除湿部，所述空气供应部设置为供应空气，所述除湿部配置为去除从空气供应部供应的空气中的水分。供电装置还包括氧气浓缩部，所述氧气浓缩部包括配置为从通过除湿部去除了水分的空气中分离和浓缩氧气的第一氧气浓缩构件、第二氧气浓缩构件和真空泵。供电装置还包括电池部，所述电池部包括锂空气电池并且配置为被供应来自氧气浓缩部的浓缩氧气。控制方法包括：响应于锂空气电池放电，通过驱动第一氧气浓缩构件或第二氧气浓缩构件中的一个来产生待供应至锂空气电池的浓缩氧气。控制方法还包括在产生浓缩氧气的同时，通过驱动真空泵来使第一氧气浓缩构件或第二氧气浓缩构件中的另一个再生。
除湿部包括：第一除湿构件；第二除湿构件；以及加热构件，所述加热构件配置为加热所述第一除湿构件和所述第二除湿构件。响应于锂空气电池充电，通过使用加热构件来加热第一除湿构件和第二除湿构件。穿过第一除湿构件和第二除湿构件的空气通过真空泵排出到外部。
空气供应部包括空气泵，所述空气泵配置为吸入外部空气并供应至空气泵的下游。空气泵的排出口分支成两个空气流动路径。两个空气流动路径中的一个连接至第一除湿构件。两个空气流动路径中的另一个连接至第二除湿构件。在连接空气泵的排出口和第一除湿构件的空气流动路径中设置有第一阀。在连接空气泵的排出口和第二除湿构件的空气流动路径中设置有第二阀。
在第一除湿构件的排出口与第一氧气浓缩构件之间的空气流动路径中设置有第三阀。在第二除湿构件的排出口与第二氧气浓缩构件之间的空气流动路径中设置有第四阀。在真空泵的入口与第三阀下游的第一氧气浓缩构件的入口之间的空气流动路径中设置有第五阀。在真空泵的入口与第四阀下游的第二氧气浓缩构件的入口之间的空气流动路径中设置有第六阀。在锂空气电池的入口与第一氧气浓缩构件的排出口之间的空气流动路径中设置有第七阀。在锂空气电池的入口与第二氧气浓缩构件的排出口之间的空气流动路径中设置有第八阀。
真空泵连接在第一氧气浓缩构件的入口与第二氧气浓缩构件的入口之间。
供电装置进一步包括第九阀，所述第九阀设置在第一氧气浓缩构件的下游、第二氧气浓缩构件的下游和锂空气电池的入口之间。
第九阀的流动路径配置为被控制以使从第一氧气浓缩构件排出并流过第七阀的空气流到锂空气电池的入口中。第九阀的流动路径还配置为被控制以使从第二氧气浓缩构件排出并流过第八阀的空气流到锂空气电池的入口中。第九阀的流动路径还配置为被控制以使从外部流动的空气流到第一氧气浓缩构件和第二氧气浓缩构件中。
响应于锂空气电池充电，通过切换第九阀的流动路径并驱动真空泵使外部空气在氧气浓缩部中循环来使第一氧气浓缩构件和第二氧气浓缩构件再生。
为了使第一氧气浓缩构件和第二氧气浓缩构件再生，切换第九阀的流动路径以通过引入外部空气来向第一氧气浓缩构件和第二氧气浓缩构件供应空气。驱动真空泵以将穿过第一氧气浓缩构件和第二氧气浓缩构件的空气排出到外部。
本发明的另一个方面提供一种供电装置的控制方法。供电装置包括空气供应部和除湿部，所述空气供应部设置为供应空气，所述除湿部配置为去除从空气供应部供应的空气中的水分。供电装置还包括氧气浓缩部，所述氧气浓缩部包括配置为从通过除湿部去除了水分的空气中分离和浓缩氧气的第一氧气浓缩构件、第二氧气浓缩构件和真空泵。供电装置还包括电池部，所述电池部包括锂空气电池并且配置为被供应来自氧气浓缩部的浓缩氧气。供电装置还包括四通阀，所述四通阀设置在第一氧气浓缩构件的下游、第二氧气浓缩构件的下游和锂空气电池的入口之间。控制方法包括：响应于锂空气电池放电，通过驱动第一氧气浓缩构件或第二氧气浓缩构件中的一个来产生待供应至锂空气电池的浓缩氧气。控制方法还包括在产生浓缩氧气的同时，通过驱动真空泵来使第一氧气浓缩构件或第二氧气浓缩构件中的另一个再生。控制方法还包括：响应于锂空气电池充电，通过利用设置于除湿部的加热构件来加热除湿部，并且通过真空泵将穿过除湿部的空气排出到外部。控制方法还包括响应于锂空气电池充电，通过切换四通阀的流动路径并驱动真空泵使外部空气在氧气浓缩部中循环来使氧气浓缩部再生。
附图说明
本发明的这些方面和/或其它方面通过以下结合附图对实施方案的描述应变得显而易见并且更容易被理解，附图中：
图1是示出了根据实施方案的基于锂空气电池的供电装置的示意图；
图2是示出了图1所示的基于锂空气电池的供电装置的详细构造的示意图；
图3是示出了根据实施方案的基于锂空气电池的供电装置的控制方法的流程图；
图4是示出了根据实施方案的基于锂空气电池的供电装置的＜放电：除湿＞的操作的示意图；
图5是示出了根据实施方案的基于锂空气电池的供电装置的＜放电：氧气浓缩＞的操作的示意图；
图6是示出了根据实施方案的基于锂空气电池的供电装置的＜使用第一氧气浓缩柱(column)＞的操作的示意图；
图7是示出了根据实施方案的基于锂空气电池的供电装置的＜第一氧气浓缩柱再生和使用第二氧气浓缩柱＞的操作的示意图；
图8是示出了在根据实施方案的基于锂空气电池的供电装置中锂空气电池充电时执行的＜充电：吸附除湿柱再生＞的操作的示意图；以及
图9是示出了在根据实施方案的基于锂空气电池的供电装置中锂空气电池充电时执行的＜充电：氧气浓缩柱再生＞的操作的示意图。
具体实施方式
贯穿说明书的相同附图标记表示相同的元件。此外，本说明书不描述根据本发明的实施方案的所有元件，并且已经省略了本发明所属领域中公知的描述或重叠的部分。诸如“～部分”、“～模块”等术语可以指至少一个硬件或软件处理的至少一个过程。根据实施方案，多个“～部分”、“～模块”等可以实施为单个元件，或者“～部分”、“～模块”等中的单个可以包括多个元件。
应当理解，当元件被称为“连接”至另一个元件时，该元件可以直接或间接地连接至另一个元件。间接连接包括通过无线通信网络的“连接”。
应当理解，当在本发明中使用术语“包括”时，说明存在所述的特征、数值、步骤、操作、元件和/或组件，但是不排除存在或添加至少一个其它特征、数值、步骤、操作、元件、组件和/或其群组。
应当理解，当在本发明中陈述构件位于另一个构件“上”时，不仅可以是构件与另一个构件接触，而且还可以是在这两个构件之间存在又一个构件。
应当理解，虽然在本文中可以使用术语第一、第二等来描述各种元件，但是这些元件不应受到这些术语的限制。
应当理解，单数形式旨在也包括复数形式，除非上下文另有明确规定。
用于方法步骤的附图标记仅用于方便说明，而非旨在限制步骤的顺序。因此，除非上下文另有明确规定，否则所写的顺序可以以其它方式实施。当本发明的组件、装置、元件等被描述为具有用途或执行操作、功能等时，该组件、装置、元件等在本文中应被视为“配置为”满足该用途或者执行该操作或功能。组件、装置、元件等中的每一个可以单独地实施或与处理器和存储器(例如非易失性计算机可读介质)一起被包括作为装置的一部分。
在下文中，参考附图来详细地描述本发明的操作原理和实施方案。
图1是示出了根据实施方案的基于锂空气电池的供电装置的示意图。图1所示的基于锂空气电池的供电装置110用于基于锂空气电池向相对较小的环保移动装置供电。如图1所示，根据实施方案的环保移动装置的基于锂空气电池的供电装置110包括电池部120、空气供应部130、除湿部150、氧气浓缩部170和控制部190。
空气供应部130设置为吸入外部空气并供应至位于其下游的除湿部150。除湿部150设置为吸附从空气供应部130供应的空气中的水分(湿气)。氧气浓缩部170设置为从已去除水分至预定水平的空气中提取和浓缩氧气。由氧气浓缩部170浓缩的氧气被供应至电池部120。控制部190对构成基于锂空气电池的供电装置110的电池部120、空气供应部130、除湿部150和氧气浓缩部170的所有操作进行控制。
图2是示出了图1所示的基于锂空气电池的供电装置的详细构造的示意图。
空气供应部130包括吸入外部空气并供应至位于其下游的除湿部150的空气泵232。空气泵232作为压缩(加压)工具将4巴或以下的空气供应至除湿部150。在现有的基于锂空气电池的供电装置中，已使用大型且昂贵的压缩机作为用于供应高浓度氧气的压缩(加压)工具。然而，根据一个实施方案，使用小型且廉价的空气泵232代替现有的压缩机来执行压缩(加压)。通过使用空气泵232代替压缩机，可以显著减少空气供应部130消耗的电量。此外，由于与压缩机等相比空气泵232的尺寸较小，所以基于锂空气电池的供电装置的尺寸可以减小。空气泵232可以包括风扇234和灰尘过滤器236。风扇234设置为将外部空气吸入到空气泵232中。灰尘过滤器236设置为从流入空气泵232的空气过滤灰尘。
除湿部150设置为通过吸附从空气供应部130的空气泵232供应的空气中的水分来执行除湿。
通过经由除湿部150去除空气中的大量水分，位于其下游的氧气浓缩部170的氧气浓缩效率可以大大提高。为此，除湿部150包括第一吸附除湿柱(第一除湿构件)252和第二吸附除湿柱(第二除湿构件)254。
第一吸附除湿柱252和第二吸附除湿柱254中的每一个通过使用5A沸石丸粒或MoF吸附剂来吸附空气中的水分。构成第一吸附除湿柱252和第二吸附除湿柱254的每一个的5A沸石丸粒的饱和水分吸附量为大约20重量％至30重量％。根据一个实施方案，当伴随加热的再生执行大约50分钟时，第一吸附除湿柱252和第二吸附除湿柱254的饱和水分率可以从30重量％降低至10重量％或更低。根据一个实施方案，当伴随大约100℃的加热的再生执行大约120分钟时，第一吸附除湿柱252和第二吸附除湿柱254的饱和水分率可以降低至5重量％或更低。
随着第一吸附除湿柱252和第二吸附除湿柱254的再生次数增加，吸附性能可能下降。因此，在根据实施方案的基于锂空气电池的供电装置110的除湿部150的再生过程中，当锂空气电池222充电时，通过加热器256和258加热第一吸附除湿柱252和第二吸附除湿柱254。为此，包括管线加热器或加热带的加热器256和258分别设置于第一吸附除湿柱252和第二吸附除湿柱254。
在湿度高的区域，使用3A沸石代替5A沸石可以将饱和水分吸附量增加至大约35％。
空气泵232的排出口可以分支成两个空气流动路径，这两个空气流动路径分别连接至第一吸附除湿柱252和第二吸附除湿柱254。换言之，从空气泵232的排出口分支出的两个空气流动路径中的一个可以连接至第一吸附除湿柱252，并且两个空气流动路径中的另一个可以连接至第二吸附除湿柱254。电磁阀240a设置在连接空气泵232的排出口和第一吸附除湿柱252的空气流动路径中。可以根据电磁阀(第一阀)240a的接通和关断来控制从空气泵232到第一吸附除湿柱252的空气的流动。电磁阀240b设置在连接空气泵232的排出口和第二吸附除湿柱254的空气流动路径中。可以根据电磁阀(第二阀)240b的接通和关断来控制从空气泵232到第二吸附除湿柱254的空气的流动。
氧气浓缩部170包括第一氧气浓缩柱(第一氧气浓缩构件)272、第二氧气浓缩柱(第二氧气浓缩构件)274和真空泵276。第一氧气浓缩柱272的入口、第二氧气浓缩柱274的入口、真空泵276的入口、第一吸附除湿柱252的排出口和第二吸附除湿柱254的排出口通过多个空气流动路径彼此连接。
作为通过氧气浓缩部170从空气中分离(提取)氧气的方法的示例，基于以下原理描述变压吸附(pressure swing adsorption，PSA)方法：作为强吸附组分的氮气被吸附至吸附剂，而作为相对较弱的吸附组分的氧气穿过吸附剂。同时，流入氧气浓缩部170的压缩空气穿过填充有沸石的第一氧气浓缩柱272和第二氧气浓缩柱274。当使第一氧气浓缩柱272和第二氧气浓缩柱274解压时，发生与吸附相反的解吸。通过解吸，由第一氧气浓缩柱272和第二氧气浓缩柱274吸附的氮气从第一氧气浓缩柱272和第二氧气浓缩柱274排出。因此，使得第一氧气浓缩柱272和第二氧气浓缩柱274再生。如上所述，根据一个实施方案，空气供应部130的空气泵232通过吸入外部空气来执行压缩(加压)。相比之下，氧气浓缩部170的真空泵276是用于降低除湿部150或氧气浓缩部170的压力的解压工具。通过减压，可以执行除湿部150或氧气浓缩部170中的解吸(再生)。
电磁阀(第三阀)260a设置在第一氧气浓缩柱272与第一吸附除湿柱252的排出口之间的空气流动路径中。可以根据电磁阀(第三阀)260a的接通和关断来控制从第一吸附除湿柱252到第一氧气浓缩柱272的空气的流动。
电磁阀(第四阀)260b设置在第二氧气浓缩柱274与第二吸附除湿柱254的排出口之间的空气流动路径中。可以根据电磁阀(第四阀)260b的接通和关断来控制从第二吸附除湿柱254到第二氧气浓缩柱274的空气的流动。
电磁阀(第五阀)260c设置在电磁阀260a下游的第一氧气浓缩柱272的入口与真空泵276的入口之间的空气流动路径中。可以根据电磁阀(第五阀)260c的接通和关断来控制从电磁阀260a下游的第一氧气浓缩柱272的入口到真空泵276的入口的空气的流动。
电磁阀(第六阀)260d设置在电磁阀260b下游的第二氧气浓缩柱274的入口与真空泵276的入口之间的空气流动路径中。可以根据电磁阀(第六阀)260d的接通和关断来控制从电磁阀260b下游的第二氧气浓缩柱274的入口到真空泵276的入口的空气的流动。
根据一个实施方案，使用氧气浓缩部170中的真空泵276来提高再生速度。真空泵276连接在第一氧气浓缩柱272和第二氧气浓缩柱274的每一个的入口之间，并且设置为将来自第一氧气浓缩柱272和第二氧气浓缩柱274的每一个的空气排出到外部。当氮气吸附在第二氧气浓缩柱274中时，空气压力被加压至大气压或4巴水平。然而，在再生期间，通过真空泵276的操作，压力可以迅速降低至真空状态压力。
第一氧气浓缩柱272的排出口、第二氧气浓缩柱274的排出口和锂空气电池222的入口经由空气流动路径彼此连接。
电磁阀(第七阀)280a设置在第一氧气浓缩柱272的排出口与锂空气电池222的入口之间的空气流动路径中。可以根据电磁阀(第七阀)280a的接通和关断来控制第一氧气浓缩柱272的排出口与锂空气电池222的入口之间的空气的流动。
电磁阀(第八阀)280b设置在第二氧气浓缩柱274的排出口与锂空气电池222的入口之间的空气流动路径中。可以根据电磁阀(第八阀)280b的接通和关断来控制第二氧气浓缩柱274的排出口与锂空气电池222的入口之间的空气的流动。
四通阀(第九阀)280f设置在锂空气电池222的入口与第一氧气浓缩柱272和第二氧气浓缩柱274的每一个的下游之间。四通阀280f可以允许从第一氧气浓缩柱272排出并流过接通的第七阀280a的空气流到锂空气电池222的入口中(参见图6)。或者，四通阀280f可以允许从第二氧气浓缩柱274排出并流过接通的第八阀280b的空气流到锂空气电池222的入口中(参见图7)。此外，四通阀280f可以允许从外部流动的空气流入第一氧气浓缩柱272和第二氧气浓缩柱274中(参见图9)。
电池部120可以是密封盒的形式并且在内部包括锂空气电池222。电池部120也可以用作氧气罐。为了使反应物顺利排出，在锂空气电池222的后端保持比大气压高0.3巴至0.5巴的压力。可以通过设置在锂空气电池222后端的背压调节器(未示出)来执行压力调节。
图3是示出了根据实施方案的基于锂空气电池的供电装置的控制方法的流程图。图3中的基于锂空气电池的供电装置的控制方法可以通过图1和图2所示的基于锂空气电池的供电装置110来执行。
如图3所示，根据实施方案的基于锂空气电池的供电装置110的控制方法包括除湿302、氧气浓缩304、第一氧气浓缩柱306的使用、第一氧气浓缩柱的再生和第二氧气浓缩柱308的使用、吸附除湿柱310的再生以及氧气浓缩柱312的再生。在上述操作中，当锂空气电池222放电时，执行除湿302、氧气浓缩304、第一氧气浓缩柱306的使用以及第一氧气浓缩柱的再生和第二氧气浓缩柱308的使用。当锂空气电池222充电时，执行吸附除湿柱310的再生和氧气浓缩柱312的再生。
下面参考图4至图9描述上述操作，即除湿302、氧气浓缩304、第一氧气浓缩柱306的使用、第一氧气浓缩柱的再生和第二氧气浓缩柱308的使用、吸附除湿柱310的再生和氧气浓缩柱312的再生的每一操作中基于锂空气电池的供电装置110的详细操作。
图4至图7示出了根据实施方案的基于锂空气电池的供电装置110放电时的操作。这里，图4是示出了根据实施方案的基于锂空气电池的供电装置110的＜放电：除湿＞的操作的示意图。在图4中，箭头指示气体(空气或氧气)的流动路径或流动方向。
如图4所示，在锂空气电池222放电时执行的＜放电：除湿(302)＞中，在控制部190的控制下接通电磁阀240a和240b，并且驱动空气供应部130的空气泵232。通过驱动的空气泵232将外部空气吸入到基于锂空气电池的供电装置110中。经由接通的电磁阀240a和240b将由空气泵232吸入的空气供应至第一吸附除湿柱252和第二吸附除湿柱254。供应至第一吸附除湿柱252和第二吸附除湿柱254的空气在分别穿过第一吸附除湿柱252和第二吸附除湿柱254的同时，通过第一吸附除湿柱252和第二吸附除湿柱254的5A沸石丸粒或MoF吸附剂来除湿。
图5是示出了根据实施方案的基于锂空气电池的供电装置的＜放电：氧气浓缩＞的操作的示意图。在图5中，箭头指示气体(空气或氧气)的流动路径或流动方向。
在锂空气电池222放电时执行的＜放电：氧气浓缩(304)＞操作可以在第一吸附除湿柱252和第二吸附除湿柱254的除湿达到预定水平的状态下执行。如图5所示，在氧气浓缩304中，在控制部190的控制下另外接通电磁阀260a和260b。通过另外接通电磁阀260a和260b，已经由第一吸附除湿柱252和第二吸附除湿柱254执行了预定水平的除湿的空气被供应至第一氧气浓缩柱272和第二氧气浓缩柱274。在这种情况下，接通分别设置在第一氧气浓缩柱272和第二氧气浓缩柱274的入口流动路径上的电磁阀260a和260b，但是关断分别设置在第一氧气浓缩柱272和第二氧气浓缩柱274的排出流动路径上的电磁阀280a和280b。换言之，在分别设置在第一氧气浓缩柱272和第二氧气浓缩柱274的排出流动路径上的电磁阀280a和280b关断的状态下，空气通过接通的电磁阀260a和260b供应至第一氧气浓缩柱272和第二氧气浓缩柱274。因此，在第一氧气浓缩柱272和第二氧气浓缩柱274中，空气中的氧气被提取并加压至大约4巴，因此执行了氧气浓缩。在通过第一氧气浓缩柱272和第二氧气浓缩柱274的氧气浓缩期间，可以通过第一氧气浓缩柱272和第二氧气浓缩柱274的13X沸石执行额外的除湿。
图6是示出了根据实施方案的基于锂空气电池的供电装置的＜第一氧气浓缩柱的使用＞的操作的示意图。在图6中，箭头指示气体(空气或氧气)的流动路径或流动方向。
在锂空气电池222放电时执行的＜放电：第一氧气浓缩柱的使用(306)＞操作可以在第一氧气浓缩柱272和第二氧气浓缩柱274的氧气浓缩达到预定水平的状态下执行。如图6所示，在<放电：第一氧气浓缩柱的使用(306)>中，在控制部190的控制下另外接通电磁阀280a。电磁阀280b保持在关断状态。通过在电磁阀280b关断的情况下接通电磁阀280a，可以将第一氧气浓缩柱272中的大约60％至80％的经除湿的浓缩氧气供应至锂空气电池222。为此，控制部190控制四通阀280f的流动路径，以使第一氧气浓缩柱272的下游和锂空气电池222的前端连通。此外，控制部190在电磁阀280a接通时关断电磁阀240b，以防止空气流入第二吸附除湿柱254。连续地执行从第一氧气浓缩柱272到锂空气电池222的氧气供应，直到第一氧气浓缩柱272下游的氧气分压下降到40％以下。
图7是示出了根据实施方案的基于锂空气电池的供电装置的＜第一氧气浓缩柱的再生和第二氧气浓缩柱的使用＞的操作的示意图。在图7中，箭头指示气体(空气或氧气)的流动路径或流动方向。
在＜放电：第一氧气浓缩柱的再生和第二氧气浓缩柱的使用(308)＞中，当第一氧气浓缩柱272下游的氧气分压下降到40％以下时，控制部190关断电磁阀240a、260a和280a，因此可以停止通过第一吸附除湿柱252和第一氧气浓缩柱272向锂空气电池222的氧气供应。此外，控制部190通过接通电磁阀260c来控制第一氧气浓缩柱272中的空气通过真空泵276排放到外部，因此可以执行第一氧气浓缩柱272的再生。此外，通过接通电磁阀240b、260b和280b，控制部190允许第二氧气浓缩柱274中的大约60％至80％的经除湿的浓缩氧气供应至锂空气电池222。为此，控制部190控制四通阀280f的流动路径，以使第二氧气浓缩柱274的下游和锂空气电池222的前端连通。连续地执行从第二氧气浓缩柱274到锂空气电池222的氧气供应，直到第二氧气浓缩柱274下游的氧气分压下降到40％以下。
当第二氧气浓缩柱274下游的氧气分压下降到40％以下时，控制部190重复如上所述的通过完全再生的第一氧气浓缩柱272向锂空气电池222的氧气供应，同时执行用过的第二氧气浓缩柱274的再生。换言之，为了连续地向锂空气电池222供应浓缩氧气，控制部190交替地执行第一氧气浓缩柱272和第二氧气浓缩柱274的使用和再生(解吸)。例如，当完全再生的第二氧气浓缩柱274在使用中时，控制部190使已经用过的第一氧气浓缩柱272能够再生。当完全再生的第一氧气浓缩柱272在使用中时，控制部190还使已经用过的第二氧气浓缩柱274能够再生。与上述锂空气电池222的放电不同，在锂空气电池222充电时，停止向锂空气电池222的浓缩氧气供应。相反，在锂空气电池222充电期间，执行第一吸附除湿柱252、第二吸附除湿柱254、第一氧气浓缩柱272和第二氧气浓缩柱274的再生(解吸)。
图8和图9示出了根据实施方案的基于锂空气电池的供电装置在充电期间的操作。这里，图8是示出了在根据实施方案的基于锂空气电池的供电装置中锂空气电池充电时执行的＜充电：吸附除湿柱的再生＞的操作的示意图。在图8中，箭头指示气体(空气或氧气)的流动路径或流动方向。
对于在锂空气电池222充电时执行的＜充电：吸附除湿柱的再生(310)＞，控制部190关断电磁阀280a和280b，因此阻断向锂空气电池222的氧气供应。在上述状态下，通过接通第一吸附除湿柱252周围的所有电磁阀240a、260a和260c以及第二吸附除湿柱254周围的电磁阀240b、260b和260d，控制部190控制通过空气泵232流入的空气在穿过第一吸附除湿柱252和第二吸附除湿柱254之后通过真空泵276排出到外部。此外，通过分别驱动第一吸附除湿柱252和第二吸附除湿柱254的加热器256和258，控制部190控制第一吸附除湿柱252和第二吸附除湿柱254在大约120℃至大约150℃下加热大约50分钟。
用于对锂空气电池222充电的外部电力可以部分地用于加热器256和258的加热。当根据实施方案的伴随加热的再生执行大约50分钟时，第一吸附除湿柱252和第二吸附除湿柱254的饱和水分率可以从30重量％降低至10重量％或更低。根据一个实施方案，当伴随大约100℃的加热的再生执行大约120分钟时，第一吸附除湿柱252和第二吸附除湿柱254的饱和水分率可以降低至5重量％或更低。
对于额外的再生，控制部190可以仅对第一吸附除湿柱252和第二吸附除湿柱254中的一个执行再生。通过图8所示的上述空气流动，第一吸附除湿柱252和第二吸附除湿柱254可以在锂空气电池222充电的同时再生。
图9是示出了在根据实施方案的基于锂空气电池的供电装置中锂空气电池充电时执行的＜充电：氧气浓缩柱的再生＞的操作的示意图。在图9中，箭头指示气体(空气或氧气)的流动路径或流动方向。
对于在锂空气电池222充电时执行的＜充电：氧气浓缩柱的再生(312)＞，控制部190接通电磁阀280a、260c、280b和260d，以使空气从锂空气电池222流动至真空泵276。为此，控制部190关断电磁阀260a和260b，以防止流向第一氧气浓缩柱272和第二氧气浓缩柱274上游的空气流入第一吸附除湿柱252和第二吸附除湿柱254。此外，控制部190控制设置在锂空气电池222的入口附近的四通阀280f的流动路径，以使外部空气被引入并流向第一氧气浓缩柱272和第二氧气浓缩柱274的下游。通过图9所示的上述空气流动，第一氧气浓缩柱272和第二氧气浓缩柱274可以在锂空气电池222充电的同时利用外部空气再生。
同时，可以以存储计算机可执行指令的记录介质的形式存储上述实施方案。可以以程序代码的形式存储指令，并且当由处理器执行时，指令可以执行所公开的实施方案的操作。记录介质可以实施为计算机可读记录介质。
计算机可读记录介质包括存储有由计算机解码的指令的所有种类的记录介质，例如只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、磁带、磁盘、闪存、光学记录介质等。
从以上内容应显而易见的是，根据本发明的实施方案，通过使基于锂空气电池的供电装置小型化并提高基于锂空气电池的供电装置的稳定性和寿命，可以提供适用于小型移动装置的基于锂空气电池的供电装置及其控制方法。
尽管已经出于说明性目的描述了实施方案，但是本领域普通技术人员应理解，在不脱离本发明的范围和精神的情况下，可以进行各种修改、增加和替换。因此，并非出于限制性目的来描述实施方案。

Claims (19)

1.一种供电装置，其包括：
空气供应部，其配置为供应空气；
除湿部，其配置为去除从所述空气供应部供应的空气中的水分；
氧气浓缩部，其包括配置为从通过所述除湿部去除了水分的空气中分离和浓缩氧气的第一氧气浓缩构件、第二氧气浓缩构件和真空泵；
电池部，其包括锂空气电池并且配置为被供应来自所述氧气浓缩部的浓缩氧气；以及
控制部，其配置为：
响应于所述锂空气电池放电，通过驱动所述第一氧气浓缩构件或所述第二氧气浓缩构件中的一个来产生待供应至所述锂空气电池的浓缩氧气，
在产生浓缩氧气的同时，通过驱动所述真空泵来使所述第一氧气浓缩构件或所述第二氧气浓缩构件中的另一个再生。
2.根据权利要求1所述的供电装置，所述除湿部包括：
第一除湿构件；
第二除湿构件；以及
加热构件，其配置为加热所述第一除湿构件和所述第二除湿构件，
其中，响应于所述锂空气电池充电，通过使用所述加热构件来加热所述第一除湿构件和所述第二除湿构件，并且通过所述真空泵使穿过所述第一除湿构件和所述第二除湿构件的空气排出到外部。
3.根据权利要求2所述的供电装置，其中：
所述空气供应部包括空气泵，所述空气泵配置为吸入外部空气并供应至空气泵的下游；
所述空气泵的排出口分支成两个空气流动路径；
所述两个空气流动路径中的一个连接至所述第一除湿构件；
所述两个空气流动路径中的另一个连接至所述第二除湿构件；
在连接所述空气泵的排出口和所述第一除湿构件的空气流动路径中设置有第一阀；
在连接所述空气泵的排出口和所述第二除湿构件的空气流动路径中设置有第二阀。
4.根据权利要求3所述的供电装置，其中：
在所述第一除湿构件的排出口与所述第一氧气浓缩构件之间的空气流动路径中设置有第三阀；
在所述第二除湿构件的排出口与所述第二氧气浓缩构件之间的空气流动路径中设置有第四阀；
在所述真空泵的入口与所述第三阀下游的第一氧气浓缩构件的入口之间的空气流动路径中设置有第五阀；
在所述真空泵的入口与所述第四阀下游的第二氧气浓缩构件的入口之间的空气流动路径中设置有第六阀；
在所述锂空气电池的入口与所述第一氧气浓缩构件的排出口之间的空气流动路径中设置有第七阀；
在所述锂空气电池的入口与所述第二氧气浓缩构件的排出口之间的空气流动路径中设置有第八阀。
5.根据权利要求3所述的供电装置，其中，所述真空泵连接在所述第一氧气浓缩构件的入口与所述第二氧气浓缩构件的入口之间。
6.根据权利要求3所述的供电装置，其进一步包括：
第九阀，其设置在所述第一氧气浓缩构件的下游、所述第二氧气浓缩构件的下游和所述锂空气电池的入口之间。
7.根据权利要求6所述的供电装置，其中，所述第九阀的流动路径配置为：
被控制以使从所述第一氧气浓缩构件排出并流过所述第七阀的空气流到所述锂空气电池的入口中；
被控制以使从所述第二氧气浓缩构件排出并流过所述第八阀的空气流到所述锂空气电池的入口中；
被控制以使从外部流动的空气流到所述第一氧气浓缩构件和所述第二氧气浓缩构件中。
8.根据权利要求7所述的供电装置，其中，响应于所述锂空气电池充电，所述控制部配置为通过切换所述第九阀的流动路径并驱动所述真空泵使外部空气在所述氧气浓缩部中循环来控制所述第一氧气浓缩构件和所述第二氧气浓缩构件再生。
9.根据权利要求8所述的供电装置，其中，为使所述第一氧气浓缩构件和所述第二氧气浓缩构件再生，所述控制部配置为：
控制所述第九阀的流动路径切换以通过引入外部空气来向所述第一氧气浓缩构件和所述第二氧气浓缩构件供应空气；
控制所述真空泵被驱动以将穿过所述第一氧气浓缩构件和所述第二氧气浓缩构件的空气排出到外部。
10.一种供电装置的控制方法，所述供电装置具有：
空气供应部，其设置为供应空气，
除湿部，其配置为去除从所述空气供应部供应的空气中的水分；
氧气浓缩部，其包括配置为从通过所述除湿部去除了水分的空气中分离和浓缩氧气的第一氧气浓缩构件、第二氧气浓缩构件和真空泵，以及
电池部，其包括锂空气电池并且配置为被供应来自所述氧气浓缩部的浓缩氧气，
所述控制方法包括：
响应于所述锂空气电池放电，通过驱动所述第一氧气浓缩构件或所述第二氧气浓缩构件中的一个来产生待供应至所述锂空气电池的浓缩氧气；
在产生浓缩氧气的同时，通过驱动所述真空泵来使所述第一氧气浓缩构件或所述第二氧气浓缩构件中的另一个再生。
11.根据权利要求10所述的控制方法，所述除湿部包括：
第一除湿构件；
第二除湿构件；以及
加热构件，其配置为加热所述第一除湿构件和所述第二除湿构件，
其中，响应于所述锂空气电池充电，通过使用所述加热构件来加热所述第一除湿构件和所述第二除湿构件，并且通过所述真空泵使穿过所述第一除湿构件和所述第二除湿构件的空气排出到外部。
12.根据权利要求11所述的控制方法，其中：
所述空气供应部包括空气泵，所述空气泵配置为吸入外部空气并供应至空气泵的下游；
所述空气泵的排出口分支成两个空气流动路径；
所述两个空气流动路径中的一个连接至所述第一除湿构件；
所述两个空气流动路径中的另一个连接至所述第二除湿构件；
在连接所述空气泵的排出口和所述第一除湿构件的空气流动路径中设置有第一阀；
在连接所述空气泵的排出口和所述第二除湿构件的空气流动路径中设置有第二阀。
13.根据权利要求12所述的控制方法，其中：
在所述第一除湿构件的排出口与所述第一氧气浓缩构件之间的空气流动路径中设置有第三阀；
在所述第二除湿构件的排出口与所述第二氧气浓缩构件之间的空气流动路径中设置有第四阀；
在所述真空泵的入口与所述第三阀下游的第一氧气浓缩构件的入口之间的空气流动路径中设置有第五阀；
在所述真空泵的入口与所述第四阀下游的第二氧气浓缩构件的入口之间的空气流动路径中设置有第六阀；
在所述锂空气电池的入口与所述第一氧气浓缩构件的排出口之间的空气流动路径中设置有第七阀；
在所述锂空气电池的入口与所述第二氧气浓缩构件的排出口之间的空气流动路径中设置有第八阀。
14.根据权利要求12所述的控制方法，其中，所述真空泵连接在所述第一氧气浓缩构件的入口与所述第二氧气浓缩构件的入口之间。
15.根据权利要求12所述的控制方法，其中，所述供电装置进一步包括：
第九阀，其设置在所述第一氧气浓缩构件的下游、所述第二氧气浓缩构件的下游和所述锂空气电池的入口之间。
16.根据权利要求15所述的控制方法，其中，所述第九阀的流动路径配置为：
被控制以使从所述第一氧气浓缩构件排出并流过所述第七阀的空气流到所述锂空气电池的入口中；
被控制以使从所述第二氧气浓缩构件排出并流过所述第八阀的空气流到所述锂空气电池的入口中；
被控制以使从外部流动的空气流到所述第一氧气浓缩构件和所述第二氧气浓缩构件中。
17.根据权利要求16所述的控制方法，其中，响应于所述锂空气电池充电，通过切换所述第九阀的流动路径并驱动所述真空泵使外部空气在所述氧气浓缩部中循环来使所述第一氧气浓缩构件和所述第二氧气浓缩构件再生。
18.根据权利要求17所述的控制方法，其中：
为使所述第一氧气浓缩构件和所述第二氧气浓缩构件再生，切换所述第九阀的流动路径以通过引入外部空气来向所述第一氧气浓缩构件和所述第二氧气浓缩构件供应空气，
驱动所述真空泵以将穿过所述第一氧气浓缩构件和所述第二氧气浓缩构件的空气排出到外部。
19.一种供电装置的控制方法，所述供电装置具有：
空气供应部，其设置为供应空气，
除湿部，其配置为去除从所述空气供应部供应的空气中的水分，
氧气浓缩部，其包括配置为从通过所述除湿部去除了水分的空气中分离和浓缩氧气的第一氧气浓缩构件、第二氧气浓缩构件和真空泵，
电池部，其包括锂空气电池并且配置为被供应来自所述氧气浓缩部的浓缩氧气，以及
四通阀，其设置在所述第一氧气浓缩构件的下游、所述第二氧气浓缩构件的下游和所述锂空气电池的入口之间，
所述控制方法包括：
响应于所述锂空气电池放电，通过驱动所述第一氧气浓缩构件或所述第二氧气浓缩构件中的一个来产生待供应至所述锂空气电池的浓缩氧气；
在产生浓缩氧气的同时，通过驱动所述真空泵来使所述第一氧气浓缩构件或所述第二氧气浓缩构件中的另一个再生；
响应于所述锂空气电池充电，通过利用设置于所述除湿部的加热构件来加热所述除湿部，并且通过所述真空泵将穿过所述除湿部的空气排出到外部；
响应于所述锂空气电池充电，通过切换所述四通阀的流动路径并驱动所述真空泵使外部空气在所述氧气浓缩部中循环来使所述氧气浓缩部再生。
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