MX2015000407A - Sistema y metodo para controlar la operacion de una bateria metal-aire. - Google Patents

Sistema y metodo para controlar la operacion de una bateria metal-aire.

Info

Publication number
MX2015000407A
MX2015000407A MX2015000407A MX2015000407A MX2015000407A MX 2015000407 A MX2015000407 A MX 2015000407A MX 2015000407 A MX2015000407 A MX 2015000407A MX 2015000407 A MX2015000407 A MX 2015000407A MX 2015000407 A MX2015000407 A MX 2015000407A
Authority
MX
Mexico
Prior art keywords
battery
electrolyte
controller
temperature
energy
Prior art date
Application number
MX2015000407A
Other languages
English (en)
Other versions
MX353303B (es
Inventor
Avraham Yadgar
Original Assignee
Phinergy Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Phinergy Ltd filed Critical Phinergy Ltd
Publication of MX2015000407A publication Critical patent/MX2015000407A/es
Publication of MX353303B publication Critical patent/MX353303B/es

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44—Methods for charging or discharging
    • H01M10/443—Methods for charging or discharging in response to temperature
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/16—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries responding to battery ageing, e.g. to the number of charging cycles or the state of health [SoH]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/24—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries for controlling the temperature of batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H01M10/484—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for measuring electrolyte level, electrolyte density or electrolyte conductivity
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H01M10/486—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for measuring temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/61—Types of temperature control
    • H01M10/613—Cooling or keeping cold
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/61—Types of temperature control
    • H01M10/615—Heating or keeping warm
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/62—Heating or cooling; Temperature control specially adapted for specific applications
    • H01M10/625—Vehicles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/63—Control systems
    • H01M10/635—Control systems based on ambient temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/656—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by the type of heat-exchange fluid
    • H01M10/6567—Liquids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M12/00—Hybrid cells; Manufacture thereof
    • H01M12/04—Hybrid cells; Manufacture thereof composed of a half-cell of the fuel-cell type and of a half-cell of the primary-cell type
    • H01M12/06—Hybrid cells; Manufacture thereof composed of a half-cell of the fuel-cell type and of a half-cell of the primary-cell type with one metallic and one gaseous electrode
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M12/00—Hybrid cells; Manufacture thereof
    • H01M12/08—Hybrid cells; Manufacture thereof composed of a half-cell of a fuel-cell type and a half-cell of the secondary-cell type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Hybrid Cells (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

Se proporcionan un sistema y método para controlar la operación de una batería metal-aire. Un sistema y método para controlar la operación de una batería metal-aire pueden incluir controlar un consumo de corriente de la batería; y controlar una temperatura de la batería. Un sistema y método pueden consumir una cantidad pre-configurada de energía desde una batería metal-aire, y consumir energía desde un dispositivo recargable cuando la energía requerida es mayor que la energía pre-configurada.

Description

SISTEMA.Y MÉTODO PARA CONTROLAR LA OPERACIÓN DE UNA BATERÍA METAL-AIRE CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención pertenece a las baterías. En particular, la presente invención pertenece al control de una operación de una batería metal-aire.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Como se conoce en la materia, una batería es un componente que almacena energía química y hace la energía disponible en una forma eléctrica. Las baterías metal-aire utilizan la oxidación del metal con el oxígeno del aire para producir electricidad. La energía eléctrica producida por las baterías es utilizada por diferentes sistemas y componentes, p.ej., productos del consumidor, sistemas industriales y similares. Sin embargo, los sistemas y métodos conocidos consumen energía desde una batería, y cuando es necesario. En consecuencia, la utilización de la energía almacenada en una batería puede no ser óptima.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Un método puede incluir controlar un consumo de corriente desde una batería metal-aire; y controlar una temperatura de la batería. Un método puede incluir provocar que la batería opere de acuerdo con un perfil, el perfil define al menos uno de: una relación de utilización energética, potencia, un valor de utilización de electrólito y una tasa de corrosión. En una modalidad, el perfil se selecciona automáticamente por medio de un controlador.
Un método puede incluir establecer repetidamente el consumo de corriente desde una batería y establecer la temperatura de la batería hasta que se alcance una relación de utilización energética deseada. Un método puede incluir determinar una edad de un electrólito incluido en la batería y controlar, con base en la edad del electrólito, al menos uno de: una corriente eléctrica proporcionada por la batería, una temperatura de la batería, una temperatura del electrólito y voltaje proporcionado por la batería. Un método puede incluir controlar al menos uno de: una corriente eléctrica proporcionada por la batería, una temperatura de la batería, una temperatura del electrólito y un voltaje proporcionado por la batería, de tal forma que se mantiene una relación predefinida entre una cantidad de consumo de metal en una reacción electroquímica y una cantidad total de metal en la batería.
Un método puede incluir controlar al menos uno de: una corriente eléctrica proporcionada por la batería, una temperatura de la batería, una temperatura del electrólito y un voltaje proporcionado por la batería de tal forma que se mantiene una tasa de corrosión predefinida de metal incluido en la batería. Un método puede incluir controlar al menos uno de: una corriente eléctrica proporcionada por la batería, una temperatura de la batería, una temperatura del electrólito y un voltaje proporcionado por la batería para aximizar una cantidad de consumo de energía desde la batería por unidad de volumen de electrólito incluido en la batería. Un método puede incluir controlar al menos uno de: una corriente eléctrica proporcionada por la batería, una temperatura de la batería, una temperatura del electrólito y un voltaje proporcionado por la batería para minimizar una tasa en la cual el metal se disuelve en electrólito incluido en la batería.
Un método puede incluir controlar una temperatura de la batería al controlar una temperatura y circulación de electrólito incluido en la batería. Un método puede incluir, antes de activar una batería, determinar una edad de un electrólito incluido en la batería; y establecer la temperatura del electrólito de acuerdo con un perfil.
Un sistema puede comprender una batería metal-aire; y un controlador, el controlador configurado para: controlar un consumo de corriente desde la batería, y controlar una temperatura de la batería. Un sistema puede comprender un dispositivo recargable y el sistema puede estar configurado para: consumir una energía predefinida de la batería metal-aire, la energía predefinida se define de acuerdo con un reguerimiento de energía promedio; y consumir energía desde el dispositivo recargable cuando la energía requerida por el que coche eléctrico es mayor que la energía predefinida.
Un controlador incluido en un sistema puede estar configurado para provocar que una batería opere de acuerdo con un perfil, el perfil define al menos uno de: una relación de utilización energética, potencia, un valor de utilización de electrólito y una tasa de corrosión. Un controlador incluido en un sistema puede estar configurado para seleccionar automáticamente un perfil y provocar que una batería opere de acuerdo con un perfil seleccionado. Un controlador incluido en un sistema puede estar configurado para establecer repetidamente el consumo de corriente desde la batería y la temperatura de la batería hasta que se alcance una relación de utilización energética deseada para la batería.
Un controlador incluido en un sistema puede estar configurado para determinar una edad de un electrólito incluido en la batería y para controlar, con base en la edad del electrólito, al menos uno de: una corriente eléctrica proporcionada por la batería, una temperatura de la batería, una temperatura del electrólito y voltaje proporcionado por la batería. Un controlador incluido en un sistema puede estar configurado para controlar al menos uno de: una corriente eléctrica proporcionada por la batería, una temperatura de la batería, una temperatura del electrólito y un voltaje proporcionado por la batería de tal forma que se mantiene una relación predefinida entre una cantidad de metal consumido en uña reacción electroquímica y una cantidad total de metal en la batería. Un controlador incluido en un sistema puede estar configurado para controlar al menos uno de: una corriente eléctrica proporcionada por la batería, una temperatura de la batería, una temperatura del electrólito y un voltaje proporcionado por la batería de tal forma que se mantiene una tasa de corrosión predefinida de metal incluido en la batería.
Un controlador incluido en un sistema puede estar configurado para controlar al menos uno de: una corriente eléctrica proporcionada por la batería, una temperatura de la batería, una temperatura del electrólito y un voltaje proporcionado por la batería para maximizar una cantidad de consumo de energía desde la batería por unidad de volumen de electrólito incluido en la batería. Un controlador incluido en un sistema puede estar configurado para controlar al menos uno de: una corriente eléctrica proporcionada por la batería, una temperatura de la batería, una temperatura del electrólito y un voltaje proporcionado por la batería para minimizar una tasa en la cual el metal se disuelve en electrólito incluido en la batería. Un sistema puede incluir una batería que comprende ánodos de metal hechos de uno de: Aluminio, Zinc y Hierro.
Un sistema puede controlar una temperatura de una batería al controlar una temperatura y circulación de electrólito incluido en la batería. Un controlador incluido en un sistema puede estar configurado para, antes de activar la batería, determinar una edad de un electrólito incluido en la batería; y establecer la temperatura del electrólito de acuerdo con un perfil. Un vehículo eléctrico de acuerdo con una modalidad puede comprender una batería metal-aire; un dispositivo recargable; y un controlador, el controlador configurado para establecer la potencia suministrada al vehículo eléctrico de acuerdo con un perfil, el perfil define al menos uno de: una relación de utilización energética, una tasa de potencia, un valor de utilización de electrólito, y una tasa de corrosión.
Un vehículo eléctrico de acuerdo con una modalidad puede estar configurado para consumir una energía pre-configurada de la batería metal-aire; y consumir energía del dispositivo recargable cuando la energía requerida por el vehículo eléctrico es mayor que la energía pre-configurada. De acuerdó con una modalidad, cuando la energía requerida por el vehículo eléctrico es menor que una energía pre-configurada, el vehículo eléctrico puede estar configurado para utilizar la energía proporcionada por una batería metal-aire para cargar un dispositivo recargable. De acuerdo con una modalidad, una capacidad del dispositivo recargable puede estar diseñada para suministrar un consumo diario promedio de energía de un vehículo eléctrico y una batería metal-aire puede estar diseñada para suministrar energía en exceso de la energía diaria promedio.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS El tema que se considera como la invención se señala particularmente y se reivindica distintivamente en la porción concluyente de la especificación. La invención, sin embargo, en cuanto a organización y métodos de operación, junto con los objetivos, características y ventajas de la misma, se puede entender mejor por referencia a la siguiente descripción detallada cuando se lee con los dibujos de acompañamiento, en los cuales: La Figura 1 muestra parámetros que efectúan la operación de una celda de metal-aire.
La Figura 2 muestra un sistema ejemplar de acuerdo con las modalidades de la invención.
La Figura 3 muestra un sistema ejemplar de acuerdo con las modalidades de la invención.
La Figura 4 muestra una configuración de sistema ejemplar de acuerdo con las modalidades de la invención.
La Figura 5 muestra un flujo ejemplar de acuerdo con las modalidades de la invención.
Las Figuras 6A y 6B ilustran un comportamiento de una batería metal-aire de temperatura controlada de acuerdo con las modalidades de la invención.
Se apreciará que por simplicidad y claridad de ilustración, los elementos que se muestran en las figuras no han sido dibujados necesariamente a escala. Por ejemplo, las dimensiones de algunos de los elementos pueden estar exageradas con relación a otros elementos por claridad. Además, cuando se considera apropiado, se pueden repetir números de referencia entre las figuras para indicar elementos correspondientes o análogos.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN En la siguiente descripción detallada, se establecen numerosos detalles específicos con el fin de proporcionar un entendimiento completo de la invención. Sin embargo, se entenderá por aquellos experimentados en la materia que la invención se puede practicar sin estos detalles específicos. En otros casos, no se han descrito a detalle métodos, procedimientos, componentes, módulos, unidades y/o circuitos bien conocidos para no obscurecer la invención.
Aunque las modalidades de la invención no se limitan en este respecto, los términos "pluralidad" y "una pluralidad" como se utilizan en este documento pueden incluir, por ejemplo, "múltiples" o "dos o más". Los términos "pluralidad" o "una pluralidad" se pueden utilizar a lo largo del especificación para describir dos o más componentes, dispositivos, elementos, unidades, parámetros, o similares.
A menos que se establezca explícitamente, las modalidades de método descritas en este documento no se restringen a un orden o secuencia particular. Adicionalmente, algunas de las modalidades de método o elementos de las mismas pueden ocurrir o llevarse a cabo en el mismo punto en el tiempo o puntos superpuestos en el tiempo. Como se conoce en la materia, una ejecución de un segmento de código ejecutable tal como una función, tarea, sub-tarea o programa se puede denominar como ejecución de la función, programa u otro componente.
Aunque las modalidades de la invención no se limitan en este respecto, las discusiones que utilizan términos como, por ejemplo, "procesamiento", "computación", "cálculo", "determinación", "establecimiento", "análisis", "comprobación", o similares se pueden referir a la(s) operación(es) y/o proceso(s) de una computadora, una plataforma de computación, un sistema de computación, u otro dispositivo electrónico de computación, que manipule y/o transforme los datos representados como cantidades físicas (p.ej., electrónicas) en los registros y/o memorias de la computadora en otros datos representados de manera similar como cantidades físicas en los registros y/o memorias de la computadora u otro medio de almacenamiento de información que pueda almacenar instrucciones para llevar a cabo operaciones y/o procesos.
Las modalidades de la invención pueden habilitar controlar la operación de una celda o batería metal aire (p.ej., una batería aluminio-aire) con el fin de mejorar su utilización. Aunque por el bien de simplicidad, se hace referencia a la celda o batería aluminio-aire en este documento, se entenderá que pueden ser aplicables otras celdas o baterías metal-aire. Por ejemplo, los sistemas y métodos de acuerdo con las modalidades de la invención pueden utilizar batería zinc-aire o cualquier otra batería o celda metal-aire adecuada.
Una batería aluminio-aire consume aluminio con el fin de generar energía eléctrica. La reacción electroquímica que se presenta en una celda aluminio-aire es como se muestra por la ecuación (1) de a continuación: (1) 4A1 + 6H2O + 302 4Al(OH)3 + 2.71 v En la práctica, una celda aluminio-aire puede operar en un voltaje menor que 2.7 v como se muestra por la ecuación (1), por lo general 0.7 a 1.5 voltios. El resto de la energía se libera como calor. Además de esta reacción, que resulta en energía eléctrica, se presenta una reacción de corrosión como se muestra por la ecuación (2) de a continuación: (2) 2A1 + 6H20 2Al(OH)3 + 3H2 La reacción que se muestra por la ecuación (2) consume aluminio pero no libera energía eléctrica. Por lo tanto, se considera una reacción no deseada o pasiva. Un efecto secundario adicional de la reacción que se muestra por la ecuación (2) es la liberación de hidrógeno.
Como se denomina en este documento, el término "eficiencia culómbica" de una celda metal-aire o batería metal-aire es la relación entre la cantidad de metal que se consume en la reacción electroquímica (1) y la cantidad total de metal que se consume, esto es, la cantidad que se consume de acuerdo con ambas la ecuación (1) y (2).
La energía específica del aluminio se conoce en la materia, 8.1 kWh/kg. Como se denomina en este documento, el término "utilización energética" de aluminio es la relación entre la cantidad de energía eléctrica que es extraída de un (1) kilogramo (Kg) de aluminio, y la energía total incluida en un (1) Kg de aluminio.
Generalmente, como se denomina en este documento, el término "utilización energética" de metal se determina por dos factores: 1. La tasa de corrosión - que determina, o efectúa, la eficiencia culómbica. Esto es, qué tanto metal se pierde sin producir energía eléctrica, y 2. Voltaje de celda real - que se relaciona con la parte o porción de la energía eléctrica que es explotada (p.ej., que no se libera como calor).
Como se denomina en este documento y se conoce en la materia, un electrólito (o solución de electrólito) puede ser cualquier líquido que contenga iones y se pueda descomponer por medio de electrólisis. Un electrólito puede incluir cualquier materia, sustancia o compuesto que se ionice cuando se disuelve en líquido de ionización adecuado o solvente, p.ej., agua. En una celda o batería aluminio-aire, donde se utiliza electrólito alcalino tal como KOH o NaOH, se presenta una reacción adicional como se muestra por la ecuación (3): (3) Al(OH)3 + KOH KAl(OH)4 El producto de la reacción que se muestra por la ecuación (3) se disuelve en el electrólito por la operación de la batería, y por lo general provoca que el voltaje de las celdas disminuya gradualmente, hasta algún umbral de voltaje bajo (por lo general 0.7-0.9 voltios).
Como se denomina en este documento, el término "utilización de electrólito" es la cantidad de energía que se puede consumir desde una celda metal-aire antes de que alcance el umbral de voltaje bajo (p.ej., el rango de 0.7-0.9 voltios).
La utilización de electrólito se puede ver afectada por la tasa de corrosión y por el voltaje de las celdas. El término "tasa de corrosión" como se denomina en este documento es la tasa o medida en la cual se disuelve el electrólito sin contribuir a la energía eléctrica. El término "voltaje de celda" como se denomina en este documento se refiere generalmente a la diferencia de potencial eléctrico entre el ánodo y cátodo de la celda en una batería. Por lo tanto, el voltaje de celda puede ser indicativo de la cantidad de energía que puede ser extraída del metal útil en una celda metal-aire.
Como se denomina en este documento, la energía específica de una batería metal-aire es la cantidad de energía que puede ser extraída de la batería, dividida por el peso total de la batería. Como se describe en este documento, una modalidad puede mejorar o subir la energía específica de una batería metal-aire al mejorar la utilización del combustible metálico y/o al mejorar la utilización del electrólito. Se observará que se habilita una mejora de la utilización de un electrólito en una batería por las modalidades de la invención aunque el electrólito en sí no libera energía pero en su lugar, habilita que el metal (p.ej., aluminio) en una batería metal-aire libere energía como se describe.
Una modalidad de la invención aumenta la eficiencia energética de una batería metal-aire al controlar los parámetros operacionales de las celdas en la batería, tal como la corriente de descarga y la temperatura de la batería. Una modalidad de la invención aumenta la eficiencia energética de una batería metal-aire al controlar una tasa en la cual circula el electrólito a través de la batería. Por ejemplo y como se describe, una bomba controlada por un controlador puede circular un electrólito a través de cámaras o celdas en una batería en una tasa controlada o de acuerdo con intervalos controlados. Un controlador puede controlar una bomba y válvulas de tal forma que el electrólito fluye a través de espacios o cámaras especificas en una batería. En una modalidad, al controlar la temperatura del electrólito, el sistema controla la temperatura de una batería. En una modalidad, al controlar el caudal del electrólito en una batería y/o controlar un intercambiador de calor, un sistema controla la temperatura de una batería y de esta manera controla un voltaje de la batería.
Generalmente, el desempeño de una celda o batería metal-aire se determina por diferentes parámetros tales como la composición y estructura del cátodo, la composición y estructura del ánodo, la composición del electrólito, la temperatura de trabajo, el caudal del electrólito, el caudal de aire, el perfil de descarga, etc. Mientras algunos de los parámetros tales como la estructura y composición física de los elementos, p.ej., estructura de la celda o batería y la composición del cátodo, se determinan por el diseño de la celda o batería y/o fabricante, otros parámetros, tales como la temperatura de trabajo, el consumo de corriente, voltaje y un perfil de descarga se pueden medir y establecer por medio de una modalidad de la invención. Se entenderá que se pueden utilizar diferentes diseños o tipos de batería de acuerdo con las modalidades de la invención y que las modalidades de la invención pueden ser aplicables a cualquier batería adecuada. Por ejemplo, baterías de diferentes tamaños, número de celdas y similares pueden ser aplicables y utilizarse sin apartarse del alcance de la presente invención.
Una modalidad de la invención puede compensar, o tomar en cuenta, parámetros de diseño y/o evolución de la construcción o composición de una batería. Por ejemplo, la distancia entre el ánodo y el cátodo es cambiante a lo largo de la operación de una celda o batería metal-aire. Conforme el ánodo se consume, la distancia entre su superficie y el cátodo aumenta. Tales y otros parámetros cambiantes determinan el voltaje efectivo de la celda o la batería y efectúan la tasa de corrosión durante la operación, así como efectúan la utilización de electrólito. Estos parámetros, a su vez, determinan la utilización energética de la celda o batería. Una modalidad puede ajustar los parámetros de trabajo (p.ej., temperatura de, o consumo de energía de una batería) con base en los parámetros cambiantes o en evolución. Por ejemplo, un sistema compensar una disminución en el voltaje producido por una batería metal-aire (p.ej., una disminución que resulta de la corrosión) al aumentar la temperatura de la batería.
Un punto de trabajo de una celda o batería se puede definir por la corriente eléctrica que está siendo consumida desde la celda o batería, y la temperatura de la celda o batería. Por lo general, las corrientes bajas resultan en voltaje de la celda o batería más alto, pero también en aumento de corrosión, y por lo tanto disminución de eficiencia culómbica. Las temperaturas más bajas resultan en voltaje más bajo, pero también resultan en reducción de corrosión, y por lo tanto aumento de eficiencia culómbica. Por lo tanto, hay una compensación entre el voltaje más alto y la eficiencia culómbica más alta, lo cual lleva esencialmente a la eficiencia energética total de la celda o batería.
En un momento dado, para una energía de descarga dada, se puede determinar un punto de trabajo óptimo de una celda o batería por medio de las propiedades de la celda o batería, y por la "edad" del electrólito. Una edad de un electrólito como se denomina es la cantidad de metal (p.ej., aluminio, zinc, etc.) que se disuelve en el electrólito. En algunos casos, una edad de un electrólito se calcula con base en el porcentaje o relación de metal disuelto en el electrólito.
Una modalidad puede determinar una tasa actual o instantánea en la cual se está disolviendo el metal. Por ejemplo, en una modalidad, la liberación de hidrógeno de un electrólito se mide continuamente por medio de un sensor y un controlador utiliza el nivel o tasa de liberación de hidrógeno para determinar una tasa en la cual se está disolviendo el metal de un ánodo en el electrólito. Por ejemplo, con base en la ecuación (2) anterior, un controlador utiliza la tasa en la cual se libera el hidrógeno en una batería para calcular la tasa en la cual el metal se disuelve en el electrólito. En consecuencia, la tasa en la cual está envejeciendo el electrólito se calcula por medio de un controlador. Al monitorear continuamente un envejecimiento de un electrólito, un controlador puede determinar fácilmente una edad de .un electrólito en cualquier punto en el tiempo dado. Como se describe adicionalmente en este documento, un sistema puede provocar que una batería opere de tal forma que la tasa en la cual se libera el hidrógeno, la tasa en la cual se consume un ánodo y/o la tasa en la cual está envejeciendo el electrólito en una batería se mantengan en un mínimo o en cualquier tasa o nivel deseable.
Trabajando en un punto óptimo (p.ej., definido por el consumo de corriente, y la temperatura) se puede reflejar en el voltaje de la celda o batería. Por ejemplo, un voltaje deseable en un rango de 1 v a 1.25 v se puede mantener por una modalidad al controlar los parámetros de trabajo como se describe en este documento. Se entenderá que, cuando es aplicable, cualquier discusión de una celda es relevante para una batería que incluye una o más celdas. Por ejemplo, una discusión de utilización de energía de una celda es relevante para una pluralidad de celdas en una batería y por lo tanto para que se entienda como una discusión de la utilización de energía de una batería. Igualmente, una discusión del calentamiento o enfriamiento de un electrólito o celda se debe entender como una discusión del calentamiento y/o enfriamiento de una pluralidad de celdas en una batería. En consecuencia, y por el bien de simplicidad y claridad, se puede hacer referencia a las celdas en este documento cuando una batería es relevante y viceversa.
Se hace referencia a la Figura 1, la cual representa gráficamente los parámetros que afectan la utilización energética de una celda o batería metal-aire y las interdependencias entre tales parámetros. Como se discute, los parámetros tales como la composición de ánodo, la composición de cátodo, la estructura de cátodo, el diseño geométrico y similares (colectivamente denominados en este documento como "parámetros de diseño") por lo general efectúan o influencian la utilización energética de una celda o batería. Tales parámetros se omiten de la Figura 1. Como se describe en este documento, una modalidad puede medir, evaluar y compensar los cambios en los parámetros de diseño de una batería.
Para describir adicionalmente las relaciones que se muestran en la Figura 1, la edad aumentada del electrólito (por ejemplo, en el rango de 0 a 200 gramos de aluminio por litro de electrólito) provoca voltaje más bajo pero también provoca tasa de corrosión más baja, y por lo tanto puede aumentar o disminuir la utilización energética, dependiendo de las condiciones de trabajo especificas. El aumento de corriente (por lo general 0 a 400 miliamperios (mA) por centímetro cuadrado (cm2) de cátodo) provoca voltaje más bajo, pero también provoca reducción de corrosión, y por lo tanto puede también aumentar o disminuir la utilización energética. El aumento de temperatura (por lo general 0 a 90 grados Celsius (°C)) aumenta el voltaje, pero también aumenta la corrosión, y por lo tanto puede también aumentar o disminuir la utilización energética general.
La Figura 1 muestra las interrelaciones entre los parámetros de trabajo. Al controlar algunos de los parámetros que se muestran en la Figura 1 (p.ej., consumo de corriente, voltaje, temperatura, tasa de corrosión, tasa de circulación y edad de electrólito), se pueden controlar los parámetros a través de los cuales se logra un resultado requerido. Por ejemplo, para controlar la tasa de corrosión, un sistema controla una temperatura de trabajo de una batería. Por ejemplo, se puede disminuir la tasa de corrosión al aumentar la temperatura de una batería como se describe en este documento. En una modalidad, un sistema controla uno o más de: un consumo de corriente, una temperatura, una tasa de corrosión y una edad de electrólito de una batería tal que, con respecto a una batería metal-aire, se logra y/o mantiene al menos uno de: una utilización energética deseada, un consumo de energía instantáneo, un voltaje específico o un perfil de utilización.
Por ejemplo, en una batería típica, cuando se requiere un consumo de corriente constante (en la forma de un producto del voltaje y la corriente denotado por P = VI), se puede lograr la utilización máxima al mantener el voltaje V de las celdas en el rango de 1-1.25 voltios, y establecer la corriente I que producirá la potencia P requerida de acuerdo con este voltaje. En una modalidad, durante la operación y conforme aumenta la edad del electrólito, un controlador incluido en un sistema provoca que un intercambiador de calor aumente, en una manera controlada, la temperatura del electrólito o la batería (p.ej., al calentar el electrólito y/o cambiar la tasa de circulación del electrólito) de tal forma que el voltaje y la tasa de corrosión se mantienen en un rango predefinido o adecuado. La tasa de corrosión también se puede determinar de acuerdo con la tasa de liberación de hidrógeno de la batería. En consecuencia, se puede determinar una relación de utilización momentánea de la batería al calcular el valor relación de utilización = (1 - tasa de corrosión) x voltaje de celda / voltaje teórico de la reacción de la celda (p.ej., para aluminio, el voltaje teórico es 2.71 v, como se muestra en la ecuación (1), y para el zinc, el voltaje teórico es de 1.65 v). En cualquier momento dado, un controlador puede cambiar la temperatura de la batería (p.ej., al activar o controlar un intercambiador de calor) y el consumo de energía de la batería (p.ej., al controlar un compensador de corriente), de tal forma que se maximice un valor de una relación de utilización.
En consecuencia, la presente invención habilita aumentar la utilización energética de un ánodo de metal y un electrólito en una batería metal-aire al controlar los parámetros operacionales. Por ejemplo, una modalidad controla los parámetros tal como una temperatura de trabajo de una batería, una cantidad o magnitud de consumo de corriente desde una batería, los voltajes suministrados por una batería, una edad de un electrólito en una batería, etc.
El sistema puede controlar el punto de trabajo de una batería metal-aire al controlar la temperatura de trabajo. El sistema puede controlar el punto de trabajo de una batería metal-aire al controlar el consumo de corriente de la batería. En consecuencia, también se determina o controla el voltaje de la batería. El sistema puede consistir de un controlador, un intercambiador de calor, un compensador de corriente, y diferentes sensores tales como un sensor de voltaje, un sensor de pH, un sensor de conductancia, un sensor de densidad, un sensor de turbiedad, un sensor de hidrógeno, etc. El sistema puede estar adaptado para controlar la temperatura de la celda o batería por medio del intercambiador de calor, y puede controlar el consumo de corriente de una celda o batería por medio de un compensador de corriente.
Un sistema puede determinar la edad del electrólito en una o más de las siguientes maneras: monitorear y sumar el consumo de ánodo de metal, calcular el consumo de ánodo de metal, medir o calcular la tasa de corrosión con base en la liberación de hidrógeno, medir la conductividad del electrólito, medir el nivel de pH del electrólito, medir la densidad del electrólito, medir la turbiedad del electrólito, medir la viscosidad del electrólito, etc.
Como se denomina en este documento, un perfil de descarga se caracteriza o define por la corriente de descarga y voltaje contra la cantidad de metal (p.ej., aluminio, zinc o cualguier otro metal adecuado para baterías metal-aire) disuelto en el electrólito. Una celda o batería se puede probar bajo diferentes condiciones con el fin de determinar la capacidad o comportamiento de la celda o batería bajo diferentes cargas y condiciones. Por ejemplo, un fabricante de una batería puede proporcionar parámetros, valores o gráficas que caracterizan una batería y su desempeño esperado. Una modalidad puede definir un perfil de descarga para una batería de tal forma que el perfil de descarga coincide con el desempeño deseado. Por ejemplo, en ciertas circunstancias, se puede requerir un perfil de descarga que lleva a la utilización energética máxima, y en otras circunstancias se puede preferir un perfil que lleva a utilización energética más baja, pero da potencia más alta.
Los datos que caracterizan una batería se pueden proporcionar a un controlador y utilizar, por el controlador cuando controla la operación de una batería metal-aire. Por ejemplo, si los datos proporcionados por un fabricante indican una temperatura óptima para una batería, entonces un controlador puede provocar que la batería opere en la temperatura óptima. Por ejemplo, en un caso, un controlador monitorea y ajusta continuamente los parámetros de trabajo de una batería de tal forma que se ejecuta un perfil de descarga seleccionado. En otra modalidad, un sistema monitorea y ajusta continuamente los parámetros de trabajo de una batería de tal forma que se mantiene una relación de utilización requerida. En todavía otro ejemplo, un sistema monitorea y ajusta continuamente los parámetros de trabajo de una batería de tal forma que se suministra una energía requerida, mientras se mantiene la relación de utilización.
Se hace referencia a la Figura 2, la cual muestra un diagrama de bloques de alto nivel de un sistema 200 ejemplar de acuerdo con las modalidades de la presente invención. Como se muestra en la Figura 2, un sistema puede incluir una batería metal-aire 201 que suministra energía a una carga 203. Por ejemplo, la carga puede ser un motor eléctrico en un vehículo, bombillas de luz, o cualquier otra entidad de consumo de energía eléctrica. Se entenderá que las modalidades de la invención no se limitan a una carga específica a la cual se proporciona energía eléctrica y se puede utilizar cualquier carga sin apartarse del alcance de la invención. Por ejemplo, un vehículo como se denomina en este documento puede ser un coche eléctrico, un juguete, un barco o un avión de cualquier tamaño. Un vehículo puede ser un vehículo tripulado o no tripulado.
Como se muestra, la batería 201 puede incluir una celda metal-aire (p.ej., una celda aluminio-aire) 202. Por el bien de simplicidad y claridad, solamente se muestra una celda metal-aire 202 en la batería 201, sin embargo, se entenderá que se puede utilizar cualquier número adecuado de celdas 202 de acuerdo con las modalidades de la invención. Por ejemplo, el número de celdas se puede escoger con base en un voltaje deseado a ser proporcionado por la batería 201. Se entenderá que la discusión de la celda 202 en este documento es aplicable a cualquier número de celdas 202 en una batería 201. Por ejemplo, los parámetros medidos para la celda 202 se pueden medir para una pluralidad de celdas, parámetros establecidos o controlados para la celda 202 (p.ej., voltaje, consumo de corriente, calor, circulación, etc.) se pueden establecer para una pluralidad de celdas 202 en la batería 201.
Como se muestra, un sistema puede incluir un intercambiador de calor 205 que puede enfriar o calentar una batería, celdas o electrólito incluido en la batería 201. Por el bien de claridad, no se muestra el electrólito incluido en la batería 201, sin embargo, se entenderá que cualquier espacio en la batería 201 o la celda 202 se puede llenar con electrólito. Por ejemplo, en una modalidad, el intercambiador de calor 205 se coloca en una cámara a través de la cual fluye el electrólito. En consecuencia, un sistema puede calentar o enfriar el electrólito en una batería y calentar o enfriar así una batería. El electrólito puede fluir a través de la celda 202 enfriando o calentando así la celda 202. En una modalidad, el controlador 219 controla la operación del intercambiador de calor. Por ejemplo, el controlador 219 recibe una medición de temperatura del sensor de temperatura 208 y controla el intercambiador de calor 205 de tal forma que se logra y/o mantiene una temperatura deseada de un electrólito en la batería 201 (y consecuentemente, la temperatura de la batería 201).
En una modalidad, al controlar válvulas de conmutación y similares (no mostradas), el controlador 219 puede provocar que el intercambiador de calor 205 caliente o enfríe la celda 202 al provocar que el electrólito frío o caliente fluya a través de la celda 202. En otras modalidades, el calentamiento o enfriamiento se puede hacer utilizando un ventilador, un elemento eléctrico, un radiador, un ventilador externo a la batería 201 y similares. El controlador 219 puede controlar cualquier dispositivo, sistema o componente de calentamiento o enfriamiento, que pueda ser interno o externo a la batería 201. Por ejemplo, un ventilador y componente de elemento de calentamiento se pueden colocar fuera de la batería 201 y se pueden controlar por medio del controlador 219 de tal forma que enfrían o calientan la batería 201 o la celda 202. En otra modalidad, un elemento de calentamiento eléctrico controlado por el controlador 219 se puede colocar en la batería 201 de tal forma que puede calentar el electrólito en la batería 201.
Por el bien de claridad, el electrólito incluido en el sistema 200 no se muestra. Sin embargo, se entenderá que el electrólito puede estar presente dentro de la batería 201, dentro de la celda 202 y en el tanque de electrólito 206 y puede estar hecho para alcanzar, o fluir a través de cualquier parte del sistema 200 como se requiera, p.ej., utilizando tubos, orificios y similares.
Como se muestra, el sistema 200 puede incluir un tanque de electrólito 206 y una bomba 207. La bomba 207 puede circular el electrólito a través del sistema 200. En una modalidad, el controlador 219 controla la operación de la bomba 207. Por ejemplo, el controlador 219 provoca que la bomba 207 transfiera el electrólito desde el tanque de electrólito 206 las celdas en la batería 201 o provoca que la bomba 207 transfiera el electrólito desde la batería 201 al tanque de electrólito 206. El controlador 219 de controlar la capacidad de la bomba 207, p.ej., configurar la bomba 207 para que circule, entre el tanque de electrólito 206 y la batería 201, un primer volumen de electrólito por segundo, durante un primer periodo de tiempo y configurar la bomba 207 para que circule un segundo volumen de electrólito por segundo durante un segundo período de tiempo. En consecuencia, el controlador 219 controla la tasa de circulación del electrólito a través del sistema 200.
En otra modalidad, con el fin de remover depósitos de materia de un cátodo o ánodo en la celda 202, el controlador 219 controla la bomba 207 y el intercambiador de calor 205 de tal forma que se logra una combinación deseada de circulación y temperatura. Por ejemplo, para remover los depósitos de materia de un ánodo de aluminio en la celda 202, el controlador 219 puede primero provocar que el intercambiador de calor 205 caliente electrólito en el tanque de electrólito 16 o el electrólito en la batería 201 y, cuando se alcanza la temperatura apropiada o deseada del electrólito, el controlador 219 activa la bomba 207 provocando de esta manera que el electrólito tibio o caliente circule a través de la celda 202 y remueva de manera eficiente los depósitos de materia del ánodo en la celda 202. Se observará que el intercambiador de calor 205 se puede colocar en la batería 201 como se muestra, en el tanque de electrólito 206 o se pueden utilizar dos intercambiadores de calor, instalados tanto en la batería 201 como en el tanque de electrólito 206.
En una modalidad, antes de activar o reactivar la batería, el controlador 219 determina la edad del electrólito antes de activar la batería (p.ej., al bombear electrólito al interior de las celdas), el controlador 219 establece la temperatura del electrólito en un valor predefinido. Por ejemplo, con base en un perfil o especificación, el controlador 219 establece la temperatura de la batería de tal forma que se logra una utilización óptima del electrólito. Por ejemplo, el controlador 219 calienta el electrólito en el tanque 206 y solamente cuando el electrólito alcanza una temperatura predefinida (p.ej., como se define en un perfil y/o con base en la edad del electrólito) el controlador 219 ordena a la bomba 207 que circule electrólito a través de la batería 201 y/o celda 202.
Un ejemplo, en una modalidad, con el fin de reiniciar o reactivar una batería, la operación de lo cual se terminó o detuvo antes de que el electrólito se utilizara completamente, el controlador 219 controla la bomba 207 y el intercambiador de calor 205 de tal forma que se logra una combinación deseada de circulación y temperatura.
Por ejemplo, para reiniciar una batería que se detuvo (p.ej., desconectó de una carga) en un momento en que el electrólito estaba en una temperatura de 60 grados Celsius (60°C), el controlador 219 primero provoca que el intercambiador de calor 205 caliente el electrólito en el tanque de electrólito 206 y/o el electrólito en la batería 201 y, cuando la temperatura del electrólito alcanza los 55-65 grados Celsius (55-65°C), el controlador 219 activa la bomba 207 provocando de esta manera que el electrólito tibio o caliente circule a través de la celda 202 reiniciando la batería con la temperatura correcta correspondiente a la edad del electrólito.
Como se muestra, el sistema 200 puede incluir un sensor de temperatura 208, un sensor de voltaje 209, un sensor de corriente 210, un sensor de caudal 211, un sensor de presión 212, un sensor de conductividad 213, un sensor de pH 214, un sensor de densidad 215, un sensor de turbiedad 216, y un sensor de hidrógeno 217. Se entenderá que algunos de los sensores que se muestran incluidos en el sistema 200 pueden ser opcionales. Por ejemplo, algunas modalidades pueden no incluir todos los sensores que se muestran. Igualmente, las modalidades de la invención pueden incluir sensores no mostrados en la Figura 2 que pueden ser utilizados para monitorear aspectos de la batería 201. Por el bien de claridad, se muestra un solo sensor de cada tipo pero se entenderá que se puede incluir una pluralidad de sensores del mismo tipo en el sistema 200. Por ejemplo, se puede conectar una pluralidad de sensores de voltaje 209 a una pluralidad de celdas 202 en una batería 201.
En una modalidad, el sensor de temperatura 208, el sensor de voltaje 209, el sensor de corriente 210, el sensor de caudal 211, el sensor de presión 212, el sensor de conductividad 213, el sensor de pH 214, el sensor de densidad 215, el sensor de turbiedad 216 y el sensor de hidrógeno 217 están conectados operativamente al controlador 219 de tal forma que las señales o salida generada por estos sensores se proporcionan al controlador 219. Utilizando los parámetros medidos, detectados o monitoreados por los sensores, el controlador 219 puede determinar un estado de la batería 201 y puede ordenar a los componentes en el sistema 200 de tal forma que se alcanza y/o mantiene un estado operacional u otro deseado de la batería 201.
Los sensores mencionados anteriores pueden ser cualquier sensor adecuado como se conoce en la materia. Se entenderá que las modalidades de la invención no se limitan por el tipo, naturaleza, o forma de operación de cualquiera de los sensores descritos. Se pueden incluir otros sensores diferentes en un sistema como se requiera. Por ejemplo, con el fin de determinar una edad de un electrólito en una batería, se puede agregar un sensor de viscosidad y el controlador 219 puede utilizar los datos relacionados con una viscosidad o espesor del electrólito con el fin de determinar su edad o calidad.
En una modalidad, el controlador 219 controla la temperatura de la batería 201 al activar el intercambiador de calor 205 y monitorear la temperatura de la batería 201 con base en una entrada recibida desde el sensor de temperatura 208, y, cuando se alcance una temperatura deseada, el controlador 219 detiene la operación del intercambiador de calor 205. En otro ejemplo, al utilizar la entrada de un termómetro que mide la temperatura del ambiente (p.ej., uno instalado en un coche), el controlador 219 puede provocar que u ordenar al intercambiador de calor 205 que proporcione un calor constante de tal forma que se mantenga la temperatura de la batería 201 en un rango de temperatura predefinido o deseable.
El controlador 219 puede estar conectado a cualquier sensor o unidad, p.ej., unidades externas al sistema 200. Por ejemplo, cuando se instala en un vehículo, el controlador 219 puede estar conectado a sensores o unidades que proporcionan datos relacionados con una velocidad en la cual se está desplazando el vehículo, una altitud, una temperatura fuera del vehículo, la temperatura de la máquina y similares. Cualquier información recopilada u obtenida por medio del controlador 219 desde cualquier unidad, componente o subsistema aplicable en un vehículo puede ser utilizada por el controlador, donde sea aplicable, para controlar una operación de una batería como se describe en este documento. Por ejemplo, la información mencionada anteriormente puede permitir que el controlador 219 determine qué tanta energía se espera que requiera un vehículo de su fuente de energía eléctrica, y ajustar los parámetros de trabajo de la batería metal-aire para entregar la energía requerida mientras mantiene su eficiencia.
En una modalidad, el controlador 219 controla la cantidad de energía que se consume de, o se suministra por, la batería 201 al controlar el compensador de corriente 204. Por ejemplo, si, con base en un perfil, una restricción, una condición o un parámetros de configuración, el controlador 219 determina que el consumo de corriente de la batería 201 se debe limitar, entonces el controlador 219 utiliza el compensador de corriente 204 con el fin de limitar la corriente eléctrica que es consumida desde la batería 201. Por ejemplo, el compensador de corriente 204 puede ser un resistor variable y controlable o un convertidor de DC a DC controlado por el controlador 219 de tal forma que la corriente que fluye desde la batería 201 a la carga 203 se mantenga en un nivel o magnitud deseada.
En una modalidad, los datos relacionados con los atributos, características y/o propiedades de la batería 201 son proporcionados por un fabricante de la batería 201 y pueden ser utilizados. Por ejemplo, la capacidad energía y voltaje (y las interdependencias entre estos parámetros) de la batería 201 pueden ser obtenidos del fabricante, y se puede generar un perfil que se utilice mejor con una batería 201 específica utilizando tales atributos.
En una modalidad, se puede probar una batería o celda antes de ser operada como se describe en este documento. Por ejemplo, cada celda en la batería 201 se puede probar en diferentes condiciones de trabajo (p.ej. con cada uno de una corriente, voltaje y/o temperatura mantenido en diferentes valores) con el fin de determinar curvas de descarga de la celda. Se pueden probar y analizar diferentes curvas para determinar las características de desempeño que se pueden realizar. Se puede seleccionar un número de curvas de carga/descarga para su uso. Por ejemplo, una primera curva seleccionada puede ser energéticamente óptima y una segunda curva seleccionada puede ser de potencia óptima. Se pueden proporcionar curvas o perfiles de descarga seleccionados al controlador 219 para una batería y puede utilizar las curvas proporcionadas con el fin de controlar la operación de la batería 201. Por ejemplo, el controlador 201 controla la temperatura de la batería 201 y/o la corriente que se consume de la batería 201 como se describe en este documento de tal forma que se mantiene la curva o perfil seleccionado.
El sistema 200 puede controlar la operación de una batería de tal forma que se ejecuta o mantiene un perfil operacional predefinido. Por ejemplo, se puede lograr un perfil de descarga caracterizado por la corriente y voltaje de descarga con respecto a la cantidad de metal disuelto en el electrólito. Por ejemplo, al utilizar los datos recibidos desde uno o más sensores, el controlador 219 determina la edad de un electrólito en la batería 201. Por ejemplo, al medir la densidad, pH, hidrógeno y/o turbiedad de un electrólito con respecto al tiempo y uso (p.ej., en un laboratorio), el electrólito se perfila de tal forma que para niveles de densidad, pH, hidrógeno y/o turbiedad específicos y con base en un perfil de electrólito, se puede determinar la edad del electrólito. En consecuencia, en una modalidad, provisto con un perfil de electrólito y los datos de los sensores conectados, el controlador 201 determina la edad del electrólito.
En una modalidad, un perfil de descarga define la corriente y voltaje de descarga. Para provocar que la batería 201 opere de acuerdo con un perfil de descarga específico, el controlador 219 utiliza el compensador de corriente 204 para establecer la corriente que se está consumiendo desde la batería 201 en el valor definido en el perfil de descarga. En una modalidad, para provocar que la batería 201 opere en un nivel de voltaje definido por un perfil de descarga, el controlador utiliza el intercambiador de calor 205. Como se describe, el voltaje proporcionado por la batería 201 se puede subir al subir la temperatura de la batería 201 y emplear la batería 201 provocará una disminución en el voltaje proporcionado. En consecuencia, en una modalidad, el controlador 219 provoca que el intercambiador de calor 205 caliente o enfríe la batería 201 de tal forma que se logra el voltaje definido en el perfil de descarga.
El controlador 219 puede monitorear todos los aspectos relacionados con un perfil y al mismo tiempo o simultáneamente controlar una pluralidad de unidades de tal forma que se pueda mantener cada una de la pluralidad de características. Por ejemplo, mientras se monitorea el voltaje de la batería 201 y se provoca que el intercambiador de calor 205 caliente la batería 201 con el fin de subir el voltaje, el controlador 219 puede monitorear la corriente que se está consumiendo (utilizando el sensor de corriente 210) y si, con temperatura en aumento, el consumo de corriente aumenta por encima de la corriente definida en el perfil de descarga, el controlador 219 puede provocar que el compensador de corriente 204 limite la el consumo de corriente desde la batería 201. En consecuencia, el controlador 219 puede monitorear y controlar simultáneamente una pluralidad de características opcionales de la batería 201. En otra modalidad, el controlador 219 puede reiterar a través de una pluralidad de parámetros o características, estableciendo cada una a su vez -y repitiendo el proceso hasta que se logre y se mantenga la descarga u otro perfil por un período de tiempo o hasta que cambie el estado del sistema.
Por ejemplo, primero, el controlador determina la edad del electrólito. Después, al controlar el compensador de corriente 204, el controlador 219 establece el consumo de corriente desde la batería 201, después, el controlador 219 utiliza el intercambiador de calor 205 para subir o bajar el voltaje suministrado, el controlador 219 después repite los pasos de determinar la edad del electrólito, establecer la corriente y establecer el voltaje. En una modalidad, el controlador 219 repite los pasos de determinar la edad del electrólito, establecer la corriente y establecer el voltaje hasta que se logra un perfil de descarga predefinido. En otra modalidad, el controlador 219 repite los pasos de determinar la edad del electrólito, establecer la corriente y establecer el voltaje continuamente de tal forma qúe se mantiene continuamente un perfil de descarga (u otro).
En otro ejemplo, se mantiene una relación específica entre la cantidad de energía eléctrica que se extrae de cada Kg de metal y la energía total en cada Kg de metal en la batería 201, esta relación se denomina en este documento como una relación de utilización. En una modalidad, el controlador 219 monitorea al menos uno del voltaje y la corriente suministrada por la batería 201 (p.ej., como se describe en este documento) para determinar una utilización energética actual o momentánea. En una modalidad, para lograr una relación de utilización deseada, el controlador 219 determina la edad del electrólito en la batería 201, p.ej., como se describe en este documento. Al controlar el intercambiador de calor 205, el controlador 219 entonces establece el voltaje suministrado por la batería 201, p.ej., como se describe en este documento.
En una modalidad, el controlador 219 examina los datos recibidos desde el sensor de hidrógeno 217 y, utilizando el intercambiador de calor 205, provoca un aumento o disminución de la temperatura de la batería 201 de tal forma que la evolución o liberación del hidrógeno corresponde a una tasa deseada, p.ej., como se define en un perfil. Como se describe, el nivel de hidrógeno en el electrólito puede ser indicativo de la tasa en la cual el metal se consume sin proporcionar electricidad. En consecuencia, con el fin de mantener una relación específica entre la energía y el metal consumido, un sistema puede monitorear los niveles de hidrógeno en el electrólito y ajustar los parámetros de trabajo de tal forma que se mantenga la relación. Las operaciones llevadas a cabo para lograr una relación de energía predefinida con respecto al consumo de metal se pueden llevar a cabo secuencialmente o al mismo tiempo. Las operaciones llevadas a cabo para lograr una relación predefinida de la energía con respecto al consumo de metal se pueden repetir continuamente (p.ej., en un bucle) de tal forma que se mantenga continuamente la relación.
El sistema 200 puede provocar que la batería 201 opere de acuerdo con una mezcla de perfiles o de acuerdo con cualquier combinación de restricciones o características. En una modalidad o caso ejemplar, el sistema 200 provoca que la batería 201 opere de tal forma que se suministre una energía específica, requerida o predefinida y se mantenga una relación de utilización específica o definida. Por ejemplo, el controlador 219 establece el consumo de corriente en un primer nivel (p.ej., utilizando el compensador de corriente 204). Después, el controlador 219 establece el voltaje de operación de tal forma que se logra la energía requerida. Como se conoce en la materia, se puede utilizar un número de combinaciones de valores o niveles de corriente y voltaje para lograr una energía específica. En una modalidad, para lograr tanto una energía específica como una relación de utilización especifica, el controlador 219 monitorea la tasa de evolución del hidrógeno y aumenta o disminuye la temperatura de la batería 201 de tal forma que la tasa de evolución del hidrógeno corresponde a la tasa definida por la relación de utilización. En consecuencia, con el fin de lograr tanto una energía predefinida como una relación de utilización específica, el controlador puede ajustar cualquiera de un consumo de corriente desde una batería, un voltaje proporcionado por la batería y una temperatura de operación de la batería. En una modalidad, el controlador 219 monitorea continuamente la edad de un electrólito en la batería 201, el consumo de corriente desde la batería 201 y la temperatura de la batería 201 y, tomando en cuenta la edad del electrólito, ajusta continuamente el consumo de energía y temperatura de tal forma que se mantienen las características operacionales como se define.
El controlador 219 puede estar conectado a cualquier unidad o componente aplicable y puede ajustar los parámetros de trabajo de la batería 201 de acuerdo con cualquier condición aplicable. Por ejemplo, cuando el sistema 200 se instala en un vehículo, se pueden tomar en cuenta la velocidad de movimiento del vehículo, los controles de un conductor, el estado operacional de la máquina, las fuentes de energía complementarias y similares. Por ejemplo, el controlador 219 puede recibir entrada de los sensores dentro del coche, la línea de comunicación en el coche, los sensores montados en la máquina o motor del coche, y los sensores conectados a una fuente auxiliar.
El controlador 219 puede utilizar entrada de un conductor de un coche en el cual el sistema 200 se instala obtiene entrada desde una máquina u otros componentes en el coche y es alimentado desde una batería auxiliar con el fin de establecer las características de trabajo o perfiles de la batería 201. El controlador 219 puede provocar dinámicamente que la batería 201 opere de acuerdo con una condición o requerimiento actual o instantáneo.
Por ejemplo, cuando un conductor pisa el pedal de aceleración de un coche operado eléctricamente, el controlador 219 puede cambiar de un perfil de utilización a un perfil de sobrecarga de energía donde el perfil de sobrecarga de energía puede no ser el mejor en términos de utilización energética de la batería 201 pero puede ser mejor en términos de energía. En otro caso, determinar que una batería auxiliar (p.ej., la fuente de energía eléctrica 320 descrita más adelante con referencia a la Figura 3) está completamente cargada, y, con el fin de mantener la utilización energética como se define en un perfil, el controlador 219 puede disminuir el consumo de energía de la batería 201 y permitir que la batería auxiliar proporciona energía.
En una modalidad, el controlador 219 ajusta automáticamente los parámetros de trabajo de la batería 201 de tal forma que se logra un uso óptimo de la batería 201. Por ejemplo, en una modalidad, al recibir señales desde un tacómetro y/o velocímetro en un coche eléctrico, el controlador 219 puede deducir que el coche está estacionario o que se requiere energía baja. En tal caso, el controlador 219 puede cambiar a un modo operacional que conserva mejor la vida de la batería 201, p.ej., provoca que la batería 201 opere de acuerdo con un perfil de energía baja y utilización alta, como se describe.
Se hace referencia a la Figura 3, la cual muestra un sistema de ejemplar 300 de acuerdo con las.modalidades de la invención. Como se muestra, el sistema 300 puede incluir un sistema 200 como se describe en este documento, que incluye una batería metal-aire 201. Por el bien de simplicidad y claridad, no se muestran otros componentes del sistema 200 en la Figura 3. Como se muestra, el sistema 300 puede incluir un controlador 310 que puede ser similar al controlador 219. En una modalidad, el controlador 219 se puede reemplazar por el controlador 310. Cuando se reemplaza el controlador 219, el controlador 310 se puede conectar a cualquier sensor conectado al controlador 219 como se describe en este documento. En otras modalidades, p.ej., cuando ambos controladores 219 y 310 se incluyen en el sistema 300, el controlador 310 puede comunicarse con el controlador 219 y recibir cualquier dato recibido u obtenido por el controlador 219. En consecuencia, se entenderá que cualquier operación descrita en este documento con respecto al controlador 219 se puede llevar a cabo por medio del controlador 310.
En una modalidad, los controladores 219 y 310 incluyen un procesador y memoria. Una memoria no transitoria conectada al controlador 310 puede almacenar un conjunto de instrucciones que cuando son ejecutadas por el controlador 310 provocan que el controlador 310 lleve a cabo las operaciones y métodos descritos en este documento. En una modalidad, una unidad de memoria no transitoria conectada al controlador 310 almacena los perfiles de descarga u otros descritos en este documento.
Como se muestra adicionalmente, el sistema 300 puede incluir una pluralidad de fuentes de energía 320 y 321. Por ejemplo, la fuente de energía 320 puede ser una batería recargable o un súper capacitor como se conoce en la materia y la fuente de energía 321 puede ser una fuente de energía solar. Por el bien de simplicidad, además de la batería metal-aire 201, solamente se muestran dos fuentes de energía 320 y 321. Sin embargo, se entenderá que se puede incluir cualquier número de fuentes de energía en el sistema 300, se pueden conectar a la unidad de regulación y conmutación de corriente 325 y se pueden controlar por medio del controlador 310. Como se muestra, el sistema 310 puede incluir una unidad de regulación y conmutación de corriente (CRSU, Current Regulation and Switching Unit) 325. Como se muestra, la CRSU 325 puede incluir un compensador de corriente 326 y un componente de conmutación 327.
Por ejemplo, el compensador de corriente 326 puede ser similar al compensador de corriente 204, pero puede estar configurado para regular el flujo de corriente desde/hacia cualquier fuente de energía o carga conectada a la CRSU 325. El compensador de corriente 326 puede incluir una pluralidad de compensadores de corriente y puede, en consecuencia, regular las corrientes en múltiples trayectorias. Por ejemplo, en una modalidad, el compensador de corriente 326 está adaptado para establecer diferentes límites de corriente para diferentes trayectorias. Por ejemplo, en una modalidad, con base en el control del controlador 310, el compensador de corriente 326 establece un primer límite en la corriente que fluye desde el sistema 200 a la carga 330, establece un segundo límite en la corriente que fluye desde la fuente de energía eléctrica del sistema 320 a la carga 330 y además establece un tercer límite en la corriente que fluye desde la fuente de energía 321 a la fuente de energía 320.
El componente de conmutación 327 puede ser un componente configurado para conectar y/o desconectar eléctricamente cualquier componente o unidad conectada a la CRSU 325. Por ejemplo, el componente de conmutación 327 puede establecer una primera conexión eléctrica entre la fuente de energía 320 y la carga 330 y además establecer una segunda conexión entre el sistema 200 y la fuente de energía 320. En consecuencia, la CRSU 325 puede enrutar la corriente eléctrica hacia/desde cualquier componente o unidad conectada y puede además regular los flujos de corriente hacia/desde cualquier componente o unidad conectada.
Por ejemplo, la CRSU 325 puede conectar la fuente de energía eléctrica 321 a la carga 330 y, al mismo tiempo, conectar el sistema 200 a la fuente de energía eléctrica 320. El componente de conmutación 327 puede incluir una pluralidad de conmutadores operados eléctricamente y, utilizando tales conmutadores, conmutar el componente 327 puede habilitar la conexión/desconexión eléctricamente de cualquier fuente de energía eléctrica conectada (incluyendo el sistema 200) hacia/desde cualquier otra fuente de energía eléctrica. De manera similar, el componente de conmutación 327 puede conectar/desconectar eléctricamente cualquier fuente de energía eléctrica unida a/de la carga 330. En consecuencia, al utilizar el compensador de energía 326, la CRSU 325 puede habilitar el control de la corriente que está siendo consumida desde cualquiera de las fuentes de energía eléctrica conectadas a la misma y, además, al utilizar el componente de conmutación 327, la CRSU 325 puede dirigir la corriente eléctrica desde cualquier fuente de energía conectada a cualquier fuente de energía conectada o a la A l carga 330. Se entenderá que se puede conectar una pluralidad de cargas a la CRSU 325.
En una modalidad, con base en una señal de control del controlador 310, la CRSU 325 puede provocar que el sistema 200 proporcioné una energía predefinida o especifica a la carga 330 y además provocar que las fuentes de energía 320 y 321 proporcionen cualquier energía adicional requerida. En otro caso, si la energía requerida por la carga 330 es menor que la que puede ser proporcionada por el sistema 200, entonces, con base en una señal de control del controlador 310, la CRSU 325 puede provocar que el sistema 200 proporciones energía eléctrica a una o ambas de las fuentes de energía 320 y 321. Por ejemplo, si la fuente de energía 320 es una batería recargable, entonces, si la energía eléctrica o corriente que puede ser proporcionada por el sistema 200 es más de la requerida por la carga 330, entonces, con base en una señal de control del controlador 310, la CRSU 325 puede provocar que el sistema proporcione energía eléctrica a la fuente de energía 320 de tal forma que el sistema 200 carga la fuente de energía 320.
Aunque no se muestra, cualquier sensor relevante se puede instalar en cualquiera de las fuentes de energía 320 y 321 y la carga 330 y los sensores instalados pueden estar conectados al controlador 310. Por ejemplo, los sensores similares a aquellos que se muestran en la Figura 2, p.ej., un voltímetro se pueden instalar en las fuentes de energía 320 y 321. En consecuencia, el controlador 310 puede estar al tanto de un estado o condición de los componentes en el sistema 300 y puede controlar la CRSU 325 con base en un estado de cualquiera del sistema 200, la carga 330 y las fuentes de energía 320 y 321. Por ejemplo, si la fuente de energía 321 es una fuente de energía solar y la fuente de energía 320 es una batería recargable, entonces, con base en una señal de control del controlador 310, la CRSU 325 puede provocar que la fuente de energía 321 carga la fuente de energía 320 o proporcione energía a la carga 330. En otro momento o caso, con base en una señal de control del controlador 310, la CRSU 325 puede provocar que la fuente de energía 321 cargue la fuente de energía 320 y proporcione energía a la carga 330.
En una modalidad, el controlador 310 monitorea, determina y/o calcula periódicamente o continuamente las condiciones de trabajo de la batería 201. Por ejemplo, el controlador 310 monitorea, con base en la entrada de los sensores descritos en este documento, una temperatura de la batería 201, el consumo de corriente desde la batería 201 y el voltaje de la batería 201. En una modalidad, el controlador 310 monitorea, determina y/o calcula periódicamente o continuamente la edad de un electrólito en la batería 201 como se describe en este documento. En una modalidad, el controlador 310 monitorea, determina y/o calcula periódicamente o continuamente una utilización energética de la batería 201.
Por ejemplo, al utilizar los datos del sensor de hidrógeno 217, el controlador 310 determina la tasa de corrosión como se describe. En otra modalidad, el controlador 310 utiliza un valor de densidad de corriente. Una densidad de corriente como se conoce en la materia es una medida de corriente eléctrica por volumen o por área de sección transversal. Por ejemplo, la densidad de corriente de un metal en la batería metal-aire 201 se puede proporcionar al controlador 310, p.ej., almacenar en una memoria accesible para el controlador 310. Al considerar la densidad de corriente y la temperatura de la batería 201 y la edad del electrólito en la batería 201, el controlador 310 determina la utilización energética de la batería 201. Por ejemplo, el controlador 310 utiliza una tabla de búsqueda (p.ej., proporcionada por el fabricante de la batería 201) con el fin de determinar la utilización energética con base en una edad del electrólito, una densidad de corriente y/o la temperatura de la batería 201.
En una modalidad, para lograr una utilización energética deseada u óptima, el controlador 310 observa el voltaje de la batería 201 (utilizando el sensor de voltaje 209) y afina un sistema al voltaje que produce la eficiencia correcta u óptima en términos de utilización energética. Por ejemplo, al utilizar el compensador de corriente 326, el controlador establece el consumo de corriente desde la batería 201 en un nivel o tasa constante y después utiliza el intercambiador de calor 205 para establecer la temperatura de la batería 201 de tal forma que se logra un voltaje deseado proporcionado por la batería 201. Como se describe en este documento, en una modalidad, el voltaje proporcionado por la batería 201 se controla al controlar la temperatura de la batería 201. En consecuencia, el controlador 310 controla el consumo de corriente desde la batería 201 y el voltaje de la batería 201 de tal forma que se logra y se mantiene una utilización energética deseada.
En una modalidad, el controlador 310 provoca que la batería 201 opere de tal forma que se logre una utilización óptima. Por ejemplo, después de determinar las condiciones de la batería 201, tales como la temperatura, consumo de corriente y voltaje y además calcular la utilización energética momentánea de la batería 201, el controlador 310 ajusta los parámetros o condiciones de trabajo de la batería 201 como se describe. Por ejemplo, el controlador 310 aumenta o disminuye el consumo de corriente desde la batería 201, aumenta o disminuye el voltaje o envergadura de la batería 201 como se describe en este documento de tal forma que se logra un punto de trabajo deseado.
Por ejemplo, considerar una celda aluminio-aire con electrólito fresco a una temperatura de 50°C, que corre en una densidad de corriente de 200 mA/cm2, un voltaje de 1.1 V, y una tasa de corrosión del 10%. Se calcula un parámetro de eficiencia de voltaje al dividir un voltaje de corriente de la celda por el voltaje teórico que se puede proporcionar por la celda, p.ej., 1.1/2.7 para el aluminio.
La tasa de utilización energética momentánea se calcula por medio del controlador 310 como el producto de la "eficiencia culómbica" y la "eficiencia de voltaje". En este ejemplo, la utilización energética momentánea es de 0.366 de acuerdo con: 0.9 x (1.1V/2.7V) = 0.366. Para aumentar la utilización energética, el controlador 310 aumenta la densidad de corriente a 250 mA/cm2 (al controlar el compensador de corriente 326) y por lo tanto, la tasa de corrosión cae al 1% y el voltaje cae al 1.05V. En consecuencia, la eficiencia energética se aumenta de 0.366 a 0.99 x (1.05V/2.7V) = 0.385.
Se hace referencia a las Figuras 6A y 6B que ilustran un comportamiento de una temperatura controlada por batería metal-aire. Las Figuras 6A y 6B ilustran un aumento en la eficiencia energética de acuerdo con las modalidades de la invención. En ambas gráficas que se muestran por las Figuras 6A y 6B, el consumo de corriente desde una batería es constante a lo largo de la descarga. Como se muestra por la Figuras 6A, cuando la temperatura es constante, el voltaje de la batería cae continuamente con la edad del electrólito (expresado en Watt Hora por litro de electrólito (Wh/litro)), y, como se muestra, en 310 Wh/litro se agota el electrólito. Como se muestra por la Figuras 6B, cuando se aumenta gradualmente la temperatura del electrólito, y se mantiene un voltaje de 1.2 v a través de la descarga, el electrólito caliente solamente se agota después de consumir 500 Wh/litro de electrólito. En consecuencia, al controlar la temperatura de una batería, un sistema de acuerdo con las modalidades de la invención aumenta dramáticamente la utilización de electrólito en una batería metal-aire.
En una modalidad, la carga 330 es un vehículo eléctrico (EV, Electric Vehicle) y la fuente de energía eléctrica 320 es una batería recargable. Se hace referencia adicionalmente a la Figura 4, la cual muestra una configuración ejemplar que se puede suponer o lograr por medio del sistema 300. En una modalidad, la configuración que se muestra en la Figura 4 se logra al configurar la CRSU 325. Por ejemplo, el controlador 310 provoca que la CRSU 325 conecte el sistema 200 al dispositivo recargable 410 (que puede ser la fuente de energía eléctrica 320) a través del compensador de corriente 326 y además configura la CRSU 325 para conectar el dispositivo recargable 410 al EV 415 como se muestra. En otra modalidad, se pueden utilizar conexiones permanentes o fijas para configurar un sistema como se muestra en la Figura 4.
En una modalidad, cuando se utiliza en un vehículo eléctrico 415, una batería metal-aire 201 se conecta a un dispositivo recargable 410 que a su vez se conecta al sistema de conducción del vehículo. En esta modalidad, el controlador 310 provoca que la energía se consuma desde la batería 201 en una tasa constante. En una modalidad, la tasa constante se determina al calcular un nivel o tasa de energía promedio consumida por el EV 415. Por ejemplo, el controlador 310 mide periódicamente o continuamente la corriente proporcionada al EV 415 tanto por la batería 201 como el dispositivo recargable 410, y calcula periódicamente o continuamente una energía promedio requerida para operar el EV 415. En una modalidad, el controlador 310 provoca que la batería 201 proporcione la corriente o energía promedio calculada y utiliza el dispositivo recargable 410 como un compensador que suministra energía adicional cuando el EV 415 requiere más de la energía promedio, y absorbe energía cuando el EV 415 requiere menos de la energía promedio. Por ejemplo, la batería 201 proporciona energía para una conducción normal, pero cuando el EV acelera y se necesita más de la energía promedio, el dispositivo recargable 410 proporciona la energía adicional requerida. En una modalidad, cuando la energía eléctrica es generada por el EV 415 en lugar de ser consumida, p.ej., por frenado regenerativo como se conoce en la materia, la energía eléctrica generada por el EV 415 se utiliza para cargar el dispositivo recargable 410.
Como se muestra por la Figura 4, en una configuración ejemplar, el sistema 200 se conecta a un dispositivo recargable o batería 410 a través de un compensador de corriente (p.ej., el compensador de corriente 326). En una modalidad, el dispositivo recargable 410 se conecta al EV 415 proporcionando de esta manera energía a un motor eléctrico en el EV 415 así como a cualquier otra carga eléctrica o circuitos en el EV 415. Como se muestra, el EV 415 puede incluir un controlador 420. Por ejemplo, el controlador 420 puede ser un dispositivo de computación a bordo instalado en un vehículo como se conoce en la materia. El controlador 410 puede estar conectado operativamente al controlador 310 (no mostrado en la Figura 4 por claridad). En consecuencia, cualquier dato obtenido o generado por el controlador 420 se puede proporcionar a, y ser utilizado por, el controlador 310.
En una modalidad, la capacidad del dispositivo recargable 410 es tal que es capaz de suministrar una sobrecarga de energía que puede ser requerida por el EV 415, p.ej., para acelerar, subir pendientes, o cualquier otra condición de conducción que requiera una ráfaga corta de potencia alta. El dispositivo recargable 410 puede o no ser recargado desde una red de electricidad, p.ej., en un hogar. Debido a la naturaleza de una batería metal-aire, se espera, pero no se requiere, que la capacidad de la batería metal-aire 210 sea significativamente más grande que la capacidad del dispositivo recargable 410. La batería metal-aire 210 puede en consecuencia servir como un extensor de rango para el EV 415, y, en consecuencia, la batería 201 o el sistema 200 se pueden denominar en este documento como un extensor de rango.
Con el fin de que un extensor de rango extienda la distancia de conducción del EV 415, el extensor de rango (p.ej., el sistema 200 o una batería metal-aire 201) puede no ser requerido para suministrar un requerimiento de energía momentáneo del EV 415, sino más bien, suministrar un consumo de energía promedio del EV 415. En consecuencia, el sistema 200 o la batería 201 (denominados en este documento como el extensor de rango) tienen que utilizarse en diferentes formas con el fin de acomodarse a los requerimientos de cada viaje. Tales requerimientos pueden incluir máxima eficiencia energética, requerimiento de energía especifico, un perfil de energía cambiante, o cualquier combinación de los anteriores. El controlador 310 puede configurar el extensor de rango (p.ej., sistema 200) para cualquier condición o requerimiento.
En una modalidad, el controlador 310 puede monitorear el estado de carga del dispositivo recargable 410, así como otros parámetros de conducción tales como destino de conducción, condiciones del camino, estadísticas de consumo de energía del vehículo, un estilo de conducción, etc. Por ejemplo, el controlador 310 puede estar conectado al controlador 420 instalado en el EV 415 y por lo tanto recibir cualquier información necesaria. Como se describe, con base en los datos suministrados por los sensores, el controlador 310 puede estar al tanto del estado del extensor de rango (sistema 200 y/o batería metal-aire 201) y el estado del dispositivo recargable 410. Por ejemplo, el controlador 310 puede determinar la capacidad de la batería 201 y la capacidad del dispositivo recargable 410 (p.ej., sistema 200 y fuente de energía 320). En consecuencia, el controlador 310 puede elegir y establecer cualquier punto de trabajo, nivel de carga, consumo de energía y/u otros parámetros tanto del sistema 200 (cuando se utiliza como un extensor de rango) como del dispositivo recargable 410.
Por ejemplo, el controlador 310 puede mantener un estado mínimo de carga del dispositivo recargable 410 al controlar la corriente que se está consumiendo del sistema 200. Por ejemplo, si el controlador 310 determina que la capacidad del dispositivo recargable 410 está por debajo de un umbral, el controlador 310 puede provocar que el sistema 200 cargue el dispositivo recargable 410 (p.ej., al conectar el sistema 200 al dispositivo recargable 410 a través de la CRSU 325).
En una modalidad, puede ser deseable controlar el uso de una batería o dispositivo recargable. Por ejemplo, con el fin de extender la vida del dispositivo recargable 410, puede ser deseable limitar su uso. En una modalidad, con el fin de limitar el uso del dispositivo recargable 410, el controlador 310 consume energía de la batería metal-aire 201 en todo momento, y por lo tanto el EV 415 consume energía de una batería recargable (p.ej., dispositivo recargable 410) solamente si la batería metal-aire 201 es insuficiente para su requerimiento de energía. En otras modalidades, p.ej., si la batería metal-aire 201 es un recurso costoso y el dispositivo recargable 410 es uno barato, el controlador 310 puede provocar que el dispositivo recargable 410 proporcione tanta corriente como pueda ser consumida desde el mismo mientras mantiene el uso de la batería metal-aire 201 en un mínimo. Utilizando la regulación de corriente y las capacidades de conmutación de la CRSU 325, el controlador 310 puede establecer discretamente el consumo de energía o corriente desde cada fuente de energía unida a la CRSU 325.
En consecuencia, el sistema 300 habilita discretamente establecer la cantidad de energía eléctrica proporcionada a la carga 330 o el EV 415 por cada fuente de energía en el sistema. En todavía otra modalidad, p.ej., si, debido a los cortes de energía o corte de energía eléctrica, es imposible cargar el dispositivo recargable 410, el controlador 310 desconecta el dispositivo recargable 410 del EV 415 y solamente reconecta el dispositivo recargable 410 al EV 415 cuando la batería metal-aire 210 es incapaz de suministrar la energía requerida. Se entenderá que, utilizando la CRSU 325, el controlador 310 puede configurar un sistema de tal forma que la batería metal-aire 210 y el dispositivo recargable 410 contribuyen cada uno una porción de la energía requerida por el EV 415 como se determina por el controlador 310. Por ejemplo, en una modalidad, el controlador 310 mantiene la capacidad del dispositivo recargable 410 de tal forma que puede soportar una sobrecarga de energía requerida por el EV 415. El controlador 310 puede observar el estado máximo de carga del dispositivo recargable 410 para habilitar el frenado regenerativo eficiente o regeneración de energía cuesta abajo, el uso mínimo del extensor de rango antes de alcanzar la red de energía, etc.
Con el fin de mantener umbrales configurados o determinados, el controlador 310 puede encender o apagar el extensor de rango en cualquier momento. Cuando se activa el extensor de rango (p.ej., al conectar el sistema 200 a la carga 330 utilizando la CRSU 325), el controlador 310 puede controlar el extensor de rango (sistema 200) para suministrar energía nominal para eficiencia energética máxima, para entregar energía máxima, o para entregar cualquier otra energía establecida o predefinida.
Se puede utilizar un compensador recargable como un compensador en más de una forma. Por ejemplo, en una modalidad, el dispositivo recargable está diseñado para tener la capacidad de energía que es requerida por el uso promedio diario de energía de un EV. En cada día, si se utiliza la cantidad de energía promedio, ésta se puede tomar únicamente desde el dispositivo recargable, el cual, a su vez, se puede recargar cuando se conecta a la red (una toma de corriente eléctrica en un hogar). Si el consumo diario de energía está más allá del promedio, el controlador 310 puede operar la batería metal-aire 201 de tal forma que entregue la energía adicional que es requerida más allá de la energía disponible en el dispositivo recargable.
En consecuencia, un EV se puede operar normalmente al cargar el compensador (p.ej., una batería recargable) de una manera regular y utilizar la batería recargable para los viajes diarios, normales, pero en casos en que se toma un viaje más largo que el promedio, la batería metal-aire se utiliza, p.ej., cuando la batería recargable se agota o se descarga a un nivel pre configurado. Por ejemplo, cuando una batería recargable se descarga hasta un nivel pre configurado, el controlador 310 activa la batería metal-aire. En consecuencia, un sistema o vehículo eléctrico de acuerdo con las modalidades de la invención está diseñado de tal forma que la capacidad de un dispositivo recargable en el vehículo eléctrico está diseñada para suministrar un consumo promedio diario de energía del vehículo eléctrico y una batería metal-aire en el vehículo eléctrico está diseñada para suministrar energía en exceso de la energía diaria promedio.
Ahora se hace referencia a la Figura 5, la cual muestra un flujo ejemplar de acuerdo con las modalidades de la invención. Como se muestra por el bloque 510, un método o flujo puede incluir seleccionar un perfil que caracteriza una operación de una batería. Por ejemplo, en una modalidad, el controlador 219 o el controlador 310 selecciona un perfil que caracteriza o define una operación de la batería 201. Como se describe, en una modalidad, el controlador 219 o el controlador 310 selecciona un perfil tal que se maximiza la eficiencia culómbica de la batería 201. Por ejemplo, un perfil seleccionado incluye establecer la temperatura de la batería 201 y la circulación del electrólito en la batería 201 de tal forma que se minimiza la reacción de corrosión como se muestra por la ecuación (2) anterior. En otro caso, el controlador 219 o el controlador 310 selecciona un perfil tal que se maximiza la utilización energética del metal en la batería 201. En todavía otra modalidad o caso, el controlador 219 o el controlador 310 selecciona un perfil tal que se maximiza la utilización de electrólito en la batería 201. Un perfil puede ser un conjunto de valores almacenados en una memoria accesible por el controlador 219 y/o controlador 310. Se puede proporcionar una pluralidad de perfiles, p.ej., por un fabricante de la batería 201 y se puede almacenar en una memoria accesible por el controlador 219 y/o controlador 310. En consecuencia, el controlador 219 o controlador 310 puede seleccionar un perfil de una pluralidad de perfiles.
Se pueden tomar en cuenta diferentes parámetros cuando se selecciona un perfil o cuando se provoca que una batería opere con base en un perfil. Por ejemplo, como se describe en este documento, la liberación de hidrógeno puede indicar la tasa o nivel de corrosión. En consecuencia, en una modalidad, el controlador 219 utiliza los datos recibidos del sensor de hidrógeno 217 para determinar el nivel o tasa de hidrógeno liberado por la batería 201 y, ajusta los parámetros operacionales de la batería 201 de tal forma que la tasa o nivel de liberación de hidrógeno se mantiene dentro de un rango predefinido. Por ejemplo, un perfil puede indicar una tasa de liberación de hidrógeno y el controlador 219 aumenta, o disminuye, el consumo de energía desde la batería 201, o ajusta una temperatura de la batería 201 de tal forma que se observan los límites de liberación de hidrógeno.
Como se muestra por el bloque 515, un método o flujo puede incluir controlar un consumo de corriente desde la batería de acuerdo con el perfil. Por ejemplo, al utilizar el compensador de corriente 326, el controlador 310 controla el consumo de corriente desde la batería 201. Como se muestra por el bloque 520, un método o flujo puede incluir controlar un voltaje proporcionado por la batería de acuerdo con el perfil. Por ejemplo, el controlador 219 controla la temperatura de la batería 201 y por lo tanto, como se describe, aumenta o disminuye el voltaje proporcionado por la batería 201. Como se muestra por el bloque 525, un método o flujo puede incluir controlar una temperatura de la batería. Por ejemplo, al controlar el intercambiador de calor 205, el controlador 219 disminuye o aumenta la temperatura del electrólito en la batería 201 disminuyendo o aumentando así la temperatura de la batería 201.
Como se muestra por el bloque 530, un método o flujo puede incluir controlar una circulación de electrólito en la batería. Por ejemplo, el controlador 219 controla la bomba 207 controlando de esta manera una circulación de electrólito a través de las celdas en la batería 201. En una modalidad, controlar los parámetros operacionales como se muestra por los bloques 515, 520, 525 y 530 puede ser de acuerdo con, o con base en un perfil.
Como se muestra por el bloque 535, un método o flujo puede incluir determinar una energía requerida por una carga. Por ejemplo, el controlador 310 determina una carga con base en la información recibida desde el controlador 420 en un EV 415. Determinar una carga puede incluir predecir una carga. Por ejemplo, el controlador 310 utiliza datos de sistema de posicionamiento global (GPS, Global Positioning System) para predecir una carga. En otro caso, el controlador 310 utiliza una especificación de ruta recibida desde el controlador 410 para predecir una carga. En una modalidad, el controlador 310 selecciona un perfil con base en una carga predicha. Por ejemplo, si se basa en una ruta recorrida, el controlador 310 identifica que se espera un recorrido cuesta arriba, entonces el controlador 310 selecciona un perfil donde se maximiza la energía proporcionada por la batería 201. Cuando se determina que la energía requerida es baja, p.ej., con base en las revoluciones por minuto (RPM) de un motor eléctrico en el EV 415, el controlador 310 selecciona un perfil por el cual se minimiza la tasa de corrosión en la batería 201. Se puede utilizar cualquier dato recopilado por el controlador 420 en el EV 415 con el fin de seleccionar un perfil o establecer de otra forma los parámetros de trabajo de la batería 201 o el sistema 200.
Como se muestra por la flecha que conecta los bloques 535 y 510, seleccionar un perfil puede ser automático y dinámico. Por ejemplo, determinar que el EV 415 está estacionario con base en los datos recibidos desde el controlador 420, el controlador 219 o el controlador 310 selecciona un perfil de tal forma que se produce energía baja y se minimiza la tasa de corrosión. Después, determinar que el EV 415 está en movimiento, el controlador 219 o controlador 310 selecciona un perfil de tal forma que se maximiza la energía proporcionada por la batería 201.
Como se muestra por el bloque 540, un método o flujo puede incluir provocar que una batería proporcione una primera porción de la energía requerida y provocar que una fuente de energía secundaria proporcione una segunda porción de la energía requerida. Por ejemplo, al controlar la CRSU 325, el controlador 310 provoca que la batería 201 proporcione una corriente predefinida a la carga 330 (que puede ser el EV 415) y además provoca que la fuente eléctrica 320 proporcione corriente adicional de tal forma que se satisface una demanda de energía por la carga 330. En una modalidad, cuando se requiere energía, un compensador de energía limita la energía proporcionada por la batería 201 y el resto de la energía requerida es proporcionada por una batería recargable que sirve como un compensador. En consecuencia, se utiliza un compensador para casos en que se presenta un máximo de demanda de energía.
A menos que se mencione lo contrario, las modalidades de método descritas en este documento no se restringen a un orden o secuencia particular. Adicionalmente, algunas de las modalidades de método descritas o elementos de las mismas pueden ocurrir o ser llevadas a cabo en el mismo punto en el tiempo.
Mientras se han ilustrado y descrito en este documento ciertas características de la invención, pueden ocurrir muchas modificaciones, sustituciones, cambios, y equivalentes para aquellos experimentados en la materia. Por lo tanto, se debe entender que se pretende que las reivindicaciones adjuntas cubran todas esas modificaciones y cambios como cayendo dentro del verdadero espíritu de la invención.
Se han presentado diferentes modalidades. Cada una de estas modalidades puede desde luego incluir características de otras modalidades presentadas, y las modalidades no descritas específicamente pueden incluir diferentes características descritas en este documento.

Claims (29)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN Habiendo descrito la presente invención como antecede, se considera como una novedad y, por lo tanto, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes: REIVINDICACIONES
1. Un método para controlar la operación de una batería metal-aire, el método comprende: controlar un consumo de corriente desde la batería; y controlar una temperatura de la batería.
2. El método de acuerdo con la reivindicación 1, además comprende provocar que la batería opere de acuerdo con un perfil, el perfil define al menos uno de: una relación de utilización energética, potencia, un valor de utilización de electrólito y una tasa de corrosión.
3. El método de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque el perfil se selecciona automáticamente por un controlador.
4. El método de acuerdo con la reivindicación 1, además comprende establecer repetidamente el consumo de corriente desde la batería y la temperatura de la batería hasta que se logre una relación de utilización energética deseada.
5. El método de acuerdo con la reivindicación 1, además comprende determinar una edad de un electrólito incluido en la batería y controlar, con base en la edad del electrólito, al menos uno de: una corriente eléctrica proporcionada por la batería, una temperatura de la batería, una temperatura del electrólito y voltaje proporcionado por la batería.
6. El método de acuerdo con la reivindicación 1, además comprende controlar al menos uno de: una corriente eléctrica proporcionada por la batería, una temperatura de la batería, una temperatura del electrólito y un voltaje proporcionado por la batería, de tal forma que se mantiene una relación predefinida entre una cantidad de metal consumido en una reacción electroquímica y una cantidad total de metal en la batería.
7. El método de acuerdo con la reivindicación 1, además comprende controlar al menos uno de: una corriente eléctrica proporcionada por la batería, una temperatura de la batería, una temperatura del electrólito y un voltaje proporcionado por la batería de tal forma que se mantiene una tasa de corrosión predefinida de metal incluido en la batería.
8. El método de acuerdo con la reivindicación 1, además comprende controlar al menos uno de: una corriente eléctrica proporcionada por la batería, una temperatura de la batería, una temperatura del electrólito y un voltaje proporcionado por la batería para maximizar una cantidad de consumo de energía desde la batería por unidad de volumen de electrólito incluido en la batería.
9. El método de acuerdo con la reivindicación 1, además comprende controlar al menos uno de; una corriente eléctrica proporcionada por la batería, una temperatura de la batería, una temperatura del electrólito y un voltaje proporcionado por la batería para minimizar la tasa en la cual se disuelve el metal en el electrólito incluido en la batería.
10. El método de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la batería comprende ánodos de metal hechos de uno de: aluminio, zinc, y hierro.
11. El método de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque controlar una temperatura de la batería incluye controlar una circulación del electrólito incluido en la batería.
12. El método de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende: antes de activar la batería, determinar una edad de un electrólito incluido en la batería; y establecer la temperatura del electrólito de acuerdo con un perfil.
13. Un sistema, que comprende: una batería metal-aire; y un controlador, el controlador configurado para: controlar un consumo de corriente desde la batería, y controlar una temperatura de la batería.
14. El sistema de acuerdo con la reivindicación 13, caracterizado porque comprende un dispositivo recargable, el sistema configurado para: consumir una energía predefinida desde la batería metal-aire, la energía predefinida se define de acuerdo con un requerimiento de energía promedio; y consumir energía desde el dispositivo recargable cuando la energía requerida por el coche eléctrico es mayor que la energía predefinida.
15. El sistema de acuerdo con la reivindicación 13, caracterizado porque el controlador está configurado para provocar que la batería opere de acuerdo con un perfil, el perfil define al menos uno de: una relación de utilización energética, potencia, un valor de utilización de electrólito y una tasa de corrosión.
16. El sistema de acuerdo con la reivindicación 13, caracterizado porque el perfil se selecciona automáticamente por un controlador.
17. El sistema de acuerdo con la reivindicación 13, caracterizado porque el controlador está configurado para establecer repetidamente el consumo de corriente desde la batería y la temperatura de la batería hasta que se logre una relación de utilización energética deseada.
18. El sistema de acuerdo con la reivindicación 13, caracterizado porque el controlador está configurado para determinar una edad de un electrólito incluido en la batería y controlar, con base en la edad del electrólito, al menos uno de: una corriente eléctrica proporcionada por la batería, una temperatura de la batería, una temperatura del electrólito y voltaje proporcionado por la batería.
19. El sistema de acuerdo con la reivindicación 13, caracterizado porque el controlador está configurado para controlar al menos uno de: una corriente eléctrica proporcionada por la batería, una temperatura de la batería, una temperatura del electrólito y un voltaje proporcionado por la batería, de tal forma que se mantiene una relación predefinida entre una cantidad de metal consumido en una reacción electroquímica y una cantidad total de metal en la batería.
20. El sistema de acuerdo con la reivindicación 13, caracterizado porque el controlador está configurado para controlar al menos uno de: una corriente eléctrica proporcionada por la batería, una temperatura de la batería, una temperatura del electrólito y un voltaje proporcionado por la batería de tal forma que se mantiene una tasa de corrosión predefinida de metal incluido en la batería.
21. El sistema de acuerdo con la reivindicación 13, caracterizado porque el controlador está configurado para controlar al menos uno de: una corriente eléctrica proporcionada por la batería, una temperatura de la batería, una temperatura del electrólito y un voltaje proporcionado por la batería para maximizar una cantidad de consumo de energía desde la batería por unidad de volumen de electrólito incluido en la batería.
22. El sistema de acuerdo con la reivindicación 13, caracterizado porque el controlador está configurado para controlar al menos uno de: una corriente eléctrica proporcionada por la batería, una temperatura de la batería, una temperatura del electrólito y un voltaje proporcionado por la batería para minimizar la tasa en la cual se disuelve el metal en el electrólito incluido en la batería.
23. El sistema de acuerdo con la reivindicación 13, caracterizado porque la batería comprende ánodos de metal hechos de uno de: aluminio, zinc, y hierro.
24. El sistema de acuerdo con la reivindicación 13, caracterizado porque controlar una temperatura de la batería incluye controlar una circulación del electrólito incluido en la batería.
25. El sistema de acuerdo con la reivindicación 13, caracterizado porque el controlador está configurado para: antes de activar la batería, determinar una edad de un electrólito incluido en la batería; y establecer la temperatura del electrólito de acuerdo con un perfil.
26. Un vehículo eléctrico, que comprende: una batería metal-aire; un dispositivo recargable; y un controlador, el controlador configurado para establecer la energía suministrada al vehículo eléctrico de acuerdo con un perfil, el perfil define al menos uno de: una relación de utilización energética, una tasa de potencia, un valor de utilización de electrólito y una tasa de corrosión.
27. El vehículo eléctrico de acuerdo con la reivindicación 26, caracterizado porque el vehículo eléctrico está configurado para: consumir una energía pre-configurada desde la batería metal-aire; y consumir energía desde el dispositivo recargable bando la energía requerida por el vehículo eléctrico es mayor que la energía pre-configurada.
28. El vehículo eléctrico de acuerdo con la reivindicación 26, caracterizado porque cuando la energía requerida por el vehículo eléctrico es menor que una energía pre-configurada, el vehículo eléctrico está configurado para utilizar la energía proporcionada por la batería metal-aire para cargar el dispositivo recargable.
29. El vehículo eléctrico de acuerdo con la reivindicación 26, caracterizado porque la capacidad del dispositivo recargable está diseñada para suministrar un consumo promedio diario de energía del vehículo eléctrico y en donde la batería metal-aire está diseñada para suministrar energía en exceso de la energía diaria promedio.
MX2015000407A 2012-07-09 2013-07-09 Sistema y método para controlar la operación de una batería metal-aire. MX353303B (es)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201261669160P 2012-07-09 2012-07-09
PCT/IL2013/050583 WO2014009951A1 (en) 2012-07-09 2013-07-09 System and method for controlling operation of a metal-air battery

Publications (2)

Publication Number Publication Date
MX2015000407A true MX2015000407A (es) 2015-07-14
MX353303B MX353303B (es) 2018-01-08

Family

ID=49915487

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
MX2015000407A MX353303B (es) 2012-07-09 2013-07-09 Sistema y método para controlar la operación de una batería metal-aire.

Country Status (17)

Country Link
US (1) US10193201B2 (es)
EP (2) EP4067138A3 (es)
JP (1) JP6416761B2 (es)
KR (1) KR101865235B1 (es)
CN (2) CN104602935B (es)
AU (1) AU2013288253B2 (es)
BR (1) BR112015000556B1 (es)
CA (1) CA2878306C (es)
DK (1) DK2870013T3 (es)
ES (1) ES2921602T3 (es)
IN (1) IN2015DN00955A (es)
MX (1) MX353303B (es)
PT (1) PT2870013T (es)
RU (1) RU2645988C2 (es)
SG (2) SG11201500105WA (es)
TW (1) TWI629827B (es)
WO (1) WO2014009951A1 (es)

Families Citing this family (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015101999A1 (en) * 2014-01-02 2015-07-09 Phinergy Ltd. Hybrid metal air system and method
WO2015114637A1 (en) 2014-02-03 2015-08-06 Phinergy Ltd. Thermal battery for heating vehicles
DE102014208044A1 (de) 2014-04-29 2015-10-29 Mahle International Gmbh Metall-Luft-Batterie
CN106463663B (zh) 2014-04-29 2019-09-10 马勒国际有限公司 金属空气电池
DE102014208047A1 (de) 2014-04-29 2015-10-29 Mahle International Gmbh Anode und Elektrolyt für eine Metall-Luft-Batterie
JP6179998B2 (ja) * 2014-10-17 2017-08-16 株式会社東洋製作所 マグネシウム電池システム
WO2016070923A1 (en) * 2014-11-06 2016-05-12 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Method and system for operating a metal air battery by a controlled supply of oxygen
US10063076B2 (en) * 2015-02-20 2018-08-28 Omnitek Partners Llc Energy storage devices and methods for fast charging of energy storage devices at very low temperatures
DE102015215430A1 (de) * 2015-08-13 2017-02-16 Siemens Aktiengesellschaft Luftfahrzeug und Verfahren zum Betrieb eines Luftfahrzeuges
JP6562856B2 (ja) * 2016-03-17 2019-08-21 株式会社クボタ 多目的車両
US10160342B2 (en) * 2016-03-29 2018-12-25 GM Global Technology Operations LLC Dynamic adjustment of battery current limits based on usage
IL267209B2 (en) 2016-12-15 2023-09-01 Phinergy Ltd System and method for starting and operating a metal-air cell
KR102463419B1 (ko) * 2017-10-13 2022-11-03 현대자동차주식회사 연료전지 차량의 수소 충전 감지 장치 및 방법
CN109904566B (zh) * 2017-12-11 2021-06-01 中国科学院大连化学物理研究所 一种金属/空气电池系统
CN109921141A (zh) * 2017-12-12 2019-06-21 Bgt材料有限公司 高功率电池或电容器模块
CN109921152B (zh) * 2017-12-13 2021-05-14 中国科学院大连化学物理研究所 一种自动配置电解液的金属/空气电池系统
US11145920B2 (en) * 2017-12-28 2021-10-12 Beijing Yiyuan New Energy Technology Co., Ltd Unit body of metal air battery and its intelligent control system
JP2019121538A (ja) * 2018-01-09 2019-07-22 ビージーティー マテリアルズ リミテッドＢＧＴ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｌｉｍｉｔｅｄ 高出力バッテリーまたはキャパシタモジュール
CN110857034B (zh) * 2018-08-21 2022-07-29 上海博泰悦臻网络技术服务有限公司 电动汽车的电池工作温度控制装置及方法
JP2022514533A (ja) * 2018-12-15 2022-02-14 ログ ９ マテリアルズ サイエンティフィック プライベート リミテッド 電気自動車の航続距離を延長するシステム及び方法
RU195683U1 (ru) * 2018-12-25 2020-02-04 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский политехнический университет" (Московский Политех) Гибридный накопитель энергии для зарядных станций электротранспорта
DE102019210945A1 (de) * 2019-07-24 2021-01-28 Vitesco Technologies GmbH Verfahren und Anordnung zum Betreiben einer Batterievorrichtung
US11704749B2 (en) * 2019-11-25 2023-07-18 Itron Global Sarl Networked utility services and vehicle charging stations
KR20210136690A (ko) * 2020-05-08 2021-11-17 삼성전자주식회사 금속-공기 전지장치 및 그 온도 제어 방법
JP7363845B2 (ja) * 2021-03-24 2023-10-18 トヨタ自動車株式会社 車両

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5115126A (es) 1974-07-27 1976-02-06 Kogyo Gijutsuin
JPS597185B2 (ja) * 1975-10-14 1984-02-16 トヨタ自動車株式会社 アエン − クウキデンチ ノ クウキキヨウキユウセイギヨソウチ
DE3736481C2 (de) * 1987-10-28 1996-10-02 Graesslin Kg Verfahren und Einrichtung zur Ermittlung des Energieinhaltswertes von elektrochemischen Energiespeichern
US5543243A (en) * 1993-12-01 1996-08-06 Trojan Battery Company Battery electrolyte circulation system
JP3515619B2 (ja) * 1994-11-30 2004-04-05 株式会社日立製作所 電気車の駆動装置及び駆動制御方法
CA2182630C (en) 1996-08-02 2003-02-11 Piotr Drozdz A control system for a hybrid vehicle
KR100538636B1 (ko) * 1997-10-06 2005-12-23 리베오 인코포레이티드 금속 연료 테이프를 채용한 금속 공기 연료 전지 시스템, 금속 공기 연료 전지 시스템을 이용한 전력 생산 방법 및 금속 연료 테이프의 재충전 방법
US6287715B1 (en) * 1997-10-06 2001-09-11 Reveo, Inc. Metal-air fuel cell battery system having means for controlling discharging and recharging parameters for improved operating efficiency
US6296960B1 (en) * 1997-10-06 2001-10-02 Reveo, Inc. System and method for producing electrical power using metal-air fuel cell battery technology
US6472093B2 (en) 1997-10-06 2002-10-29 Reveo, Inc. Metal-air fuel cell battery systems having a metal-fuel card storage cartridge, insertable within a fuel cartridge insertion port, containing a supply of substantially planar discrete metal-fuel cards, and fuel card transport mechanisms therein
US6127061A (en) * 1999-01-26 2000-10-03 High-Density Energy, Inc. Catalytic air cathode for air-metal batteries
US6372371B1 (en) 1999-10-29 2002-04-16 Eontech Group, Inc Ecologically clean mechanically rechargeable air-metal current source
US6991876B2 (en) * 2001-10-05 2006-01-31 Sri International Metal/active oxygen batteries
US6864018B2 (en) 2002-02-22 2005-03-08 Nanotek Instruments, Inc Battery with a controlled release anode
WO2003103072A2 (en) * 2002-05-31 2003-12-11 Evionyx, Inc Metal air cell incorporating easily refuelable electrodes
CA2701324A1 (en) * 2007-10-19 2009-04-23 Zpower, Inc. Charger and method for charging for silver zinc batteries
JP5103294B2 (ja) * 2008-06-19 2012-12-19 本田技研工業株式会社 燃料電池自動車
EP2449618A1 (en) * 2009-06-30 2012-05-09 ReVolt Technology Ltd Metal-air flow battery
DE102009037725A1 (de) * 2009-08-17 2011-02-24 Li-Tec Battery Gmbh Energiespeichervorrichtung mit einer Energiespeichereinrichtung
JP2011054329A (ja) * 2009-08-31 2011-03-17 Toyota Motor Corp 金属空気電池システム、及び、当該システムを用いたモーター駆動体
WO2011077532A1 (ja) * 2009-12-24 2011-06-30 トヨタ自動車株式会社 空気電池システム
JP5050065B2 (ja) * 2010-02-05 2012-10-17 株式会社日立製作所 金属空気二次電池
US20120021303A1 (en) * 2010-07-21 2012-01-26 Steven Amendola Electrically rechargeable, metal-air battery systems and methods
US8626369B2 (en) * 2010-08-10 2014-01-07 Tesla Motors, Inc. Charge rate modulation of metal-air cells as a function of ambient oxygen concentration
US8557414B2 (en) * 2010-08-10 2013-10-15 Tesla Motors, Inc. Control, collection and use of metal-air battery pack effluent
US8543270B2 (en) * 2010-08-10 2013-09-24 Tesla Motors, Inc. Efficient dual source battery pack system for an electric vehicle

Also Published As

Publication number Publication date
EP4067138A3 (en) 2023-02-22
JP2015528986A (ja) 2015-10-01
KR20150032322A (ko) 2015-03-25
RU2645988C2 (ru) 2018-02-28
US20150171495A1 (en) 2015-06-18
CA2878306C (en) 2020-09-22
EP2870013A4 (en) 2016-06-22
BR112015000556A2 (pt) 2017-06-27
EP2870013A1 (en) 2015-05-13
CA2878306A1 (en) 2014-01-16
TW201407870A (zh) 2014-02-16
CN104602935A (zh) 2015-05-06
SG10201700154UA (en) 2017-03-30
IN2015DN00955A (es) 2015-06-12
KR101865235B1 (ko) 2018-06-07
JP6416761B2 (ja) 2018-10-31
TWI629827B (zh) 2018-07-11
AU2013288253B2 (en) 2017-06-08
CN104602935B (zh) 2017-07-07
WO2014009951A1 (en) 2014-01-16
DK2870013T3 (da) 2022-07-04
MX353303B (es) 2018-01-08
PT2870013T (pt) 2022-07-11
RU2015102608A (ru) 2016-08-27
AU2013288253A1 (en) 2015-02-05
WO2014009951A8 (en) 2014-03-06
CN107394291B (zh) 2020-11-20
EP4067138A2 (en) 2022-10-05
SG11201500105WA (en) 2015-02-27
US10193201B2 (en) 2019-01-29
CN107394291A (zh) 2017-11-24
ES2921602T3 (es) 2022-08-30
EP2870013B1 (en) 2022-04-13
BR112015000556B1 (pt) 2021-12-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2013288253B2 (en) System and method for controlling operation of a metal-air battery
US20230131786A1 (en) Thermal management of a component of electrical power system, controller, system, and method
CN110661059B (zh) 车辆电池热管理方法、装置和系统
CN103078389B (zh) 综合电力系统控制方法以及具有能量存储元件的相关设备
US7869913B2 (en) Vehicle-use electric generator apparatus
CN110857102A (zh) 自主车辆路线规划
WO2008016129A1 (fr) Dispositif de commande de charge/décharge de batterie secondaire et véhicule hybride l'utilisant
US10011185B2 (en) Method for battery management and battery management system
WO2008026525A1 (en) Secondary battery control system and hybrid vehicle equipped with same
US20220153139A1 (en) System and method for extending a range of an electric vehicle
US10199846B2 (en) Electric power conversion device and method for charging and discharging energy storage devices
CN102906922A (zh) 燃料电池系统
JP2016512016A (ja) バッテリー保守システム
CN116349083A (zh) 用于动态自适应智能多电池空气电池的控制系统及设计
US20220344740A1 (en) System and methods for thermal control of an energy storage system
JP2006164780A (ja) 燃料電池システム

Legal Events

Date Code Title Description
FG Grant or registration