TW525315B - Electro-chemical power generation systems employing arrays of electronically-controllable discharging and/or recharging cells within a unity support structure - Google Patents
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Description
525315 五、發明說明（1 ) fcLO. 概略而言本發明係關於可再充電電池領域，特別係關 於金屬-空氣電池的改良，包括具有放電及再充電操作模 式之金屬·空氣燃料胞元電池（FCB)系統的改良。 電 的 前 利 晚近，大為瞭解金屬_空氣燃料胞元電池（FCB)系統可 由相對小型裝置產生大量電力。於電力產生期間，金屬_ 燃料結構例如鋅於離子傳導介質例如電解質浸潰凝膠或 解質溶液存在下置於陰極結構上。根據電化學眾所周知 原理，當系統產生電力時，金屬_燃料結構被氧化。先 技術金屬-空氣FCB系統之實例揭示於申請人之美國專 第5,250,370號，併述於此以供參考。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 於美國專利第5,25〇,37〇號中，申請人揭示先前技術 $屬-空氣FCB系統使用的再充電已經氧化後之金屬-燃料 帶之改良方法及系統。於電力產生期間，金屬-燃料帶於 離子傳導介質例如電解質浸潰凝膠存在下透過靜態陰極結 構轉運。於美國專利第5,250,37〇號中，再充電頭安裝於 放電頭下游用以於金屬-燃料帶已經被完全氧化後進行再 充電操作4 了可更快速再充電金屬·燃料帶供再度用於 FCB放電操作，再充電頭之陰極表面製作成實質上大於放 電頭之陰極表面。雖然此種配置允許再充電金屬-燃料帶 ’但要求分開再充電頭總成俾以能量有效方式有效進行再 充電操作。如此增加整體系統的製造成本且頭總成容納於 Μ氏張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐 525315 Α7 _____ Β7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（2) 密實殼體内部變困難。 於申請人之國際專利申請公告案第^¥〇 99/1862〇號中 ，申請人揭示一種金屬-空氣燃料胞元電池系統，具有混 成放電/充電頭總成用以視需要進行充放電操作。此種FCB 系統没計中，再充電頭於空間上係與放電頭隔開用以選擇 性再充電金屬-燃料帶的已經放電區。 申請人之國際專利公告案第W0 99/18620及W0 99/18627^虎中，申請人也揭示一種FCB電力產生系統，其 經由放電具有卡片及薄片形狀因數之金屬-燃料產生電 。當金屬-燃料卡放電時（亦即氧化），金屬-燃料卡係由 置於系統内部的再充電頭中呈還原。 但儘管可再充電金屬·空氣]?(：^系統之此項進展， 常先前技術金屬-空氣FCB系統有多項缺點及缺失因而 以成功地商業化，亦即⑴若干系統及裝置採用雙功能，云 極結構’其不具有能量效率且週期壽命相當短(約4〇再： 電週期），原因在於由再充電作用造成多孔陰極結構内 產生氣泡故；（2)多種系統及裝置採时開再充電頭總，久 =以再充電金屬_燃料結構，造成整體系統的製造成^ 高，同時頭總成容納於袖珍殼體内部困難；（乃若干系曰 採用具有大表面積之金屬·燃料陽極結構，該結構極2 以以均勻方式放電，原因在於再充電操作期間形成點而 鋅形成樹狀結構（稱做「樹枝石」）生長且出現短路位置， (=)若干系統及裝置採用於再充電操作期間出現 狀 史化的金屬陽極結構；(5)若干系統及裝置採用電解質t 通 陰 部 成 統 讓 ‘紙張尺度_中國國涵^NS)Α4規格⑵G χ挪公爱 --------------------t---------^1®·.---"TlltA---------------- <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 6 525315 A7 B7 五、 發明說明（3 ) 員 工 消 費
I 透性金屬陽極結構，由該結構朝向陰極結構f生長「樹枝 石」’最終使電力胞元結構短路因而縮短其週期壽命；以 及⑹若干“及裝置採用金屬陽極結構，其於重複充放 電週期期間進行密化’如此也縮短其中所含電力胞元結構 的週期壽命。 如此於燃料胞元電池業界大為需要有替代之道及替代 手段可以電化學方式而由金屬.空氣燃料就電池系统產 生電力同時視需要再充電之，同時克服燃料胞元電池領域 已知之先前技術的缺點及缺失。 4此本毛明之主要目的係提供一種放電及/或再充電 電化學電池系統及裝置之改良方法及系統，同時避免先前 技術方法之缺點及缺失。 本發明之另一目的係提供一種改良的金屬-空氣FCB 系統，其中不同類型之陰衫件於—集成支持結構内部具 體表現俾達成放電及/或再充電操作的改良，以及採用 結構之電力產生系統及裝置之整體性能的改良。 本發明之另一目的係提供一種集成陰極結構，具有 數相對小的陰極元件於空間排列於一陰極支持結構上，吼 合多數陽極接觸元件於空間排列於一陽極接觸元件支持板 上，其中各陰極元件係於空間排齊陽極接觸元件之一 而形成一放電及/或再充電胞元，該胞元可於一電力產 杈組内部具體實施之胞元開關控制器控制之下，使用固 電晶體開關技術獨立激勵（亦即致能）。 線 該 多 組 因 生 態 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） A7 B7
經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 525315 本發明之另一目的係提供此種集成陰極結構，其中各 胞7G之控制可經由監視放電或再充電操作期間之胞元電麼 及/或電流達成，以及然後測量電壓及/或電流，且比較該 等值與參相量的值*確定特定選擇的功率、電壓及/或 電流控制方法係以預定方式執行。 本發明之另一目的係提供此種集成陰極結構，其中若 I:何胞元具有低於正常電壓值跨該胞元，則胞元開關控制 叩了自動决疋（經由運异自動決定）於正常放電期間跳過此 區I又且於經過某一段時間後，胞元開關控制器可返回 該處再度查核被跳過的胞元狀態及決定是否修復或放棄之 本务明之另一目的係提供此種集成陰極結構，其中可 使用較薄的電流導體來收集等量電流於一放電頭總成。 本發明之另一目的係提供此種集成陰極結構，其當用 於再充電仿金屬-燃料結構時，可使再充電電力均勻分布 於各陰極元件，或根據當時導出的回授信號以精確控制方 式分布，因而達成一致再充電且避免樹枝石的生長，如此 提鬲陽極週期壽命。 本叙明之另一目的係提供一種改良的金屬_空氣 系統，具有一混成放電/再充電頭總成，包含一第一陰極 兀件（亦即節段）陣列其係設置於一共通支持基材上且最理 想化/設計用於放電操作，以及—第二再充電陰極結構陣 列亦係設置於共通支持基材上，但最理想化/設計用於再 充電刼作俾防止陰極及陽極元件的迅速劣化，同時提高系 本紙張尺度適用中關冢標準（CNS)A4規格⑵G χ挪公爱）-------
525315 A7 五 B7 、發明說明（5 慧 員 工 消 費 印 統與整體充放電操作的效率。 統，其中J二目的係提供-種改良金屬-空氣FCB系 ^ 陽極接觸元件陣列係設置成盥第一降極元 件(亦即節段)障列空間排齊，因而產生第一多數放電Γ: 用以載荷金屬-燃料於1 #放電回原 電力；以及—第_陽&接網。及於放電操作期間產生 一心女 %極接觸元件陣列係設置成與第二陰極 疋件（亦即節段）陣列空 TtmaM ^ ^ 敌產生弟一多數再充電胞 °了電金屬-燃料材料於其内部且於再充電 期間供給電力。 丹兄弘栎作 X月之另一目的係提供此種改良的金 系統，其中第— 弟一夕數放電及充電胞元係於一單位支 持結構或子總成内邻每 欠 一 可萨電子Λ見，各放g胞元及/或再充電胞元 精電子控制俾於微處理器控制之下進行多種功率 及/或電流控制方法之任一者。 -空氣un—步目的係提供此種改良的可再充電金屬 良的職，具梅量密度特性及改 π风包/再充電週期壽命。 ^二明之另一目的係提供此種改良的再充電金屬-空 :仿統’其中第一多數放電胞元及第二多數再充電胞 係仿馬賽克結構形狀作空間排列。 ㈣本1Γ之另—目的係提供此種改良的可再充電式FCB 中於混成放電/再充電頭總成的各個 目 及各再充電最理想化陰極元件係藉程式規劃： 从處理益開關操作（亦即激勵）。
!卜丨|脅 訂---------線I— ί ί! (請先閱讀背面之注咅g事項再填寫本頁) β 本紙張尺度適财關膨297公髮） 525315 A7 B7 五、發明說明（6 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 社 印 製 本毛月之另目的係提供此種改良 空氣FCB系統，其中仿 电孟屬- —曰 赘克…構係於相當薄的結構内部 貫現以及於其中可設置一多 卡用於類似的充放電操作。件或早—元件金屬·燃料 _本發明之另—目的係提供此種改良之可再充電式金屬-二氣FCB系統，其中金屬_烬 …卡了以人工方式或電機械 方式千移成為其放電配置以及其再充電位置分別於放電及 再充電操作期間供操作。 本毛明之另—目的係提供此種改良之可再充電式金屬-空氣⑽系統’其中金屬_燃料卡可於再充電操作期間沿 再充電胞"°之縱向方向’相對於再充«理想化陰極元件 進行顯微位移俾抑制沿著被再充電的金屬_燃料元件或 域形成樹枝石的生長。 本發明之另-目的係提供此種改良之可再充電式金， -4FCB系統’其中視應用及情況需要，放電操作與再 充電操作可於不同時間進行或同時進行。 、 本毛明之另一目的係提供此種改良之可再充電式金 H FCB系統用於安裝於電池儲存隔間内部，該電池 存隔間係形成於蜂巢式電話、膝上型電腦系統或任何其 電力耗用裝置。 本發明之另一目的係提供此種改良之可再充電式金 二氣FCB系統，其中完全避免使用特殊雙功能電極， 枯產生條件式電力用以於最理想之放電條件下驅動電負 ’以及接受條件式電力用於最理想化再充電條件下再充 .屬 •屬 ‘儲 它 .屬 同 載 電 本紙張尺度適用中關冢鮮（CNS)A4 _2ΐ() χ撕公爱） 525315 A7
525315 A7 B7 五、發明說明（8 ) ”:目的係提供此種改良之可再充電式金屬 4 ’其中多數再充電最理想化陰極元件社禮 以電力方式開關操作用於再充電已經放電之金屬的 閱 選定區，俾於再充電操作期間達成較高再充電效率，同日士 延長系統之再充電陰極元件壽命。 才 4=另：目的係提供此種改良之可再充電式金屬 -工乳FCB系、、4 ’其中金屬_燃料管理子系統用以自動黑理 正在放電之金屬-燃料結構（例如金屬-燃料卡）各檢索:上 剩餘的金屬-燃料量，因此於再充電操作期間有 已經放電之金屬韻區的再充電最理想化陰極結= 力開關刼作而致能此等金屬-燃料區的再充電。 訂 二二？ 一目的係提供此種改良之可再充電之金屬 4FCB糸、、先’其中金屬-燃料管理子系統係供自動管理 於被再充電的金屬-燃料結構(例如金屬_燃料卡)之各柃索 區上剩餘的金屬氧化物量’故僅關聯已經被再充電式^
燃料區的放電最理想化陰極元件以電力開關操作而致能 此種金屬-燃料區的放電。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本發明之另一目的係提供此種改良之可再充電式金屬 -空乳FCB系統’其中與放電最理想化陰極元件相反，充 電最理想化陰極元件可實施作為可透氣結構，具有極小尺 寸之微小孔的顯微結構。 ，本發明之另—目的係提供此種改良之可再充電式金屬 :空氣FCB系統’其中與再充電最理想化元件相反，放電 最理想化陰極元件係使用對放電操作最理想化的顯微結構 本紙張尺度家標準（CNS)A4規格（ χ 297公羞^ 12 525315 A7 B7 元 胞 及 第 五、發明說明（9 實施。 另：目的係提供此種改良之可再充電式金屬 ::二 丨中於混成放電/再充電頭總成内部之各 個放龟取理想化陰極元件可 件(亦即電晶體)及電感元件(亦即:=力，^ ，俾提高輪出電壓位準。線圈)產生交流輸出電流 本發明之另—目的係提供此種改良之可再充電式全屬 -空氣FCB系統，苴中 丹兄包式至屬 ^ ^ ^ ；各個電隔離陰極元件之各個電 元產生低電流位準，故可 軔雷产導舻舌曰 …相田小且相當溥，如此減 ¥體重置同時改良電流於充放電頭總成之分布效率
“本：Γ之另一目的係提供-種改良之金屬-空氣FCB 件⑽:/—陽極接觸元件陣列係設置成與第-陰極 件（亦即郎段）陣列空間排齊，因而產生多數低功率放電 兀用於載荷經過再度充電之金屬韻材料於其中，以 於^力率放電操作期間由其中產生第一量之電力；以及弟 ==件:列係設置成與第二陰極元件(亦即節段) 片口而產生多數高功率放電胞元，用於載荷 ;二度充電的金屬燃料材料於其内部且於高功率放電 刼作期間產生第二量的電力。 ^本發明之另—目的係提供此種改良之金屬-空氣FCB 中低功率及高功率放電胞元係於-單位支持結構 /〜成内部霄施’各放電胞元係以電子式控制俾於放電 本紙張尺度適用令 Τ 9 β--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 13 525315 A7 B7 五、發明說明（10) 祛作期間於微處理器控制之下進行多種輸出功率、電壓 /或電流控制方法之任一種。 ^本發明之另-目的係提供—種改良之可再充電式金屬 工錢’其中第—陽極接觸元件陣縣設置成於 弟一陰極元件(亦即節段)陣列空間排齊因而產生多數低功 率再充電胞元’用於载荷已經放電的金屬-燃料材料於其 内部且於低功率再充電操作期間供給第一量之電力；以及 第二陽極接觸元件陣列設置成與第二陰極元件(亦即節段) 陣列空間排齊，因而產生多數高功率再充電胞元，用於載 荷已經放電之金屬_燃料材料於其内部且於高功率再充 操作期間供給第二量之電力。 本么月之另-目的係提供此種改良之可再充電式金 :空氣FCB系、统，其中低功率及高功率再充電胞元係於-早位支持結構或子總成内部實施，以及各個再充電胞元係 可做電子式控制俾於再充電操作期間於微處理器控制之 進行多種輸入功率、電堡及/或電流控制方法之任一者 “本表月之$目的係、提供—種金屬·空氣FCB電力 #、’、中放電負載結構包含多數電激勵放電胞元， 自連結於電路具有電力開關電晶體及電感元件（例如電 線圈)用以產生步進向上之電屬位置，其並聯組合提升 ^容量’以及使用電容元件於FCB電力產生模組 作調節。 之另目的係提供一種金屬-空氣FCB模組， ，、中開關電晶體指定給各放電胞元，切斷跨放電胞元產生 電 屬 下 產 各 感 電 端 I 9 t------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
線—I 本紙張尺度翻中國國家鮮 14 525315 五、發明說明（11 ) 的低位準直流電流，如此產生低位準高頻交流電流，其通 過小型屯感7L件而產生高頻電壓信號，然後該信號通過低 頻通過濾波器（亦即高頻剔除濾波器）而產生步進向上之直 流電壓用於驅動各型電力負載。 本發明之另一目的係提供此種金屬-空氣FCB模組， 中γ進向上之電壓係串聯及/或並聯組合因而產生符合 於任何特定瞬間的電負載條件要求的特性輸出功率。 本叙明之另一目的係提供一種新穎電池型電力產生模 、、、〇 έ •夕數放電胞元；多數基於電晶體之電力開關， 各自連結至一放電胞元且係由一開關控制器控制；以及一 電感元件配置至少一放電胞元及至少一基於電晶體之電力 開關，用以產生步進向上之輸出電壓具有一直流電壓成分 及夕回頻仏唬成分；以及一低通濾波電路用以由步進向上 之直流輸出電壓濾出高頻信號成分。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本各明之另一目的係提供一種由一電池型電力產生模 組供給電力給一電負載之新穎方法，該模組具有多數放電 胞元，該方法包含下列步驟··由各放電胞元產生電流，·供 給電流脈衝至步進向上型變壓器之一次線圈而產生跨第一 線圈之電壓，·產生跨變壓器之二次線圈之步進向上輸出電 ，；以及經由整流及低通濾、波由其中產生的輸出電流而： 節步進向上之輸出電壓。 本發明之另一目的係提供此種供給電力給一電負載之 新穎方法’其中各放電胞元包含一放電陰極結構一陽極 結構係由一種金屬-燃料材料形成，以及一離子傳導性材 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 297公釐） 525315 五、發明說明（l2) 料設置於放電陰極結構與陽極結構間；其中放電胞元之陽 極結構係由維持於共通電位（例如電接地）之導電材料之未 經圖樣化或經圖樣化薄片實施；以及其中離子傳導性介質 為放迅胞元間的共用介質而其間無需做離子隔離。 本务明之另一目的係提供一種電池型電力產生模組用 以供、、、口电力至一電負載，包含：多數放電胞元設置沿一支 持基材，多數電力_元件用以由各放電胞元產生電流脈 衝；一步進向上型輸出變壓器具有至少一個一次線圈及至 少一個二次線圈；多數電導體用以傳導電流脈衝至步進向 上型輸出變壓器之該至少一個一次線圈而產生步進向上的 輸出電壓跨該至少一個二次線圈，以及步進向上之輸出電 壓具有隨時間變化之信號成分；-整流器用以整流由至少 一 _人線圈產生的電流；以及一低通濾波電容器用以由步 進向上輸出電壓去除隨時間變化的信號成分，同時外加跨 電負載，該電負載係與低通濾波電容器作並聯連結。 本發明之另一目的係提供此種電池型電力產生模組， 其中各放電胞元包含一放電陰極結構，一由一種金屬-料材料形成的陽極結構以及一離子傳導性材料設置於放电 陰極結構與陽極結構間；其中放電胞元之陽極結構係經由 圖樣化或未經圖樣化之導電材料薄片維持於共通電位（例 如電接地)實施；以及其中離子傳導性介質為多個放電胞 70間共用的介質而其間無需作離子隔離。 本發明之另一目的係提供一種新穎供給電力給一電負 载之方法，係由具有多數放電胞元之電池型電力產生模組 本氏張尺度翻t關家鮮（CNS)A4規格（210 · --------^---------線 c請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
•燃 電 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 X 297公釐） 16 525315
製 供給電力’該方法包含下列步驟：由各放電胞元產生電流 脈衝’供給電流脈衝至一電感元件而產生跨電感元件之步 :二:輸出電壓；整流由電感元件產生的輸出電流而產生 ““吏之輪出電流其具有隨時間變化的信號成分；使用低 二=容器而由整流後之輪出電流去除顯著部份之隨時 間受化的錢成分，同時維持實質上怪定輪出電壓跨與低 通濾波電谷、並聯連結之一電負載。 一 本發明之另-目的係提供此種新穎供給電力至一電負 載之方法，其t各放電胞元包含—放電陰極結構，一由金 屬-燃料材料製成㈣極結構，及—離子傳導性材料設置 於放電陰極結構與陽極結構間；其中放電胞元之陽極社構 係經由將未經圖樣化或圖樣化之導電材料薄片維持於丘通 電位(例如電接地）實施；q其巾料料性介質為各放 電胞兀之共用介質’而其間無需作離子隔離。 本發明之另-目的係提供_種新顆電池型電力產生模 組用以供給電力至—電負載，該模組包含：多數放電胞元 設置沿-支持基材；多數電力開關S件用以由各個放電胞 元產生電流脈衝；多數電感元件串聯連結多數放電胞元， 各個電感元件響應放電胞元供給通過其中之電流脈衝而產 生-步進向上之電壓跨各個電感元件，且各步進向上電壓 具有隨時間改變之信號成分；至少一整流器用以整流由電 感兀件產生的電流；以及—低通濾波電容器用以接收整流 後的電流且由步進向上之電壓實質上去除隨時間改變之信 號成分’同時—電負載係與低通渡波電容器作並聯連結。
本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X
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濟 部 智 慧 財 員 工 消 費 社 印 本發明之另一目的係提供此種供給電力至一電負載之 新穎方法，其中各放電胞元包含一放電陰極結構，一由金 屬·•燃料材料製成的陽極結構，以及一離子導通材料設= 於放電陰極結構與陽極結構間；其中放電胞元之陽極^構 係由一未經圖樣化或圖樣化之導電材料薄片維持於共通電 位(例如電接地)實施；以及其中離子導通介質為多個放電 胞元之共用介質而其間無需作離子隔離。 本發明之另一目的係提供一種新穎供給電力至一電負 載之方法，該電力係由具有多數放電胞元之一電池型電力 產生模組供給，該方法包含下列步驟：由各放電胞元產生 電流脈衝；供給電流脈衝至一與放電胞元串聯配置之電感 元件，因而產生步進向上之電壓跨各電感元件；整流由電 感元件產生的輸出電流而產生整流後之輸出電流具有隨時 間變化之信號成分；以及低通濾波整流後之輸出電流俾去 除隨時間變化之信號成分之相當大部份同時維持實質上恆 定輸出電壓跨一電負載。 、 本發明之另一目的係提供此種新穎電力產生方法，其 中各個放電胞元包含-放電陰極結構，_由金屬-燃料材 料製成的陽極結構，以及一離子導通材料設置於放電陰極 結構與陽極結構間；其中放電胞元之陽極結構係由—未妹 圖樣化或圖樣化之導電材料薄片維持於共通電位(例如、： 接地）實施；以及其中離子導通介質為多個放電胞元之: 用介質而其間無需作離子隔離。 本發明之另一目的係提供一種新穎電池型電力產生模 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} '9^--------it?--------
本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21G X 297公爱） 以：>315 五、發明說明（15) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 用乂仏、、’電力至一電負載，包含多數放電胞元沿一支持 、=置；多數電力開關元件用以由各個放電胞元產生電 級脈衝’電感元件用以響應供給通過其中之電流脈衝產 生步進向上輪出電壓；多數電導體用以傳導電流脈衝至電 f牛而產生跨電感兀件之步進向上的電壓，該步進向上 2電壓具有隨時間改變之信號成分；至少一整流器用以整 •由各個電感元件產生的電流；以及—低通濾波電容器用 、-’進向上之迅壓中貫質上去除隨時間變化之信號成分 ’同時外加跨-與該低通濾波電容器並聯連結之電負載。 +本發明之另一目的係提供此種金屬-空氣FCB電力 生权組’其中各個放電胞元包含一放電陰極結構，一由 屬-燃料材料製成的陽極結構，以及—離子導通材料設一 於放電陰極結構與陽極結構間；其中放電胞元之陽極結構 係由-未經圖樣化錢樣化之導電材㈣片維持於共通 位（例如電接地）實施；以及其中離子導通介質為多個放 胞兀之共用介質而其間無需作離子隔離。 本發明之另一目的係提供此種電池型電力產生模組 /、中、、&由使用低振幅開關電流產生步進向上的輸出電壓 果導致用於多種用途之電池模組重量、尺寸及成本的顯 減低，同時由於IxR功率耗損造成的熱散逸顯著減少， 此提高所得電池模組之整體開關效率同時避免需要使用 型熱井結構。 本發明之又一目的係提供此種由金屬_空氣燃料胞 電池（FCB)系統產生電力之改良方法。 產 金 置 電 電 著 如 大 元 --------------^---------線 c請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁}
本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公羞） 19 525315
的由後文顯然易明 此等及其它本發明之目 式之簡單說明 為求更完整了解本發明之目的，將連同附圖研讀下列 本發明之具體實施例之說明，附圖中： 第1圖為本發明之可再充電式基於fcb之功率產生模 組之第-具體實施例之透視圖，其中金屬·燃料卡等結構 係載入或安裝而提供燃料供應用以由其中產生電力· 第2A圖為可攜式（蜂巢式）電話之透視圖，^安„ 1圖可再充電式金屬空氣FCB電力產生模組用以產生電力 第2B圖為膝上型電腦系統之透視圖，於該膝上型電 腦系統中安裝第！圖之可再充電式金屬_空氣fcb電力產生 模組用以產生電力； 第2CKI為可攜式電動工具之透視圖，其中安裝第1圖 之可再充電式金屬-空氣FCB電力產生模組用以產生電力 第2D圖為可轉運之電力產生工廠之透視圖，其中安 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 裝第1圖之可再充電式金屬-空氣FCB電力i生模組用以產 生電力； 第2E圖為電動車（亦即汽車）之透視圖，其中安裝第工 圖之可再充電式金屬-空氣；pCB電力產生模組用以產生電 力； 第3圖為第1圖所示本發明之可再充電式基於fcb之電 力產生模組之第一具體實施例之分解圖，顯示其主要組件 本紙張尺度_巾關家鮮（CNS)A4規格（成
X 297公釐） 525315 A7 B7 五、發明說明（17 ) 包括一夕重凡件陰極結構，一多重元件陽極接觸元件，一 多重兀件金屬-燃料卡，上及下殼體部，一殼體端嵌片； 以及一對微型印刷電路（pc)板用於模組内部且載有可實現 多種子系統之電路； 第4A1圖為採用於第！圖之金屬_空氣fcb電力產生模 組之混成放電/再充電頭總成之陰極支持結構（亦即板）之 透視部份切除視圖，其中設置一接納陰極元件之凹部矩陣 用以接納放電最理想化及再充電最理想化陰極元件以及電 解質浸潰襯墊於其中； 第4A2A圖為關聯設置於系統内部之一放電胞元，可 插入第4A1圖《陰極支持板之放電最理想化陰極接納凹部 下部的放電最理想化陰極元件之示意圖； 第4A2V圖為關聯設置於系統内部之一再充電胞元， 可插入第4A1圖之陰極支持板之再充電最理想化陰極接納 凹部下部的再充電最理想化陰極元件之示意圖； 第4A3 A圖為關聯設置於系統内部之放電胞元，用以 插入第4A1圖之陰極支持板的各放電最理想化陰極接納凹 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 部上部之放電最理想化陰極元件之電解質浸潰襯墊之示意 圖； 第4A3B圖為關聯設置於系統内部之再充電胞元，用 以插入第4A1圖之陰極支持板的各再充電最理想化陰極接 納凹部上部之再充電最理想化陰極元件之電解質浸潰襯墊 之示意圖； 第4A4圖為设計於第1圖之可再充電式電力產 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公董） 21 525315 A7 B7 五、發明說明（l8 ) 系統内部放電之未經氧化分解金屬-燃料卡之透視部份切 除視圖，顯示包含多數空間隔離的凹部，其中各凹部支持 一金屬-燃料條（亦即元件或節段）且當金屬燃料卡载荷於 系統内部時允許與設置於其上方之空間對應陰極元件作離 子接觸，同時也允許經由形成於凹部底面之孔口而盘空間 對應的陽極接觸元件作電接觸； 弟4A5圖為第4A4圖之金屬_燃料支持板沿線μ— 所取之剖面圖； 第4A6圖為支持多數電極之一電極支持板之透視部份 切除視圖，該等電極係設置成於充放電操作期間與支持於 第4A4圖之金屬.燃料支持板内部的陽極金屬-燃料條建立 ，料充放電操作係類似於第1圖之金屬·空氣FCB 笔力產生模組内部進行之操作； ,八第4Α7Λ為本發明之混成放電及再充電頭總成之透視 (Μ刀刀除刀解視圖，顯不其陰極支持板，金屬-燃料支 板及陽極接觸電極彡括私％ 、
^ 支持板5又置成經過拆卸而又呈空間排* 關係； Θ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第5A圖為第1圖之可再充電式FCB電力產生模組之第 :具體實施狀-般化示意代表圖，顯示其子系統及子組 , 燃科卡係顯示為插人混成放電/再 充電頭之仿馬赛克陰極與陽極結構間； 之 "第5㈣為本發明之可再充電式fcb電力產生模組 第/、體貝施例之不意代表圖，顯示基於電晶體之電 關電路’用以激勵⑴於放電操作期間於系統控制器控制 297公釐）
本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(2H 22 五、發明說明（l9) 之下激勵選定的放電胞元；以及⑺於充電操作期間 統控制器控制之下激勵選定的再充電胞f … 第5B2圖為第⑻圖之可再充電式FCB電力產 之第一具體實施例之示意 杲、、且 電頭總成之選定放電胞元係以循序方式作電激勵俾於= 操作期間於系統控制器控制之下產生全尺度輸出電力脈: 第从圖為於第1圖之可再充電式金屬-空氣FCB電力產 生模組内部之子系統之示意 間致能：（a)於記憶體記錄得的八於放電操作期 職电茶數以及由其中導出的運算金屬_燃料指示資料， 記憶體讀取（存取）於先前放電及/或再充電操作 ㈣吕己錄的再充電參數及運算所得之金屬·燃料指示資料 的2(2)於再充電操作期間致能：⑷於記憶體記錄感測 的再充電參數以及由其中導出的運算金屬-燃料指示資料 ^及⑻由記憶體讀取（存取）於先前放電及/或再度充電操 乍期間記錄的放電參數及運算的金屬氧化物及金屬氧化物 指不資料； 第6B圖為維持於第】圖之FCB電力產生模組採用的金 屬-燃料資料庫管理子系統内部之資訊結構之示意代表圖 :顯不包含-組資訊欄位集合用於記錄放電參數以及於放 電，作期間沿金屬-燃料卡之各個金屬-燃料區段/區之金 屬氧化物及金屬-燃料指示資料； 第6C圖為維持於第】圖之FCB電力產生模組採用的金 X 297公釐） 本紙張尺Γ適用 525315 A7
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第9D圖為採用於第i圖之可再充電式FCB電力產生模 組之混成放電/再充電頭之示意截面圖，顯示於再充電操 作後，金屬-燃料卡設置於FCB電力產生模組之放電胞元 與再充電胞元之空間配置陣列間，其中第9€圖所示氧化 區已經經過電化學還原； 弟9E圖為採用於弟一具體實施例之可再充電式peg電 力產生杈組之放電/再充電頭之示意截面圖，顯示如第9八 圖所不，於返回放電位置後，金屬_燃料卡設置於放電胞 元與充電胞元之空間排列陣列間； 第10圖為本發明之放電/再充電頭内部之混成放電胞 元及再充電胞元之空間排列陣列之另一種配置，其中各放 電胞元之放電最理想化陰極元件以及各再充電胞元之再充 電最理想化陰極元件係實施成交替條狀圖樣排列之矩形長 條，但於放電及再充電胞元之各陰極元件之表面積沿放電 /再充電頭總成表面可改變； 第11圖為本發明之放電/再充電頭總成之多重元件陰 極及陽極接觸結構之第二種替代配置，其中各放電及再充 電陰極結構實施為排列成棋盤狀圖樣之矩形元件； 第12A圖為第1圖之可再充電式FCB電力產生模組之 第二具體實施例之概略示意代表圖，_示其子系统及子組 件之進一步細節，金屬-燃料卡顯示插入其混成放電/再充 電頭之仿馬賽克陰極與陽極接觸結構間； 第12B圖為第12A圖所示可再充電sFCB電力產生模 組之第二具體實施例之示意代表圖，包含⑴基於電晶體 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --------訂-------
525315 A7 五、發明說明（ 22 部 智 慧 員 工 消 費 社 印 之電力開關電路用以於放電操作期間於系統控制器控制之 下由各選定的放電胞元產生電脈衝波形輸出變壓 器具有由產生電壓驅動的多數電隔離一次線圈用以產生輸 入電壓波形’㈣單一輸出線圈用以產生步進向上之輪出 電壓波形，㈣二極體用以整流輸出電壓波形，以及⑺低 通遽波電路用以由步進向卜夕古、ώ 乂進句上之直流輸出電壓波形濾出高頻 信號成分； 第13A圖為第1圖之可再充電式FCB電力產生模組 第三具體實施例之概略示意代表圖，顯示其子系統及子π 件之進-步細節’金屬·燃料卡顯示插人其混成放電/再充 電頭之仿馬賽克陰極與陽極接觸結構間； 第13B圖為第13A圖所示可再充電式咖電力產生模 組之第二具體實施例之示意代表圖，包含⑴基於電晶 之電力開關電路用以於放電操作期間於系統控制器控制 γ由各選定的放電胞元產生電脈衝波形，⑻一輸出變 阳具有由產生電壓驅動的單--次線圈用以產生輸入電 波形，（Hi)單一輸出線圈用以產生步進向上之輸出電壓 :’ (1V)一極體用以整流輸出電壓波形，以及(v)低通濾 :路用以由步進向上之直流輸出電壓波形濾出高頻信號 第14A圖為第丨圖之可再充電式FCB電力產生模組〜 第四具體實施例之概略示意代表圖，顯示其子系統及子組 牛之進步細蟥，金屬—燃料卡顯示插入其混成放電/再充 电碩之仿馬賽克陰極與陽極接觸結構間； 體 之 壓 壓 波 波 ‘成 之 本紙張尺度適用t國國家標準（CNS)A4規格⑵Q χ 297公着） 之 組
. 9 ^---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
525315 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（23 第14B1圖為第14A圖所示可再充電式FCB電力產生模 組之第四具體實施例之示意代表圖，包含⑴一基於電晶 體之電力開關及電感元件配置成與各放電胞元串聯連結用 以於放電操作期間，於系統控制器控制之下，由選定的放 電胞元產生電壓脈衝波形具有步進向上的電壓位準，（⑴ 多數二極體用以整流步進向上之電壓信號以及（iii)低通濾 波電路用以由步進向上之直流輸出電壓波形濾出高頻信號 成分； 第14B2圖為有關第14B1圖之可再充電式fcb電力產 生模組之各個放電胞元具體實施之電壓增壓調節電路之示 意圖； 第14C1圖為第14B2圖所示電路之相當示意圖，顯 以第一操作模式（模式1)操作； 第14C2圖為第14B2圖所示電路之相當示意圖，顯 以第二操作模式（模式2)操作； 第14D圖為關聯第14B2圖所示電壓增壓調節電路之時 間對正電流及電壓波形圖之集合，說明其操作； 第15A圖為第1圖之可再充電式FCB電力產生模組之 第五具體實施例之概4示意代表圖，暴員示其子系統及子組 件之進一步細節，金屬_燃料卡顯示插入其混成放電/再充 電頭之仿馬賽克陰極與陽極接觸結構間； 第15B1圖為第15A圖所示可再充電式FCB電力產生 組之第五具體實施例之示意代表圖，包含⑴基於電晶— 之電力開關用以產生電壓脈衝波形用於驅動輸出電感元件 私紙張尺度適用中關家標準（CNS)A4規格（21G X 297公釐）- 示 示 模 體 ------i,---'l·-----------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 525315 A7 ------- -^________ 五、發明說明（24 ) 而跨该兀件產生步進向上的輸出電壓波形，⑴卜二極體 用以整流由輸出電感元件輸出的電流，以及㈣低通濾波 電路用以由步進向上的輸出電壓波形濾出高頻信號成分、 第15B2圖為有關第15A圖之可再充電式fcb電力產生 权、、且之各個放電胞元具體實施之電壓降壓_增壓調節電路 之不意圖； 第15C1圖為第15B2圖所示電路之相當示意圖，顯示 以第一操作模式（模式1)操作； 第15C2圖為第ι5Β2圖所示電路之相#示意圖，顯示 以第二操作模式（模式2)操作； 第1 5D圖為關聯第15B2圖所示電壓增壓調節電路之時 間對正電流及電壓波形圖之集合，說明其操作； 第16A圖為設計用於雙邊金屬_燃料卡結構之本發明 之金屬-空氣FCB電力產生系統之第六具體實施例之示意 代表圖’其中第_電隔離放電胞元陣列當載入Fd系統内 部時係於雙邊金屬-燃料卡結構之上表面形成，以及第二 電隔離再充電胞元陣列係於雙邊金屬-燃料卡結構之下表 面幵/成，且與第-陣列為空間排齊，故可進行放電及再充 電操作而無需如本發明之第一具體實施例之FCB系統所需 相對於放電及再充電陰極元件置換金屬_燃料卡； 第16B圖為採用於第16A圖之FCB電力產生系統内部 之混成放電/再充電頭總成之示意代表圖； 第16C圖為表格，識別對應成對終端連結至第i6A圖 採用的FCB系統之⑴分解陰極結構之放電最理想化陰極元 -----------β---------^ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
五、發明說明（25) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製
(亦即電極)；77 “屬·燃料卡結構下側之陽極接觸元利 二對終端連結—- π極、、'D構之再充電最理想化陰極元科 以及（⑴位於分解金屬· 夕 亦即電極)； +卞、、'。構上側之％極接觸元件i 第17圖為本發明之可再充電式基於fcb之電 :之第七具體實施例之分解圖，顯示其主要組件包括—多 盆几件陰極結構具有二不同類型分解陰極元件空間排列於 、上（亦即用以進行二不同位準的放電以及—位準再充電 ’―多重元件陽極接觸結構，-多重元件金屬-燃料卡， =下殼體部，一殼體端嵌片具有孔口用以插入金屬， 以及-對微型印刷電路（pc)板採用於模組内部且載 有貫施其多種子系統之電路； 第18圖為本發明之可再充電式基於FCB之電力產生模 組之第八（非可再充電式）具體實施例之分解圖，顯示其主 要組件包括-多重元件陰極結構，一多重元件陽極接觸結 構，一可更換式多重元件金屬_燃料卡，上及下殼體部， 一殼體端嵌片具有孔口用以插入金屬·燃料卡，以及:對 微型印刷電路（PC)板採用於模組内部且載有實施其多種子 系統之電路； 第19A圖為本發明之金mFCB再充電模組（亦即 金屬-燃料卡再充電器）之具體實施例之示意代表圖，其中 本發明之金屬·燃料卡可插入其殼體内部用以再充電；以
本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 、發明說明 及 弟19B圖為第19A圖所示本發明之金屬·空氣fcb再充 杈組之具體實施例之分解圖，顯示其主要組件包括一多 重凡件陰極結構，—多重元件陽極接觸結構，—多重元件 金屬-燃料卡，上；5 M^ 、 及下双體邰，一殼體端嵌片具有一孔口 用以將金屬·燃料卡插人再充電器模組内部，以及一對微 型印刷電路(p c)板採用於模組内部且载有實施其多種子系 統之電路。 細節說明 在i…、附圖之各圖，說明本發明之具體實施例之進 —步技術細節’其中類似的S件標示以類似的參考編號。 I根據本發明之廣義特徵方面之一，提供一種新穎分節 型陰極結構。概略而言，陰極分節原理可以多種方式應用 。例如個別陰極節可設計成具有放電最理想化特性或再 充電最理想化特性；高功率特性或低功率特性；高能密度 特性或低能密度特性；高電壓特性或低電壓特性；高成本 特性或低成本特性以及前述各種特性之任一種組合等。當 然各陰極元件（或節段）將具有對應的陽極接觸元件，介於 一者間於放電與再充電操作期間將設置陽極金屬-燃料元 件或區。各陰極元件大小及其沿陰極元件之實體位置將隨 手邊特定具體實施例決定。 如第3至5 A圖所示，根據本發明之陰極分節原理用以 建構新穎混成放電/再充電頭總成，其中分節放電及再充 電胞元係沿放電/再充電頭總成結構作空間配置。此種特 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） 30 ------^---*l·------— — — — — ^-11------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
525315 A7 B7 五、發明說明（27 殊陰極結構用於第5A圖之系統。 第3至4A7圖所示陰極結構係以多種方式修改而提供 用於第12A，13A，14A及15A之可再充電式放電/再充電 頭總成之替代陰極結構，其中各放電胞元之陽極結構係連 結至一共通電位參考，例如系統之電接地。 第3至4A7圖所示陰極結構經進一步修改而提供用於 改良放電頭總成之陰極結構，其中分節放電及再充電胞元 係沿頭總成結構作空間配置。 第18圖中，陰極分節原理用以建構改良之再充電頭總 成，其中僅分節放電胞元係沿頭總成結構作空間排列。如 第19A及19B圖所示，陰極分節原理用以組構根據本發明 之改良式金屬-空氣FCB再充電模組（亦即單元）。 供舉例說明，第3圖所示可再充電時放電/再充電頭總 成首先於第5A圖之FCB電力產生系統說明，其中放電及 再充電子系統整合而提供有用的商品。隨後說明第^至 19B圖所示具體實施例。 生模组 1 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製
如第5 A圖所示，金屬-空氣F c B系統（於最高系統層次 包含二不同子系統，亦即：金屬·燃料卡放電子系統2用以 放電載入系統的金屬-燃料卡；金屬-燃料卡再充電子系統 3用以再充電金屬-燃料卡；輸入/輸出控 所得系統控制FCB系統的全部功能，於其中 產生模組，或遠端系統以操作式連結電力產生模組；以及 糸統控制器5用以於各系統模組操作期間管理前述子系統 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 525315 A7 五、發明說明（28 ) 的操作。如第5A圖所示，於放雷 歹、敌電及再充電操作 力=系_與混成放電/再充電頭總成（亦即結: 第竭所示具體實施例中，本發明之可再充電式金屬_ 空氣FCB系統1實施為超級袖珍構造的金屬_空氣咖 產生模組，其可產生且輸送經過調節的電力於特定摔^ 壓範圍給任-型需要電力的電器、電子裝置、電 電子/光電儀器。 ，、飞 ，當然，本發明之FCB電力產生模組之形式因數可經 當選擇俾配合設計電力產生模組之特定系統或裝置内部 配用的容積。此種電力耗用系統及裝置包括但非限^ 2A圖所示之蜂巢式電話7;第2B圖所示之膝上型或掌上 電腦8;第2C圖所示之電動工具9;第2]〇圖所示之電力 廠10 ;第2E圖所示之電動車u ;或任何其它目前已知 未來將發展的能量耗用裝置形式。本發明之其它具體實 例中，FCB電力產生模組可整合於蜂巢式電話、膝上型 腦或其它電力耗用裝置内部。 如第3圖所示，可再充電式金屬_空氣FCB模組]包含 子組件總成，亦即：一密實構造殼體具有（1)下殼體部15八 具有第一凹部16A，以及一對橫開槽17A及17B用以容納 一對小型印刷電路板18A及18B於其中（利用軟性電路 19互連），以及（2)上殼體部15]8用以扣合連結下殼體部15a 且具有苐一凹部16B ; —多重元件（分節）陰極結構（亦即 模組）20可脫離式插入下殼體部15A之第一凹部16A内部 適 可 第 型 工 或 電 子 · --------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
本紙張尺度適用中關家標準（CNS)A4規格咖χ 297公髮） 五、發明說明（29) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 且具有第夕數放電最理想化陰極元件21A以及第二多數 私隔離再充電最理想化陰極元件2 ib空間配置成預定圖樣 、=k擇可辅助金屬_燃料卡或片選定區的有效放電及再充 电，可透氣窗（亦即孔口）22形成於下殼體部15 A底部用以 允許周圍空氣流人模組殼體内部且流過多重it件陰極結構 ，一多重tl件陽極接觸結構（亦即子模組）23可脫離式插入 上/>又體α卩15B之第一凹部16B且設置毗鄰該對印刷電路（pc) 板18A及18B，且具有第一多數陽極接觸元件24A空間對 應於放電最理想化陰極元件21A且與元件21A協力合作， 以及也具有第二多數電隔離陽極接觸元件24B空間對應於 再充電最理想化陰極元件21B且與元件21β協力合作；一 第對電連接為25形成於多重元件陰極結構2〇邊緣且自適 應於與架設於第一印刷電路板18A的匹配成對電連接器％ 建立電接觸；一第二對電連接器28形成於多重元件陽極接 觸結構23邊緣，自適應於與安裝於第一印刷電路板18a上 的第二對匹配電連接器27建立電接觸；一多重元件（分節） 或（較不佳的）未分節金屬-燃料卡或薄片29設計用於當電 力產生模組完全組裝後（如第1圖所示）載荷於開槽内部， 該開槽係形成於多重元件陰極結構2〇與多重元件陽極接觸 結構23間；以及一殼體端嵌片15C用以插入形成於殼體部 份15A及15B的開槽31A及31B，且有可人工滑動之放電/再 充電選擇開關32，開關32當滑入第1圖DP指示的放電位置 時，強迫沿載荷的金屬-燃料卡29之再充電區成為與模組 的放電最理想化陰極元件21A呈空間排齊；而當開關32滑 33 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）
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入第1圖RP指不的再充電位置日夺，迫使沿载荷金屬-燃料 卡2 9之放電區成為與模組的再充電最理想化陰極元件n b 呈空間排齊。 值得’主^者為，雖然第丨及3圖所示第一具體實施例採 用可/月動式放電/再充電選擇開關32而實體位移金屬_ 燃料卡’由放電位置位移至再充電位置，但須了解於本發 明之替代具體實施例中，此種金屬.燃料卡位移功能可使 用其它手段實施，例如使用第9Α-9Ε圖所示之適當低功率 電機金屬·燃料卡平移機構33嵌人卿模組之殼體内部。 實現此種金屬·燃料卡平移機構33之_種方式係使用微型 馬達用以產生轉軸移動，以及微凸輪機構用以平移馬達軸 的紅轉移動成為金屬·燃料卡的線性平移，由放電位置平 移至再充電位置，反之亦然，此等機構皆處於系統控制器 5之㈣之7。為了續保電機裝置33於完全放電金屬_燃料 卡、）可I作可藉系統控制器執行的金屬-燃料位準監 視程式可設置於FCB模組俾於模組殼體外部產生放電需: 光（例如LED)34 ’如第！圖所示，貞主機裝置因而儘可能 决速乂視見通知使用者再充電FCB模組（亦即金屬-燃料卡 上仍然有足夠量金屬-燃料可驅動電機裝置叫。前述全屬 -燃料卡由其放電位置平移至其再充電位置之方法（反之亦 然）偏好應用於放電與再充電模組操作期間保有f c β模組 於包力主機裝置或主機系統之儲存腔室内部之用途。使用 此種自動化金屬-燃料卡平移方法，允許fcb模組由盆放 電配置及操作模組切換至其再充電配置及操作模組，切換
本紙張尺錢财關家#?規格（210x297公釐 525315 五、 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 發明說明（31) 方式係單獨藉供給輸入電源給FCB模組，以及可能但非必 要致動設置於FCB模組的啟動再充電開關或鈕或耗用fcB 模組產生的電源之電主機裝置。 如第9A至9E圖所示，壓電晶體或電磁線圈35以機械 方式附著於金屬_燃料卡一端，俾於再充電操作期間振動 之以防形成樹枝石及陽極變形。類似所有其它子組件，此 種振動元件的操作亦係藉系統控制器等裝置控制。 如第5 A圖所示，放電最理想化陰極元件21 a係連結至 電負載’外部連結至進行放電操作的系統，而再充電最理 想化陰極元件21B係連結至電源，電源之外部連結至系統 用以進行再充電操作。容後詳述，各放電最理想化陰極元 件21A及對應陽極接觸元件24A形成一個放電胞元，其係 藉設置於放電胞元輸出終端重構子系統2〇5(顯示於第5八 圖）之半導體電力開關裝置（例如電晶體或m〇SFEt)調節， 用以於放電操作期間調節來自放電胞元的功率輪出。同理 ，各再充電最理想化陰極元件21B及對應陽極接觸元件 2卿成-再充電胞元’其係由設置於再充電胞元輸入欲 端重構子系統244内部的半導體電力開關裝置（例如電晶體 或MOSFET)调即，用以於再充電操作期間調節供給再 電胞元之輸入功率。 放電最理想化陰極元件及充電最理想化陰極元件之維 f分別皆接近放電及再充電胞元的總厚度。此種情況下， 陽極元件上的電流分布接近放電最理相化及奋中@ 昤k - Μ 取I心化及充電取理想化 -°兀i的電流密度之半，如此延長陽極充放電週期壽 本紙張尺度翻中關家卿（CNS)A4規格⑵^ x 297公釐） ------^-----------^---------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
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I I 訂 閱 讀 背 之 注 意 事 項 再 填應
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525315 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（33) 示具體實施例中’輸入/輸出控制子系統4實施為標準臓 ⑽匯流排架構’其對外部或遠端運算、控制或資訊處理 糸統提供直接介面系統控制器5之方式及手段且以直捷方 式管理系統及子系統的操作各方面。 主^明之金屬料卡放電 如第4Α7及5Α圖所示’金屬·燃料卡放電子系統2包含 多數子系統，亦即：混成多元件放電/再充電頭總成6;放 電陰極-陽極（亦即胞元）輸出終端配置子系統2〇5用以配置 放電最理想化陰極及陽極接觸元件(21ΑΑ24α)之輸出終 端於系統控制器5的控制之下，因而維持連結至⑽系統 之特定電負载要求的輸出電壓；放電陰極_陽極（亦即胞元） 電壓監視子系統2G6A ’連結至放電陰極_陽極（亦即胞元） 輸出終端配置子系統2〇5用以監視（亦即抽樣）跨各個沿多 70件陰極結構之放電胞元產生的電壓，以及產生感測之電 壓位準的代表性（數位）資料；放電陰極_陽極（亦即胞元）電 流監視子系統206B連結至放電胞元輸出終端配置子系統 2〇5，用以監視（例如抽樣）於放電模式期間流過各放電胞 兀之陰極-陽極（亦即胞元）介面的電流，以及產生感測電 〜L位準之代表性數位資料；一關係型金屬_燃料資料庫管 理子系統（MFDMS)308藉局部系統匯流排3〇9操作式連結 至系統控制器5，且設計成接收由各子系統輸出導出的特 定類型資訊；一資料捕捉及處理子系統（Dcps)4〇〇包括_ 經過程式規劃之基於微處理器的資料處理器，自適應於⑴ 接收由放電胞元電壓監視子系統2〇6A及放電胞元電流監 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公釐） ------：---K-----------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
37 525315 A7 五、發明說明（34) 視子系統2湖產生的資料信號，以及致能⑴）由載荷的金 屬-燃料卡讀取金屬-燃料卡識別資料，（iii)使用局部系統 匯流排401記錄感測的放電參數及由參數導出之運算金屬 氧化物指示資料於金屬-燃料資料庫管理子系統3〇8，以及 (W)使用局部系、统匯流排3〇9讀取儲存於金屬_燃料資料庫 管理子系統（MFDMS)308的縣記錄的再充電參數以及預 士記錄的金屬-燃料指示資料；一放電(亦即輸出)電力調 節子系統223係連結於放電胞元輸出終端配置子系統2^之 輸出終端與連結至FCB系統的電負載测之輸入終端間用 以调即跨電負載輸送的輸出功率（以及依據系統控制器挪 進灯的放電功率控制方法要求調節電壓及/或電流特性）。
的 系 •供 再 信 如第4A7及5圖所不’具體實施例之金屬·燃料卡再充 電子系統3包含多數子系、统，亦即··混成多重元件放電/再 充電頭總成6;-輸入電源供應子系統243，用以將外部供 給的交流電力信號（例如购2〇伏，5〇,來源供給）轉 成直流電源供應錢，具㈣合再充電载荷於放電/再充 電頭總成6内部之沿金屬-燃料卡之再充電金屬-燃料區 電麼；一再充電陰極-陽極（亦即胞元）輪入終端配置子 用以於系統控制器5之控制之下，連結輸入電源 ::讎43之輸出終端(亦即輸出埠)至再充電胞元之再 ::想化陰極元件21B及陽極接觸元件24β之 _輪入蜂)，因而於再充電模式期間供給輸入電壓 號用於將金屬氧化物形成以電化學方式轉成主要金屬，· 本紙張尺度適用_國國家標準（CNS)A4規格⑵0 χ挪公羞y 525315
經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 再充電陰極-陽極（亦即胞元）電壓監視子系統206A，連結 至陰極-陽極（亦即胞元）輸入終端配置子系統244用以監視（ 亦即抽樣）跨各再充電胞元之陰極及陽極結構外加的電壓 ，以及產生代表感測電壓位準之（數位）資料；再度充電陰 極-陽極（亦即胞元）電流監視子系統206]6連結至再充電胞 兀輸入終端配置子系統244，用以監視（亦即抽樣）流經各 再充電胞元之陰極及陽極結構的電流，以及產生可代表感 測電流位準之（數位）資料；一關係類型金屬_燃料資料庫 管理子系統（MFDMS)404操作式連結至系統控制器5，以 及設計用以接收由金屬·燃料卡再充電子系統3内部之各種 子系統輸出所得特定類型資訊；一資料捕捉及處理子系統 (DCPS)406包括一程式規劃之基於微處理器的資料處理器 ，自適應於⑴接收由再充電胞元電壓監視子系統2〇6A及 再充電胞元電流監視子系統206B產生的資料信號；以及 致能（ii)由載荷的金屬-燃料卡讀取金屬-燃料卡識別資料 ’（in)使用局部系統匯流排407記錄感測的再充電參數以 及由其中導出的運算金屬-燃料指示資料記錄於金屬-燃料 資料庫管理子系統404，以及（iv)使用局部系統匯流排4〇5 讀取儲存於金屬-燃料資料庫管理子系統404之預先記錄的 放電參數及預先記錄的金屬-燃料指示資料。此等子系統 將於後文說明其進一步技術細節。 主^月之多重元件分節陰極結槿 如第4A1至4A7圖顯示進一步細節，多重元件陰極結 構20包含：一陰極元件支持板198具有第一多數隔開的凹 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） l· --------^---------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
39 525315 A7 B7 五、發明說明（36 部224A及第二多數隔開的凹部224B，各自允許氧氣（〇2) 自由流過形成於其底部的穿孔225一第一多數導電放電 最理想化陰極元件（例如長條）2丨A用以插入凹部224A下部 ，以及第二多數導電再充電最理想化陰極元件（例如長條 )21B用以插入凹部224B下部；以及多數電解質浸潰長條 226A及226B用以分別放置於陰極長條21A及21B上方，以 及支持於凹部224A及224B内部。 如第4A3A及4A3B圖所示，電解質浸潰長條226八及 226B係經由以凝膠狀的電解質浸潰電解質吸收載體長條 實施。較佳電解質吸收載體長條係呈PET塑膠製成的低密 度開胞發泡體材料。用於放電及再充電胞元等之凝膠-電 解質可由業界眾所周知的調配劑製成，調配劑包含強鹼溶 液、明膠材料、水及添加劑。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 如第4A2A圖所示，各放電最理想化陰極長條21八係 由一片鎳線網228塗布以多孔碳材料及粒狀鉑或其它觸媒 229A而形成放電型陰極元件，其最理想適用於本發明之 至屬-空氣FCB模組内部進行的放電操作。用於金屬_空氣 FCB系統之陰極結構細節揭示於美國專利第4,894,2外及 4，129,633號，併述於此以供參考。為了形成電流收集路 徑，電導體（鎳）230A焊接至各陰極條的下方線網薄片228a 。如第4A7圖所示，各電導體230謂著其陰極長條，通過 形成於陰極支持板198凹部底面之孔23 ία，且連結至電導 體（例如導線）其由個別子腔室伸展且止於習知導體235a。 組裝過程中，陰極條壓合於凹部下部而牢固固定於其中。 40 525315 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（37 ) 如第4A2B圖所示，各再充電最理想化陰極長條21B係 由片剛性鎳線網228A製成，線網228A塗布有多孔碳材 料及粒狀鉑或其它觸媒229B而形成再充電型陰極元件， 其最理想適用於本發明之金屬_空氣1^6模組内部進行的 再充電操作。用於金屬·空氣FCB系統之陰極結構細節揭 示於美國專利第4,894,296及4，129,633號，併述於此以供 參考。為了形成電流收集路徑，電導體（鎳）230B焊接至各 陰極條下方線網薄片228B。如第4A1圖所示，附著至其陰 極長條的各個電導體23〇B，通過形成於陰極支持板198之 凹部底面的孔231B，且係連結至電導體（例如導線）止於習 知導體。組裝過程中，陰極條係壓合入凹部下部而牢固固 定於其中。 如第4A1圖所示，各凹部224A及224B之底面有無數 牙孔225形成於其中俾允許空氣及氧氣自由通過其中至陰 極長條21A及21B(於大氣溫度及壓力）。該具體實施例中 ’電解質浸潰條226A置於各陰極長條21A上且藉黏著劑、 固持結構等牢固固定於陰極支持凹部上部。同理，電極長 條226B置於各陰極21B上。如第4A2B圖所示，當陰極長 仏及薄笔解質長條安裝於陰極支持板19 8的個別凹部内部 曰才’各電解質浸潰長條之外表面係與界定凹部之平板外表 面齊平。 陰極支持凹部224A及224B内表面塗布以疏水材料（例 如鐵氣龍）俾確保排除電解質浸潰長條226A及226B内部的 7|> ， , ’如此獲得氧氣最理想輸送通過陰極長條。疏水劑添加
本、、氏張尺度翻巾國國家鮮（CNS)A4規格⑽X 297公釐） --------------------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
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I 五、發明說明（38) 至組成可透氧陰極元件的碳材料俾由其中排除水。較佳陰 極支持板係由業界眾所周知的非導電材料如聚乙烯基氯 (pvc)塑膠材料製成。陰極支持板使用射出成型技術製造 亦為業界眾所周知。 式金屬-燃料卡 載入第1圖之FCB系統内部之金屬_燃料卡29之結構之 進/、、、田節況明於第4A4及4A5圖。如所示，金屬-燃料卡 包含：一非導電陽極支持板228，具有剛性構造且有多數 凹口 ΙΠ94Α及194B形成於其中，以及一縱向開槽或孔鳩形 成貫穿各鄰近成對凹部之底面，該等凹部如第4A4圖所示 係關聯放電及再充電胞元；以及多數金屬條（例如辞燃料 )195，各自設置於陽極支持板228内部之凹部。注意各金 屬·燃料條之間隔及寬度係設計成於空間上排齊意圖使用 該金屬-燃料卡的系統之放電缚充電頭之對應陰極條。前 述金屬-燃料卡之製法可經由形成鋅長條成為陽極支持板 之凹4开^狀，然後將金屬-燃料條插入各凹部製成。當各 金T燃料條插入陰極·陽極（亦即胞元）支持板228之個別凹 部時二金屬-燃料條係與所有其它金屬，:料條電隔離。 ^第3圖之FCB系統中，金屬，料卡^具有多個燃料區 段’其原理教示於中請人之國際申請公開案第獨 99/18628號（茶見上文）。使用多區段金屬-燃料卡及多區段 放電/再充電頭可同時製造由終端使用者選擇的多重輸出 ^ V2 _·· ’ Vn)。輸出電壓可用於驅動各型連結 至FCB系統的輸出功率終端2〇1之電負载細，如第从 .圖 ^ --------1---------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
本紙張尺度刺巾關家鮮 42 525315 五、發明說明（39) 所示此係經由選擇性配置各放電胞元之陰極及陽極接觸 …構的個別輸出終端，因而於卡放電操作期間跨其中產生 的輸出電塵可根據眾所周知的物理法則以加成方式組合達 成。 通常，多區段金屬_燃料卡29可使用多種不同技術製 造。較佳含於各卡狀裝置内部的金屬-燃料元件係由辞製 成’原因在於鋅此種金屬價廉、環保安全且容易加工。後 :t若干不同技術用以製造根據本發明之具體實施例 之鋅-燃料元件。 ' 例如根據第-製造技術，厚度約01至約5毫米之薄金 屬層（例如鎳或銅）施力口至低密度塑膠材料表面（拉伸且切 割成卡狀結構）。塑膠材料係選擇於電解質如氯氧化卸存 在下穩定的材料。薄金屬層之功能係於陽極表面提供有效 收集電流。隨後鋅粉混合黏結劑然後施用作為塗層⑼如 微米）於薄金屬層上。鋅層具有均勻孔隙度約5〇% 部 智 慧 局 員 工 消 事
線 2允终離子傳導介質内部的離子（例如電解質離子）以最小 电阻流動於陰極結構與陽極結構間。容後說明進一步細節 /斤得金m结射㈣於薄料殼㈣俾改 义金屬-燃料卡29之結構完整性，同時當卡載 灣内部時提供放電頭可近接陽極結構。金屬孔钭卡2 滑動嵌片，當卡係容納於儲存灣内部且放電頭被 轉運至放電操作位置時可近接金屬·燃料條。 根據第二製造技術，厚度約0-1至約5微米之薄 (列如鎳或銅）施用至低密度塑膠 a 十表面（拉伸且切割成 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格⑵0 χ 297公复 43
I 五、發明說明（40) 卡形）。塑膠材料係選擇於電解 〃 定的塑膠。薄金屬層的功能係提:二乳化鉀存在下為穩 。隨後鋅電鍍於薄金屬層表面蛋表面有效收集電流 5。％俾允許離子傳導介f;例如電==-致孔隙度約 電阻流動於陰極與 貝，卩的離子以最小 -燃料結射«於結果所得金屬 結構完整性的金屬礼料卡H相部而提供具有適當 部時提供放電頭可近H同當卡载荷於卡館存灣内 置/月動肷片，因此當卡容納 卜成了叹 操作位置時可近接金屬·燃料條/弓且放電碩轉移至放電 、根據第二製造技術’鋅粉混合低密度塑膠基材且 成為導電片。低密度塑膠材 .^ ^ 十貝遥擇可於電解質如氫氧化 :=穩定。各導電片具有均勻孔隙度約5。%俾:; =傳¥介質（例如電解f)内料離子可以最小電 於陰極及陽極結構的電流收集元件間。料厚度約！至1〇 微米之薄金屬層（例如鎳或黃銅）外加至導電片表面。薄金 屬層功能係於陽極表面提供有效收集電流。容後詳述，所 料屬姻错構可架設於薄型尺寸的電絕料殼内部俾 提供具有適當結構完整性之金屬_燃料卡，同時當卡係載 荷於卡儲存/¾ .内部時提供放電頭可近接陽極結構。卡外殼 可由任何適當材料製成，該材料設計用以耐熱及耐腐餘: 較佳殼體材料為非導電俾提供於卡放電以及再充電操作期 間使用者的額外安全措施。 前述各種製造金屬-燃料元件技術可方便修改而產生 A7 五、 B7 發明說明（41 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 雙邊金屬-燃料卡，其中單執或多⑭ 於底材（亦即基材）兩側上。此種金二=料層=置 例可用於放電頭係配置於載 义·^具體貝施 統的终燃料卡兩邊之用途。當製作;方邊== 孟屬材料之電流收集層），故+、、六 卞每 λ 私，從可由關聯不同陰極結構 ==卡兩邊收集。當製造雙邊燃料卡時 =二金屬_燃料片層疊在一起而各 :專片基材…接觸。前述方法調整適應 燃料:為業界人士經由本文揭示顯然易知。本發明之替代 、 各放電頭的^極接觸結構經修改故與形 成於其中採用的金屬-_斜么士 …、 、、、σ構内σ卩的各個電隔離電流 收集層建立電接觸。 第4A6圖中，揭示範例金屬·燃料（陽極）元件接觸結構 (總成）23用於多重元件_卡29，該卡具有陰極支持結構 228。如第4A6及4A7圖所示’呈導電柱形式之多根導電 件24A及24B係由金屬-燃料接觸支持平臺233支持。導 柱之空間位置重合形成於陽極支持板228凹部底面的細κ 開槽300。如所示，各電導體234電連結至導電柱24a或24β ，且沿陽極支持板表面錨定（例如錨定於凹陷溝槽），且 似V體止於電連接器235A，前者止於習知導體235B。 連接為係電連結至放電胞元輸出終端配置子系統2〇5。⑺ 極接觸元件支持板233之寬度及長度實質上類似陰極支持
線 元 電 長 類 本 陽
本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 45 525315 A7 B7 五、發明說明（42 ) 1 員 工 消 板198以及陽極金屬-燃料支持板228之寬度及長度。 第4A7圖說明當載入燃料卡29時，陽極接觸支持板198 、陰極支持板233與陽極（金屬_燃料）支持板（亦即燃料卡 )228間之空間關係。本載人配置中，各放電最理想化及再 充電最理想化陰極元件2iA及21B沿陰極支持板198與空間 對應的金屬-燃料元件21A(21B)之暴露正面藉由設置於其 間的電解質浸潰襯塾226A(226B)建立離子接觸。又於本 載入配置中，各陽極接觸元件（例如導電柱）24八(⑽）由陽 極接觸支持板233經由形成於陽極接觸支持板如的細長令 孔大起，且與女裝於其中的對應金屬-燃料條η A(㈣）建 立電接觸，透過本發明之單一放電（或再充電胞元）完成電 路。 頭總成關聯的僖肚 /值地，因FCB系統丨之再充電最理想化陰極元 件係由剛性多孔金屬如鎳製成，故此種再充電最理想化 極^牛壽命應極長。此外，因各陽極元件可製作成於低 流雄度操作’故藉本發明可顯著延長放電/再充電週期可 命。因各個放電胞元之再充電能力使用本發明之陰極結構 良故五屬-燃料卡之各金屬-燃料元件/區之放電深度 顯著高於習知可再充電式鋅空氣FCB系統之放電深度。 如此FCB系統1之能量密度也顯著增高。此外，唯放電 唯再^電陰極^件可製作成又輕又薄，如此降低整體系I 的重量及容積’提高其能量密度。又因放電最理想化（亦 即唯放電）及冉右金田 取理想化（亦即唯再充電）陰極元件用 請
▲ 及 統
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經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 於低度偏振為最理想化，故放電及再充電胞元須具有高能 量效應。 jg^ FCB電之各組件 第3圖所示FCB電力產生模組之各組件可以下述方式 組裝。第一及第二印刷電路板18A及18B係安裝於金屬-空 氣FCB電力產生模組之下殼體部15A。如此多重元件陰極 卡匣20滑動式插入形成於模組下殼體部的第一儲存凹部 16B ’造成於多重陰極結構（亦即卡匣）邊緣位置的導電元 件25接合於第一印刷電路板18A之第一對連接器％關聯的 個別導電元件。然後於陽極接觸結構（亦即卡匣）23上位在 邊緣的第二對導電元件28滑動式接合第一印刷電路板i8a 上關聯第二對連接器27之個別導電元件，然後金屬-燃料 卡29滑動式安裝於形成於多重元件陰極結構2〇與多重元件 陽極接觸結構23間的凹部内部。然後殼體端嵌片15C支持 集成放電/再充電配置開關32扣合嵌合於形成於下殼體部 15A開放端的開槽31A，以及隨後上殼體部l5B扣合嵌合 於下殼體部15A，端嵌片15C頂部嵌合於上殼體部l5B之開 槽31B，藉此容納模組的全部組件於組裝後的殼體内部。 較佳陰極卡匣20及金屬·燃料卡29之外緣部於多重元 件陰極卡匣及金屬-燃料卡未於模組殼體内部時，自適應 於與模組殼體形成氣密封，如第丨圖所示。如此防止於放 電操作前電解質蒸發。選擇性地，小型水或電解質補充容 易貯槽可包囊於陰極卡£支持板内部，且透過沿次級結構 形成的微導管分配至電解質襯墊。電解質供應源可由陰極 本紐尺度翻中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ------^--------------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
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卡匣面凸起，凸起於含金屬_燃料卡該邊，故當金屬-燃料 卡載入FCB模組時，金屬-燃料卡施力於凸部。凸起結構 類似設置於習知裝置的球根形結構，球根形結構藉加壓於 配漿器而包裝且配漿鹽水滴入人眼。於放電操作期間當電 解質被耗用時，藉由載於FCB模組之金屬_燃料卡加壓於 陰極基材而由陰極卡匣内部的電解質貯槽自動抽取出額外 電解質。但須了解有無數其它辦法可提供離子傳導介質於 FCB模組之各陰極元件與金屬-燃料元件間。此種替代技 術包括離子傳導性聚合物，於更換前具有5〇或5〇以上再充 電週期壽命。即使於此種具體實施例中，也希望外加或供 給足量水於陽極與離子傳導介質中間介面。前述流體配漿 技術可用於此例。 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 當完全組裝時，如第丨圖所示，各沿多重元件陰極結 構198支持的各放電最理想化陰極元件21八係與沿陽極接 觸結構233支持的陽極接觸元件24A空間排齊，如此形成 單一放電胞兀。又沿多重元件陰極結構198支持的各個再 充電最理想化陰極元件21B係與沿陽極接觸結構233支持 的陽極接觸元件24B空間排齊，藉此形成單一再充電胞元 。第3圖所不具體實施例中，沿本發明之多重元件陰極結 構表面空間排列兩行16個（或以上）陰極元件（亦即節段）。 如此有16個放電胞元及16個再充電胞元設置於本發明之放 電/再充電頭總成6内部。如第3圖所示，各個再充電胞元 沿金屬-燃料胞元之縱軸連續連接一對鄰近放電胞元。又 一小區金屬·燃料卡係設置於配置於放電/再充電頭總成内
48 525315 A7 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 五、發明說明（45 部之各個放電胞元與各個再充電胞元間。 終端配系統 如第5 A圖所示，放電胞元輸出終端配置子系統205係 連結於放電功率調節子系統223之輸入終端與各放電胞元 之陰極-陽極對之輸出終端間。系統控制器5操作式連結放 電胞凡輸出終端配置子系統2〇5俾供給控制信號於放電操 作杈式執行功能。放電胞元輸出終端配置子系統2〇5之功 旎係自動配置（串聯或並聯）選定之放電胞元之陰極-陽極 對之輸出終端’因此要求的輸出電壓位準於卡放電操作期 間跨連結於FCB系統的電負載2〇〇產生。如第5八圖所示， 放電胞元輸出終端配置機構2〇5可實施為一或多個可電控 制功率開關電晶體等裝置，其中關聯放電胞元之陰極及陽 極接觸元件係連結至放電功率調節子系統223之輸入端。 此種電力開關操作係由控制器1〇於系統控制器5之控制之 下進行，故要求的輸出電壓跨電負载產生，該電負載係連 …至FCB系統之放電輸出功率調節子系統Μ]。 如第5B1圖所不，放電胞元輸出終端配置機構2〇5之 體貝鉍例包§ ·固恶功率開關電晶體（例如⑽ 串聯連結⑴沿混成放電/再&電頭總成6設置之各個放電胞 兀（21A，226，24A)以及（ii)放電輸出功率調節子系統⑵ 。如所示，用以激勵預先指定的放電胞元之各個開關電晶 體_係由-基於微處理器之放電/再充電胞元開關控制器 1〇1控制，控制器⑼感測電致能放電胞元之個別及成組產 生的輸出電流、電壓及/或功率位準(亦即呈回授信號—
------.l· I It---^--------^---------線 1»------------------ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 钃 525315 A7 B7 五 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 、發明說明（46 I式）’以及基於偵測得的回授信號，以電子方式激勵對 開關電晶體100俾控制由放電胞元產生的電流、電壓及/ 或功率俾執行於系統控制器$内部選定的放電功率控制方 法典型用於貫施系統控制器5功能的相同微處理器或微 控制器可用於執行放電/再充電胞⑽關控制器⑻之功能 缝邊電胞元繼 如第5A圖所示，放電胞元電壓監視子系統206A係操 作式連結至放電胞元輸出終端配置子系統2〇5用以感測電 壓位準等。此種子系統也操作式連結至系統控制器用以接 收執行其功能所需控制信號。第一具體實施例中，放電胞 兀電壓監視子系統206A有二大功能（i)自動感測放電模式 其間關聯各個放電胞元而跨陰極_陽極元件產生的瞬間電 壓位準；以及（ii)產生一（數位）資料信號，指示由資料捕 捉及處理子系統400感測的偵測、分析及響應電壓。 該具體實施例中，放電胞元電壓監視子系統2〇6A可 使用電子電路實施，該電路自適應於感測FCB系統關聯各 個放電胞元跨陰極-陽極元件產生的電壓位準。響應此種 偵測得的電壓位準，電子電路設計成可產生數位資料信號 ，该信號指示感測的電壓位準供藉資料捕捉及處理子系統 400偵測及分析。 竺:金屬-燃料卡放電子系統内部之放電胞元電流監視子系統 如第5A圖所示，放電胞元電流監視子系統2〇6B係操 作式連結至放電胞元輸出終端配置子系統2〇5。放電胞元 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 50
525315 五、發明說明（47) 笔k監視子系統206B有兩大功能：⑴於放電模式其間自 動感測流過FCB系統t各個放電胞元之陰極1極（亦即胞 兀）對的電流振幅；以及（ii)自動產生指示感測得的電流之 數位貢料信號用於由資料捕捉及處理子系統斗⑽偵測及分 析。本發明之第—具體實施例中，放電胞元電流監視子系 統206B可使用電流感測環路實現，該環路用以感測流經 FCB系統之各個放電胞元之陰極_陽極對之電流，且產生 可指不流過其巾之錢電流之數位容後詳述， 侧得的電流位準由系統控制器5用以執行放電功率調節 方法且對放電後的金屬-燃料卡之各燃料區段形成放電條 件式及金屬-燃料利用率記錄。 具體實施例中，第5A圖所示資料捕捉及處理子系統 (DCPS)4_行多項功能包括例如··⑴感測（亦即偵測）金 屬-燃料卡載荷於放電/再充電頭總成内部期間存在於金屬 -燃料卡放電子系統2的各個放電參數；（2)計算一或多個 參數、估值及測量值，指示於放電操作期 化物量，且產生此種運算所得參數、估值及/或測= 代表性金屬氧化物指不資料；以及（3)於金屬-燃料資料庫 管理子系統400(可由系統控制器5存取）記錄感測的放電參 數資料以及計算的金屬-燃料指示資料，二者皆關聯放電 操作模式期間的個別金屬燃料元件。如後文所述將顯然 易明，此種由資料捕捉及處理子系統4〇〇維持於金屬-燃料 貝料庫官理子系統308的記錄資訊可由系統控制器5以多種 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 -------r---C--- I I---!訂-------— 線 I泰 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 297公釐） 51 525315 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（48 ) 方式使用包括例如：於放電操作模式期間，以有效方 理想地放電（亦即由其中產生電力）金屬-燃料卡上部= 完全氧化金屬-燃料元件或區；以及於再充電操作模二 間以快速方式選擇性再充電沿金屬_燃料卡之部份或完全 氧化金屬-燃料元件或區。 心王 於放電操作期間，資料捕捉及處理子系統4〇〇自動抽 樣（或捕捉）關聯組成前述金屬-燃料卡放電子系統5之各個 子系統的放電參數之代表性資料信號。抽樣值被編碼作為 放電模式期間此種子系統產生的資料信號内部資訊。根據 本發明原理’放電參數包括但非限於：例如由放電胞元電 壓監視子系統206A監視的沿特定金屬-燃料元件跨放電最 理想化陰極及陽極結構產生的放電電壓；以及沿例如放電 胞元電流監視子系統206B監視的特定金屬·燃料執，跨放 電最理想化陰極及陽極結構流過的電流（放電）；以及前述 放電參數之任一狀態持續時間（△凡）。替代具體實施例中 ，放电芩數也包括··各個放電胞元之放電最理想化陰極結 構内部之氧飽和濃度（p〇2d)，藉設置於FCB系統之陰極氧 壓控制子系統監測，如申請人之國際專利公告案第w〇 99/18620號所教示；跨或接近沿特定金屬-燃料元件之放 電最理想化陰極-電解質介面之水濃度（H2〇d)(或相對濕度） ，例如藉設置於FCB系統之離子濃度控制子系統監測，教 示於申請人之國際專利公告案第WO 99/1 8620號；以及卡 放電操作期間放電胞元之溫度（Tr)例如由設置於pcB系統 之溫度監控子系統監測，教示於申請人之國際專利公告案 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） hlIC -----------------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
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第 WO 99/18620號。 α如第5A圖所示，放電功率調節子系統223之輸入槔係 相作式連結至放電胞元輸人終端配置子系統撕之輪出璋 ’而放電功率調節子系統223之輸出埠係操作式連結至電 負載200之輸入埠。雖然放電功率調節子系統223之主要功 能係於放電操作模式期間調節輸送給電負載細的電力（亦 即由混成放電/再充電頭總成6之各個負載放電胞元產生的 电力）仁放迅功率β周節子系統223有一種經程式規劃之操 作模式，其中跨電負載之輸出電壓以及跨任何特定放電胞 兀之陰極陽極(亦即胞兀)介面流動的電流係於放電操作 期間調節。此種控制功能係由系統控制器5管理，且可以 多财式以程式規劃選擇俾當多重元件及單-元件（亦即 未/刀即）金屬-燃料卡係根據本發明之原理放電時達成對電 負載200之最理想調節。 放電功率調節子系統223可使用功率、電壓及電流控 制業界眾所周知的固態功率、電壓及電流控制環路實施。 此種環路包括使用電晶體控制技術的可電力程式規劃功率 開關電路’其中一或多電流控制功率源可串聯連結陰極及 陽極結構’俾響應系統控制器5執行特定放電功率控制方 法產生的控制信號而控制流過其中的電流。如前文指示， 此種可電程式規劃功率控制電路也包括電晶體控制技術（ 例如MOSFETS)，其中-或多個電壓控制源可並聯連結陰 極及陽極結構’俾響應系統控制器產生控制信號而控制跨 本紙張尺度刺t目目家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐)
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525315 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 五、發明說明（51 ) 弟5 B 2圖中’ f c B模组1顯千枯γ m顯不使用脈衝輸出功率方法择 作’其中混成放電/再充電頭總成6 F! ^ ^ F1 兒于配置係與第5B1 S不 八中所示，個別放電胞元各自藉放電/ 再充電胞元開關控制器101控制，故各放電胞元順 全尺度功率脈衝，如此由於二活性放電胞元間有若干益效 間隔，故來自放電功率調節子系統223之輸入功率之 位準係高於正常放電電流。 包机 另外，經由於可變頻率及振幅對各放電胞元加脈衝， 可使功率輸出最大化或滿足各型負載條件。關聯各放電胞 疋之開關電晶體1〇〇也可於不同用途於不同電壓及電流產 生不同功率輸出位準。許多用途中’重要地須提高電壓輸 出，原因在於當輸出電壓增高時，輸出電流典型下降； 及、、二由產生較低輸出電流，關聯連結至FCB功率產生模 之電負載將有較少IR耗損以及熱散逸問題。 系統内部之系統控制1 如前詳細說明所述，系統控制器5執行無數操作俾於 放電模組發揮FCB系統多樣化功能。第3圖FCB系統之 佳具體實施例中，系統控制器5係使用程式規劃微處理α 實施，其具有微運算及控制業界眾所周知的程式及資料儲 存記憶體（例如ROM，EPR0M，DRAM等）及系統匯流排結 構。本發明之任何特定具體實施例中，須了解二或多— 控制器可組合俾進行FCB系統執行多種功能集合。全部 等具體實施例皆屬於本發明之系統之具體實施例。 充電子系統内部之輸入電源供應子 以 組 較 器 個微 — — — I—-l· — 1C. —丨讀 _ ϋ I n _1 n I 一δ，I ϋ ϋ ·ϋ ϋ ϋ ϋ I ^1 «ϋ I ΛΓ1 ϋ - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中關家標準（CNS)A4規格（ χ 297公爱 525315
五、發明說明（52) 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 舉例說明之具體實施例中，輸入電源供應子系統243 之主要功能係經由絕緣電纜線接收標準交流電力（例如於 120或220伏）作為輸入，以及將此電力以再充電操作模式 期間跨各個再充電胞元要求的調節電壓轉成調節後的直流 電力。對鋅陽極及碳陰極而言，於再充電期間要求跨各再 充電胞tl之開放胞元電壓為約2·2_2·3伏俾維持陽極元 件的電化學還原。子系統可使用業界眾所周知的功率轉變 及調節環路以多種方式實施。 统内部之再充電胞元輸入端配罟子 系統 如第5A圖所示，再充電胞元輸入端配置子系統244係 連結於FCB系統内部各個再充電胞元關聯的再充電功率調 節子系統245之輸入端與陰極_陽極對輸入端間。系統控制 器5係操作式連結至再充電胞元輸入端配置子系統244俾供 給控制信號用以於再充電操作模式期間執行其功能。 再充電胞元輸入端配置子系統244之功能係自動配置 FCB系統之電子致能再充電胞元關聯的輸入端（串聯或並 聯配置），故所需輸入（再充電）電壓位準係外加於含有需 要再充電的已經放電的燃料材料之再充電胞元。本發明之 既明例中，再充電胞元輸入端配置機構244可實施為一或 多可電控制功率開關電晶體1〇〇等，如第5B1圖所示，其 中再充電最理想化陰極元件及對應的陽極接觸元件係連結 至輸入功率調節子系統245之輸出端。此種開關操作係由 控制态101於系統控制器5之控制下進行，故放電功率調節 -------L---.1---- I I-----訂·----I---線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
525315 A7 B7 五、發明說明（53 ) 子系統245產生的所需輪出電 電的金屬燃料元件之再充電胞元。、載何有需要再度充 食屬-燃料卡再充雷+糸站& & 請 ^ ~電壓監視子 如第5A圖所示，再充電 Μ , , ^ 匕7°包壓監視子系統206Α係 ==Γ電胞元輪入端配置子系_以感測
的陰極及陽極結構之電壓位準。此種子系統也操 乍式連、、、口至糸統控制器5用以接 σ.— 要收毛揮功能需要的控制信 :。弟-具體實施例中’再充電胞元電壓監視子系統施A 有兩大功能：自動感測再充電模式期間跨各再充電胞元外 加的瞬間電壓位準；以及產生指示感測電麼之（數位）資料 ^虎用以由金屬-燃料卡再充電子系統3内部之資料捕捉及 處理子系統406债測及分析。
經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第-具體實施例中’再充電胞元電壓監視子系統2〇6a 可使用電子環路實施，該t子環路自適應於感測外加跨 FCB系統内部各個再充電胞元之電壓位準。響應此種偵測 的弘壓位準’電子壤路設計成產生指示感測得的電壓位準 之數位資料信號’供由資料捕捉及處理子系統4 〇 6制及 分析。容後詳述，㈣資料信號可由系統控制器5用於再 充電操作模式期間執行再充電功率調節方法。 鱼AAjt卡再充電·子系統jgj卩之再充電胞元雷流監視子 系統 如第5A圖所示，再充電陰極-陽極電流監視子系統 206B係操作式連結至再充電胞元輸入終端配置子系統 奶315
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白=充電胞元電流監視子系統細有兩項主要功能：（1 自動感測放電模式期m放 ’ 荷再充電胞元之陰極-陽極對之電4:成之各個載 ㈣狀“振巾H及（2)自動產 曰不感測得㈣流之數位f料錢心由金屬，料卡 充電子“ 3㈣之資料難及處理子I㈣6偵測及分 .發明之第二具體實施例中，再充電胞元電流監視-_可使用電流感測環路實施，該環路用以感測〉 /昆成放電/再充電頭總成流經各個載荷再充電胞元之陰極 〜極對的電流’以及產生指示感測得的電流位準之數們 枓信號。容後詳述，彳貞測得的電流位準可㈣統控制器」 於進行再充電功率調節方法，也對再充電後的金屬姻 卡之各元件或各子區段形成再充電條件史資訊槽案。 說明例中，第5A圖所示資料捕捉及處理子系命 (DCPS)406執行多項功能包括例如：⑴恰在金屬-燃料— 載荷於放電/再充電頭總成6内部之特定再充電頭之前識另 各金屬-燃料卡且產生其代表性金屬_燃料卡識別資料；（2 感測（亦即偵測）於該識別的金屬_燃料卡載荷於再充電面 總成内部期間存在於金屬姻4卡再充電子系統3内部之名 個再充電參數；⑺運算一或多個指示再充電操作期間; 生的金屬-燃料量之參數、估值或測量值，以及產生此禾 十所得麥數、估值及/或測量值之代表性金屬-燃料指今 資料；以及（4)於金屬-燃料資料庫管理子系統4〇4(可由》 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐
五、發明說明（55 ) 統控制益5存取）記錄感測得之再 得金屬-燃料指示及運异所 別的個別金屬m件/區交互_ 仙式期間識 知’此種由資料捕捉及處理子：文況明顯然易 料庫管理子系統404内部的資气可由^錄於金屬·燃料資 式使用包括例如：於再充電操種方 想化再充電部份或完全氧化的金屬__元件或區/取理 抽樣電操作期間’資料捕捉及處理子系統4〇6自動 抽樣（或捕捉）關聯組成前述金屬-燃料卡再充電子系统3之 系統之再充電參數的代表性資料信號。抽樣值編碼 、子糸統於再充電模式期間產生的資料信號内部作為 錢。根據本發明原理，再充電參數包括但非限於： m由再充電胞疋電壓監視子系統裏a監視的金屬-燃 料^特定金屬·漏元件或區’跨陰極及陽極結構產生、 元 的电壓，（u)沿例如由再充電胞元電流監視子系統诏監 視的金屬-燃料卡關聯特定再充電胞元’流經陰極及陽極 、=構之電流；以及（iii)前述再充電參數之任一種狀態持續 %間（△ Tr)。替代具體實施例中，其中額外參數感測裝置 係於FCB功率產生模組具體實施，額外感測的再充電參數 包括例如：各再充電胞元之陰極結構内部之氧飽和位準 (P〇2) ’係由陰極氧壓控制子系統監測，如申請人之國際 專利么告案第WO 99/18620號教示；沿載荷於特定再充電 胞兀之特定金屬-燃料元件，跨或接近陰極_陽極（亦即胞 )父界面的水份（仏0)濃度（或相對濕度），例如藉離子濃 五、發明說明（56) 彳子糸統監測’如申請人之國際專利公告案第购 9/18620號教示；於再充電操作期間藉溫度感測裝置測量 之再充電胞元溫度⑹，如申請人之國際專利公 99/18620 號教示。 〇 功率調節子 如弟5A圖所示，再充電功率調節子系統245之輪出璋 係知作式連結至再充電胞元輸入終端配置子系統冰之輸 入埠’而再充f功率調節W45m㈣操作式連 結Ϊ輸^電源供應子系統243之輸出埠。雖然再充電功率 6周即子糸統245之主要功能係調節再充電操作模式期間供 給金屬-燃料卡之電力，但再充電功率調節子系統w切 調節於再充電操作期間跨各個電子致能再充電胞元外加的 電壓以及流經陰極-陽極介面的電流。如第5βι圖最明白顯 不，此種控制功能係由子系統245内部之功率/電麼控制環 路120於系統控制器5的管理之下進行，且可以多種方式程 式規劃選擇俾達成根據本發明之多重元件及單一元件金屬 燃料卡結構之最理想地再度充電。—般而言，子“⑷ 可使用電控功率開關及電源供應電路，其令一或多個電流 控制電源可串聯連結電子致能再充電胞元之陰極及陽極結 構，俾響應系統控制器5執行特定再充電功率控制方法產 生的控制^號而控制流經其中的電流。 如第5B1圖所示，此種再充電功率控制方法可經由設 置充電電源140串聯連結低額定功率開關電晶體（例如 M0SFET)14m及各再充電胞元（21B，2細 設置於 五、發明說明（57) 此成頭6内部進行。如所示，各功率開關電晶體⑷係於系 統控制器5之控制之下由放電/再充電胞元開關控制器101 控制此外，一或多電壓控制源（例如M〇SFET)可並聯連 結再充電胞7L之陰極及陽極結構，俾響應系統控制器5或 其它於系統控制器管理之下的微控制器產生的控制信號而 控制跨其間的電塵。此種環路可組合且由系統控制器5控 制俾提供跨沿金屬·«卡配置之再充電胞元的功率（及/ 或電塵及/或電流）控制。 值仔注意者為前述使用小型充電電源14〇之優點為可 供給小量再充«流至個別再充電胞元，致能使用較薄、 幸父低成本且極小料充電最理想化陰極元件具有舰耗損 故具有較高效率。 、 ％ π卞咧即卞糸統24ί 要功月匕係使用下列任一藉方、本刺1 VL # # 载荷的金屬-燃料 卡配置的再充電胞元進行即時功率調節，亦即··⑴恆 =入功率/可變輪入電流方法中跨各陰極-陽極(亦 结構外加的輪人電流維持怪定，而流經其間的電 = 再充電卡上形成金屬氧化物呈現載荷條件改變 C流/可變輸入電塵方法，其中輸入各再充 :^之^維持恆定，而跨其間輸出的·允許響 :條件改變；(3)值定輸入電屢/恒定輸入電流方法，：中 塑4=跨各再充電胞元外力，以及輸入的電流皆 二:二：維持恆定;(4)怪定輸入功率法，其中於再 f各個再充電胞元外加的輪人功率響應載荷條件 297公釐） 本紙張尺度適用中國國家標準 再右+疋（5)脈衝輪入功率法，其中於再充電期間跨各 充笔胞兀外加的輪人功率加脈衝，而各功率脈衝之工作 :期係根據預設或動態條件維持；⑹怪定輸入電壓/脈衝 =入!流方法’其中於再充電期間輸人各個再充電胞元之 刖入^係維持M H再充電胞元之電流係以特定 :作週期加脈衝；以及⑺脈衝輸入電壓/恆定輸入電流方 其中於再充電期間供給各個再充電胞元之輸入功率加 脈衝而電流係維持恆定。 本發明之較佳具體實施例中，七種再充電功率調節方 法個別程式規劃人關聯系統控制器嫩⑽ 節法可以多種方式選擇包括例如，經由人工激勵』 勺開關或&钮’經由自動偵測於金屬·燃料卡裳置盘名 屬-燃料卡再充電子I统3間的交界面建立或偵測得的物泡 、電學、磁力及/或光學條件。 内部之寺 二燃料利用率 — — 具體實施例之FCB系统中，执罢壯嬰m 尔、、兄Tδ又置裝置用以於放電操作 期間自動管理金屬-姆料+访+ 2 萄人、、枓卡放电子糸統2内部的金屬-燃料 利用率。此種系統能力容後詳述。 放電操作期間，代表放電參數資料信號（例如 acd v ac d ，…’ P〇2d ’ H2od，Tacd ’ Ί)自動供給作為金屬-辦料 卡放電子純2内部的資料捕捉與處理子㈣_的輪入。 於抽樣及捕捉後，此等資料信號經處理且轉成對應資料元 體然後寫人資訊結構彻’如第6B圖所示。各資訊結構彻 525315
經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 包含一組資料元體，此等資料元體加時間戳記且與固定於 FCB系統内部載荷的金屬_燃料卡之獨特機器可讀式金屬_ 燃料卡識別符交互關聯（亦即連結）。然後各個加時間戳記 的資訊結構記錄於金屬-燃料卡放電子系統2内部的金屬_ 燃料貪料庫官理子系統308，例如隨後處理及/或於未來再 充電及/或放電操作期間存取。 如前述，各型資訊係於放電模式期間由資料捕捉與處 理子系統400抽樣及收集。此等資訊類別包括例如：（”跨 特定放電胞元之陰極_陽極結構放電電流量（U ; (2)跨各 放電胞元產生電壓；以及選擇性的參數例如（3)各放電胞 7G内部的氧濃度（p〇2d) ; (4)接近各放電胞元内部的陰極_ 陽極（亦即胞元）交界面的水濃度（H2〇d);以及（5)各放電胞 凡内部溫度（Taed)。由收集的資訊，資料捕捉與處理子系 統400方便運算⑴電流跨沿載荷於FCB系統内部的金屬-燃 料卡配置的放電胞元放電時間（△ Td)。 資料捕捉與處理子系統400產生的資訊結構係以即時 基準儲存於金屬-燃料卡放電子系統2内部的金屬_燃料資 料庫管理子系統308，且於放電操作期間可以多種方式使 用。 例如前述電流（iaed)及時間（△ Td)資訊分別以安培及小 時測量。測量值的乘積以AH表示，提供已經由沿金屬_燃 料卡配置的放電胞元放電的電荷（_Q)之約略測量值。如此 運算的AH乘積提供準確金屬-氧化物量，該量為放電操作 期間預期於任何特定瞬間形成於金屬-燃料卡的特—、 寸 或 ^------------κνιμν------------ (請先閲讀背面之注咅？事項再填寫本頁) 蠓
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兀件的金屬-氧化物量。 當用於有關金屬氧化及還原過程的過去史資訊時，金 屬^料卡放電與再充電子_及㈣分別㈣w ;料庫管理子系統3G8及_可考慮或㈣多少金屬餐料< 列如鋅）可由載荷的辞.燃料卡中用於放電（亦即產生電力) ’或存在有多少金屬·氧化物可料還原。如此此種資訊 :極為有用地進行金屬燃料管理功能包括例如決定沿特 疋金屬·燃料區或節段可利用的金屬-燃料量。 具體實施例中，金屬-燃料利用率係於金屬-燃料卡放 電子系統2内部使用申請人的國際專利公告案第W0 99/18620號所述金屬，料利用率管理方法管理。 賴間的放雷參數 該具體實施例之FCB系統中，系❹制器^使用於 =充放電操作期間收集的且記錄於咖“的金屬-燃 ;斗貝料庫官理子系統的資訊控制放電參數。 如第6A圖所示，設置於放電與再充電子系統2及3内 部及其間的子系統架構及匯流排讓系統控制器5可存取且 制記錄於金屬_燃料卡再充電子系統3之金屬燃料資料 庫官理子糸統4〇4内部的資訊。同理，設置於放t及再充 電子系統2及3内部及其間的子系統架構及匯流排致能系統 控制為5存取且使用記錄於金屬·燃料卡放電子系统2之全 屬碡料資料庫管理子系統的資訊。此種資訊及子播案 共享能力的優點容後詳述。 ;放電知作期間，系統控制器5可存取各型設置於放
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64 525315 A7 、發明說明（61 ) 電及再充電子系統2及3的金屬-燃料資料庫管理子系統内 P資汛。一項重要資说元體係有關沿特定時間瞬間（亦即 於各金屬-燃料元體（例如區段或區域）目前可利用的 金屬-燃料量。使用此項資訊，系統控制器5可決定沿金屬 •燃料卡的特定元件或區段是否有足量金屬燃料可滿足加 諸FCB系統的目前電力需求。沿金屬_燃料卡之一或多區 的金屬-燃料實質上已經由於先前的放電操作而被耗用， 而自從前次放電操作開始可能尚未再充電。系統控制器5 預先考慮各放電胞元内部的此種金屬_燃料條件。依據沿 土屬燃料卡偵測的金屬_燃料條件，系統控制器5回應如 下··連結金屬-燃料豐富放電胞元的陰極_陽極結構至放電 ^率调即子系統223之輸入端；以及當於電力負載細偵測 =低負載條件時，連結金屬.燃料耗盡的放電胞元之陰極_ 陽極、、口構至此種子系統。設置有監視於控制額外放電參數 裝置之系統具體實施例中，系統控制器進一步響應如下： ⑻當金屬燃料於特定放電胞元的存在量稀薄時，致能輸 运至對應陰極支持結構的氧量增高（被動或主動以及當 至屬-燃料豐昌存在於特定放電/再充電胞元時，致能輸送 至對應陰極支持結構的氧#降低（被動或主動），俾維持放 :/再充電頭6產生的電力；（出）當感測放電頭6溫度超過預 $閾值時控制放電頭溫度等。須了解於本發明之替代具體 貫把例中，系統控制器5可響應沿接受放電操作的金屬-錄 料卡之谓測條件而以不同方式操作。 本紙張尺錢财
------•卜！ .L---«--------訂---------線丨II! (請先閱讀背面之注咅？事項再填寫本頁) β 五、發明說明（62 ) 氣ik曼查支量 =具體實施例之FCB系統中，設置於再充電操作期間 =動管理金屬-燃料卡再充電子系統3之金屬-氧化物存在 1。此種系統能力說明進一步細節如後。 ，於再充電操作期間，再充電參數（例如。，¥—，队 H2〇r，Tr ’ Vaer/laer)之代表性資料信號自動提供給金屬_ 燃料卡再充電子系統3之資料捕捉與處理子系統傷作為輪 入於抽樣及捕捉後，資料信號經處理且轉成資料元體然 後寫入貧訊結構41〇(例如第叱圖所示)。如同收集放電參 數之例’各用於放電參數的資訊結構410包含一組資料元 體加上妗間滅圮且與附於FCB系統内部之金屬_燃料卡 的獨特機☆可d金屬_燃料卡識別符交互關聯（亦即連結） 。各個加時間戳記的資訊結構隨後記錄於金屬-燃料卡再 充電子系統3之金屬-燃料資料庫管理子系統4〇4内部，如 第5A圖所示用於未來再充電及/或放電操作期間維持、隨 後處理及/或存取。 如丽文說明，各型資訊係於再充電模式期間有資料捕 捉與處理子系統406抽樣及收集。此等資訊類型包括例如 ⑴％ FCB系統各個再充電胞元外加的再充電電壓；⑺ 跨各個再充電胞元供給的電流量I)及選擇性的參數例如 ⑺各個再充電胞元的氧濃度（p〇2r);⑷於各個再充電胞元 或其群集内部的陰極-陽極介面附近的水濃度（H2〇r);以 及（5)於再充電操作期間於各個再充電胞元或群集内部溫 度（Taer)。由此種收集的資訊，資料捕捉與處理子系統4〇6
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525315 ^ ^ ^ # ^ 1 ^ ^3 w…， 子系統404内部的資訊結構可㈣ U呆作期間以多種方式㈣。例如前述於 構了再充 獲得的電流（i 、再充电模式期間 小時測量。:;=1 T)f”、分別以安培及 Q)於再充積(AH)提供準確電荷測量值（-Q)於再充_作#„供给沿金屬_料卡配 = ::::運算所得AH乘積提供於再充電操作期間= =!Γ於所識別的金屬韻區段或區域已經產1 的準確金屬-燃料量。 度王 屬金屬氧化及還原過程的科史資訊時，金 ’、 甩與再充電子系統2及3之金屬_揪料 理子系統3G8及例分卿來考慮錢定«在有多少I； :化物(例如鋅-氧化物)用於沿金屬-燃料卡再充電(亦即由 轉變回鋅）。如此此物用於進行金屬_ = 1為有用’包括例如決定再充電操作期間各再充 電胞元内部存在的金屬·氧化物量。 一 a只％例中，金屬_氧化物存在處理可於金屬-燃 料卡再充電子系統3内部使用下述方法管理。 模式期問的A右， 電參數 义該^體實施例之FCB系、统中，系、統控制器5可使用先 刖充放電操作期間收集且記錄於FCB系統白勺金屬_燃料資 本紙張尺錢财關格咖⑽公豹
67 五、發明說明（64 料庫管理子系統及4()4之資訊自動控制再充電參數。 再充私操作期間，系統控制器5存取金屬-燃料資料庫 管理子系統404内部儲存的各種類型資訊。儲存於其中的 :項重要資訊係有關於任何特定瞬間沿各個再充電胞元目 則的金屬-氧化物存在量(亦即M〇At)。使用此項資訊系統 控制器5可決定何者區段存在有顯著量的金屬氧化物沈積 統 統 陰 元 用 須 的 士此、、、工由再充電胞凡輸入終端配置子系統2料連結對 應^充電胞元之輸入端至再充電功率控制子系統⑷的輸 入端’俾有效及迅速進行再充㈣作H控制器5於進 再充電操作前㈣考慮此種金屬·氧化物條件。依據系 放電胞元载荷的金屬-燃料元件之金屬-氧化物條件’系 扛制益5回應如下.連結金屬_氧化物豐富再充電胞元之 極-陽極結構至再充電功率調節子系統⑷之輸出端用㈣ 期再充電時間；以及連結金屬_氧化物耗盡的再充電胞 之陰極-陽極結構至再充電功率調節子系統⑷之輸出端斤 以以相對短期的再充電操作。於設置有監視與控制額外月 充电芬數之裝置的系統具體實施例中，系統控制器進一步 回應如後：⑹再充電操作期間大量形成金屬-氧化物之再 充电胞兀的陰極支持結構中，致能氧的抽取速率增高，以 及於再充電操作期間稀薄形成金屬_氧化物之再充電胞元 的陰極支持結構中，致能由其中抽取氧速率下降；㈣告 感測得溫度超過預定閹值時，控制再充電胞元溫度等/ 了解於其它具體實施例中’系統控制器5可響應沿载荷 王屬；U料卡特定區彳貞測得的條件而以不同方式操作。 297公釐） 本紙張尺度顏t (CNS)A4規格— 525315 A7 五、發明說明（65 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 主曼^具體實施例之操作方法 於完全組裝後狀態，使用者初步可將FCB模組丨載荷 入再充電單元501之托架500而完全再充電，再充電單元有 板上交流-直流電源供應，如第2八圖所示；或另外，當fcb 模組1配備有自動機構可平移金屬_燃料卡29介於其放電位 置（DP)與其再充電位置^^間（反之亦然）時，供給輸入電 源給FCB模組同時容納於主機裝置（例如7，8，9，1〇*u) 的電池儲存灣。前一例中，較佳於大半用途mFcb模組已 經由主機裝置取出後以人工移動金屬-燃料卡由放電位置 (DP)移動至再充電位置（RP)。後述例中，較佳將fcb模 留在主機裝置的儲存隔間内且使用低功率電機平移裝一 3 3 (如第9A至9E圖所示且容後詳述）自動位移金屬_燃料卡 29由放電位置移動至再充電位置。後述例中，所有典型要 求配置FCB模組用於再充電操作模式單純係附著交流_直 流變壓器370(第1圖）於交流電源的壁插座然後將直流電源 輸出插頭（1)直接插入設置於FCB模組外部的輸入電源插 座，如第1圖所示，或（2)插入設置於電力耗用主機裝置 部的輸入電源插座，如此致動初始化再充電操作。 僅供舉例說明之用，此種操作方法之平衡須假定其 FCB模組採用人工致動的金屬-燃料卡位移機構（如第丨及3 圖所示）；以及假定當進行再充電操作時FCB模組須由 機裝置實體移開。但須了解本具體實施例僅供舉例說明 用，於許多用途中，於放電以及再充電操作二者期間，fcb 模組將保持存放於電力耗用主機裝置的儲存隔間（或電池 組 置 外 主 之 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -I I! I I I 訂·1!!! > 69 525315 A7 B7 五、發明說明（66 ) 間）内；以及放電與再充電位置間金屬_辦料 用類似容後詳述的裝置以電機方式執行。 夕將使
=知方式，FCB模組係以人項人電主機 ^間（或電池間）’故FCB模組！之輸出功率终端触主子 ^置之輸人功率端建立電接觸（例如使用電接點建:， 二：使用電益業界可利用的其它手段達成)。此種配置 Ο如:載於放電/再充電頭總成6之放電胞元的金屬孔料€ :如辞）被氧化至電負載條件以及系統控制器採用的功率 匕制方法決定的深度時，FCB模組供電給其連結的電力負 载。州圖圖解指示於預定放電時間後，金屬-燃料卡達 成的範例放電狀態。 當沿載荷的金屬-燃料卡之金屬_燃料供給被耗用至最 :4值知|如系統控制器5進行的金屬_燃料管理程式決 定時’ FCB模組將要求再充電且點亮視覺指示燈來指示 FCB模組使用者此種情況。第2A圖所示具體實施例中， 例如係由主機裝置（如蜂巢式電話）取出fcb模組，載入第 2A圖所示再充電單元5心的托架以及人工 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 電配置f再充電位置達成。此種„動作造 載荷於FCB模組内部金屬_燃料卡沿其縱軸平移一段等於 一列放電最理想化陰極元件的長度’因而現在將各放電金 屬-燃料元件載入其鄰近再充電胞元内部，如第9c圖圖解 說明。此種配置中’冑荷於混成放電/再充電頭總成的再 充電胞元内部的放電金屬_燃料區以最理想方式再充電， 係供輸入電力給第5A圖所示子系統245，同時於系統控制 297公釐） 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 70 525315 A7 B7 五、發明說明（67 ) 以之控制之下電致能選定的再充電最理想化陰極元件。 再充電#作期間’系統控制器發送控制信號給子系统 =寺定再充電電流給某個要求特定電化學還原程度的 由記錄於金屬，料資料庫管理子系統_ 決值得注意者為，再充電操作期間，系 統控制器5作動微振動器35故以極小位移（例如各金屬-辦 ^區長度的-部份）沿縱軸自動往復（亦即振動）金屬-辦料 卡俾抑制再充電操作期間的樹枝石生長。沿金屬-辨料卡 縱軸的精碟振動振幅係依據多種因數決定包括例如. …再充電操作期間，載荷於再充電胞元内部的金屬·燃 料逼定區段或區係以最理想方式(亦即使用最理想再充 s机等）致動再充電’直到氧化金屬-燃料區完全還原為 第9D圖所不。祕振動器35產生的振動力引發金屬_ 料卡於再充電操作期間振動’振動力可由麼電晶體或電； 線圈連結於金屬-燃料卡29一端產生，同時陽極至陰極 離藉將金屬-燃料卡停放於位在金屬_燃料卡側面上的殼 支持軌荨結構上而保持怪定。 當再充電完成時，開關32返回其放電位置(Dp)如第 圖所示，然後FCB模組再度載荷於電主機的存放隔間。 種配置中’金屬-燃料卡係配置於第9A圖所示FCB模組. 準備-載荷條件的指示產生電力供給主機裝置。此種配置 中如上疋義之任何載荷放電胞元組合皆可視載荷條件要 求產生電力。如此使用放電胞元輸出端重新配置子系 (第5B2圖）’ -或多個已經載有金屬-燃料且被主動
電 : 訂 磁 體 9E 此 統 ^氏張尺度適时關家鮮（C_NS)A4規格（21〇一 297公釐） A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 關至操作的放電胞元可產生 .,^ 和出電力，小量電力έ且人 產生連結的負載200要求的不 电力、'且口 J %出电壓程度的淨輪屮 力。該具體實施例中，；P CB模纟Η H ^ 、、、、產生的輸出電壓可於FCB 权組載入主機裝置的電池存 夕/ m丄 ^間之珂由模組殼體外部的 夕位置式開關370選定，如第1圖所示。 主之第一 本發明之替代具體實施例中，輪出功率可經由對FCB 模組設置可自動感測主機系統產生的控制電壓(亦即指 要求的輸出電壓）的電路自動選擇，然後自動控制fcb 組的放電胞元輸出終端重新配置子系統2〇5而產生要求 壓。此種修改為了解本發明揭示内容之業界人士顯然易 五、發明說明（68) 示 模 電 知 第1及3圖所示FCB模組之第一具體實施例中，特別放 電及再充電陰極元件之空間配置顯示為兩行十六列陣列， 其中放電及再充電陰極元件交錯。另一種放電及再充電元 件的空間配置顯示於第1G及叩。但須了解大致依據所需 用途可接受任意樣式。 金屬-空氣FCB電力產生模組 第12A及12B圖中，顯示金屬-空氣FCB電力產生模組 1之第二具體實施例之細節。本發明之此另一具體實施例 中’來自FCB功率產生模組1的輸出電壓係經由下述方式 產生·⑴由各個放電胞元產生電流脈衝，（ii)供給此等電 流脈衝給步進向上型變壓器7〇1之一次線圈7〇1 A(7〇1B， 701C)而產生電壓，（丨⑴跨變壓器的二次線圈7〇1D產生步 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公釐） — — — — — — — i — — — — 訂· — — — — — — — I — 卜‘I . (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 72 525315
進=上的輸出㈣以及（iv)藉整流及低通濾波輸出電流而 凋即步進向上的輸出電壓。此係於第一具體實施例之 電力產生模組採用的電壓增壓技術顯著相反，其中各個放 電胞兀的陰極及陽極結構為電隔離，以&fcb模組產生的 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製
輸出電壓係經由配置各個此種放電胞元的輸出端為電串聯 及/或電並聯配置而產生。 如第12A圖所示，本發明之可再充電式FCB電力產生 杈組1之第二具體實施例的各方面類似第5a圖所示FCB模 組1但有下列例外：⑴放電胞元之陽極結構24係由未經圖 樣化或經過圖樣化的導電材料片維持於共通電位（例如接 地電位）實現；（2)離子傳導介質226為共用介質，如同FcB 模組1之例，鄰近放電及再充電胞元間無需離子隔離；⑺ 金屬_燃料材料195無需如第3圖之第一具體實施例要求逐 一胞元分節，而可為單片連續的金屬-燃料材料片；（4)單 一陽極接觸電極24可用來與金屬-燃料片建立接觸；以及（5) 免除FCB模組i使用的放電胞元輸出端配置子系統2〇5，取 而代之，其巾各放電胞元的陰極及陽極結構連結至放電輸 出電壓調節子系統223，示意說明其細節於第12B圖。 如第12B圖所示’纟電輸出電壓調節子系統223包含 •一開關電晶體100串聯連結各放電胞元（21A，226，195 ，24)之陰極元件21A以及步進向上變壓器7〇1關聯的一次 線圈7〇1A(7〇1B，7〇1C)-端1以於放電㈣期間於放 電/再充電胞元開關控制器101的控制之下由各選定的放電 胞元產生電脈衝波形·，二極體（D1)7G3跨各開關電晶體100 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 x 297公釐）
L --------訂---------線—一 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ' I 1 n ϋ n H ϋ n ^ .1 n n H I , 73 525315 A7 B7 五、發明說明（7〇) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 、…用以保濩開關電晶體不受關聯的一次線圈產生的高壓 尖峰（亦即高電壓電感變遷）的影響；二極體D2 704連結於 輸出變壓器70丨之二次線圈701D與低通濾波電容器（c)7〇5 間，用以整流由二次線圈701〇產生的輪出電壓波形；其 中電容器705形成的低通濾波電路以及電阻負載⑻濾出跨 電力負載（R)產生的步進向上直流輸出電壓波形中的高頻 信號成分，同時輸出電壓變壓器7〇1〇之電隔離的一次線 圈由脈衝電流驅動，該脈衝電流係由電開關放電胞元供給 多數一次線圈701八至7010 如第12B圖所示，關聯放電胞元之陽極元件連結至電 接地，如同輸出變壓器701之各個一次線圈7〇1A (7〇ib， 701C)般。又跨輸出變壓器之二次線圈7〇m產生的電壓以 及連結於變壓器的電負載R也顯示為電接地，如所示。值 得注意者為當各個放電胞元係由開關控制器丨〇丨供給關聯 的各個開關電晶體100的基極端之控制電壓切換成為操作 ^來自放黾胞元的輸出電流具有隨時間改變的振幅特性 。如此限流阻抗自然出現於放電胞元的串聯環路，如此限 制通過其中的電流，且提供防止電流過高超過功率開關 晶體100的額定值的措施。將選擇各功率開關電晶體的 作週期而控制供給輸出變壓器70丨之對應一次線圈的輸 電壓，以及將選擇其中的一次及二次線圈的繞線比而控制 跨二次線圈7〇1D產生的輸出電壓。整流二極體704及低通 濾波電容器705對跨電負載R之輸出電壓的影響通常為電 源供應構造業界人士已知。 電 工 入
74 525315 A7 五、發明說明（71 ) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 生模組 第13A及13B圖顯示金屬_空氣17(；^功率產生模組丨之 第三具體實施例。本發明之此—替代具體實施例中，來自 功率產生模組i的輸出電壓係以類似第二具體實施例 之FCB杈組1之方式產生，但激勵放電胞元產生的電流脈 衝係饋經輸出電壓變壓器707關聯的共通一次線圈7〇6。 如第13A圖所*，本發明之可再充電式fcb功率產生 模組之第三具體實施例之各方面類似第5A圖所示卿模 組，但有下列例外：放電胞元的陽極結構可實施為 持於共通電位（例如電接地）的導電材料之未經圖樣化或 樣化薄片；（2)離子傳導介質226為共用介質，無需如同 模組1於鄰近放電與再充電胞元間作離子隔離；（3)金屬_ 燃料材料195無需基於第3圖之第一具體實施例要求的逐一 胞元分解，因此可為單一連續金屬-燃料材料片；（4)單一 陽極接觸電極24可用來於金屬_燃料片建立接觸；以及（5) 免除FCB模組1使用的放電胞元輸出端配置子系統2〇5， 而代之，各放電胞元的陰極及陽極結構連結至放電輸出 壓調節子系統223示意細節顯示於第13B圖。 特別如第13B圖所示，放電輸出電壓調節子系統223 包含一開關電晶體1〇〇串聯連結各放電胞元（21A，226, 195 24)之陰極元件21A以及步進向上變壓器7〇7之關聯共通 一次線圈707A，用以於放電操作期間於放電/再充電胞 開關控制器101的控制之下由各個選定的放電胞元產生 脈衝波形；一二極體（Dl)703連結跨各開關電晶體1〇〇用 維圖 取電 元 電 以 --------訂---------線-L (請先閱讀背面之注咅？事項再本頁) 75 525315 五、發明說明（72) 保護開關電晶體不受共通一次線圈產生的高電壓尖峰之害 亦即高電壓電感變遷）；_:極體D2 7G4連結於輸出變壓 态707之二次線圈707B與低通濾波電容器7〇5間，用以整 流二次線圈707B產生的輸出電壓波形；其中低通濾波電 容器705濾出跨電負載R產生的步進向上直流輸出電壓波 形中的咼頻信號成分，同時輸出電壓變壓器7〇7的電隔離 一次線圈係由FCB模組之電開關放電胞元供給其中的2衝 電流驅動。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 如第13B圖所示，關聯放電胞元的陽極元件連結接地 ，如同輸出電壓變壓器707的共通一次線圈7〇7A般。又跨 輸出電壓變壓器707的二次線圈707B以及連結其上的電負 载R產生的電壓也參照電接地，如所示。值得注意者為因 各放電胞元係由開關控制器101供給相關各開關電晶體1〇〇 的基極終端的控制電壓切換操作，故來自放電胞元的輸出 電流具有隨時間改變的振幅特性。如此限流阻抗自然存在 於放電胞元的串聯環路，如此限制流過其中的電流，且提 供保護不會超過開關電晶體額定值的措施。各功率開關電 晶體的工作週期經選擇而控制供給輸出電壓變壓器7〇7之 一次線圈的輸入電壓，以及其中採用的一次及二次線圈繞 線比經選擇而控制跨二次線圈7〇7；6產生的輸出電壓。整 流二極體704及低通濾波電容器705對跨電負載尺之輸出功 率的影響通常為電力供應構造業界人士眾所周知。 主羞例之金屬-笔產生模組 弟14A及14B 1圖顯示金屬-空氣fcb功率產生模組1之 巧張尺錢财·_家鮮（CNS)A4驗⑽x 297公釐 525315 A7 B7
智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合
S 第四具體實施例之細節。本發明之此—替代具體實施例中 由FCB功率產生模组i的輸出電壓係由下列步驟產生：⑴ 使用開關電晶體100由各放電胞元生成電流脈衝，⑻供給 ^等電流脈衝給串聯連結開關電晶體⑽及放電胞元㈣ 感疋件（亦即感應線圈或功能相當裝置）7〇8俾產生步進向 上电£以及（⑴）调節關聯各放電胞元之電感元件川8產生 的步進向上的輸出電壓，調節方式係整流來自各電感元件 7〇8的輸出電流，組合整流後的輪出電流，然後使用並聯 連結輸出f負載R之相對大型輸出電容器7〇5進行低通濾 波。 ' 如第14A圖所示，本發明之可再充電sfcb功率產生 模組之第四具體實施例之各方面類似第5a圖所示KB模 組1 ’但有下列例外：⑴放電胞元之陽極結構實施為維持 於共通電位（例如電接地）之導電材料的未經圖樣化或經圖 樣化薄片；⑺離子傳導介質226為共用介質，無需如同fcb 模組1之例於鄰近放電及再充電胞元間作離子隔離：⑺金 屬-燃料材料195無需如第収第一具體實施例要求逐一 胞元分節，而可為單一連續金屬_燃料材料片；（4)單一陽 極接觸電極24可用來與金屬-燃料片建立接觸；以及（5)免 除FCB模組丨之放電胞元輸出端配置子系統2〇5，取而代之 ’各放電胞元之陰極及陽極結構係連結至放電輸出電壓調 郎子糸統223 ’示意顯示其細節於第mb 1圖。 如第14B1圖所示，放電輸出電壓調節子系統223包含 :一電感元件（例如感應線圈或功能相當裝置）7〇8串聯連 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格mo X 297公釐）
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M’OSFET型功率開關t晶體（Q1)1〇1(其射極係連結電 接地，而集極係連結至電感元件⑽，以及⑼各放電胞^ (21A ’ 226 ’ 195，24)之陰極元件21A用以於放電操作期 間於放電/再充電胞元開關控制器1〇1的控制之下由各電子 激勵放電胞元產生步進向上的脈衝電壓波形；一二極體 (Dl)709連結於各功率開關電晶體1〇〇之集極與電感元= 708間，以及於發送端連結至低通濾波電容器，如第 14B1圖所示，用以整流由各電感元件7〇8饋入輸出電容器 705產生的輸出電流信號；如此輸出電容器7〇5濾出跨電負 載（R)產生的步進向上直流輸出電壓波形的高頻信號成分 ，同時電感元件708係由關聯的電開關放電胞元供給的脈 衝電流驅動。 如第14B1圖所示，關聯放電胞元的共通陽極元件係 連結至電接地，如同各MOSFET型功率開關電晶體ι〇ι之 射極般。又跨並聯連結電負載尺之輸出電容器7〇5產生的 電壓也參照電接地，如所示。值得注意者為，因各放電胞 元係由開關控制器101供給關聯的各功率開關電晶體1〇〇^ 基極終端的共通電壓開關操作，故由放電胞元輸出的電流 具有隨時間改變的振幅特徵。如此於放電胞元之串聯環路 自然存在有限流阻抗，如此限制通過其中的電流且提供對 抗超過開關電晶體1 00的額定功率的保護措施。 第14B1圖所示增壓調節環路中，跨低通濾波電容器 705的電壓係高於FCB放電胞元產生的輸入電壓，因此定 名為增壓調節環路。為求簡化，最佳以並聯操作的個別
本紙張尺度適財目目家鮮(CNS)A4規格⑽χ297公釐）
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五、發明說明（75) 電路描述放電輸出功率調節子系統223的操4乍。第14]82圖 示意說明嵌置於第剛圖所示各放電胞元之個別增壓調 節電路。 各子組件增壓調節電路的操作可分成二模式。模式i 始於功率開關電晶體100(亦即Q1)於t=0被導通。升高的輸 入電流流經電感器L及電晶體(^。模式2始於當電晶體Qi 於t=tl被斷路時。流經電晶體的電流現在流過電感元件 (L)7〇8、輸出電容器（c)7〇5、負載（R)、二極體7〇9(亦即Dm) 。電感器電流下降至次一週期電晶體Qi再度被導通為止 儲存於電感器L的能量被移轉至負載R。操作模式1及2 的相當電路分別顯示於第14C1及14C2圖。電壓及電流波 形對連續負载電流顯示於第14D圖。 假設於時間ti，電感器電流由l線性升高至l2，則可 導出下列表示式： 、 此處 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製
+ AIL ^ 二 T (2) s 假疋電感器電流於時間t2由線性降低至，則導出下列 表示式： X-' 二-Lf 此處 規格⑽ χ 297 公爱） (3) 525315 A7 B7 五、發明說明（76 ) + AIL、二 (4) 此處ΔΙ二Ι^Ι為電感器L之峰至峰紋波電流。由方程式 及(3)， ΔΙ ϋ二Vs)t2 L L — 取代t广kT及h气i_k)T，此處丁為内容信號之開關電晶體α 的工作週期，獲得平均輸出電壓·· (5) 假没無損耗電路，vsIs==VsIa/(1_k)且平均輸入電流以卞述 表不式表示 ： k (6) 開關時間T由如下獲得： Τ t2 =专+昏微) ⑺ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 夸至峰紋波電流由如下表示式獲得·· (8) 或 ΔΙ
Vsk fL (9) 田功率開關電日日體為導通時，輸出電容器7〇5供給負載 €
本紙張尺度適用中ϋ家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公^ 80 五、發明說明（77)
容器電流為K 抓、、、工反t/1。於時間ti的平均（亦即激勵）電 、及輸出兒各為的岭至峰紋波電壓為 方程式（5)獲得ti =(Va戈)/Vaf且將ti帶入式⑽)獲得： △Vc
01) 或 △Ά (12) ^式（5)才曰7F ’子系統223採用的各增I㈣電路可經 m fcbm組之關聯放電胞元操作的功率開關電晶 -之工作週期k而單純步進升高輸出電壓。當同時激勵多 胞70時，個別㈣調節電路產生的輪出功率係以業 I已去方式JE聯組合。值得注意者為FCB^組的各增麗調 節電路之工作_k值係由控制器ι〇ι產生的控制信號控制 且供給關聯的功率開關電晶體之基極終端。又因來自各捭 壓調節電路的輪出電屢對工作週期㈣改變極為敏感，^ /貝對各。周即电麼電路設置功率控制業界已知的習知穩定措 施。 氣FCB功率產生模組 第15A及15B1圖巾顯示金屬·空氣FCB功率產生模組i 之第五具體實施例之細節。本發明之此代具體實施例 中來自FCB功率產生模組i的輸出電壓係由下列步驟產 525315 五、發明說明（78 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 ..用開關電晶體100由各放電胞元產生電流脈衝 ()么、、口电級脈衝給與開關電晶體100及放電胞元組合串 ^連了、的共通電感凡件7()9俾產生跨電感元件的步進升 :電以及㈣經由使用二極體剔產生的輸出電流整 周節跨共通嘗感疋件（例如感應線圈或功能相當裝置 ):〇9的步進升咼輸出電壓，及然後使用與輸出電力負載r 並聯連、=的相對大型輸出電容器705低通濾、波。 如第15A圖所不，本發明之可再充電式FCB功率產生 模組之第五具體實施例之各方面類似第5A圖所示FCB模 、、且1，但有下列例外：⑴放電胞元（21A，226，195，24) 之陽極、、Ό構係貫施為維持於共通電位⑽如電接地）的未經 圖樣化或經圖樣化導電材料片；⑺離子傳導介質226為共 通介質，鄰近放電及再充電胞元間無需離子隔離；⑺金 屬-燃料材料195無需如第3圖之第-具體實施例要求以逐 =胞7G方式分節，而可為單一連續金屬_燃料材料片；（4) 單-陽極接觸電極24可用來與金屬_燃料片建立接觸；以 及（5)免除放電胞元輸出端配置子系統2〇5，取而代之，其 :各放電胞元之陰極及陽極結構係連結至放電輸出電壓調 節子系統223，細節示意顯示於第15Βι圖。 如第15Β1圖所示，放電輸出電壓調節子系統223包含 ••雙極型功率開關電晶體（Ql)l〇〇，其集極係連結至一放 電胞元（21A，226, 195，24)之陰極元件21八，而其射極 係連結至共通電感元件709用於放電操作期間，於放電/再 充電胞元開關控制器101的控制之下，響應電子激勵放電 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公f ) ' ------— _ -82 - 請 先 閱 讀 背 面
訂 *
4 I
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經濟部智慧財產局員工消費合作社印製
^生的電流脈衝而產生跨電感元件7〇9之步進升高浙 衝電壓波形（參照電接地）；—二極體⑽斯連結於共缝 電感元件與低通渡波電容器7〇5間，如第㈣圖所示 ’用以整流電感元件產生的輸出電流信號饋入輸出電 谷如此輸出電容器7〇5遽出跨電負載⑻產生的步 進升南直流輸出電壓波形中的高頻信號成分，而共通電感 疋件係由電力開關放電胞元供給的脈衝電流驅動。 、如第15B1圖所示，關聯放電胞元之共通陽極元件係 連結至電接地。又跨輸出電感元件7〇9產生的電壓以及跨 輸出電容器產生的電壓也參照電接地，如所示。值得注意 者為，因各放電胞元係藉開關控制器ι〇ι供給關聯的各功 率開關電晶體100之基極終端的控制電壓而開關操作，故 來自放電胞7L的輸出電流具有隨時間改變的振幅特徵。如 此於放電胞元具體實施的串聯環路中自然:存在有限流阻抗 。如此限制流經其中的電流且提供保護不受超過開關電晶 體額定功率的保護措施。如第15B1圖所示，二極細如 係亚聯連結各功率開關電晶體副之集極及射極終端„ 關電，體HH)係串聯連結各放電胞元俾保護功率開關電晶 體不又共通輸出電感元件7〇9產生的高電遷變遷之害。 於第1细圖所示降壓·增壓調節環路中，跨低通濟波 電容器’5之電屢可低於或高於系統的各放電胞元產生的 輸入電壓，如此命名為降壓_增壓調節環路。*求簡化目 ，的’取佳就並聯操作的個別子電路來說明放電輸出功率調 節子系統223的操作。第_圖示意說明嵌置於第μ
本紙張 297公釐）
五、發明說明（8〇) 所示放電胞元内部的個別增壓調節電路。 各子組件_•增壓調節電路的操作可分 。於模式卜功率開關電晶體_(亦即Qi)被導通而二= 轉即Dm)被反相偏塵。升高的輪入電流 二： _及電晶體(Ql)。於模式2期間，電晶體心 、經電感器L的電流流經L，C，Dm及負載R。健存於带 感器L的能量被移轉至負載R，電感器電流下降至電曰體^ 於次一週期再度被導通為止。模式⑴的相當電路=辞 不於第⑽及⑽圖。降壓_增壓調節環路的穩態電壓及 電流波形圖對連續負載電流顯示第15D圖。 假定電感器電流於時間^由^線性升高至l2，導出如 下表示式：
AIL (13) 或 (14) 也假疋黾感為電流於時間由I線性下降至I丨，導出如下 表不式·
(15) 或
— AIL 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱) (16) 525315 發明說明（si ) 紋波電流。由式（13)及（15) 此處△ 1=1^1為電感器[的峰至峰 ’峰至峰紋波電流： 不 代入㈣及㈣耶，平均輪出電壓以下示表示式表
Vk k (17) 假定無損耗電路，VSIS=-V I τ 、^ s 山vsU/(i-k)以及平均輸入電 々宁L Is係以下示關聯平均輸出電流I :
Iak 一 k (18) 則開關時間T由下式求出：
T (19) 峰至峰紋波電流△ I以下式表 不 ΔΙ = fL^ (20) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 或
ΔΙ= fX (21) 當功率開關電晶體Q i被激勵（亦即導通）時，低通渡波電容 為C對t-h供給負載電流。低通滤波電容器的平均放電電 流為Ie=Ia以及電容器i之峰至峰紋波電壓以如下表示式 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 85 525315 A7 五、發明說明（82 出： ΔΥ C ί Icdt = c i1 = % (22) 方程式（17)獲得tl=Va/[(Va_Vs)f]以及式（22)變成： (23) △V = ...—
c (Va - Vs)fC 或 ΔΥ (24)
訂
如式（17)指示，子系統223使採用的各降壓_增壓調節 電路可單純經由調整控制FCB模組的關聯放電胞元操作的 功率開關電晶體之工作週期k而步進升高輸出電壓。當同 時激勵多個放電胞元時，各個降壓_增壓調節電路產生的 輸出電壓將以業界已知的並聯方式組合。值得注意者為各 降壓-增壓調節電路之工作週期k值係由開關控制器ι〇ι產 生的且供給關聯降壓-增壓調節電路的功率開關電晶體丨⑻ 之基極終端之控制信號控制。 主六具體實屬-空氣FCB功率產生模組 第16A及16B圖中顯示金屬-空氣FCB功率產生模組 1000之第六具體實施例。本替代例中，金屬-燃料卡6⑽於 放電與再充電操作期間未如同第3圖所示FCB系統以及前 文詳細說明般平移或以其它方式移動。反而如第16B圖所 不，第16A圖說明的混成放電/再充電頭總成6包含：一多 重元件金屬-燃料卡結構6〇〇具有一雙邊陽極接觸結構6〇1
本紙張尺度適时國國家標準（CNS)A4規格咖χ 297公爱T W15 A7 B7 五、發明說明（83 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 整合金屬-燃料卡本身的支持結構；一第一多重節段陰極 結構602支持放電最理想化陰極元件21八之空間配置，各 自有-陰極接觸終端603連結其上；一第—離子傳導層6〇4 '置於多重節段陰極結構6〇2與金屬_燃料卡結構_間； 第夕重即I又陰極結構6〇5支持再充電最理想化陰極元 件21B之空間配置，各自有一陰極接觸終端_連結其上 :以及-第二離子傳導層6G7設置於多重節段陰極結構6〇5 與金屬-燃料卡結構600間。 第16A圖之混成放電/再充電頭總成採用的雙邊陽極接 觸結構6G1有兩種功能，亦即：⑴經由複數放電胞元由上 表面致能金屬_燃料卡結構_放電，放電胞元係形成於金 屬-燃料卡結構_上表面的分節放電最理想化陰極元件 21A之空間配置與設置於其下表面之空間對應陽極接觸元 件_圖樣間；以及⑺藉複數再充電胞元由下表面致能金 屬-燃料卡結構600被再充電’再充電胞元係形成於金屬_ 燃料卡結構下表面上的分別放電最理想化陰極元件2工B之 空間配置與設置於其上表面之陽極接觸元件_之空間對 應圖樣間。 如第16B圖所示，於金屬-燃料卡6〇〇下表面的陽極接 觸元件608可經由沈積導電圖樣沿其下表面形成，此處於 放電操作期間希望沿金屬-燃料卡由特定金屬_燃料區收 電荷。連結於個別陽極接觸元件608供放電操作使用的 極接觸終端6K)於第16C圖以TADi指示，此處u放電胞 指標。各對關聯第i放電胞元的陰極接觸終端及陽極接
集 陽 元 觸 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐 五、發明說明（84) 終端以TDi及TADi指示且列舉於第16C圖。
同理如第16D圖所干，入e L 口所不，金屬-燃料卡上表面上 接觸元件009可經由y 1# 冬 由/口其上表面沈積導電圖樣形成，此 於再充電操作期間希望#认雷# 帀1仏給電何至沿金屬-燃料卡的特疾 金屬-燃料區。連社5伽心丨® ； Γ7 、 U個㈣充電最理想化陰極接觸元件 1B之陰極接觸終端6〇6於〗 ^ 一 口 M上⑴才日不，此處1為再 充琶胞元指標。連結於個職極接觸M6G9供再充電操 作期間使用的陽極接觸終端611於第㈣以TARi指示，此處 1為再充電胞元指標。各對關聯第丨個再充電胞元之陰極接 觸終端及陽極接觸終端分別以TRi及TARi指示且列舉 160圖。 、 值得注意者為於某些用途希望具體實施電機等機構％ 於FCB模組内部（如第9A圖所示）來致使金屬-燃料卡結構 於再充電操作期間進行沿金屬姻斗卡縱向方向的小型擺 盪運動。須了解燃料卡擺i裝置可安裝於咖模組内部因 此至屬燃料卡於再充電操作期間的微小擺盪運動不會干 擾模、、且内邛進行的其它功能。此種擺盪裝置可防止再充電 期間樹枝石的形成。於此種用途，金屬-燃料卡之微小移 動可藉系統控制器205控制。本發明之此項特色未示於第 16A及16B圖以防混淆本發明之放電/再充電頭總成的其它 特色。 實施例之金屬-空氣F C B功率產生模組 第17圖顯示本發明之FCB模組2000之第七具體實施例 ’其中陰極結構2〇支持兩種不同型陰極元件，換言之··第 88 本紙張尺度適用中國國家標準（CNs)A4規格⑵G χ 297公餐） 525315 A7 B7 85 五、發明說明（ 一型陰極元件21A係由具有無線容量空氣製成，用於恆速 放電操作；以及第二型陰極元件21 b係由具有有限容量的 NiOOH製成，用於高速/功率放電操作。所有其它方面， 第七具體貫施例之FCB模組係類似第3圖所示第一具體實 施例之FCB模組，如前文說明其進一步細節。 第17圖所示第七具體實施例中，於其陰極結構的空氣 陰極元件21A與NiOOH陰極元件21B的組合提供獨特金屬_ 空氣FCB杈組，具有下組特色：高放電能力；高尖峰功率 ;及使用NiOOH陰極元件之可再充電能力。空氣陰極元 件及NiOOH陰極元件於單一陰極支持結構與單一 fcb模組 的組合獲得高能密度。空氣型陰極元件以及Ni〇〇H陰極 元件21B(於高電流密度具有陰極及陽極的低偏極化）之製 法為業界-般已知。經由將兩種不同型陰極元件（亦即電 極）根據本發明之原理組合成為分節陰極結構，fcb功率 產生系統可達成高能密度而仍然具有良好的尖峰功率性能 特性。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 於怪速放電操作期間，空氣陰極藉系統控制器以電子 式開關操作俾透過與空氣中的氧氣之催化反應提供〇h。 當需要額外功率時，-或多Ni_陰極元件可由系統控 制器以電子式開關操作俾提供放電操作期間需要的額外： 率輸出。FCB模組之能量密度係依據整個fcb系統採用 NiOOH陰極元件對空氣陰極元件之比決定。 雖然於本發明之此一具體實施例之FCB模組使用^ 陰極元件進行再充電操作並不智，但較佳於再充電操= 525315 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（86 ) 間採用NiOOH陰極元件俾回復沿卡結構的辞金屬-燃料材 料原先狀態。如此於金屬_燃料卡完全放電後，>^〇〇11陰 極7L件21B用作為再充電電極俾再生/還原鋅氧化物成為金 屬鋅。 如此如本具體實施例，使用具有不同電氣特性的陰極 元件，可建構高性能可再充電式FCB系統而未採用任何雙 功能陰極元件。又因再充電操作係僅使用Ni〇〇H陰極元 件進行，故金屬-燃料卡可進行而未顯著劣化的放電/再充 電週期數係與NiOOH陰極元件本身的週期數等高，後者 通常超過5 0 0次。 吾體實施垄氣;FCB功率產 第1 8圖顯示本發明之FCB模組3〇〇〇之第八具體實施例 ，其中陰極結構20僅支持單一型陰極元件以及：放電最理 想化陰極元件21A僅用於放電操作。如此本具體實施例未 包括金屬-燃料卡再充電子系統3，如第5A所示。所有其 它方面，第四具體實施例之FCB模組係類似第3圖所示第 一具體實施例之FCB模組，如前文說明其進一步細節。本 發明之此一具體實施例中，各放電最理想化陰極元件大小 貫質上相等，或可相異俾產生於任何特定用途電力負載條 件要求的輸出功率的不同組合。由於並無再充電放電後金 屬-燃料卡的設備，故插入形成於第18圖所示FCB模組殼 體的孔口 15D之金屬-燃料卡於放電後將拋棄且以鋅金屬_ 燃料卡更換，如申請人之國際公告案第w〇 99/1862〇號教 示，併述於此以供參考；或另外如第19A及19B圖所示且 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 x 297公釐） 90
525315 A7 B7 五、發明說明（87 ^後詳述’於再充電單元或再«站再充電。 即所示，本發明之金屬_空氣再充電模組（亦 卡谁=再充電器_設計成可接納放電後的金屬-空氣 订、速有效充電隨後再供利用。如第刚圖所示，再 充^器的構造類似第3圖所示咖模組，但刪除第
不金屬-燃料卡放雷早I 陰極元件為且有垂1及陰極結構20的各個分節 …、有Λ貝上相等大小及厚度的再充電最理想化 =1件21Β ’但物理參數可因具體實施例而異。又因此 杈組設計成接收放電後的金屬_燃料卡進行再度充電，故 2嵌片⑼設置有孔口開槽15D，金屬_燃料卡29插入開槽 谷納於再充電模組内部接受再充電操作。 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 生前文揭示之本發明提供先前技術電池裝置採用的大面 積單節段陰極結構關聯的各種問題之一大解決之道。根據 本發明之電池建構方法涉及空間配置多數相對小型陰極元 件於-陰極支持結構上以及空間配置多數陽極接觸元件Z 一陽極接觸Tt件支持板上，其中各分節陰極元件係與陽極 接觸元件之一作空間排齊而形成放電胞元及/或再充電胞 兀，其係於FCB模組内部之胞元開關系統控制器控制之^ 使用固恶電晶體開關技術獨立激勵（亦即致能）。對各泸_
的控制可單純經由使用掃描方法監視放電或再充電期門凡 胞元電壓。跨各胞元的電壓經過量測及比較。若任何於-具有低於正常電壓值，則胞元開關控制器可經過運嘗決K 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 x 297公釐） 525315 A7
請 閱 讀 背 面 之 注 意 訂 a
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525315 五、發明說明（89 回㈣號而達成料控制因此獲得㈣—致的再充電且避 免樹枝石的生長。如此可延長陽極週期壽命。此點並非任 何大型陰極電«統所能達成，後者屬於先前技術電池系 統及裝置的特徵。 ’' 本毛月所提供之另一項優點係經由使用功率開關電路 以及電感元件結合設置於FCB模組之各個放電胞元，可產 生步進向上調節的輸出電壓用以驅動各型負載，同時大為 簡化FCB模組的構造。 雖然已經關聯金屬-空氣；PCB技術說明本發明之新穎 陰極及陽極構造、放電胞元及再充電胞元設計、以及功率 開關電路及電感元件配置的進_步細節，但須了解本發明 之此等系統、裝置及方法實質上可使用採用陰極及陽極結 構之任何類型電池技術實施，包括但非限於：鋰離子電池 技術；鎳-鎘電池技術；金屬-氫化物電池技術；鉛_酸電 池技術，氫燃料_胞元電池技術；個別皆為電池供電業界 眾所周知。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 雖然前文已經就金屬-燃料卡類型FCB系統等說明具 體貫施例之混成放電/再充電頭總成及陰極結構，但須了 解此種總成之結構方便於基於可再充電式Fcb功率產生系 統及模組具體實施，其中使用多執金屬燃料帶供應例如容 納於卡匣式裝置内部，如申請人之國際專利公告案第w〇 99/18620號之揭示。本發明之此種替代具體實施例中，金 屬-燃料卡匣可載入適當組構的基於FCB之功率產生模組 而供應燃料產生電力，同時探勘使用本發明之分節陰極結 93 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 525315 五、發明說明（9〇) 構所提供的多項優點。 前述本發日狀FCB“w於心給各型_、 及糸統包括但非限於攜帶型電腦、行 立攜帶型發電機、汽車系統等。 〜叫草機、孤 前文已經說明本發明之各方面細節，須了解野該 體實施例之修改對業界人士由本揭示内容獲益將顯然易明 。所有此等修改及變化皆視為屬於隨附之f請專利範圍界 定之本發明之精髓及範圍内。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 94 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 五、發明說明（91 元件標號對照 1…金屬-空氣燃料胞元電池系統 2…金屬_燃料卡放電子系統 3…金屬-燃料卡再充電子系統 4.··輸入/輸出控制子系統 5…系統控制器 6…放電/再充電頭總成 7.··蜂巢式電話 8·.·膝上型和掌上型電腦 9…電動工具 10…電力工廠 11…電動車 15…模組殼體 15A..·下殼體部 15Β_·.上殼體部 15C.··殼體末端嵌片 16Α-Β.·.凹部 17Α-Β…開槽 18Α-Β·.·印刷電路板 20…多重元件陰極結構 21Α···放電最理想化陰極元件 21Β.··再充電最理想化陰極元件 22…可透氣窗 23…多重元件陽極接觸結構 24·.·陽極結構 24Α-Β…陽極接觸元件 25-8…電連接器 29.._金屬-燃料卡 31Α-Β…開槽 32·.·可人工滑動之放電/再充電 選擇開關 33…電機金屬-燃料卡平移機構 34…發光裝置 35…壓電晶體或電磁線圈，微 振動器 36…功率終端 100…開關電晶體 101…基於微處理器之放電/再 充電胞元開關控制器 102…回授信號 120…功率/電壓控制環路 140. ··充電電源 141. ··功率開關電晶體 194Α-Β...凹部 195…金屬條 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210
X 297公釐） 525315 A7
經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 198…陰極元件支持板 200…電力負載 201…輸出功率終端 2〇3…系統控制器 205.··放電胞元輸出端配置子 糸統 206A...放電陰極-陽極電壓監 視子系統 206B...放電陰極_陽極電流監 視子系統 223…放電功率調節子系統 224···輸入/輸出控制子系統 224A-B···凹部 225…穿孔 226···離子傳導介質 226A-B…電解質浸潰長條 228…陽極支持板 228A...鎳線網 228B...線網片 229A-B…觸媒 230A-B··.電導體 231A-B…孔 233···金屬-燃料接觸支持平台 234...電導體 235A··.習知導體 235B.·.習知連接器 243.··輸入電源供應子系統 244.. ·再充電胞元輸出端配置 子系統 245…再充電功率調節子系統 300…縱開槽或孔 308…金屬-燃料資料庫管理子 系統 309···局部糸統匯流排 370…交流-直流變壓器 400.··資料捕捉及處理子系統 401…局部糸統匯流排 404…關係型金屬_燃料資料庫 管理子系統 405…局部系統匯流排 406·.·資料捕捉與處理子系統 407…局部糸統匯流排 410·.·資訊結構 500.. .托架 501，501A.··再充電單元 600…金屬-燃料卡結構 601…雙邊陽極接觸結構 602.·.多節陰極結構 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 96 525315 A7 B7 發明說明（93) 603...陰極接觸端 705...電容器 604...離子傳導層 706...共通一次線圈 605...多節陰極結構 707...輸出電壓變壓器 606...陰極接觸端 707A... —次線圈 607…離子傳導層 707B—二次線圈 608-9...陽極接觸元件 708…電感元件 610-1…陽極接觸端 709...二極體 701...變壓器 1 (K)0…金屬-空氣燃料胞元電池 701A-C... — 次線圈 電力產生模組 701D...二次線圈 2000，3000...燃料胞元電池模組 703-4____^極體 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -^1 1__1 11 ϋ et tmMm 11 -a— 1_1 I t In I l_i Hi ϋ _l·· 1 I Bp^ κϋ ϋ— ·ϋ i-i I ϋ MmmMm a— an —at in ϋ —ϋ ϋ ϋ ι 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 97
Claims (1)
- 525315申請專利範圍 智 局 員 工 消 多數陽極接觸元件空間排列 持板上， ⑽&極接觸元件i 其中各該陰極元件係於該陽極接觸元件之 間排齊，因而形成一放電及/或再充電胞元…使: -開關裝置於—胞元開關系統控制器控 勵（亦即致能）。 4 13·如申請專·圍第12項之電力產生模組，其中對各胞 兀之控制可經由於放電或充電期間使用掃描方法監視 胞几電壓，以及然後測量電堡且比較電墨與參考測量 值俾確定可進行特別選定的功率控制方法。 14. 一種金屬-空^，包含： -混成放電/再充電頭總成’具有—第—陰極元件 (亦即節段）陣列，其係設置於一共通支持基材上且最 理想化用於放電操作；以及一第二再充電陰極結構陣 =係設置於該共通支持基材上但最理想用於再充電 15·如申請專利範圍第14項之金屬_空氣FCB系統 — 步包含·· ' 一第一陽極接觸元件陣列設置成與第一陰極元件（ 亦即節段)陣列作空間排齊’因而產生第一多數放電胞 兀用於將金屬·燃料材料載於其内部且於放電操作期間 由其中產生電力；以及一第二陽極接觸元件陣列係設 置成與第二陰極元件（亦即節段）陣列作空間排齊，因 而產生第二多數放電胞元用於將放電金屬-燃料材料载 本’、、氏張尺度適用中國國家標準規格⑵“挪公爱）--------訂---------線！ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ^ I— I H · -n -ϋ ϋ 111.· ϋ i_i n · I 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 525315 A8 B8 C8 -- _— _™_ — 六、申請專利範圍 荷於其中’且於再充電操作期間供給電力至該材料。 16·如申請專利範圍第14項之金屬-空氣FCB系統，其中該 第及第一多數放電及再充電胞元係於一單元支持妗 構或次總成内部實施，以及各該放電胞元及/或再充電 胞可以電子方式控制俾於微處理器的控制之下進行 夕種功率、電壓及/或電流控制方法之任一者。 R如申請專利範圍第14項之金屬-空氣;?(：：]3系統，其中該 第一多數放電胞元以及第二多數再充電胞元係以仿馬 赛克結構形式作空間排列。 18·如申請專利範圍第14項之金屬_空氣fcb系統，其中各 忒放電最理想化陰極元件以及各該再充電最理想化陰 極元件係由程式規劃之微處理器開關作動（亦即激勵） 〇 设如申請專利範圍第14項之金屬-空氣咖系統，其中該 金屬-燃料卡可以人工或電機方式平移至其放電配置及 其再充電位置分別用於放電及再充電操作。 20. 如申請專利範圍第14項之金屬_空氣fcb系統，其中該 金屬-燃料卡係以電機方式強迫於再充電操作期間沿再 充電胞元縱軸，相對於再充電最理想化陰極元件^行 微位移俾抑制沿被再充㈣金屬％料元件或區域形成 的树枝石生長。 21. 如申清專利範圍第14項之金屬-空氣fcb系统，其係用 於插入及使用於一或多種耗用電力裝置，選自蜂巢式 電話、膝上型電腦系統、電動工具及汽車組成的組群 .--------義--------訂.1 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 線丨«· -^1 ϋ n I n n H ϋ ϋ ϋ I _101 525315申請專利範圍 .如申請專利範圍第14項之金屬-空氣FCB系统 ， 再充電最理想化陰極元件係於再充電操作沿、屬/ 燃料卡相對於陽極元件設置及振動俾造成陽極元件有 不同重新沈積方向，因而減少再充電操作期間樹枝石 的生長以及陽極形狀的改變。 23.如申請專利範圍第14項之金屬_空氣fcb系統，進一步 作 文放電的金屬·燃料結構（例如金屬·燃料卡）各檢索區 的金屬·燃料量’因此於再充電操作期間，唯有關聯 電金屬-燃料區的再充電最理想化陰極結構被電開關 動而致能此等金屬-燃料區的再充電。 24.如申請專利範圍第2丨項之金屬空氣FCB系統，其中該 金屬-燃料管理子系、統自動管理殘留於各被再充電之金 屬-燃料結構（例如金屬_燃料卡）各區之金屬氧化物量， 口此於放包操作期間，唯有關聯被再充電金屬-燃料區 之放電最理想化陰極結構被電開關作動而致能此等金 屬-燃料區的放電。 25·如申凊專利範圍第14項之金屬-空氣fcb系統，其中該 再充電最理想化陰極元件是使用可透氣結構實施，該 結構具有設置有極小尺寸的微孔之顯微結構。 26·如申請專利範圍第14項之金屬·空氣FCB系統，其中該 放電最理想化陰極元件具有對放電操作最理想化的顯 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 525315 C8 -----------__ 六、申請專利範圍 微結構。 27.如申請專利範圍第14項之金t空氣F(：b系統，其中各 4放電最理想化陰極元件可使用低功率額定半導體元 件產生非直流輸出，因而使用開關功率電路提高輸 電壓位準。 28· —種金屬-空氣!^1系統，包含： 一第一陽極接觸元件陣列可配置成空間對齊一第 -陰極7L件陣列，因而產生多數低功率放電胞元用以 載荷金屬韻材料於其中，以及於放電操作期間由其 中產生第一量電力；以及 一第二陽極接觸元件陣列可配置成空間對齊一第 二：極元件陣列，因而產生多數高功率放電胞：用以 載荷金屬_燃料材料於其中’以及於放電操作期間由其 中產生弟二量電力。 29.如申睛專利範圍第28項之金屬-空氣系統，其中該 低功率及高功率放電胞元係於一單元支持結構或次總 成内部實施，以及各該放電胞元係以電子式控制俾^ 放電操作期間於微處理器控制之下進行多種輸出功率 、電壓及/或電流控制方法之任一者。 30_ 一種金屬-空氣FCB系統，包含·· 一第一陽極接觸元件陣列可配置成空間對齊一第 -陰極元件㈣，因而產生多數低功率再充電胞元用 以載荷已經放電的金屬-燃料材料於其中，以及於放電 操作期間由其中產生第一量電力；以及 _--------訂---------線- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ϋ Bi ml mm— 一103 525315 A8 B8 C8 D8、申請專利範圍 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 一第二陽極接觸元件陣列可配置成空間對齊一第 二陰極元件陣列，因而產生多數高功率再充電胞元用 乂載何已經放電的金屬-燃料材料於其中，以及於放電 操作期間由其中產生第二量電力。 31·如申請專利範圍第30項之金屬·空氣FCB系統，其中該 低功率及高功率再充電胞元係於一單元支持結構或次 總成内部實施，以及各該再充電胞元係以電子式控制 俾於再充電操作期間於微處理器控制之下進行多種輸 出功率、電壓及/或電流控制方法之任一者。 32. 如申請專利範圍第29項之金屬-空氣fcb系統，其中各 該低功率放電胞元以及各該高功率放電胞元係由以程 式規劃之微處理器開關作動。 33. 如申請專利範圍第29項之金屬-空氣FCB系統，其中該 系統可以人工或電機方式平移至其放電配置及其再充 電位置分別用於放電及再充電操作。 34_如申請專利範圍第3丨項之金屬-空氣FCB系統，其中該 系統係以電機方式強迫於再充電操作期間沿再充電胞 兀縱軸，相對於再充電最理想化陰極元件進行微位移 俾抑制沿被再充電的金屬-燃料元件或區域形成的樹枯 石生長。 35·如申請專利範圍第29項之金屬-空氣FCB系統，組合多 個電力耗用裝置，選自蜂巢式電話、膝上型電腦系統 、電動工具及汽車組成的組群。 36·如申請專利範圍第31項之金屬-空氣FCB系統，其中該 巧張尺度_巾_家標準（CNS—21G χ挪公爱） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -訂-丨 -------線— * ' ϋ I ϋ 1 104 525315 六、申請專利範圍 再充電操作期間相對於系統的陽極元件 振動俾造成陽極元件有·重新沈積方向，因 =再充電操作期間樹枝石的生長以及陽極形狀的 ▽=請專利範圍第29項之金屬.空氣fcb系統，進—步 一金屬，料管理子“，詩自動管理殘留於接 受放電的金屬-燃料之各檢索區上的金屬_燃料量，因 此於再充電操作期間，唯有關聯放電金屬-燃料區的陰 極結構破電開關作動而致能此等金屬_燃料區㈣充電 訂 38. 如申請專利範圍第37項之金屬_空氣fcb系統，其中該 金屬-燃料管理子系統自動管理相關金屬-燃料陰極結 構各區殘留的金屬氧化物量，再充電後的金屬-燃料區 被電開關作動而致能此金屬-燃料區的放電。 39. 如申請專利範圍第31項之金屬_空氣FCB系統，其中該 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 陰極元件是使用可透氣結構實施，該結構具有設置有 極小尺寸的微孔之顯微結構。 40. 如申請專利範圍第29項之金屬_空氣Fcb系統，其中該 極元件具有對放電操作最理想化的顯微結構。 41. 如申請專利範圍第29項之金屬-空氣fcb系統，其中各 該陰極元件可使用低功率額定半導體元件產生非直流 輸出，因而使用開關功率電路提高輸出電壓位準。 42. —種FCB電力產生模組，包含： 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 105 525315 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 多數放電胞元； 多數基於電晶體之電力開關，各自連結至一放電 胞兀且係由一開關控制器控制；以及 一電感兀件配置有至少一放電胞元以及至少一基 於電晶體之電力開關用以產生步進向上之輸出電壓: 有一直流電壓成分及高頻信號成分；以及 一低通濾波電路，用以由步進向上之輪出電壓 出高頻信號成分。 43. -種由具有多數放電胞元之電池型電力產生模組供給 電力給-電負載之方法’該方法包含下列步驟： (a) 由各該放電胞元產生電流脈衝； (b) t、給電流脈衝給步進向上型電壓變壓器之一 線圈而產生電壓； ⑷產生步進向上之輸出電壓跨變壓器之二次線 :以及 ' ⑷經由整流及低通濾波由其中產生的輸出電流 調節步進向上之輸出電壓。 44. 如申請專利範圍第43項之方法，#中各該放電胞元巴 含-放電陰極結構，-陽極結構係由金屬_燃料材料形 成，以及-離子傳導材料設置於放電陰極結構與陽極 結構間，其中該放電胞元之陽極結構係經由維持於此 通電位(例如電接地)之未經圖樣化或經圖樣化之’、 材料片實施；以及其中該離子傳導介質為放電胞 共用介質而其間無需離子隔離。 濾、 次 圈 而 包 導電 元之 (請先閱讀背面之注咅？事項再填寫本頁) M--------訂-I 線丨· 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（210 X 297公釐_了 106 525315 六、申請專利範圍 处-種電池型電力產生模組，用以供給電力給一 包含： Ό 多數放電胞元係沿一支持基材設置； 給一電負載 多數電力開關元件用以由各職產生電流 脈衝； 一步進向上型輸出電壓變壓器具有至少一個 線圈以及至少一個二次線圈； 次 多數電導體用以傳導電流脈衝至步進向上型輸出 電壓變壓器之該至少—個-次線圈而跨該至少— 次線圈產生步進向上的輸出電壓，該步進向上的輸出 電壓具有隨時間變化的信號成分； 個二 消 一整流器用以整流由該至少一個 電流；以及 一低通濾波電容器用以實質上由步進向上的輸 電壓去除隨時間變化的信號成分，同時外加電負載舆 該低通濾波電容器並聯電連結。 46·如申請專利範圍第45項之電池型電力產生模組，其中 各該放電胞元包含一放電陰極結構，一陽極結構係由 金屬-燃料材料形成，以及一離子傳導材料設置於放電 陰極結構與陽極結構間，其中該放電胞元之陽極結構 係經由維持於共通電位（例如電接地）之未經圖樣化或 經圖樣化之導電材料片實施；以及其中該離子傳導介 質為放電胞元之共用介質而其間無需離子隔離。 47. -種由具有多數放電胞元之電池型電力產生模組供給 次線圈產生的 出 線 本紙張尺度剌巾目目家鮮（CNS)A4規格（27^__297公爱 107 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 A8 B8 C8 丄 '〜 _______D8__ ^ "電負载之方法，該方法包含下列步驟： (a) 由各該放電胞元產生電流脈衝； (b) 供給電流脈衝至一電感元件而產生一步 之輪出電壓跨該電感元件； d (C)整流由該電感元件產生的輸出電流而產生—整 流後之輸出電流具有隨時間變化的信號成分；以及正 ⑷使用-低通濾波電容器由整流後的輸出電流去 除大部份隨時間變化的信號成分’同時維持實質恆定 的輸出電壓跨-電負載，該電負載係與低通據波電容 器作並聯電連結。 48.如申請專利範圍第47項之方法，#中各該放電胞元包 3放電陰極結構，_陽極結構係由金屬_燃料材料形 成以及離子傳導材料設置於放電陰極結構與陽極 結構間，其中該放電胞元之陽極結構係經由維持於共 通電位（例如電接地）之未經圖樣化或經圖樣化之導電 材料片實施；以及其中該離子傳導介質為放電胞元之 共用介質而其間無需離子隔離。 49· 一種電池型電力產生模組，用以供給電力給一電負載 包含： 多數放電胞元係沿一支持基材設置； 多數電力開關元件用以由各開放電胞元產生電流 脈衝； 多數電感元件與多數放電胞元串聯電連結，各該 包感元件響應由放電胞元供給通過其中的電流脈衝產 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21Q_X挪公髮） ______ί ΙΓ··_____ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 111111 線丨·---- 108 525315 A8 B8 C8 D8 申請專利範圍 |<<濟部智慧財產局員工消費合作社印製 /進向上的電壓跨各該電感元件，各該步進向上 之電壓具有隨時間改變之信號成分； 至夕整流為用以整流由該電感元件產生的電流 ;以及 上-低通濾波電容器用以接收整流後的電流以及由 〜：向上的電壓實質上去除隨時間變化的信號成分 同^亥電負載係與低通濾、波電容器作並聯電連結。 5〇·如申凊專利範圍第49項之電池型電力產生模組，其 各该放電胞元包含一放電陰極結構，一陽極結構係 金屬-燃料材料形成，以及一離子傳導材料設置於放电 陰極結構與陽極結構間，其中該放電胞元之陽極結構 係經由維持於共通電位（例如電接地）之未經圖樣化 :圖樣化之導電材料片實施；以及其中該離子傳導 質為放電胞元之共用介質而其間無需離子隔離。 5=由具有多數放電胞元之電池型電力產生模 電力給—電負載之方法，該方法包含y列步驟： (a)由各該放電胞元產生電流脈衝； ⑻供給電流脈衝給與放電胞元作串聯電連&之 感元件，因而產生步進向上之„跨各該電感元：. ⑷:流：電感元件產生之輪出電流而產生整流後 之輸出電流帶有隨時間變化之信號成八·、 ⑷低通濾波整流後之輸出電流而去二 間變化之信號成分，同時維持實質二二隨 -電負載。 疋之輪出電壓 中 由 電 或 介 電 .時 跨 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) i 111111. •線！ 本紙張過用中國國家標準（CNS)A4規格⑽X 297公爱了 109 525315 A8 B8 C8 D8請 先 閱 讀 背 © 之 注 意 事 項 再 填 本 頁 訂
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