TW571453B - Electrochemical cell recharging system - Google Patents

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TW571453B
TW571453B TW091106968A TW91106968A TW571453B TW 571453 B TW571453 B TW 571453B TW 091106968 A TW091106968 A TW 091106968A TW 91106968 A TW91106968 A TW 91106968A TW 571453 B TW571453 B TW 571453B
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Aditi Vartek
Tsepin Tsai
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Evionyx Inc
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Description

571453
五、發明説明（D 本發明之背景 本發明之技術領域 本發明係論及—此+ 二化千-池，以及係特別論及一些 採用個別充電和欲電電極之電化學電池。 — 5 相關技藝之說明 電化學電源係—此I ^丄 二叮错由電化學反應透過彼等產生 電能之裝置。此等梦班γ 1 、且ίτ、包括一些類似鋅空氣和鋁空氣 池等金屬空氣電化學 孔電 專私池。某些金屬空氣電化學電池， 係採用一陽極，就# 6 ίο
fi合、、丁匕括一些饋入其原電池内及在放電期 間會湞耗之金屬顆刼 ,,„ A 、。彼寺金屬空氣電池係包括一陽極、 一空氣陰極、和一泰所 兒午貝。其陽極通常係由一些浸於電解 貝内之金屬顆粒所形士 ^成。其(¾極通常係包括一半透膜和一 用來還原其通常為氧夕气 、 虱之乳化劑的催化層。其電解質係一離 子導電而非電氣導電之材料。 15 彼等金屬空氧帝儿位； 死兒化學電池係具有數項優於傳統式立 基於氫之燃料電池的點。 八P办尸； 2 知' 3之，金屬空氣電化學電池所 才疋供之能I；供應，富命 纟^ y 事只上仏撕I弓盡的，因為其類似鋅等燃 料餘充裕，以及可以其金屬或其氧化物而存在。此外， 20 \ K力电氣 < 其他形式之能量，可被用來使該金屬 自其氧化物產物變換回至其金屬性燃料之形式。不同於傳 統式需要再充填之氫-氧燃料電池，彼等金屬空氣電化學電 池之燃料係可籍由電氣上之再充電而使恢復。此等金屬空 乱电化學電池之燃料可為固體之狀態，因而其係既安全又 谷易處理及儲存。與氫一氧氣電池相對照.，彼等係使用甲 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（2】〇χ297公釐） 烧、天然氣、或沒仆不4 γ 會散發”⑽，上、丨輯’而提供作為氫之來源，以及 污染之散發物。C:屬空氣電化學電池，則造成零 ^ ^ r ^ 、至&空虱電池，係在室溫下運作，而 料電池，典型地係在80。。至靖之範圍内的 料^(<0。彼寻金屬空氣電化學電池可傳遞較傳統式燃 科私池^.8观高之輸出電壓（1-3伏）。 電池之:二屬二虱電化學電池之一項主要障礙係有關其 後 亦A ，電能至化學能之變換，特別是在放電 :二：，化學能至電能之變換。理想上，其充電與再充 :=:上，應幾乎可逆，且具能量效益，以及對其電池 4極小可能會限制到電池之運作壽命的實質變化。 於因此，一般希望能提供—有效率及極小化電池組件劣 之可再充$式4化學電池和_可再充電系統。 本發明之概要 :先存技#之以上討論和其他問題與缺陷可被本發 學帝池ΪΓ裝置!"克服或減輕1中提供—可充電式電化 ::不統二此’τ'統係包括多數之電池中之每一電池 ^ _第—包杈、一弟二電極、和一在電氣上與第二 相之弟二電極。此電池系統可於_負載施加橫跨 I該等第-電極和第二電極所形成之放電電路間時放 電1電池可於m壓橫跨_由至少一第一電極和至 少-第三電極所形成之充電電路間時再充電。 .本發明之以上和其他特徵和優點，將可為本技藝之專 業人員，藉由以下之象細說明和諸圖而被理解。 571453 五、發明説明（3) 10 圖示之簡單說明 本务明數項其他優點和特徵，將可參照所附諸圖閱讀 下文之較佳實施ίΗ的詳細說明而臻明確，其中 第1(a)圖係〜使用單一電極供充電及放電運作用之電 化學電池的示意_ ; 第1(b)圖係一合併有一單獨供充電運作用之充電電極 的電化學電池之示意圖； =2⑷圖係^⑷圖中所⑽會之電池的符號表示圖； 料b)圖係第i(b)圖中所描繪之電池的符號表示圖；第3圖係概要顯示一典型之電池的放電及再充電； 第4圖係概要顯示一典型電池之系統的放電及再 電 15 20 第5圖係概要顯示—使用本說明書之結構和系統的 池之放電及再充電的電池； —第6圖係、概要顯示—些使用本說明書之結構和系統的 實施例之電池的放電及再充電； 第7圖係一使用本說明書之結構和系統的實施例之 池的再充電系統之範例性電路圖； 第8圖係概要顯示一使用本說明書之結構和系統的 一實施例之電池系統； /第9⑷及9(b)圖係概要顯示一使用本說明書之結構和 系統的又-實施例之電池的系統和放電與再充電之運作； 第1 〇圖係-使用本說明書之結構和系統的另一實施 例之電池的再充電系統之範例性電路圖； 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（2】〇X297公楚） 充 電 電 另
--------------------- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 丨 iix.:l ‘'i'-i,:., t___ -"·1 ,^------ 變:···:· :::44- r > "ΙΦ^'Γ. •-i T ~十 -11^^ 6- 571453 五、發明説明（4) ::444-- 10 15 20 第η圖係-可用於本說明書之 例中之變壓器的一個範例； °系統的各個實施 第12圖係多數可用於本說明 實施例中之觀的一個範例；而-構和系統的各個 第13圖則係-使用本說明書之結 施例之電池的並聯系統之範例性電路^。°糸統的另一實 較佳實施例之詳細說明 括多=ΠΓ電式電化學電池系統。此系統係 P之母—電池係包括：1-電極、一 弟一“、和一在電氣上與第二電極相隔離之第三電極。 此電池系統可於一負載施加橫跨—由該等第一妹和第二 電極所形成之放電電路間時复-橫跨一由至少一第—電極和第2可於施加一電壓 電路間時再充電。 L電極所形成之充電 兹參照諸圖，將說明本發明之―例示 晰計，諸圖中所顯示之相同特徵，將㈣同之參考數= 表示，以及他型實施例中 考數字來表示。 之射场t將以類似之參第1⑷圖係一電化學電池10(其中，此符號係表示在第 2⑷圖中）之示意圖，此電化學電池1G,可為-金屬氧氣電 池’其中’金屬係供應自_金屬陽極12(典型地—負電極）， 以及氧氣係供應至-氧陰極14(典型地_正電極）。此 極12和陰極14，在電氣上係藉由一隔板16彼此保持隔離， 以及係與其電解質保持離子導電。此電解質可為一驗性介 包 十t : . : :rx‘4f二% ..... I.莩----- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) Γ ,—Ύ k 4 ί Γ ...........訂....... ρ; 本紙張尺度顧巾酬緒準⑽)Α^Τϊ^97公釐) 571453
發明説明 質 ίο ^諸如-可供其陽極η浸沒之溶液。或者，該電解質可浸透進其陽極如可使形成於其隔板16 内。 在放電氣㈣，來自-氧化劑源（未示出）之氧氣係被 用作上述金屬空氣電池1G之空氣陰極14有關的反應劑。當 乳氣到達其陰極Η内反應點時，其將會連同水_起變換成 氫氧離子。㈣’電子會被釋放，而成為—在外電路内流 動之電流。此氫氧根將會行經其隔板16而到達其金 12。當此氫氧根到達其金屬陽極（在陽極12之情況中，舉例 :言係由鋅所構成）時，氫氧化鋅將會在辞之表面上形成。 氫氧化鋅將會分解成氧⑽，以及將會釋出水而返回至其 驗性溶液。此反應因而便算完成。 ——I…： (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) •*Tia .‘1--. ·τ"L__ --4τ , 15 其陽極反應為： Zn + 4GH* -> Zn(OH)^ +2e Zn(OH)f-> ZnO + H20+ 20H· .... (2) 其陰極反應為：） X〇2+H20 + 2e — 20H· (3) 因此，其總電池放電反應為：. Zn + 〇2 —> ZnO ⑷ 在再充電運作期間，其已消耗之陽極材料（亦即，氧化 20 之金屬），通常係與其陰極14形成離子接觸，而於施加一 電 4 本本恭.4 4 :f .4 4 4-41-,. I.A,- T'-"··;4*·, —^ -"7·^ ^ —y—-f—-T --- I — 4^^4 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210X297公釐） -8 - 五 、發明説明（6) 處(舉例而言，就金屬.空“ =與已消㈣她陶，可嶋成== 材料（亦即，金屬）和氧氣。 άa 12 任何傳統式有關金屬空氣或金屬氧氣 Γ之陽極。典㈣’其料供—包括金制粒和-離子 2:之可氧化燃料源。此外，-集電器亦係典型地設置來 與其陽極12形成電氣接觸，以促成對其之連接。此外’一 或多類似黏合劑或添加劑等額外之組成分’亦可選擇地納 10 15 ?較佳者為’其配方能最佳化其離子導電率、密度、和 放電總深度。 其金屬組成分可包括—些類似鋅、飼、鐘、鎮、二價 竭、紹等主要可氧化金屬，和至少前述金屬之一的組 :與合金。此等金屬亦可與一些包括但不限於鉍、銦、鉛' 汞、鎵、錫、鎘、鈒、铯、枚〜 ^ … 鎢鉻、釩、鍺、砷、銻、硒、碲、 t、寻組成分—起成為合金，和—些類似多聚糖和山梨糖醇 專添加劑。 其電解質逋常係由—鹼性媒質所構成，其中可浸沒其 陽極12。其最好有充分之電解質提供，藉以極大化其反： 和放電深度。該電解f通常可包括—類似随、㈣料 離子導電㈣'其他之㈣、或—至少-前述電解質媒質 之組合。 、 其供應至陰極Μ之氧氣可來自任何之氧氣源，諸如空 氣；精製空氣’·純粹或實質之氧氣，諸如來自一公用事業 供應商、區域系統供應商、或一現場氧氣.製造系統；“ 20 五、發明説明（7) 何其他處理過之 空氣 ° 其陰極14可為一傳統式空氣擴散陰極，其在可充電式 電池配置中，通常必須為—雙功能性電極。舉例而言，一 陰極通常可包括—活性組成分和—碳支撐體，連同適當之 連接結構’諸如一集電器。當然，以適當之陰極催化劑、 减劑、和配謂可得到μ之電流黯。其陰極14之雙 功能特性可料其在放電與再充電兩者運作期間均能發揮 功忐。一範例性空氣陰極，係揭露在i 9 9 9年十月8日提出申 10 15 請而頒授給Wayne Ya。和Tsepin Tsai之共同讓渡美國專利 申請編號第 G9/4 i 5,449號題名為,,Eleetr()ehemieal Electr〇de
For Fuel Cell”(燃料電池有關之電化學電極）的相互關連申 請案中’其整體將藉由參考而合併進本說明書内。然而， 依據其之性能能力’其他之空氣陰極可替代使用，此將為 本技藝之專業人員顯而易見。 其所使用之奴對此電化學電池環境最好呈化學惰 f生，以及可提供成多種形式，其包括但不限於碳片、石墨、 其他高表面積之碳材料、或至少前述碳形式之一的組合。 其陰極集電器可為任何在電氣上呈導電之材料，其要能提 供電氣導電性，以及選擇性地能對其陰極14提供支撐。此 集電為可成一網孔、多孔板、金屬泡沫材料、條帶、細線、 ^片、平板、或其他適當結構之形式。在某些實施例中， 其市兒為係多孔性的，藉以極小化氧氣流動之障礙。該集 兒為可由各種等i性材料來形成，其包括但不限於鎳、類 似不銹鋼等等之鍍鎳鐵金屬、和至少前述材料之一的組合 20 571453 五、發明説明（8) 二至。彼㈣*之集電器係包括類似錄泡沫金屬等多孔 -點合劑亦典型被用於其陰極14内，其可為任何能使 基質材料、咖、和催化劑黏合以形成一適當結構 二;斗此黏σ ^彳通常係提供適合黏合彼等稀釋劑、催化 口 # /或集^為之目地的量Q此材料對電化學環境最好 t化學惰性。在“實_巾，此黏合·料亦具有疏水 J性。彼等適當之黏合劑材料包括：以聚四氟乙烯為主之 10 15 1物和共聚物’（舉例而言，Teflon粉末或乳膠等，和特 r ’ I威爾明頓市之E.I.杜邦Nem〇urs公司市售之丁⑧ 丁以）、石黃酸（舉例而言，E丄杜邦Ν__公司市售之 财咖）、聚偏二氣乙稀（pVDF)、聚乙稀敦化物卿）、等 寻’和至少前述黏合劑材轉之一的衍生物、組合、和混合 物。 其活性組成分通常係一可促成其陰極14處 < 氧氣反 應的適當催化劑材料。此催化劑材料一般提供之量係適合 促成其陰極14處之氧氣反應。彼等適當之催化劑材料，係 包括但不限於：猛及其複合物、録及其複合物、翻及其複 合物、和至少前述催化劑材料之一的組合。 為要在電氣上使其陰極14與其陽極12相隔離，在此等 電極之間，係設置有上述之隔板16。本說明書之電池ι〇中， 此隔板16係佈置在其陽極12上面，而至少部份包含該陽極 組成分。此隔板16可為任何市售之隔板，其在電氣上可隔 離該等陽極Π與陰極H㈤a寺可容許此等陽極U與陰極Μ 20 B7 --- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 間，有充份之離子遷移。該隔板最好呈易曲性，以容納其 電池元件之電化學膨脹和收縮，以及對其電池化合物呈化 學惰性。彼等適當之隔板在設置之形式上，係包括但不限 5 於：針織、非針織、多孔性（類似微孔性或奈孔性）、網格 結構、聚合物薄；彳、等等。該隔板有關之材料，係包括但 不限於：聚烯烴（舉例而言，D〇w化學公司上市之Gelgard)、 聚乙烯醇（PVA)、纖維素（舉例而言，硝化纖維、乙酸纖維、 等等）、聚乙烯、聚醯胺樹脂（舉例而言，尼龍）、碳氟化合 物類樹脂（舉例而言，彼等有磺酸官能基之樹脂的Nafi〇n系 列產物，特拉華州威爾明頓市之杜邦Nem〇urs公司所售）、 玻璃紙、濾紙、和至少前述材料之一的組合。該隔板亦可 包括一些類似壓克力等複合物之添加劑和/或塗料，以使 彼等更具潤濕性，以及使電解質更易滲透。此外，該隔板 16可由一固態薄膜所構成，諸如說明於相互關連申請案 15 1998年九月17日提出申請而頒授給Wayne Yao .、Tsepin 丁sai、Yuen-Ming Chang、和 MugU0 Chen之共同讓渡美國專 利編號第 6，183·9 14 號題名為 ’’Polymer-based Hydroxide Conducting Membranes”（聚合物為主之氫氧化物導電薄膜） 中’其整體係藉由參考而合併進本說明書内；19 9 9年二月 20 26 日提出申請而頒授給Muguo Chen、Tsepin Tsai、Wayne
Yao、Yuen-Ming Chang、Lin-Feng U、和 Tom Karen之美國 專利申請編號第09/259,068號題名為，，SoUd Gel Membrane”（固體乳膠薄膜）中，其整體係藉由參考而合併進 本說明書内；2000年一月11日提出申請而頒授給Mugu〇 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） -12- 571453
五、發明説明（j :Γ
細線、平板、或其他適當結構之形式。在某些實施例中， 此充黾電極11 5係多孔性的，藉以容許離子傳遞。此充電電 極115可由各種導電性材料來形成，其包括但不限於：銅、 類似不銹鋼等鐵質金屬、鎳、鉻、鈦、等等、和至少前述 5 材料之一的組合與合金。彼等適當之充電電極，係包括類 似鎳泡沫金屬等多孔金屬Q 兮P、V、第和4圖，所表示係一單一電池（第3圖）和多數電 池（第4圖）有關之再充電和放電。在放電期間，其電流通常 會因其電化學反應自其陰極經由負載而·串列地流至其陽 極在再充笔期間’其電流通常係在相反之方向中流動， 自其弘流源至其陰極造成電化學反應，而使上述之金屬氧 化物轉換成金屬。 第5圖係表示一包括一充電電極之電池有關的再充電 和放電。在放電期間，其電流之流動係類似於一無充電電 15極之電池者。然而，在再充電期間，其電流係流綠其充電 私極和極。上述流經陰極之電流己較佳地被消除，因為 其冒造成其陰極結構之劣化，因而會降低其陰極和電池之 性能。 茲令S?、第6(a)-6(c)圖，所概要說明的是多數各包括一 20 充電電極之電池的放電和再充電之運作。第6(a)圖係表示 放私，其中之電、流係流過其i載和多數之電池。第6(b)圖 係表示一用以再充電該等電池之系統的一個實施例，其中 來自一充電裝置之電流，係施加橫跨其充電電極與陽極。 在再充電期間，其電流係與其空氣陰極相隔離，此係藉由 — ——" ___ 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Μ規格（210X297公釐) ""一"' -- -14- f請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) :·*-··-ί4*·^·* ¥ ' i*--^—i.. — ；^'.'.! V — ‘-;·Α·ι^~ ~~,τ·^1*^·j 571453 五、發明説明 12) 10 15 20 在—電池之陽極和其充電電極與另一電池之陰極間的單 極雙向可交換雷改，夾如 ，、 办罢士 ·一。來加以元欣。因此，當一開關係在一 j 巧逆接至一相鄰電池之陰極，以及此電路 ::置供玫電運作用。#此間闕係被切換至另一位置時， ^極係連接Μ料充電運作之第三電極。此等開關可 ^㈣統式可處理所教之電流和/或電壓的開關。彼 :…開關係包括但不隨：機械開關、半導體開關、 或分子（化學）開關。 在另一實施例中，以及兹參照第6(〇圖，此系統可提 仏一繼續之放電路徑。（舉例而言，在該等電池之間，並Α ΓΙ:關):每：電池係由一與其他電池相關聯之電塬相隔 :二:立電源以“。所以，在充電運作期間，並無電流 ::::陰極。此外’其放電路徑在充電運作期間，將依然 此保W接(舉例而言，與第6(b)圖中之系統相反，其中 放電路徑在充電期間係斷開的）。此外，分開充電可容許 L之母-¾池。在此_配置中，其放電路徑 、之交換電路的消失可使各個典型之開關或交換電路相關 W害為最小。此等損害包括該等開關之接點電阻所致 内電阻的增加、放電期間所產生之功率損失和熱量、和其 開關驅動機構相關聯之低效率。 —其分開之充電電壓（具或不具開關）可以—變壓器 容器、開關、電源供應器系統、微處理器系統、軟體\ 和至少前述裝置之一的組合之“，來加以完成。此外， 其隔離之充電電壓，係描繪為施加至各別之+、也其他3 之 電 ••·-·*-···-·*Λ ---^^7^-^--^^-^-^-^.^-_.;τ·Μ . “ *J、^ ,3 lil:p I fi — ^--1 —--I I___*·______— — — — — — .^ ^ Φ -H M M ^ ·Μ ·Η H ^ ^ 丨.4.^.^^-4^^ 冲.‘.,~4:y …-^^-^:4,-^^ r 1-—jv -1^.—y^—T 1^1 —*ί4ίτ-+ i ---Γ I Γ l· I Ί I I ΙΓ I ___ (請先閲讀背面之注意事項再填窝本頁) 、盯；............·▲ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（2]〇><297公楚） -15- 计劃可屬有利的，諸如將此分開之充電電壓，施加至彼等 成各種組合之電池組。個別和隔離之電池的充電之不同方 法’係_、示在第7、8、和9圖内。 10 ^參照第7圖，所例示係一採用個別和分開之充電電壓 不統的4池糸統7〇〇之實施例。此系統7〇〇係包括多數之電 池7〇2,其係包括一放電電極7〇4、—充電電極7〇6、和一負 兒極708。在放電運作期間，其電池7〇2可透過其放電電極 矛負私極708產生此里。在再充電運作期間，彼等分開 之電壓，係施加橫跨其充電電極7〇6與負電極7〇8，此並不 會影嚮到其放電電極704。 15 其分開之充電電壓係施加經過一電流變壓器之系 統’其最好為高頻高電流變壓器，而具有一單一初級繞組 7土12和多里透過—：極體7丨8與每__電池術相聯結之次級 繞組710。其初級繞組係受到一交換電力轉換器暨控制單元 m之驅動，後者可包括脈波寬度調變（pwM)控制電路和多 種交換轉換器拓樸分佈’其包括但不限於：返馳轉換器、 順向轉換器、推拉轉換器、半波橋接轉換器、全波橋接轉 換器、等等。在—實施例中，pwM電子電路係、被用來維持 其用以調節其適合每一電池之最佳充電的輸出參數有關之 適當工作週期。有—電源7_合至此電路，其依據其應用 例之電壓、電流、和空間限制，而可為Ac或dc。其一二 極體或整流器71 8係用來提供電流之整流方向性流動。 第8圖係表示成一隔離之充電系統8〇〇的另一實施 例。在放電運作期間’該等電池8〇2將會透過其放電電極_ 20 571453
和負電極808產生能量。 +
.JT. 卞丨"__ i * · i i i ^I ' ! I 啟，， 在再兄电逆作期間，彼等分開之電 (ΐ、地加橫路其充雷兩 > 、 …屯电極8()6興貝電極808，而與其他電 ''ft? ^ ^Jr cT；** Λ 池之放電電極804 相隔離。在此一系統中，每一電池之充 15 20 電，係受到一電池 __ ’兀 。ρ早元po之控制。此電池調節單元82〇 可〇括：各種類似p w 乜lpj也卞兒路之系統814;各種交 換車丁換為相橒公/击，甘， …1 /、匕祜但不限於：返驰轉換器、順向 車r換器、推拉，_ ϋ哭 、上、， χ+ 口口 ^ ΤΓ 半及橋接和換器、和全波橋接轉換 I % 11 (其可提供電池參數給外部監測電 路）’ PWM控制電子電路（以容許彼等充電參數能就最佳之 性能做調整）；軟體系統；微處理器系統；或任何至少前述 乐統之-所構成之組合。其電池調節單元_，係進一步包 括一麵合至其充電電極電路(亦即，其負電極808和充電電 極_之信號調節單元818。舉例^，此«調節單元 818可包括_或多之整流器、調整器、濾波器、等等、或 其之組合，以證實有向性和無雜訊之充電。其一單元Μ] 可提供回授給其電池參數和電池狀況之控制和監測電路， 係包括但不限於：充電電壓、電流、溫度、等等。此回授 電路係包括—可為光學或磁性之隔離電路。其一電源8 i 6 依據其應用例之電壓、電流、和空間限制，而可為ac戋 DC。 第9圖係顯示一交換電容器充電電路9〇〇。在放電運作 期間，該等電池902可透過其放電電極904和負電極9〇8而產 生能量。在再充電運作期間，彼荨電壓係施加橫跨其充電 電極906與負電極908，而與其他電池之放電電極9〇4相隔 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公楚） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) "^44 4 -¾ 如..X ” "·· 'h irt :l·; -l·.: L^.·· r.H :H. ' Μ; n·,r, Γ · -,*"^ J ”.·'-. 7 1 J ^ ^1^!! ! —.—i-'1*·4r —r
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15J 五、發明説明 充兒係在兩步驟中完成。在 係標識在一弟一步驟（在第9圖中 〈々U))中，敁等 係斷開的，” 一κ閉合的，以及彼等開關91〇 措u y其電源供應哭 + —第二步一、 一 916充電其電容器914。在 K在系9圖中係標識為 開的以及彼等間_俜閉μ二彼寺開關912係斷 電容器内之〜亡…’，因而可透過已儲存在其 充其雷電電對應之電池。此等步驟係在一適合 容器二:::：電其:峨之頻率下-再重複。其電 t Η* π 在&杯上仏基於一些包括但不限於充 包％間和交換頻率 10 15 或多一之… ”寺開關叫以2,可藉由_ 直查〜：控制裝置(未示出)來加以控制，誠如本技藝之 〜人貝所顯而易見。此等開關可為任何傳統式可處理所 二=流和/或電壓的開關。彼等適當之開關，係機械 開關和半導體開闕。 2】〇圖係例示彼等金屬-空氣電池用以充電之另一範 例2貫施例的系統丨000。在放電運作期間，每一電池1⑼2 如处過一放電電極1004和一負電極1008而產生能量。在再 充電運作期間，電壓係施加橫跨每一電池1002，其係透過 一充電電極1006和其負電極丨008，而與其他電池之放電電 極1004相隔離。其一單一初級繞組1012和多重次級繞組 1010的變壓器，係使用一低外形（維度）、高頻、和高電流 扁平變壓器模組來構成。一標識為FTI]2X2A-1B為加州科 斯拉梅薩之Flat Transformer Technology公司所售之扁平 Ιέ壓^，係基於此一目地而被使用。此變壓器數百仟赫之 頻率範圍内，係具有一 1至20伏及高達20安培左右之一輸出 20 571453
ίο 15 20 容量。一此種模組之構造係顯示在第u圖中，而為一變壓 器1109。一四個此種模組之組體，係顯示在第12圖中，其 中之個別變壓器丨209，係以適當之絕緣體124〇,在電氣1 使彼此隔離。其幻級繞組係缠繞過其多數變壓器12〇9之心 芯。其一整流為1(U 8可用以整流其次級輸出之波形。其變 壓器與整流器1018之組體’可封合在一屏蔽盒1〇2〇内，以 防止磁性干擾。其一振盡謂14，係包括若干定時器（舉例 而σ，LM)d：)疋k态），而作為一耦合至_M〇SFET 1〇15(舉 例而言，在糊K H Z之頻率下）之振盘器交換裝置。R4和R5 可控制其波形之工作週期，其復可控制其充電電流。一更 進一步之他型系統1300,係描繪在第13圖中。其多數之電 池1302係並聯排列。其放電電路在此電池^⑽之再充電期 間’係經由其再充電電壓源1350而保持連接，後者可包括 本說明書所㈣之任-系統（舉例而言，交換式、電源供應 器、變壓器、電容器、等等）。 以上述使用本說明書所說明之充電系統的充電系統 和電池’將可得到多種龍。其放電電極之壽命和可靠度， 可大幅增加’ Η為在再充電運作期間，電壓係極小地或更 好的是毫不施加橫跨其放電電極與負電極。隔離式充電， 可增加其充電效率，以及可容許一受控之電壓，施加橫跨 每一電池。在某些配置中，其開關之使用被極小化’此等 開關之接點電阻所致之内電㈣降低，其再充電和放電期 間所產生之熱量亦然’加上其開關驅動機構相關聯之低效 率亦然。此外，彼等分開及隔離之電壓的施加，可受到控 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) Α4規格（210X297公楚） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ::4善$4拉-i 44444444 :·*-··1-·f .r*.T 、τ 二···'. I ---^-^-^.斗—4|,?'?^ “-·**·咏从：.".,十：-^ φ Μ .··'r·4^'4~Ίυ^Γ 1 ^ Λ J! r·^·····'·.'"··: 1 "-K^ ，1^‘*-1 . ” 卜't'*. τ't I I I X I l I I r ^ Λ1 I r Γ • t u# 4 4 In · Η H -,.H .Λ · M. -- 4^--^1^ ^ ^ I 4^, T Γ * #·. h.r-'•. .^.. —^.ί^——^ ^1rIn i i -l a: i"""."h -19 571453 A7 ______B7___ 五、發明説明（η) 制’以及可被引導至一系統Η之某些電池或電池組。 雖然彼等較诖實施例’業已顯示及做了說明，在不違 離本發明之精祌與範圍下，將可製成其之各種修飾體和替 代品。因此，理應瞭解的是，本發明在說明上係為例示計 5 而無限制念。 元件標號對照表 1〇···電化學電池 816…電源 12…金屬陽極 8 18…信號調節單元 14…氧陰極 30 820…電池調節單元 10 16···隔板 822…回授單元 700…電池系統 900…交換電容器充電電路 702···電池 902…電池 704…放電電極 904…玫電電極 706…充電電極 35 906…充電電極 15 / 0 8 · · ·負電極 908…負電極 710···次級繞組 9 10…開關 712···初級繞組 9 12…開關 714···交換電力轉換器暨 914…電容器 控制單元 40 916···電源供應器 20 716…電源（AC/DC) i_·••系統 718…二極體或整流器 1QQ2…電池 800···充電系統 1004···放電電極 8 0 2…電池 1(306…充電電極 804···放電電極 45 10()8···負電極 25 806…充電電極 1010···多重次級繞組 8 0 8…負電極 1012···單一初級繞組 814··. PWM控制電子電路系統 1〇14···振盪器 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) Α4規格（210X297公釐） -20- 571453 A7 , B7五、發明説明（18)1015··· MOSFET 1018···整流器 1020…屏蔽盒 11 0 9…變壓器 5 1110··· S匝次級線和心芯 11U…輸出電感器 1209…變壓器 1210···絕緣體 12 1卜··初級繞組10 1240···絕緣體 13 0 0…系統 1302···電池 1350···再充電電壓源 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) Γ l· ^ h V ^ ί. ,*-^-.^1^·'« 1 t· ,1·*, Γ ' --4'"'··"-:: b'·':**··-> .·i"·-^·"十^4-^"'1+'~1"|---·* :"-·*-·-. 4;φ ,十.+^+^4 如"1. ’：肀-A-^-1—---**1· w ί^ι—^· ^ 中——1*--^τ —
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Claims (1)

10 15 20 2. 3. -種可充電式電化學電池 一第一電極； 第一電極；和 其係包括·· 雷 包虱上與第二電極相隔離之第三電極，其中之柘可於負載施加橫跨一由該等第一電極和第二電 雷^ ^成之放電電路間時放電，以及此電池可於施加〆 ”壓橫跨其第-電極與第三電極間時再充電。 申明專利軏圍第1項之可充電式電化學電池，其中之 第電極和第二電極在再充電期間係保持連接。 ，申請專利範圍第1項之可充電式電化學電池，其中之 第二電極係與橫跨在第-電極與第三電極^電壓相 隔離。 如申明專利範圍第3項之可充電式電化學電池，其中之 隔離係以、菱壓器、電源供應器、開關、電容器、或 至少前述裝置之一的組合，來加以完成。 5· —種可充電式電化學電池系統，其係包括： 多數之電池，每一電池係包括：一第一電極、一第 二電極、和一在電氣上與第二電極相隔離之第三電極， 其中之電池系統，可於一負載施加橫跨一由該等第一電 極和第二電極所形成之放電電路間時放電，以及其中之 電池，可於施加一電壓橫跨一由至少一第一電極和至少 一第三電極所形成之充電電路間時再充電。 6·如申請專利範圍第5項之可充電式電化學電池系統，其 中之第一電極和第三電極，在再充電期間係保持連接。
9? 5
10 15 20 .如申請專利範圍第5項之可充電式電化學電池系統，其 中再充電有關之電壓’係由一組或多組變壓器來施加。 8·如申請專利範圍第7項之可充電式電化學電池系統，其 中之反壓益係由—單一初級繞組和多數次級繞組所構 成。 9.如申請專利範圍第8項之可充電式電化學電池系統，其 中之初級繞組係由一電源來驅動。 10·如申請專利範圍第9項之可充電式電化學電池系統，其 中進v包括一耦合至其電源和初級繞組之交換式電 力轉換器。 1 1 ·如申凊專利範圍第1〇項之可充電式電化學電池系統， 其中之控制單元，係包括一振盪器。 12·如申明專利範圍第丨丨項之可充電式電化學電池系統， 其中之交換裝置，係包括一個1^〇81?£丁裝置。 13·如申請專利範圍第9項之可充電式電化學電池系統，其 中之電源係由一控制單元來加以控制。 H.如申明專利範圍第13項之可充電式電化學電池系統， 其中進一步包括一耦合至其電源和初級繞組之交換式 電力轉換器。 15·如申請專利範圍第13項之可充電式電化學電池系統， 其中之控制單元，係包括一振盪器。 16·如申請專利範圍第15項之可充電式電化學電池系統， 其中之交換裝置，係包括一個MOSFET裝置。 17·如申請專利範圍第8項之可充電式電化學電池系統，其 ;....Ι-Ϊ4·Ι·<* . :i""-^-卜一^-.^4 j _""^如^,!''''l·，裝-----—蠢 « 1 ΚΊ 六、申請專利範圍 5 10 15 20 中之每一次級繞組’係耦合至-第三電極。18.2晴專㈣圍第17項之可充電式電化學電池系統， 其中進一步肖枯_ 7-. 在至V 一對次級繞組與第三電極間 之二極體。19:申請她圍第17項之可充電式電化學電池系統， 八中進V包括一在至少一對次級繞組與第三電極間 之整流器。 20·如t晴專利範圍第5項之可充電式電化學電池系統，其 中&跨在其第一電極與第三電極間之電壓，係供應自 一電源。 21.:申凊專利範圍第2()項之可充電式電化學電池系統， 八中進一步包括一在此系統内之在電源與每一電池之 再充電電路間的電池調節單元。 22·如申請專利範圍第21項之可充電式電化學電池系統， 〃中之電池調節單元，係包括一交換式電力轉換器。 23·如申印專利範圍第21項之可充電式電化學電池系統，其 中之電池調節單元，係包括一電池參數監測器。 24·如申明專利範圍第21項之可充電式電化學電池系統，其 中之電池調節單元’係包括一信號調節系統。 25·如申請專利範圍第21項之可充電式電化學f池系統，其 中之電池調節單元，係包括一整流器。 26·如申印專利範圍第21項之可充電式電化學電池系統，其 中之電池調節單元，係包括一濾波器。 27.如申請專利範圍第5項之可充電式電化學電池系統，其 ^氏張尺度朝中關家標準（CNS) A4g^X29观）
中之電壓，係施加橫跨一具有電容器之再充電電路。 28·如申請專利範圍第27項之可充電式電化學電池系統，其 中之電谷器係輕合至一電源供應器。 29·如申請專利範圍第28項之可充電式電化學電池系統，其 中之電容器，係藉由一開關裝置之運作，由其電源供 應器來充電。 30·如申請專利範圍第27項之可充電式電化學電池系統，其 中之電容器，係經由一在此電容器與第一電極間之開 關和其在此電容器與第三電極間之開關，連接橫跨其 再充電電路。 31 ·如申請專利範圍第27項之可充電式電化學電池系統，其 中之電容器，係經由一第一開關，耦合至其第一電極， 以及其中之電容器，係經由一第二開關，耦合至其第 二電極，以及其中之電源，係經由一第三開關，耦合 至此電容器。 32. 如申請專利範圍第31項之可充電式電化學電池系統，其 中，第三開關之運作，第一和第二開關之運作，係基 於其電容器之充電和個別電池之充電而被最佳化。 33. 如申請專利範圍第5項之可充電式電化學電池系統，其 中之電池，係於一選擇性電壓施加橫跨一或多個被選 定之再充電電路而再充電。 34·如申請專利範圍第33項之可充電式電化學電池系統，其 中被選定之再充電電路，係基於多種充電要求而被選 定。 本紙張尺度通用宁國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐) 靡 一 25 8 8 8 8 ABCD 571453 六、申請專利範圍 35. 如申請專利範圍第5項之可充電式電化學電池系統，其 中之多數電池，至少有一部分係串聯排列。 36. 如申請專利範圍第5項之可充電式電化學電池系統，其 中之多數電池，至少有一部分係並聯排列。 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） 26
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