移動(dòng)的鋁-空氣電池功率系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明通常涉及鋁-空氣電池功率系統(tǒng)，更具體而言，涉及用于為移動(dòng)機(jī)器供能的鋁-空氣電池功率系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]鋁-空氣電池具有產(chǎn)生使移動(dòng)機(jī)器(例如，汽車)操作的功率的潛力。鋁-空氣電池消耗作為燃料的鋁陽極并具有超過慣用的電池技術(shù)(例如，鋰-離子電池)的能量密度。當(dāng)被用來為移動(dòng)機(jī)器供能時(shí)，鋁-空氣電池具有可比得上由內(nèi)燃機(jī)供能的車輛的行程。然而，鋁-空氣電池像許多常規(guī)電池一樣電力不是可再充電的。相反，鋁-空氣電池必須通過更換鋁陽極機(jī)械地再充電。通過在鋁-空氣電池中發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)將消耗的鋁陽極轉(zhuǎn)換成氫氧化鋁。產(chǎn)生的氫氧化鋁被收集并回收成鋁。該回收過程涉及加熱(即，煅燒)氫氧化鋁以形成氧化鋁，將氧化鋁與各種鹽混合，并通過電解將氧化鋁再生為鋁。
[0003]回收氫氧化鋁能夠降低鋁-空氣電池的整體成本。然而，回收過程的加熱(例如，煅燒)步驟要求大量能量。另外，即使鋁-空氣電池具有比慣用的電池技術(shù)更大的能量密度，限制鋁-空氣電池和相應(yīng)系統(tǒng)的足印對(duì)于空間受限移動(dòng)機(jī)器的應(yīng)用是一個(gè)挑戰(zhàn)。
[0004]Shaohua Yang和Harold Knickle撰寫一篇分析電動(dòng)車輛中的招-空氣電池的使用的文章，其被命名為“Design and Analysis of Aluminum/Air Battery System forElectric Vehicles”。該文章在 2002 年 Journal of Power Source 在 162-173 頁出版。該文章討論鋁-空氣電池的燃料成本和效率，以及回收過程。該文章將鋁-空氣電池與鉛/酸電池和鎳金屬氫化物電池比較。盡管該文章攻破了鋁-空氣電池的成本、效率和回收過程，但是它沒有提出用于減少用于氫氧化鋁回收的高能量需求或減小鋁-空氣電池系統(tǒng)的足印的解決方案。
[0005]本公開的鋁-空氣電池功率系統(tǒng)涉及克服上面提出的一個(gè)或多個(gè)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]在一個(gè)方面中，本公開涉及用于移動(dòng)機(jī)器的功率系統(tǒng)。所述功率系統(tǒng)可以包括被配置為在驅(qū)動(dòng)操作期間推進(jìn)所述移動(dòng)機(jī)器并在制動(dòng)操作期間產(chǎn)生電的牽引馬達(dá)。所述功率系統(tǒng)還可以包括連接到所述牽引馬達(dá)的鋁-空氣電池。所述功率系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括流體連接到所述鋁-空氣電池并被配置為使電解質(zhì)和由所述鋁-空氣電池產(chǎn)生的氫氧化鋁顆粒循環(huán)的回路。所述功率系統(tǒng)還可以包括連接到所述回路并被配置為從所述電解質(zhì)結(jié)晶并分離所述氫氧化鋁顆粒的結(jié)晶器。所述功率系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括被配置為加熱所述氫氧化鋁顆粒并產(chǎn)生從所述電解質(zhì)分離的氧化鋁的加熱室，其中，所述加熱室由在所述制動(dòng)操作期間由所述牽引馬達(dá)產(chǎn)生的電力供能。
[0007]在另一個(gè)方面中，本公開涉及操作用于移動(dòng)機(jī)器的鋁-空氣電池功率系統(tǒng)的方法。所述方法可以包括循環(huán)通過鋁-空氣電池的電解質(zhì)以去除由所述鋁-空氣電池產(chǎn)生的氫氧化鋁顆粒。所述方法可以進(jìn)一步包括從所述電解質(zhì)分離所述氫氧化鋁顆粒的至少一部分。所述方法還可以包括制動(dòng)所述移動(dòng)機(jī)器以產(chǎn)生電力并將所述電力轉(zhuǎn)換成熱。所述方法可以進(jìn)一步包括用所述熱加熱從所述電解質(zhì)分離的所述氫氧化鋁顆粒以產(chǎn)生氧化鋁。
[0008]在另一個(gè)方面，本公開涉及移動(dòng)機(jī)器。所述移動(dòng)機(jī)器可以包括車架(frame)，被配置為支撐所述車架的輪子，和被配置為驅(qū)動(dòng)所述輪子的牽引馬達(dá)。所述移動(dòng)機(jī)器還可以包括安裝到所述車架并連接到所述牽引馬達(dá)的多個(gè)鋁-空氣電池。所述移動(dòng)機(jī)器可以進(jìn)一步包括流體連接到所述鋁-空氣電池并被配置為使電解質(zhì)和由所述鋁-空氣電池產(chǎn)生的氫氧化鋁顆粒循環(huán)的回路。所述移動(dòng)機(jī)器還可以包括連接到所述回路并安裝到所述車架的結(jié)晶器，且其被配置為從所述電解質(zhì)結(jié)晶并分離所述氫氧化鋁顆粒。所述移動(dòng)機(jī)器還可以包括被配置為加熱由所述結(jié)晶器分離的所述氫氧化鋁顆粒以產(chǎn)生氧化鋁顆粒的電阻加熱線圈，其中所述加熱由在所述制動(dòng)操作期間來自于所述牽引馬達(dá)的電力供能。
【附圖說明】
[0009]圖1為示例性公開的移動(dòng)機(jī)器的立體圖；
[0010]圖2為用于圖1的移動(dòng)機(jī)器的示例性公開的功率系統(tǒng)的圖解說明；以及
[0011]圖3為說明操作圖2的功率系統(tǒng)的示例性公開方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]圖1示出移動(dòng)機(jī)器，具體是機(jī)車10。機(jī)車可以包括由多個(gè)支架(truck) 14(例如，兩個(gè)支架14)在相對(duì)端支撐的車體12。每個(gè)支架14可以被配置為嚙合軌道16并支撐車體12的基礎(chǔ)平臺(tái)18。任意數(shù)量的功率系統(tǒng)可以被安裝到基礎(chǔ)平臺(tái)18并被配置為驅(qū)動(dòng)包含在每個(gè)支架14中的多個(gè)輪子20。在圖1中示出的示例性實(shí)施例中，機(jī)車10可以包括鋁-空氣電池功率系統(tǒng)22和引擎24。功率系統(tǒng)22可以為主系統(tǒng)，而引擎24作為備用或次級(jí)功率系統(tǒng)。引擎24可以為任意類型的引擎，例如，柴油引擎、汽油引擎、或氣體燃料供能引擎。引擎24可以被耦合到被配置為將由引擎24產(chǎn)生的機(jī)械功率轉(zhuǎn)換成電功率的發(fā)電機(jī)。
[0013]每個(gè)支架14可以具有被配置為在其相對(duì)端支撐輪子20的兩個(gè)或多個(gè)軸26，以使輪子20和軸26—起轉(zhuǎn)動(dòng)。牽引馬達(dá)28，例如通過由功率系統(tǒng)22 (或引擎24)產(chǎn)生的功率驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)馬達(dá)，可以被連接到支架14的框架并被配置為通過軸26驅(qū)動(dòng)輪子20。每個(gè)牽引馬達(dá)28可以位于每對(duì)輪子20之間并由該對(duì)輪子20安裝在其上的軸26部分地支撐。
[0014]牽引馬達(dá)28可以馬達(dá)模式或發(fā)電機(jī)模式操作，在該馬達(dá)模式期間，牽引馬達(dá)接收來自于功率系統(tǒng)22(或引擎24)的電功率以推進(jìn)機(jī)車10，在發(fā)電機(jī)模式期間，牽引馬達(dá)28從制動(dòng)(例如，動(dòng)力制動(dòng)(dynamic braking))操作產(chǎn)生電功率。動(dòng)力制動(dòng)可以為在下坡斜坡上的機(jī)車提供比利用盤式或鼓式制動(dòng)器由機(jī)械或氣動(dòng)制動(dòng)提供的減速更平滑的減速。
[0015]圖2示出可以與機(jī)車10結(jié)合使用的鋁-空氣電池功率系統(tǒng)22的示意圖。功率系統(tǒng)22可以包括功率電路23、電解質(zhì)回路25、和回收回路27。功率電路23可以包括鋁-空氣電池30、牽引馬達(dá)28、和電阻器柵格62。在馬達(dá)模式中，鋁-空氣電池30可以驅(qū)動(dòng)牽引馬達(dá)28。在發(fā)電機(jī)模式中，由牽引馬達(dá)28產(chǎn)生的電可以由電阻器62消耗為熱和/或被回收回路27利用。電阻器62可以被配置以使由牽引馬達(dá)28產(chǎn)生的電功率的一些或所有(即，當(dāng)操作在發(fā)電機(jī)模式下時(shí))可以被路由到電阻器62并消耗為熱。電解質(zhì)回路25可以被配置為從鋁-空氣電池30去除廢產(chǎn)物。回收回路27可以與功率電路23和電解質(zhì)回路25交互以從電解質(zhì)回路25帶走廢產(chǎn)物并利用來自于功率電路23的電力開始回收過程。
[0016]功率電路23的鋁-空氣電池30可以包括鋁陽極32、空氣陰極34、和位于鋁陽極32和空氣陰極34之間的電解質(zhì)36。鋁陽極32可以由純鋁或鋁合金形成。例如，鋁陽極32可以為主要由鋁并結(jié)合例如錫、鍶、鎵等等的一種或多種其他金屬形成的鋁合金。
[0017]鋁-空氣電池30可以包括一個(gè)或多個(gè)鋁-空氣電池。多個(gè)鋁-空氣電池可以形成鋁-空氣電池堆或多個(gè)堆。鋁-空氣電池30從氧在空氣中與鋁的反應(yīng)產(chǎn)生電力。如本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的，因?yàn)橐坏╀X陽極通過與在陰極處的氧的反應(yīng)被消耗，電池將不再產(chǎn)生電力，因此鋁-空氣電池(例如，鋁-空氣電池30)不是電可再充電的。然而，通過例如重力自動(dòng)加料將新的鋁陽極引入到電池中來機(jī)械再充電電池是可能的。