混合金屬空氣系統(tǒng)和方法
【專利摘要】一種混合系統(tǒng)，用于通過(guò)金屬空氣電池生產(chǎn)電力并且用于利用在金屬空氣電池操作期間釋放的氫氣生產(chǎn)以電力、機(jī)械動(dòng)力或熱能形式的能源。所述混合電能系統(tǒng)包括至少一個(gè)金屬空氣電池和至少一個(gè)氫轉(zhuǎn)化單元。
【專利說(shuō)明】
混合金屬氣系統(tǒng)和方法
【背景技術(shù)】
[0001 ]在現(xiàn)有技術(shù)中已知鋁空氣電池。由于電池中鋁陽(yáng)極的腐蝕，這樣的鋁空氣電池效率遭到損耗。鋁空氣電池中的寄生腐蝕的另一個(gè)缺點(diǎn)是來(lái)自在電池的操作期間以氣體形式釋放的氫(H)的量的危害。這一過(guò)程消耗鋁而不放出電能，并且由于釋放出的氫氣造成潛在的危害。不生產(chǎn)電時(shí)，不期望的鋁陽(yáng)極的消耗較高，生產(chǎn)電時(shí)，不期望的鋁陽(yáng)極的消耗較低。
[0002]當(dāng)空氣中釋放的氫氣的相對(duì)量低或當(dāng)空氣中釋放的氫氣的相對(duì)量高且接近或等于100 %時(shí)，釋放的氫氣爆炸的危害通常低。在這兩種混合氣體的范圍中，空氣中氫氣的混合遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其燃燒點(diǎn)。在剩下的混合氣體范圍中，混合氣體高度可燃并且可爆炸。
[0003]將庫(kù)侖效率定義為這二者之間的比率:消耗并用來(lái)生產(chǎn)電力的鋁的量和消耗的鋁的總量(包括腐蝕的量)。
[0004]需要提高鋁陽(yáng)極的利用率并降低來(lái)自在鋁空氣電池操作期間釋放的氫氣的危害。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]公開(kāi)了一種混合電能系統(tǒng)，所述混合系統(tǒng)包括至少一個(gè)金屬空氣電池，用于生產(chǎn)電力，所述至少一個(gè)金屬空氣電池在生產(chǎn)期間釋放氫氣；以及至少一個(gè)氫能轉(zhuǎn)化電池，用于消耗至少一部分釋放的氫氣。所述氫能轉(zhuǎn)化電池可包括燃燒反應(yīng)堆，根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式，所述燃燒反應(yīng)堆可以是內(nèi)燃機(jī)或可包括燃料電池。
【附圖說(shuō)明】
[0006]具體指出并明顯地在本說(shuō)明書的總結(jié)部分請(qǐng)求保護(hù)稱作本發(fā)明的本主題。但是，可在閱讀下面的附圖時(shí)參照下文的具體描述最好地理解就組織和操作方法而言的本發(fā)明及其目標(biāo)、特征和優(yōu)點(diǎn)，附圖如下:
[0007]圖1為根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式構(gòu)建并操作的示例性混合電能系統(tǒng)的示意性方框圖；以及
[0008]圖2為根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式為混合金屬空氣系統(tǒng)選擇參數(shù)的方法的流程圖。
[0009]將理解的是，出于說(shuō)明的簡(jiǎn)化和清晰，圖中示出的元件不一定按比例繪出。例如，出于清晰，一些元件的尺寸可能相對(duì)于其他元件夸大。進(jìn)一步地，在合適的地方，可在附圖中重復(fù)參考標(biāo)號(hào)，以表明對(duì)應(yīng)的或類似的元件。
【具體實(shí)施方式】
[0010]在下面的具體描述中，為了提供對(duì)本發(fā)明的全面理解，陳述許多具體的細(xì)節(jié)。但是，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解的是，可在沒(méi)有這些具體細(xì)節(jié)的情況下實(shí)施本發(fā)明。在其他實(shí)例中，沒(méi)有詳細(xì)描述已知的方法、過(guò)程和組件，以便不會(huì)使本發(fā)明晦澀不清。為了使能源(energy，能量)損失最小化并且另外為了降低利用金屬空氣電池的系統(tǒng)中的能源單元的生產(chǎn)成本，例如可使用除了金屬空氣電池以外的其他設(shè)備利用包含在釋放的氫氣中的潛在能源，從而提尚系統(tǒng)的總體能源效率、總體成本效率或兩者效率都提尚，并且提尚系統(tǒng)的安全性。
[0011]參照?qǐng)D1，圖1為根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式構(gòu)建并操作的混合電能系統(tǒng)10的示意性方框圖?；旌舷到y(tǒng)1包括至少一個(gè)金屬空氣電池20，例如一個(gè)(或多個(gè))鋁空氣電池;至少一個(gè)氫能轉(zhuǎn)化單元30，以消耗由金屬空氣電池20生產(chǎn)的氫氣的至少一部分?；旌舷到y(tǒng)10可選擇地包括能源混合器/管理器單元40，以接收由系統(tǒng)20和30生產(chǎn)的能源并且在其輸出口19提供能源?；旌舷到y(tǒng)10可選擇地包括加壓器60，以對(duì)在電池20中生產(chǎn)的氫氣加壓?；旌舷到y(tǒng)10可進(jìn)一步包括能源控制單元50，該單元可至少與金屬空氣電池20和氫轉(zhuǎn)化單元30有效通信，并且可進(jìn)一步與能源混合器/管理器單元40通信，以便控制并管理混合系統(tǒng)10的能源生產(chǎn)并且使加壓器60控制從電池20傳輸至單元30的氫氣壓力。
[0012]在一些實(shí)施方式中，金屬空氣電池(例如，鋁空氣電池、鎂空氣電池，鋅空氣電池、硅空氣電池、鋰空氣電池等)20可在操作期間生產(chǎn)電力，所述電力被提供在例如出口 16(El)處。然而，金屬空氣電池20通常由于腐蝕而在陽(yáng)極處不期望地?fù)p耗總消耗鋁的1%-20%。因此，金屬空氣電池20可在電力生產(chǎn)期間生產(chǎn)并釋放氫氣，而不生產(chǎn)電力。根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式，在典型的鋁空氣系統(tǒng)中釋放的氫氣，例如從金屬空氣電池20流出到導(dǎo)管17中的氫氣，可至少部分被氫轉(zhuǎn)化單元30消耗以生產(chǎn)能源。氫轉(zhuǎn)化單元30可以是任何可由氫氣提供能源的能源轉(zhuǎn)化設(shè)備，諸如氫燃料電池或任何其他用氫氣可操作的足夠的能源轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，以便生產(chǎn)將提供至出口 18(E2)處的額外的電力，或者例如為兩沖程燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)提供能源，以生產(chǎn)機(jī)械能，或者燃燒氫氣來(lái)生產(chǎn)熱能等能源?；旌掀?管理器單元40可混合、整合或者一般而言管理由金屬空氣電池20生產(chǎn)的能源和由氫能轉(zhuǎn)化單元30生產(chǎn)的能源，以通過(guò)混合系統(tǒng)10提供能源。在一個(gè)示例性實(shí)施方式中，當(dāng)單元30是生產(chǎn)電力的燃料電池時(shí)，混合器40可并行混合來(lái)自電池20和單元30的電力。在另一個(gè)示例性實(shí)施方式中，當(dāng)單元30是燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，混合器40可將由金屬空氣電池生產(chǎn)的電力提供至電力消耗者，并且將由燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)的機(jī)械能提供至機(jī)械能消耗者?？商娲兀旌掀?0可將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能(例如使用發(fā)電機(jī))并且可進(jìn)一步并行提供這兩種電能。
[0013]在一些實(shí)施方式中，系統(tǒng)10可進(jìn)一步包括加壓器單元60，用于對(duì)金屬空氣電池20生產(chǎn)的氫氣加壓。加壓器60可將電池20中生產(chǎn)的氫氣的壓力增加到單元30要求的水平。加壓器60可包括壓縮器和閥門，所述閥門用于調(diào)節(jié)從金屬空氣電池20至氫轉(zhuǎn)化單元30的氫氣供應(yīng)。加壓器60可連接至定壓池(header tank)(沒(méi)有示出)，該定壓池充當(dāng)生成的氫氣的緩沖區(qū)。這可允許生成使用氫能轉(zhuǎn)化單元30中的氫氣的正確條件。
[0014]如圖1所見(jiàn)，根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式，能源可以是提供至金屬空氣電池20的鋁，例如作為一大部分，直到鋁完全耗盡，如箭頭12所示。混合系統(tǒng)10可進(jìn)一步提供有來(lái)自周圍空氣中的氧或者富氧的空氣，這是金屬空氣電池20和氫轉(zhuǎn)化單元30所要求的。
[0015]在一些實(shí)施方式中，氫能轉(zhuǎn)化單元30可消耗大致所有由金屬空氣電池20生產(chǎn)所釋放的氫氣，從而將空氣中釋放的氫氣的濃度降低到氫氣爆炸點(diǎn)以下，也就是低于4體積百分比的氫氣。可選擇或設(shè)計(jì)氫單元30使其可以以所計(jì)算的將從給定的金屬空氣電池20釋放出的氫氣的量來(lái)操作，期望在任何給定的操作時(shí)間或任何給定的工作點(diǎn)的釋放的氫氣的全部范圍內(nèi)可適當(dāng)操作，因此確保在金屬空氣電池20操作的整個(gè)范圍內(nèi)的可操作性。對(duì)于給定數(shù)目的金屬空氣電池，可選擇相應(yīng)數(shù)目的氫能轉(zhuǎn)化電池30，以允許由實(shí)際上從諸如金屬空氣電池20的金屬空氣電池中釋放的氫氣的量提供燃料的氫轉(zhuǎn)化單元(諸如氫轉(zhuǎn)化單元30)的廣泛的可操作范圍。在一些實(shí)施方式中，氫能轉(zhuǎn)化電池30可適于將釋放的氫氣轉(zhuǎn)化為可消耗的能量。可采用氫能轉(zhuǎn)化電池30生產(chǎn)以下形式能源中至少一種形式:電能、熱能和機(jī)械能。例如，氫能轉(zhuǎn)化電池30可以是生產(chǎn)電力的氫燃料電池、生產(chǎn)機(jī)械能或熱能的燃燒反應(yīng)堆(例如氫氣燃燒發(fā)動(dòng)機(jī))和/或任何其他氫氣可操作能源轉(zhuǎn)化設(shè)備。
[0016]在金屬空氣電池陣列的操作期間釋放的氫氣的量(也就是鋁空氣電池的反庫(kù)侖效率(columbic inefficiency))取決于各種參數(shù)，諸如消耗的電流大小、電池的溫度等?？筛鶕?jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式調(diào)節(jié)金屬空氣電池的操作參數(shù)的選擇、氫能轉(zhuǎn)化單元的類型和容量(capacity)及其操作參數(shù)的選擇，以便得到可獲得的最高能源效率，也就是理論上在金屬空氣電池中消耗的鋁中可獲得的能源(energy)中產(chǎn)生的能源的最大量Εο。將要注意的是，根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式操作能源系統(tǒng)以獲得最高能源效率可導(dǎo)致這樣的操作情況，這些操作情況提供可獲得的最高能源效率但導(dǎo)致非常高的能源成本。例如，在第一能源單元中，使用純度為99.999%的鋁AL(5N)可提供額外5%的能源效率，但其成本是純度為99.99%的鋁AL(4N)生產(chǎn)成本的兩倍，這是由于使用純度較低的鋁會(huì)形成較大量的腐蝕和較大量的氫氣的釋放。
[0017]鋁空氣電池通常在0.9-1.3伏特的電壓下操作。對(duì)于給定的溫度，增加電流吸入(current draw)會(huì)降低電池電壓并增加腐蝕，而減少電流吸入會(huì)增加電壓并增加腐蝕。在給定時(shí)刻的總金屬空氣電池效率由以下等式給出:
[0018](Deff1=(庫(kù)侖效率)X (電池電壓/2.71)
[0019]其中，2.71是鋁空氣電池的理論電壓(對(duì)于除了鋁之外的其他金屬，可使用不同的理論電壓)。當(dāng)使用氫燃料電池消耗從鋁空氣電池釋放的氫氣時(shí)，總混合電能系統(tǒng)效率由以下等式給出:
[0020](2)#5=(庫(kù)侖效率0(電池電壓/2.71) + (1-庫(kù)侖效率)\(氫轉(zhuǎn)化單元效率)
[0021]因此，增加氫轉(zhuǎn)化單元可意味著以更低的有效條件(例如更高的電壓、更多的腐蝕)運(yùn)行諸如鋁空氣電池的金屬空氣電池并采用額外的氫氣，從而使得總混合電能系統(tǒng)效率增加?？刂破?，諸如控制單元50，例如可通過(guò)控制/改變金屬空氣電池的吸入電流或溫度，計(jì)算總混合電能瞬時(shí)效率并相應(yīng)地改變金屬空氣電池的操作參數(shù)。操作參數(shù)中的一些可以由控制器50控制。在一些實(shí)施方式中，可控制參數(shù)可包括以下參數(shù)中至少一個(gè)參數(shù):吸入的電流、金屬空氣電池中電解質(zhì)的溫度以及混合電能系統(tǒng)總電壓。在一些實(shí)施方式中，控制單元50可通過(guò)例如控制加壓器60控制傳輸至氫能轉(zhuǎn)化單元的氫氣的壓力。
[0022]一些操作參數(shù)可不由控制單元50控制，例如，包括在金屬空氣電池中的金屬電極純度。例如，金屬空氣電池20可消耗具有小于99.999%純度的金屬電極，例如純度為99.0 % -99.99 %的鋁，而由于合理利用生產(chǎn)的氫氣，混合電能系統(tǒng)的效率將會(huì)很高。
[0023]在一些實(shí)施方式中，包括在系統(tǒng)10中至少一個(gè)金屬空氣電池20和至少一個(gè)氫能轉(zhuǎn)化電池30的操作參數(shù)可以使得金屬空氣電池效率小于預(yù)定的最佳效率，而混合電能系統(tǒng)效率高于預(yù)定的最佳效率。所述預(yù)定的最佳效率可定義為金屬空氣電池在最佳情況下運(yùn)行時(shí)計(jì)算出的金屬空氣電池的效率(例如，在給定條件下金屬空氣電池可能的最高效率)。當(dāng)使用高純度金屬陽(yáng)極(例如至少99.999%的鋁)、最佳電壓和/或最佳溫度操作金屬空氣電池從而使得由于腐蝕和氫氣生產(chǎn)造成的能源損耗盡可能地低時(shí)，可計(jì)算最佳效率(例如能源效率)。尋找最佳參數(shù)以操作金屬空氣電池獲得可能的最高效率的方法在本領(lǐng)域已知。在非最佳低效率的條件下操作金屬空氣電池將導(dǎo)致電力的低生產(chǎn)量和不期望的氫的高生產(chǎn)量。本發(fā)明的實(shí)施方式涉及有意在非最佳低效率的條件下操作包括在系統(tǒng)10中的金屬空氣電池20，以具有$父尚的混合電能系統(tǒng)10效率?；旌想娔芟到y(tǒng)效率可尚于預(yù)定的最佳效率(為金屬空氣電池計(jì)算的效率)。
[0024]在一個(gè)實(shí)例中，以純度為99.999%的鋁操作的金屬空氣電池具有95%的庫(kù)侖效率和I伏特的電池電壓。同樣的金屬空氣可以65%的庫(kù)侖效率和1.4伏特的電池電壓操作。在第一種情況下，金屬空氣電池能源效率為?35%，而在第二種情況下，金屬空氣電池能源效率為?34%。因此，以第一組操作參數(shù)操作鋁空氣電池效率更高，并且可將預(yù)定的最佳能源效率設(shè)置為?35 %。然而，當(dāng)金屬空氣電池包括在混合電能系統(tǒng)中，例如系統(tǒng)1中時(shí)，由于腐蝕造成的50%的能源損耗可在氫轉(zhuǎn)化單元中被恢復(fù)。因此，第一種情況下的混合電能系統(tǒng)能源效率為?38%，在第二種情況下為?51%。因此，在次最佳情況下操作金屬空氣電池是有益的，也就是為了提高混合電能系統(tǒng)的整體性能并且為了獲得與僅僅使用金屬空氣電池相比更高的混合電能效率，設(shè)置操作參數(shù)使能源效率小于預(yù)定的最佳參數(shù)?35% (例如?34%)。因此，控制器50可控制金屬空氣電池20的操作，使其在1.4伏特的電壓下工作，以獲得?51 %的混合電能效率。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的其他實(shí)施方式，可選擇金屬空氣電池的操作點(diǎn)和操作參數(shù)并選擇氫能轉(zhuǎn)化單元及其操作條件，以便低價(jià)(也就是成本效率)獲得最高能源轉(zhuǎn)化率。在一些實(shí)施方式中，至少一個(gè)金屬空氣電池的操作參數(shù)和至少一個(gè)氫能轉(zhuǎn)化電池的操作參數(shù)可以使金屬空氣電池的成本效率小于預(yù)定的最佳成本效率，而混合系統(tǒng)的成本效率高于預(yù)定的最佳效率。這意味著優(yōu)先考慮的將是在系統(tǒng)的輸出口(Eo)生產(chǎn)一個(gè)能源單元的總成本。
[0026]如給出的等式(3)所示，當(dāng)金屬空氣電池以最優(yōu)情況(最優(yōu)操作參數(shù))操作以給出每單位能源最佳價(jià)格時(shí)，可計(jì)算金屬空氣電池20的預(yù)定的最佳成本效率。成本效率越高，生產(chǎn)的能源的價(jià)格越低。例如，當(dāng)使用高純度金屬和高庫(kù)侖效率操作金屬空氣電池時(shí)，可計(jì)算預(yù)定的最佳成本效率。本發(fā)明的實(shí)施方式涉及為了具有較高的混合電能系統(tǒng)10的成本效率，有意在非最優(yōu)低效率的條件下操作包括在系統(tǒng)10中的金屬空氣電池20，意味著以非最優(yōu)低效率的條件操作金屬空氣電池20時(shí)的混合系統(tǒng)10中能源生產(chǎn)的總價(jià)格低于以最佳效率參數(shù)操作金屬空氣電池20時(shí)的僅金屬空氣電池20中能源生產(chǎn)的價(jià)格。如上文說(shuō)明的，在這個(gè)定義之下，可在金屬空氣電池中使用純度較低的鋁，例如純度為99.9%的鋁(3N)，或者甚至是純度為99%的鋁(2N)，這可導(dǎo)致在金屬空氣電池中生產(chǎn)相對(duì)大量的氫氣。生產(chǎn)的氫可用于在氫轉(zhuǎn)化單元生產(chǎn)電能或機(jī)械能，同時(shí)具有相對(duì)較低的鋁成本，這樣生產(chǎn)一個(gè)能源單位的總成本將低于使用高純度的鋁所用成本。
[0027]成本效率可定義為:
[0028](3皮€;^。^=1/每單位能源成本(例如，千瓦時(shí)/美元)
[0029]例如，鋁空氣電池可使用諸如5N的高純度鋁(純度為99.999%的鋁)并獲得等同于從電池中汲取的電力的0.5%-3%的氫釋放速率(hydrogenevolut1n rate)。用便宜90%的2N鋁代替5N鋁會(huì)將氫生成增加至等同于從電池中汲取的電力的10%-35%，因此會(huì)引起能源損耗、安全危害和可能的錯(cuò)誤操作。因此，以5N招電極操作的鋁空氣電池的成本效率是以2 N鋁電極操作的電池的4倍。在混合系統(tǒng)中，在氫能轉(zhuǎn)化器中使用氫氣，以便恢復(fù)至少30%-50%的能源，同時(shí)消耗氫氣并減少氫氣釋放的安全危害。包括以2N鋁電極操作的金屬空氣電池的混合電能系統(tǒng)的總成本效率可比以5N鋁電極操作的鋁空氣電池的成本效率高至少一倍。因此，通過(guò)將高純度鋁替換為低純度鋁，能源生產(chǎn)成本可降低2/3到9/10。
[0030]在一些實(shí)施方式中，控制單元50可進(jìn)一步被配置為基于儲(chǔ)存在與控制單元50關(guān)聯(lián)的存儲(chǔ)器中的歷史數(shù)據(jù)，選擇操作參數(shù)。例如，可每天/每周/每月/每年在存儲(chǔ)器中儲(chǔ)存歷史操作參數(shù)、對(duì)應(yīng)的計(jì)算效率和/或能源消耗模式，并且控制單元50可進(jìn)一步使用這些儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)，以便選擇導(dǎo)致混合系統(tǒng)10的最佳總效率(例如能源效率或成本效率)的操作參數(shù)?？刂破?0可基于歷史數(shù)據(jù)選擇可控制或不可控制的參數(shù)。例如，為了基于過(guò)去收集到的數(shù)據(jù)提高成本效率，控制器50可發(fā)送推薦給用戶，將金屬空氣電池中的金屬電極替換為低純度的金屬。用戶可在與控制單元50關(guān)聯(lián)的顯示器上接收該推薦。例如，所述顯示器可以是車輛多媒體系統(tǒng)中的顯示屏或者與用戶關(guān)聯(lián)的移動(dòng)設(shè)備，該設(shè)備可與控制單元50遠(yuǎn)程(例如無(wú)線)通信。在又一個(gè)實(shí)例中，為了基于過(guò)去收集到的數(shù)據(jù)提高混合系統(tǒng)10的能源效率，控制單元50可改變電池20中的溫度和/或供應(yīng)給單元30的氫氣壓力(例如使用加壓器60)。
[0031]參照?qǐng)D2，其實(shí)根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施方式的操作混合電能系統(tǒng)的方法的流程圖。在方框210，所述方法可包括為包括在混合電能系統(tǒng)(例如系統(tǒng)1)中的金屬空氣電池(例如電池20)選擇第一組操作參數(shù)。在一些實(shí)施方式中，可選擇操作金屬空氣電池的參數(shù)，使得可低效地操作金屬空氣電池。例如，可選擇操作參數(shù)，使得在金屬陽(yáng)極腐蝕期間可生產(chǎn)過(guò)量的氫氣而不生產(chǎn)電力。這樣的條件可將金屬空氣電池的能源效率和/或成本效率降低到預(yù)定的最佳能源效率或最佳成本效率之下?？蓪⒆罴涯茉葱识x為在根據(jù)等式I計(jì)算的給定條件下給定的電池可能的最高能源效率?？蓪⒔o定的電池的最佳成本效率定義為給定的電池的每一給定單位價(jià)格生產(chǎn)的能源的最大的量(例如千瓦時(shí)/美元)。
[0032]在一個(gè)實(shí)施方式中，第一組操作參數(shù)可包括金屬空氣電池的金屬陽(yáng)極的純度，例如，金屬空氣電池20可被組裝(或被包括)有具有純度為99.999%的金屬的金屬陽(yáng)極，從而使得金屬空氣電池的成本效率可低于預(yù)定的成本效率。在另一個(gè)實(shí)施方式中，第一組操作參數(shù)可包括在金屬空氣電池中包括的電解質(zhì)的溫度，例如，可將電解質(zhì)的溫度設(shè)置為70°C到85°C之間。在又一個(gè)實(shí)施方式中，第一組操作參數(shù)可包括金屬空氣電池的電壓，例如1.4伏特。這樣的參數(shù)可使金屬空氣電池低效操作。
[0033]在一些實(shí)施方式中，雖然可選擇第一組操作參數(shù)，使得金屬空氣電池的效率低于預(yù)定的最佳效率，然而，混合電能系統(tǒng)的總效率高于預(yù)定的最佳效率。由于至少一部分生產(chǎn)的氫氣(例如至少65%)在能源轉(zhuǎn)化單元(例如單元30)中被轉(zhuǎn)化成能源，所以金屬空氣電池和能源轉(zhuǎn)化單元二者的總效率(例如能源效率或成本效率)高于預(yù)定的最佳效率。
[0034]在方框220，所述方法可包括為包括在混合電能系統(tǒng)中的氫能轉(zhuǎn)化單元(例如電池30)選擇第二組操作參數(shù)。第二組可包括將氫能轉(zhuǎn)化電池選擇為以下設(shè)備的至少一種:氫燃料電池和燃燒反應(yīng)堆。在一些實(shí)施方式中，第二組可進(jìn)一步包括氫能轉(zhuǎn)化電池更詳細(xì)的操作條件。例如，第二組可包括氫氣被提供至氫能轉(zhuǎn)化電池時(shí)的壓力(例如通過(guò)加壓器60)、氫氣的燃燒速率、燃燒室的尺寸和類型、流入轉(zhuǎn)化單元的空氣或氧氣的速率和壓力、單元的工作溫度。
[0035]根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式，如上文所述的由于釋放氫氣引起的危害問(wèn)題在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式建造和操作的能源系統(tǒng)(無(wú)論是針對(duì)可獲得的最佳能源效率還是針對(duì)可獲得的最佳成本效率計(jì)劃和操作的系統(tǒng))中得以解決。在第一能源單元釋放的氫氣可被消耗并可在第二能源單元中轉(zhuǎn)化為能源，同時(shí)將氫的量降低到安全水平?？赏ㄟ^(guò)防漏工具將第一和第二能源單元互相連接，確保沒(méi)有氫氣從所述系統(tǒng)中釋放，從而在第一能源單元的處理中釋放的所有氫氣都在第二能源單元被消耗(也就是燃燒或化學(xué)反應(yīng))，不管有沒(méi)有增加混合系統(tǒng)總的能源。
[0036]雖然在本文中已經(jīng)說(shuō)明并描述了本發(fā)明特定的特征，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可對(duì)本發(fā)明做出許多修改、替代、改變和等同的實(shí)施方式。因此，應(yīng)該理解的是，所附權(quán)利要求旨在覆蓋所有這樣的在本發(fā)明的真實(shí)精神范圍內(nèi)的修改和改變。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種混合電能系統(tǒng)，包括: 至少一個(gè)金屬空氣電池，用于生產(chǎn)電力，所述至少一個(gè)金屬空氣電池在所述生產(chǎn)期間釋放氫氣；以及 至少一個(gè)氫能轉(zhuǎn)化單元，用于消耗至少一部分所釋放的氫氣。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合電能系統(tǒng)，其中，所述至少一個(gè)氫能轉(zhuǎn)化單元將所述釋放的氫氣轉(zhuǎn)化為可消耗的電力。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的混合電能系統(tǒng)，其中，所述至少一個(gè)氫能轉(zhuǎn)化單元包括燃燒反應(yīng)堆。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的混合電能系統(tǒng)，其中，所述至少一個(gè)氫能轉(zhuǎn)化單元包括氫燃料電池。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的混合電能系統(tǒng)，其中，所述燃燒反應(yīng)堆是內(nèi)燃機(jī)。6.根據(jù)前面任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的混合電能系統(tǒng)，進(jìn)一步包括控制單元，所述控制單元被配置為: 控制所述至少一個(gè)金屬空氣電池和所述至少一個(gè)氫能轉(zhuǎn)化電池的可控制參數(shù)。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的混合電能系統(tǒng)，其中，所述可控制參數(shù)包括以下參數(shù)中的至少一個(gè):所述金屬空氣電池中電解質(zhì)的溫度、所述氫能轉(zhuǎn)化電池中氫氣的壓力以及所述混合電能系統(tǒng)的總電壓。8.根據(jù)前面任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的混合電能系統(tǒng)，其中，所述至少一個(gè)金屬空氣電池的操作參數(shù)和所述至少一個(gè)氫能轉(zhuǎn)化電池的操作參數(shù)使得金屬空氣電池效率低于預(yù)定的最佳效率，而混合系統(tǒng)效率高于預(yù)定的所述最佳效率。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的混合電能系統(tǒng)，其中，所述最佳效率、所述金屬空氣效率和所述混合系統(tǒng)效率是能源效率。10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的混合電能系統(tǒng)，其中，所述最佳效率、所述金屬空氣效率和所述混合系統(tǒng)效率是成本效率。11.根據(jù)前面任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的混合電能系統(tǒng)，其中，所述至少一個(gè)金屬空氣電池包括金屬電極，該電極具有純度低于99.999%的金屬。12.根據(jù)前面任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的混合電能系統(tǒng)，其中，所述至少一個(gè)金屬空氣電池包括金屬電極，該電極具有純度低于99.9%的金屬。13.根據(jù)前面任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的混合電能系統(tǒng)，其中，所述混合系統(tǒng)適于以列表中的至少一種形式生產(chǎn)能源，所述列表包括熱能和電能。14.根據(jù)前面任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的混合電能系統(tǒng)，其中，所述至少一個(gè)氫能轉(zhuǎn)化單元消耗大致所有所釋放的氫氣，從而將空氣中氫氣濃度降到氫氣爆炸點(diǎn)以下。15.根據(jù)前面任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的混合電能系統(tǒng)，進(jìn)一步包括:能源混合器管理器，用于混合由所述至少一個(gè)金屬空氣電池生產(chǎn)的能源和由所述至少一個(gè)氫能轉(zhuǎn)化電池生產(chǎn)的能源。16.根據(jù)前面任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的混合電能系統(tǒng)，進(jìn)一步包括: 用于對(duì)所述氫氣加壓的系統(tǒng)；以及 控制單元，被配置為控制傳輸至所述氫能轉(zhuǎn)化電池的氫氣的壓力。17.一種操作混合電能系統(tǒng)的方法，包括: 為包括在所述混合電能系統(tǒng)中的金屬空氣電池選擇第一組操作參數(shù)； 為包括在所述混合電能系統(tǒng)中的氫能轉(zhuǎn)化電池選擇第二組操作參數(shù)； 其中，選擇所述第一組操作參數(shù)，使得金屬空氣電池效率低于預(yù)定的最佳效率，而混合電能系統(tǒng)總效率高于預(yù)定的所述最佳效率。18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，所述最佳效率、所述金屬空氣效率和所述混合系統(tǒng)效率是能源效率或成本效率。19.根據(jù)權(quán)利要求17或18所述的方法，其中，所述第一組操作參數(shù)包括所述金屬空氣電池的金屬陽(yáng)極的純度。20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，所述第一組操作參數(shù)包括金屬陽(yáng)極具有純度低于99.999%的金屬。21.根據(jù)權(quán)利要求17-20中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述第一組操作參數(shù)包括在所述金屬空氣電池中包括的電解質(zhì)的溫度。22.根據(jù)權(quán)利要求17-21中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述第一組操作參數(shù)包括所述金屬空氣電池的電壓。23.根據(jù)權(quán)利要求17-22中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述第二組操作參數(shù)包括將所述氫能轉(zhuǎn)化電池選擇為以下項(xiàng)中至少一項(xiàng):氫燃料電池和燃燒反應(yīng)堆。
【文檔編號(hào)】H01M16/00GK106063010SQ201580011295
【公開(kāi)日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2015年1月1日 公開(kāi)號(hào)201580011295.5, CN 106063010 A, CN 106063010A, CN 201580011295, CN-A-106063010, CN106063010 A, CN106063010A, CN201580011295, CN201580011295.5, PCT/2015/50010, PCT/IL/15/050010, PCT/IL/15/50010, PCT/IL/2015/050010, PCT/IL/2015/50010, PCT/IL15/050010, PCT/IL15/50010, PCT/IL15050010, PCT/IL1550010, PCT/IL2015/050010, PCT/IL2015/50010, PCT/IL2015050010, PCT/IL201550010
【發(fā)明人】德克爾·齊東, 阿夫拉漢姆·亞德加爾
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