采用金属燃料带的金属空气燃料电池组系统的制作方法

专利名称：采用金属燃料带的金属空气燃料电池组系统的制作方法
本申请是1998年10月6日提交的名称为“采用金属燃料带的金属空气燃料电池组系统”的中国专利申请No.98811659.6的分案申请。
本发明
背景技术：
领域本发明涉及用于从经金属空气燃料电池组(FCB)系统传送的金属燃料带产生电功率的改进的方法和系统。
现有技术描述在同时待审的序列号为No.08/944,507号美国专利申请中，申请人公开了几种新型金属空气燃料电池组(FCB)系统。在发电期间，当存在离子导电的介质如注入电解质的凝胶体时，金属燃料带在一固定阴极结构上传送。根据已知的电化学原理，由于从该系统产生电功率，因此，所传送的金属燃料带被氧化。
与现有技术的电化学放电装置相比，在序列号为No.08/944,507号美国专利申请中所公开的那种金属空气FCB系统具有很多优点。例如，一个优点是，在特定电负载状态所需的输出电压值范围内产生电功率。另一个优点是，在进行放电操作期间进行的电池组再充电周期，可对氧化的金属空气带进行重复复原(即，再充电)。
在美国专利No.5,250.370中，申请人公开了一种用于对在现有技术的金属空气FCB系统中利用的氧化的金属燃料带进行再充电的改进的系统和方法。通过将一再充电头集成在金属空气FCB放电系统中，这种技术上的改进理论上能够更快地对金属燃料带进行再充电，以便在FCB放电操作中重复利用。但是，实际上尚有很多重要的问题尚未解决，使得所述可再充电FCB系统不能进入商业化。
特别是，在美国专利No.5,250,370中公开的基于带的FCB系统设计假设，当在放电操作期间沿金属燃料带的燃料从其供带盘传送到收带盘时，该燃料将以均匀的方式消耗。但实际上，金属燃料沿带结构的长度方向不以均匀方式消耗，因为在带传送和放电操作期间，电负载状态变化。因此，当采用美国专利No.5,250,370中公开的FCB系统时，在放电操作期间，使沿被传送的金属燃料带长度方向的相当数量的金属燃料废弃。这导致了不能在放电操作期间有效利用所需金属燃料，并且不能在再充电操作期间有效利用所需电功率。
因此，本领域内非常需要一种能够克服现有技术中的局限性的、用于对金属燃料带以电化学方式放电和再充电的改进的方法和设备。
本发明公开因此，本发明的一个主要目的是提供一种能够避免现有技术中的缺点的、用于对金属空气燃料电池组(FCB)进行放电和/或再充电的改进的方法和设备。
本发明的另一目的是提供这样一种系统，其中，可以以双向方式经过放电头组件传送金属燃料带，同时自动地管理沿其的金属燃料的可用性，以便在放电操作模式期间改善系统性能。
本发明的又一目的是提供这样一种系统，其中，要被放电的金属燃料带包括多个金属燃料道(track)，用于从一金属空气FCB系统中产生不同的输出电压。
本发明的又一目的是提供这样一种系统，其中，沿每个金属燃料带中道长度的金属燃料的每个区域和子区采用光学或磁装置以一数字代码标记，以便能够在放电操作期间记录与放电有关的数据，并计算沿金属燃料带的每个这样的区域的金属燃料可用性。
本发明的又一目的是提供这样一种系统，其中，可以以双向方式经过其再充电头组件传送金属燃料带，同时自动地管理沿其的金属氧化物的出现，以便在再充电操作模式期间改善系统性能。
本发明的又一目的是提供这样一种系统，其中，要被再充电的氧化的金属燃料带包括多个金属燃料道，用于从一金属空气FCB系统中产生不同的输出电压。
本发明的又一目的是提供这样一种系统，其中，沿每个金属燃料带中的道长度方向的金属燃料的每个区域和子区采用光学或磁装置以一数字代码标记，以便能够在再充电操作期间记录与再充电有关的数据，并计算沿金属燃料带的每个这样的区域的金属氧化物出现。
本发明的又一目的是提供这样一种金属燃料带放电子系统形式的设备，其中，氧化的金属燃料带的路径长度在放电操作期间以折叠方式延长，以便使包含在盒式装置中或在供带盘上的氧化的金属燃料供给带能够快速地放电，从而满足动态的负载状态的需求。
本发明的又一目的是提供这样一种系统，其中，再充电头组件包括多个阴极和阳极结构，它们在放电操作期间被有选择地布置在氧化的金属燃料带的延长的路径长度周围。
本发明的又一目的是提供这样一种系统，其中，要放电的氧化的金属燃料带包括多个金属燃料道，用于从一金属空气FCB系统产生不同的输出电压。
本发明的又一目的是提供这样一种系统，其中，设置一放电功率调节子系统，用于在放电操作期间的金属氧化物电化学氧化期间调节操作参数。
本发明的又一目的是提供一种金属燃料带再充电子系统形式的设备，其中，氧化的金属燃料带的路径长度在再充电操作期间明显延长，以便使包含在盒式装置中或在供带盘上的氧化的金属燃料供给带能够快速地再充电。
本发明的又一目的是提供这样一种系统，其中，再充电头组件包括多个阴极和阳极结构，它们在再充电操作期间被有选择地布置在氧化的金属燃料带的延长的路径长度周围。
本发明的又一目的是提供这样一种系统，其中，要再充电的氧化的金属燃料带包括多个金属燃料道，用于从一金属空气FCB系统产生不同的输出电压。
本发明的又一目的是提供这样一种系统，其中，设置一再充电功率调节子系统，用于在再充电操作期间的金属氧化物电化学还原期间调节操作参数。
本发明的又一目的是提供一种混合式金属燃料带放电/再充电子系统，其中，氧化的金属燃料带的路径长度在放电操作和再充电操作期间明显延长，以便使包含在盒式装置中或在供带盘上的氧化的金属燃料供给带能够快速地放电和再充电。
本发明的又一目的是提供这样一种混合式系统，其中，放电/再充电头组件包括多个阴极和阳极结构，它们在放电和再充电操作期间被有选择地布置在氧化的金属燃料带的延长的路径长度周围。
本发明的又一目的是提供这样一种混合式系统，其中，要被放电的氧化的金属燃料带包括多个金属燃料道，用于从一金属空气FCB系统产生不同的输出电压。
本发明的又一目的是提供这样一种混合式系统，其中，设置一放电功率调节子系统，用于在放电操作期间的金属氧化物电化学氧化期间调节操作参数。
本发明的又一目的是提供一种金属空气燃料电池组系统，它包括金属燃料放电子系统，其中，自动地检测、记录和处理放电参数，如阴极-阳极电压和电流值、放电阴极中氧分压、阴极-电解质界面的相对湿度、和金属燃料带的速度，以便实时地产生在控制放电参数时所利用的控制数据信号，从而可以以节时和节能的方式对金属燃料材料进行放电。
本发明的又一目的是提供这样一种系统，其中，要被放电和/或再充电的金属燃料材料包含在可插入系统的存储间内地盒式装置中。
本发明的又一目的是提供这样一种系统，其中，要被放电和/或再充电的金属燃料材料包括多个金属燃料道，用于从系统产生不同的输出电压。
本发明的又一目的是提供一种金属空气燃料电池组系统，它包括金属燃料再充电子系统，其中，自动地检测、记录和处理再充电参数，如阴极-阳极电压和电流值、再充电阴极中氧分压、阴极-电解质界面的相对湿度、和金属燃料带的速度，以便实时地产生在控制再充电参数时所利用的控制数据信号，从而可以以节时和节能的方式对放电的金属燃料材料进行再充电。
本发明的又一目的是提供这样一种系统，其中，要被放电和/或再充电的金属燃料材料包含在可插入系统的存储间内地盒式装置中。
本发明的又一目的是提供这样一种系统，其中，要被放电和/或再充电的金属燃料材料包括多个金属燃料道，用于从系统产生不同的输出电压。
本发明的又一目的是提供一种金属空气燃料电池组系统，它包括受系统控制器管理的金属燃料放电子系统和金属燃料再充电子系统，其中，在放电操作模式期间，自动地检测、记录放电参数，如阴极-阳极电压和电流值、放电阴极中氧分压、阴极-电解质界面的相对湿度、和金属燃料带的速度，并且自动地读取和处理，以便在再充电操作模式期间产生控制再充电参数时所利用的控制数据信号，从而可以以节时和节能的方式对放电的金属燃料材料进行再充电。
本发明的又一目的是提供这样一种系统，其中，在再充电操作模式期间，自动地检测(如传感)和记录再充电参数，如阴极-阳极电压和电流值、再充电阴极中氧分压、阴极-电解质界面的相对湿度、和金属燃料带的速度，并且自动地读取和处理，以便在放电操作模式期间产生控制再充电参数时所利用的控制数据信号，从而可以以节时和节能的方式对金属燃料材料进行放电。
本发明的又一目的是提供这样一种系统，其中，要被放电和/或再充电的金属燃料材料由系统中的静止和/或运动阴极结构利用。
本发明的又一目的是提供这样一种系统，其中，要被放电和/或再充电的金属燃料材料以金属燃料带形式实现，其在放电和再充电操作期间，传送经过与系统的放电和再充电头关联的阴极结构。
本发明的又一目的是提供这样一种系统，其中，要被放电和/或再充电的金属燃料材料包含在可插入系统的存储间内的盒式装置中。
本发明的又一目的是提供这样一种系统，其中，要被放电和/或再充电的金属燃料材料包括多个金属燃料道，用于从系统产生不同的输出电压。
本发明的又一目的是提供这样一种系统，其中，金属燃料材料的每个区域和子区采用光学或磁装置以数字代码标记，以便能够在放电操作期间记录与放电有关的数据，以便将来在执行各种管理操作时存取和利用，该管理操作包括快速和有效的再充电操作。
本发明的又一目的是提供这样一种系统，其中，在再充电操作期间，从存储器读取所记录的负载状态信息，并用其来设定保持在系统的再充电头上的电流和电压值。
本发明的又一目的是提供这样一种系统和方法，其中，在放电时刻记录放电状态，并在再充电操作期间用其来对放电的金属燃料材料进行再充电。
本发明的又一目的是提供这样一种系统，其中，在带放电操作期间，采用置入在系统中的小型光学读取器来对沿金属燃料材料每个区域的条形码或其他图形标志进行光学检测。
本发明的又一目的是提供这样一种系统，其中，在带再充电操作期间，采用置入在系统中的小型光学读取器来对沿放电的金属燃料材料每个区域的条形码数据进行光学检测。
本发明的又一目的是提供这样一种系统，其中，系统控制器将有关沿金属燃料材料的每个区域(或片段)的瞬间负载状态的信息记录在存储器中。
本发明的又一目的是提供这样一种系统，其中，通过光学检测沿金属燃料带印刷的条形码符号数据，来得到沿一卷金属燃料带的每个金属燃料区域的瞬间负载状态数据，以确定其身份，自动地检测标识的金属燃料区域通过放电头上的负载状态，然后，自动地处理此数据，以产生用于控制放电操作的实时控制数据信号，以在接下来的再充电操作时用来控制再充电参数。
本发明的又一目的是提供这样一种系统，具有一放电头组件，其每个均包括导电阴极结构、离子导电介质和阳极接触结构。
本发明的又一目的是提供这样一种系统，其上设置一再充电头组件，其每个均包括导电阴极结构、离子导电介质和阳极接触结构。
本发明的又一目的是提供一种改进的方法和系统，用于从金属空气FCB系统产生电功率，以便可满意地满足连接到其上的电负载的峰值功率需求。
本发明的又一目的是提供一种基于金属空气FCB技术的电功率产生系统，它能够用作可安装在需要满足电负载(如动力装置、电机、设备、机器、工具等)的峰值功率需求而与电功率产生系统中剩余的未消耗的金属燃料总量无关的实际的任何系统、装置和环境中的发电站。
本发明的又一目的是提供这样一种系统，其中，金属空气FCB系统的网络被连接到输出电力母线结构，并受与基于网络的金属燃料管理(数据库)子系统相关的网络控制子系统的控制。
本发明的又一目的是提供这样一种系统，用于安装在运输工具等车辆上，并且给用来在长距离内推动车辆而无需再充电的多个电机供电。
本发明的又一目的是提供这样一种系统，其中，通过使所选金属空气FCB子系统给系统的输出电力母线结构供电，来控制由其产生的电功率输出。
本发明的又一目的是提供这样一种系统，其中，对每个FCB子系统内的金属燃料进行管理，从而使每个这种FCB子系统具有基本上相同数量的可用于在任何时刻产生功率的金属燃料。
本发明的又一目的是提供这样一种系统，其中，根据金属燃料均衡原理来管理金属空气FCB子系统的网络中的金属燃料，从而，平均而言，在每个FCB子系统中，可用于在任何时刻放电的金属燃料量基本相同。
本发明的又一目的是提供一种电功率产生系统，它被用作可安装在需要满足电负载(如电机、设备、机器、工具等)的峰值功率需求而与电功率产生系统中剩余的未消耗的金属燃料总量无关的实际的任何系统、装置和环境中的发电站。
本发明的又一目的是提供这样一种系统，其中，当诸如运输车辆的主机系统沿平地或下坡行进时，启动称之为动力缸(power cylinder)的一个或几个金属空气FCB子系统使之运行，而当该主机系统试图超过另一车辆或沿上坡行进时，启动多个或全部动力缸使之运行。
本发明的又一目的是提供这样一种系统，其中，对金属空气FCB子系统的网络中的金属燃料进行管理，从而在金属空气燃料单元子系统中产生有关任何金属空气FCB子系统内剩余的未消耗(或未有效消耗)金属燃料量的信息，并将其提供给基于网络的金属燃料管理数据库，该数据库被网络控制子系统用来将未消耗的金属燃料传送到这些子系统的放电头组件，同时，根据金属燃料均衡原理来管理金属燃料消耗。
本发明的又一目的是提供这样一种系统，其中，可始终满足主机系统的峰值功率需求，而不管在金属空气FCB子系统网络内剩余的金属燃料总量如何。
本发明的又一目的是提供这样一种系统，其中，该系统可采用在金属燃料FCB子系统的网络内所包含的所有金属燃料，来产生其数量足以满足主机系统峰值功率需求的电功率。
本发明的又一目的是提供这样一种系统，其中，每个金属空气FCB子系统内所包含的金属燃料以金属燃料供给带的形式实现，该金属燃料供给带可以以双向方式传送经过其中放电头组件，同时自动地管理沿该带的金属燃料可用性，以便改善系统性能。
本发明的又一目的是提供这样一种系统，其中，要放电的金属燃料带包括多个金属燃料道，在从金属空气FCB子系统产生不同的输出电压时使用。
本发明的又一目的是提供这样一种系统，其中，沿每个金属燃料带中道长度方向的金属燃料的每个区域和子区采用光学或磁装置以数字代码标记，以便能够在各个金属空气FCB子系统中在放电操作期间记录与放电有关的数据，并计算沿金属燃料带的每个这样的区域的金属燃料可用性。
本发明的又一目的是提供这样一种系统，其中，金属燃料带可以以双向方式传送经过其再充电头组件，同时自动地管理沿该带的金属氧化物的出现，以便当在各个金属空气FCB子系统内执行的再充电操作期间改善系统性能。
本发明的又一目的是提供这样一种系统，其中，要被再充电的氧化的金属燃料带包括多个金属燃料道，在从金属空气FCB子系统中产生不同的输出电压时利用。
本发明的又一目的是提供这样一种系统，其中，沿每个金属燃料带道长度方向的金属燃料的每个区域和子区采用光学或磁装置以数字代码标记，以便能够在各个金属空气FCB子系统中在再充电操作期间记录与再充电有关的数据，并计算沿金属燃料带的每个这样的区域的金属氧化物的出现。
本发明的这些和其他目的将在后面变得清楚。
附图简述为了更完整地理解本发明的各个目的，应参照附图来阅读对本发明的说明性实施例的如下详细描述，附图中

图1是代表本发明金属空气FCB系统的第一说明性实施例的方块示意图，其中，将将金属燃料带放电子系统和金属燃料带再充电子系统集成到多个、单独的可再充电功率产生单元中，并且在金属燃料带再充电子系统中采用的带路径长度延长机构将氧化的金属燃料带的路径长度延长，该路径长度明显长于由金属燃料带放电子系统中的带路径长度延长机构原有的路径长度(即，ARecharge＞＞ADischarge)；图2A1是图1中所示的金属燃料带放电子系统的一般性示意图，其中，与其关联的带路径长度延长机构以其未延长的配置示出；图2A2是图1中所示的金属燃料带放电子系统的一般性示意图，其中，与其关联的带路径长度延长机构以其延长的配置示出，并且其放电头组件配置在金属燃料带延长的路径周围，用于在连接到金属空气FCB系统的电负载上产生电功率；图2A3是图1中所示的金属燃料带放电子系统的一般性示意图，其中更详细示出其子部件，并且其放电头从未氧化的金属燃料带的延长的路径抽出；图2A4是图2A3中所示的金属燃料带放电子系统的示意图，其中，带路径长度延长机构以延长的配置布置，其4个独立的放电头布置在未氧化的金属燃料带的延长的路径周围，并且，在带放电操作期间，从每个放电头产生金属燃料区域(MFZ)标识数据，从而，在对沿被传送经过放电头组件的金属燃料带上的标识的每个金属燃料区域放电期间，系统控制器可将金属燃料带放电子系统的“放电参数”记录在存储器中；图2A5是代表当利用图2A3至2A4中所示的金属燃料带放电子系统时在金属燃料带的放电(即，从其产生电功率)期间所涉及的基本步骤的高级流程图；图2A6是图2A3和2A4中所示金属燃料带放电子系统的每个放电头中采用的阴极支承结构的透视图，表明5个平行的通道，其中在其组装状态中牢固地支承导电阴极条和离子导电的注入电解质的条；图2A7是安装在图2A6所示的阴极支承结构的支承通道中的阴极和注入电解质的条以及氧气压力(pO2)传感器的分解透视图；图2A8是本发明第一说明性实施例的阴极结构和氧气注入室的透视图，表现为其完全组装状态，并且适用于图2A3和2A4中所示的放电头组件中；图2A9是在图1、2A3和2A4中所示金属燃料带放电子系统中利用的未氧化的金属燃料带一部分的透视图，代表(i)其平行的金属燃料条可利用在图2A8中部分示出的放电头的阴极结构中的阴极条空间定位，和(ii)图形编码的数据道包含沿金属燃料带长度方向的代码符号序列，用于标识每个金属燃料区域，并且在放电操作期间，实施(i)从数据存储器读取(或访问)再充电参数和/或金属燃料指示数据，它们与在先前的再充电和/或放电操作期间预先记录的金属燃料标识数据相关，和(ii)在数据存储器中记录检测到的放电参数和计算出的金属氧化物指示数据，它们与在再充电操作期间读取的金属燃料区域标识数据相关；图2A9’是在图1、2A3和2A4中所示金属燃料带放电子系统中利用的未氧化的金属燃料带一部分的透视图，代表(i)其平行的金属燃料条可利用在图2A8中部分示出的放电头的阴极结构中的阴极条空间定位，和(ii)磁编码的数据道包含沿金属燃料带长度方向的代码符号序列，用于标识每个金属燃料区域，并且在放电操作期间，实施(i)从数据存储器读取(或访问)再充电参数和/或金属燃料指示数据，它们与在先前的再充电和/或放电操作期间预先记录的金属燃料标识数据相关，和(ii)在数据存储器中记录读取检测到的放电参数和计算出的金属氧化物指示数据，它们与在放电操作期间读取的金属燃料区域标识数据相关；图2A9”是在图1、2A3和2A4中所示金属燃料带放电子系统中利用的未氧化的金属燃料带一部分的透视图，代表(i)平行的金属燃料条可利用在图2A8中部分示出的放电头的阴极结构中的阴极条空间定位，和(ii)光学编码的数据道包含沿金属燃料带长度方向的透光开孔型代码符号序列，用于标识每个金属燃料区域，并且在放电操作期间，实施(i)从数据存储器读取(或访问)再充电参数和/或金属燃料指示数据，它们与在先前的再充电和/或放电操作期间预先记录的金属燃料标识数据相关，和(ii)在数据存储器中记录检测到的放电参数和计算出的金属氧化物指示数据，它们与在再充电操作期间读取的金属燃料区标识数据相关；图2A10是在图2A3和2A4中所示金属燃料带放电子系统中组装的放电头的透视图，其中，在其放电模式期间，金属燃料带传送通过图2A8中所示的透气的阴极结构，并且，多个阴极接触部件建立与传送经过放电头的金属燃料带的金属燃料条的电接触；图2A11是沿图2A8的剖面线2A11-A11所取的组装的阴极结构的剖面图，代表其剖面上的细节；图2A12是沿其剖面线2A12-2A12所取的图2A9中所示金属燃料带的剖面图，代表其剖面上的细节；
图2A13是沿其剖面线2A13-2A13所取的图2A10中所示放电头的阴极结构和氧气注入室的剖面图；图2A14是沿其剖面线2A14-2A14所取的图2A10中所示放电头的剖面图，代表其剖面上的细节；图2A15是图2A1至2A4的金属燃料带放电子系统中采用的多道金属氧化物检测头组件的透视图，特别适用于实时地传感(即，检测)沿每个金属燃料区域的金属氧化物结构，以在放电操作期间确定金属燃料的存在与否；图2A16是图1的金属燃料带放电子系统中保持的信息结构的示意图，包括一组信息字段，用于在放电模式操作期间记录放电参数和沿金属燃料带放电部分标识的(或寻址的)每个金属燃料区域的金属氧化物和金属燃料指示数据；图2B1是图1所示的金属燃料带再充电子系统的一般性示意图，其中，所采用的带路径长度延长机构以其未延长的配置示出；图2B2是图1所示的金属燃料带再充电子系统的一般性示意图，其中，所采用的带路径长度延长机构以其延长的配置示出，并且其放电头组件配置在氧化的金属燃料带延长的路径周围，用于对其进行再充电；图2B3是图1所示的金属燃料带再充电子系统的一般性示意图，其中更详细示出其子部件，并且其再充电头从未氧化的金属燃料带的延长的路径抽出；图2B4是图2A3中所示的金属燃料带再充电子系统的示意图，其中更详细示出其子部件，其中，带路径长度延长机构以延长的结构配置，其4个独立的再充电头布置在未氧化的金属燃料带的延长的路径周围，并且，在带再充电操作期间，从再充电头产生金属燃料区域标识(MFZID)数据，从而，系统控制器能够从存储器访问与沿金属燃料带的每个金属燃料区域关联的预先记录的放电参数和金属燃料指示数据，进而能够在带再充电操作期间优化地设定再充电参数；图2B5是代表当利用图2B3至2B4中所示的金属燃料带再充电子系统时在氧化的金属燃料带的再充电期间所涉及的基本步骤的高级流程图；图2B6是图2B3和2B4中所示金属燃料带再充电子系统的每个再充电头中采用的阴极支承结构的透视图，并且包括5个平行的通道，其中牢固地支承导电阴极条和离子导电的注入电解质的条；图2B7是安装在图2B8所示的阴极支承结构的支承通道中的阴极和注入电解质的条以及氧分压(pO2)传感器的分解剖面图；图2B8是本发明第一说明性实施例的阴极结构和氧气抽空室的透视图，表现为其完全组装状态，并且适用于图2B3和2B4中所示的再充电头；图2B9是在图1、2B3和2B4中所示金属燃料带再充电子系统中用于再充电的氧化的金属燃料带一部分的透视图，包括可利用在图2B8中的阴极结构(即，再充电头)的阴极条上的平行的金属燃料条定位，和光编码的数据道，包含沿金属燃料带长度方向的一系列条形码符号，用于标识沿金属燃料带卷盘的每个金属燃料区域，并且在再充电操作期间，实施(i)从数据存储器读取(或访问)放电参数和/或金属氧化物指示数据，它们与在先前的放电和/或再充电操作期间预先记录的金属燃料标识数据相关，和(ii)在数据存储器中记录检测到的再充电参数和计算出的金属燃料指示数据，它们与在再充电操作期间读取的金属燃料区标识数据相关；图2B9’是在图1、2B3和2B4中所示金属燃料带再充电子系统中利用的氧化的金属燃料带一部分的透视图，代表(i)其平行的金属燃料条可利用在图2B8中部分示出的再充电头的阴极结构中的阴极条空间定位，和(ii)磁编码的数据道包含沿其长度方向的数字字序列，用于标识沿其中的每个金属燃料区域，并且在再充电操作期间，实施(i)从数据存储器读取(或访问)放电参数和/或金属氧化物指示数据，它们与在先前的放电操作和/或再充电操作期间预先记录的金属燃料标识数据相关，和(ii)在数据存储器中记录读取检测到的放电参数和计算出的金属燃料指示数据，它们与在再充电操作期间读取的金属燃料区标识数据相关；图2B9”是在图1、2A3和2A4中所示金属燃料带再充电子系统中利用的重新氧化的金属燃料带一部分的透视图，代表(i)平行的金属燃料条可利用在图2B8中部分示出的再充电头的阴极结构中的阴极条定位，和(ii)光学编码的数据道包含沿金属燃料带长度方向的透光开孔型代码符号序列，用于标识沿其的每个金属燃料区域，并且在放电操作期间，实施(i)从数据存储器读取(或访问)放电参数和/或金属氧化物指示数据，它们与在先前的放电和/或再充电操作期间预先记录的金属燃料标识数据相关，和(ii)在数据存储器中记录检测到的再充电参数和计算出的金属燃料指示数据，它们与在再充电操作期间读取的金属燃料区标识数据相关；图2B10是在图2B3和2B4中所示金属燃料带再充电子系统中的再充电头的透视图，其中，在其再充电模式期间，金属燃料带传送通过图2B8中所示的透气的阴极结构，并且，5个阳极接触部件建立与传送的金属燃料带的金属燃料条的电接触；
图2B11是沿图2B8的剖面线2B11-2B11所取的其金属燃料带再充电子系统中阴极支承结构的剖面图，代表其中支承了多个阴极和注入电解质的条；图2B12是沿其剖面线2B12-2B12所取的图2B9中所示金属燃料带的剖面图；图2B13是沿其剖面线2B13-2B13所取的图2B10中所示再充电头的阴极结构的剖面图；图2B14是沿其剖面线2B14-2B的图2B10中所示再充电头组件的剖面图；如2B15是在图2B3和2B4中所示金属燃料带再充电子系统中采用的多道金属氧化物检测头的透视图，特别适用于由该子系统检测哪些金属燃料道已经放电，并因此需要再充电；图2B16是图1的金属燃料带再充电子系统中保持的信息结构的示意图，包括一组信息字段，用于在再充电模式操作期间，记录再充电参数和沿金属燃料带一部分标识的(或寻址的)每个金属燃料区域的金属燃料和金属氧化物指示数据；图2B17是图1的FCB系统的示意图，代表在再充电模式期间能够进行下述操作的多个子系统(a)(i)从所传送的金属燃料带读取金属燃料区域标识数据，(a)(ii)在存储器中记录所检测到的再充电参数和所提取出的计算出的金属燃料标识数据，和(a)(iii)从存储器读取(访问)在先前的放电和/或再充电期间记录的放电参数和计算出的金属氧化物指示数据，其中在该先前的放电和/或再充电期间，已处理了标识的金属燃料区域，以及，在放电模式操作期间，(b)(i)从所传送的金属燃料带读取金属燃料区域标识数据，(b)(ii)在存储器中记录检测到的放电参数和所提取的计算出的金属氧化物指示数据，和(b)(iii)从存储器读取(访问)在先前的再充电和/或放电操作期间记录的再充电参数和计算出的金属燃料指示数据，在该先前的再充电和/或放电期间，已处理了标识的金属燃料区域；图3A是本发明金属空气FCB系统的第二说明性实施例的方框图，代表出其实现为外部单独单元，其中可接受包含氧化的金属燃料供给带的盒式装置，并被快速再充电，以在产生电功率时重新利用；图3B是本发明金属空气FCB系统的第三说明性实施例的方框图，代表出其实现为外部单独单元，其中可接受包含氧化的金属燃料供给带和至少一部分金属燃料带放电子系统(如，放电头)的盒式装置，并被快速再充电，以在产生电功率时重新利用；图4是本发明金属空气FCB系统第六说明性实施例的方框图，其中，金属燃料带放电和再充电功能在单个混合型金属燃料带放电/再充电子系统中实现，其中，这里所采用的带路径长度延长机构将要被再充电的金属燃料带路径延长，该路径明显比对要放电的金属燃料带原有的路径长；图5A1是图4中所示混合金属燃料带放电/再充电子系统的示意图，其中，所配置的其放电头和再充电头被表示为从金属燃料带的延长路径的区域抽出；图5A2是图4中所示混合金属燃料带放电/再充电子系统的示意图，其中，所配置的其放电头和再充电头被布置在金属燃料带延长的路径长度周围，以便以最佳方式进行放电和再充电操作；图5B是图4的FCB系统的示意图，代表出多个子系统，它们能够进行放电和再充电参数以及金属燃料和金属氧化物指示数据的数据获取、处理和存储，以在放电和再充电操作模式期间利用；图6A是运输车辆的示意图，其中，设置本发明的电功率产生系统，以便给连接到车轮的电驱动电机产生和提供电功率，并且其中，设置辅助和混合电源，以在其FCB子系统中对金属燃料再充电；图6B是本发明的电功率产生系统的示意图，它实现为固定的发电站，具有辅助和混合电源，以在其FCB子系统中对金属燃料再充电；图7A是第一说明性实施例的电功率产生系统的示意图，其中，将金属空气FCB子系统的网络以可操作方式连接到DC电力母线结构，并受其以可操作方式操作与基于网络的金属燃料管理子系统关联的网络控制子系统的控制；图7B是第二说明性实施例的电功率产生系统的示意图，其中，图7A的输出DC电力母线结构通过DC至AC电源转换器连接到输出AC电力母线结构，用于给电负载提供AC功率；图7C是由图7A和7B中所示基于网络的金属燃料/金属燃料管理子系统保持的数据库结构的示意图；和图8的曲线图表示的是如何按照由随时间增加的电负载要求的输出功率增加需求在放电模式时启动一附加的金属空气FCB子系统进行操作。
实现本发明的最佳模式下面将参照附图，以更为详细的技术细节，来描述实现本发明的最佳模式，其中，相同部件用相同标号代表。
通常，根据本发明的基于可再充电金属空气FCB系统可分解为数个子系统，包括例如，金属燃料传送子系统；金属燃料放电子系统；和金属燃料再充电子系统。金属燃料传送子系统的功能是以带、卡、片、或圆柱等形式将金属燃料材料传送到金属燃料放电子系统或金属燃料再充电子系统，这取决于所选的系统模式。当传送到或通过金属燃料放电子系统时，金属燃料利用一个或多个放电头放电(即，与之电化学反应)，以便在连接到该子系统的电负载上产生电功率，而在电化学反应期间在阴极-电解质界面处消耗H2O和O2。当传送到或通过金属燃料再充电子系统时，采用一个或多个再充电头对放电的金属燃料再充电，以便将氧化的金属燃料材料转换成适于在功率放电操作中重新利用的其原金属材料，而在电化学反应期间，在阴极-电解质界面处释放O2。作为这种放电和再充电操作基础的电化学描述于本申请人的序列号为No.08/944,507的美国同时待审申请、美国专利No.5,250,370及本领域内所熟知的其他应用科学出版物中。这些应用科学原理可简单概括如下。
当在金属空气FCB系统中的放电操作期间，采用具有一定孔隙度(如50％)的诸如锌、铝或铍的金属燃料导电阳极，它采用诸如电解质凝胶体、KOH、NaOH或离子导电的聚合物的离子导电介质，与一定孔隙度的离子导电的透氧气的阴极结构建立“离子接触(ionic-contact)”。当阴极和阳极结构建立离子接触时，自动产生特征开放电池电压。该开路电池电压的值基于阳极和阴极材料的电化学电势之差。当电负载连接到如此构成的金属空气FCB电池单元的阴极和阳极结构上时，给该电负载提供电功率，同时消耗外部环境的氧气O2，并且金属燃料阳极材料氧化。在锌空气FCB系统或装置情况下，其放电周期期间在锌阳极结构上形成氧化锌(ZnO)，而在阴极结构和电解质介质的相邻表面之间的区域内(为方便起见，此后称作“阴极-电解质界面”)消耗氧气。
在再充电操作期间，其金属燃料再充电子系统在金属空气FCB系统的阴极结构和氧化的金属燃料阳极上提供外部电压源(例如，对于锌空气系统大于2伏特)。与此同时，金属燃料再充电子系统控制在阴极和金属燃料阳极结构之间流动的电流，以便反转在放电操作期间发生的电化学反应。在锌空气FCB系统或装置的情况下，在放电周期期间形成在锌阳极结构上的氧化锌(ZnO)被转换成锌，而在阴极-电解质界面处将氧气O2释放到外部环境中。
下面将参照本发明各说明性实施例，来详细描述在金属空气FCB系统或装置中优化地执行这种放电和再充电处理的具体方式和装置。
本发明金属空气FCB系统的第一说明性实施例本发明金属空气FCB系统的第一说明性实施例示于图1至2B16中。如图1所示，该金属空气FCB系统1包括多个子系统，即金属燃料带装盒装入/卸载子系统2，用于在其带装盒装入和卸载操作模式期间，分别将金属燃料带盒式装置3装入和卸载到FCB系统中；金属燃料传送子系统4，用于在其带装盒装入和卸载操作模式等期间，将由所装入的盒式装置提供的金属燃料带5传送经过该FCB系统；金属燃料带放电(即，功率产生)子系统6，用于在放电操作模式期间从金属燃料带产生电功率；和金属燃料带再充电子系统7，用于在再充电操作模式期间以电化学方式再充电(即，还原)氧化的金属燃料带的各部分。在下面要更详细地加以描述的金属燃料带放电子系统6的说明性实施例中，设置一组放电头，用于在存在空气(O2)和水时使金属燃料带放电，并在连接到FCB系统的电负载上产生电功率。
为了给金属空气FCB系统装备布置在极小空间内的多个放电头，金属燃料带放电子系统6包括金属燃料带路径长度延长机构8，如图2A1就2A2所示。在图2A1中，路径长度延长机构8以其未延长的配置示出。当带装盒3被装入到FCB系统的盒存储间中时，金属燃料带放电子系统6中的路径长度延长机构8以折叠方式自动地延长金属燃料带5的路径长度，如图2A2所示，从而使放电头组件9布置在其周围，以在系统的放电模式期间产生电功率，同时形体上有效地利用壳体空间。在金属燃料带放电子系统中设置多个放电头所带来的许多优点将在后面变得清楚。
类似地，为了给金属空气FCB系统装备布置在极小空间内的多个金属氧化物还原(即，再充电)头，金属燃料带再充电子系统7还包括金属燃料带路径长度延长机构10。在图2B1中，路径长度延长机构10以其未延长的配置示出。当带装盒3被装入到FCB系统的盒存储间中时，金属燃料带再充电子系统7中的路径长度延长机构10自动延长金属燃料带5的路径长度，如图2B2所示，从而使再充电头组件11插在路径长度延长的金属燃料带之间并布置在其周围，以在再充电操作模式期间将金属氧化物结构转换成其原金属。
为了在第一说明性实施例的金属空气FCB系统中对金属燃料带进行快速再充电，金属燃料带再充电子系统7中再充电头的总表面面积Arecharge被设计成明显大于金属燃料带放电子系统6内放电头的总表面面积Adischarge(即，Arecharge＞＞Adischarge)，如本发明人的在先的美国专利No.5,250,370中所述，该专利引用于此，以资参考。这种设计特征使得显著地降低了再充电时间，而无需显著增加FCB系统壳体中的空间。这些子系统的特征将在后面参照其金属燃料带放电和再充电子系统的描述来加以更详细的描述。
本发明第一说明性实施例的FCB系统操作模式的概述在卡盘装入模式期间，采用盒装入/卸载子系统2将充电的金属燃料供给带5的带装盒装入到FCB系统中。在放电模式期间，利用其路径长度延长机构以机械方式操纵卡盘中的充电的金属燃料带，使得其路径长度显著增加，从而在其周围布置放电头组件9，以便由其以电化学方式发生产生电功率，提供给与其相连的电负载。在再充电模式期间，通过其路径长度延长机构10机械地操纵卡盘中的氧化的金属燃料带，使得其路径长度显著增加，从而在其周围布置金属氧化物还原(即，再充电)头组件11，以便在再充电操作期间，将经过其传送的金属燃料带上的氧化物结构以电化学方式还原(即，再充电)为其原金属。在卡盘卸载模式期间，通过盒装入/卸载子系统从FCB系统卸载(如，排出)带装盒。
尽管可希望在有些应用情况下暂停带再充电操作而执行带放电操作，但第一说明性实施例的FCB系统能够同时进行放电和再充电操作。要注意的是，本发明的这种特性能够在功率产生操作期间同时使金属燃料带进行放电和再充电。
第一说明性实施例的FCB系统中利用的多道金属燃料带在图1所示的FCB系统中，每个金属燃料带5具有多个燃料道(如，5个道)，如前述同时待审的美国专利申请No.08/944,507中所述。当采用这种金属燃料带设计时，可能希望将金属燃料带放电子系统6中的每个放电头9设计为“多道”放电头。类似地，根据本发明的原理，其金属燃料带放电子系统7中的每个再充电头11应被设计成多道再充电头。如同时待审的美国专利申请No.08/944,507中所述，“多道”金属燃料带和多道再充电头的利用能够同时同时产生多个供电电压(如，1.2V)，并因此为具有多个负载需求的电负载产生和提供宽范围的输出电压(V1，V2，...Vn)。这些输出电压可被用来驱动连接到金属燃料带放电子系统的输出功率端13的各种电负载12。这可通过在带放电操作期间配置在每个阳极阴极对上产生的各个输出电压而实现。该系统的功能将在后面详细描述。
一般来讲，多道和单道金属燃料带等可采用几种不同的技术制成。最好，盒式装置3中包含的金属燃料带采用锌制成，这是因为这种金属便宜、对环境无害、并且易于工作。后面将描述用于制作本发明锌燃料带的几种不同技术。
例如，根据第一制造技术，将厚度为约0.1至约10微米的薄金属层(如镍或黄铜)施加到(以卡式结构形式拉伸或切割的)低密度塑料材料的表面。塑料材料应这样选择，即，它在存在诸如KOH的电解质时稳定。此后，将锌粉与粘结材料混合，如后作为涂层(如，厚度为1至约1000微米)施加到表面的薄材料层上。该锌层应具有约50％的均匀的孔隙度，以便使离子导电介质内的离子(如，电解质)在阴极和阳极结构的电流汇集部件之间以最小电阻流过。
根据第二制造技术，将厚度为约0.1至约10微米的薄金属层(如镍或黄铜)加到(以带形式拉伸或切割的)低密度塑料材料的表面。塑料材料应这样选择，即，它在存在诸如KOH的电解质时稳定。薄金属层的功能是在阳极表面保证有效汇集电流。此后，将锌电镀到薄金属层的表面。该锌层应具有约50％的均匀的孔隙度，以便使离子导电介质(如电解质)中的离子在阴极和阳极结构的电流汇集部件之间以最小电阻流过。
根据第三制造技术，将锌粉与低密度塑料材料混合，并拉伸成导电带。该低密度塑料材料应这样选择，即，它在存在诸如KOH的电解质时稳定。导电带应具有约50％的均匀的孔隙度，以便使离子导电介质(如电解质)中的离子在阴极和阳极结构的电流汇集部件之间以最小电阻流过。此后，将厚度为约0.1至约10微米的薄金属层(如镍或黄铜)施加到导电带的表面上。该薄金属层的功能是在阳极表面保证有效汇集电流。
上述制造金属燃料带技术中的每一种能够容易地改进，以产生“双面”金属燃料带，其中在柔性的基底(即，衬底)的两侧均设置单道或多道金属燃料层。金属燃料带的这些实施例有助于在装入到FCB系统的金属燃料带的两侧均设置放电头的应用情况。当制造双面金属燃料带时，在大多数实施例中，必须在塑料衬底的两侧均形成(薄金属材料的)电流汇集层，从而能够从与不同阴极结构相关联的的金属燃料带两侧汇集电流。当制造双面多道燃料带时，如上所述，可能希望或必须将两个多道金属燃料带全长层与每个带全长的衬底形体接触压在一起。阅读了本发明公开的本领域内的普通技术人员将容易理解采用上述方法来产生双面金属燃料带。在本发明的这些说明性实施例中，将改进每个放电头中的阳极接触结构，从而建立与在其中采用的金属燃料带结构中形成的每个电隔离的电流汇集层的电接触。
本发明用于封装金属燃料带的方法和装置以上述方式制成的多道金属燃料带5可以以多种不同方式封装。一种封装技术是将金属燃料带从供带盘转出，并以操纵9道数字记录带的方式将其卷在收带盘上。比卷盘到卷盘优异的另一种技术是将金属燃料带存储在小型带装盒装置中(“带装燃料盒”)。如图1所述，盒式装置5具有一壳体14，它包含一对间隔开的主轴15A和15B，以类似于盒式录像带的方式围绕卷绕金属燃料供给带5(5’，5”)。带装盒装置5还包括安装在盒壳体前角的一对间隔开的带导辊16A和16B和形成在其前端部14A(即，侧壁和顶表面)中的开口17。
前端开口14A提供多个重要的功能，即，它能够使“多道”放电头组件9在放电操作期间移动到相对于“路径长度延长的”金属燃料带适当对准的位置；当带装盒从金属燃料带放电子系统的放电间移开时，它能够使放电头组件从金属燃料带延长的路径长度部分移开；它能够使集成到FCB再充电子系统7中的带路径长度延长机构10与金属燃料带的一部分接合，然后通过如图2A1至2B2所示的两步骤操作来延长其路径长度。
盒壳体开口14A还能够使与金属燃料再充电子系统7关联的“多道”再充电头组件11在再充电操作期间移动到相对于放电的金属燃料带“路径长度延长的”部分的适当对准的位置；还能够在带装盒从FCB系统的盒式存储间15移开时使再充电头组件11从金属燃料带移开(即，抽出)。可在盒壳体内在该开口上安装一可伸缩的窗或门14B，以便当该装置未安装在系统的盒存储间中时，将盒内部与环境隔开。可采用各种弹簧偏置的机构来实现本发明带装盒的可伸缩窗。
尽管未示出，带延长机构也可包含在盒壳体中，以便保证当在放电模式或再充电模式操作下松开和重新卷绕金属燃料带期间金属燃料带保持适当的张力。该盒壳体也可采用被设计成耐热和防腐蚀的任何适当材料制成。最好，该壳体材料不导电，以便以在带放电和再充电期间为用户提供另外的防护措施。
本发明金属空气FCB的第一说明性实施例的带装盒装入/卸载子系统如图1、2A3和2A4示意性所示，并参照同时待审的美国专利申请No.08/944,507，图1的FCB系统中带装盒装入/卸载传送子系统2包括多个协同操作的机构，即盒接受机构16A，用于自动地(i)在盒插入口17A接受带装盒3，该盒插入口形成在系统壳体17的前面板上，和(ii)将该卡盘抽回其中的盒存储间中；自动门打开机构16B，用于当在FCB系统的盒存储间中接受该带装盒时，打开在带装盒中形成的门(用于金属燃料带存取)；和自动盒排出机构16C，用于响应于预定状态(如，按压设置在系统壳体前面板上的“排出”按钮，自动地检测金属燃料带端部等)，经盒插入口从盒存储间排出带装盒。
在图1的说明性实施例中，盒接受机构16A可被实现为平台状滑架结构，它围绕在带装盒壳体外部。平台状滑架结构可以辊方式支承在一对平行轨上，并可以电机和凸轮机构方式沿其传送。这些装置以可操作方式连接到如后所述的系统控制器。凸轮机构的功能是将电机轴的旋转运动转换成直线运动，该直线运动是当将一盒插入平台状滑架结构中时沿该轨移动该平台状滑架结构所必需的。安装在系统壳体内的接近传感器可用来检测经插入口插入并且放置在该平台状滑架结构内的带装盒的出现。由该接近传感器产生的信号可被提供给系统控制器，以便以自动方式启动带装盒撤回操作。
在系统壳体中，自动门打开机构16B可采用容易适当的机构实现，该机构能够在带装盒完全撤回到盒存储间时将盒门14B滑动到其打开位置。在该说明性实施例中，自动盒排出机构16C采用与上述盒接受机构相同的基本结构和功能。主要区别在于，自动盒排出机构响应于设置在系统壳体前面板上的“排出”按钮的按压、或其功能等效的触发状态或作用。当按压该按钮时，系统控制器使放电头自动地从金属燃料带移开，路径长度延长的金属燃料带变得不延长，并且带装盒通过该盒插入口自动地从该盒存储间排出。
应注意的是，带装盒装入/卸载子系统2以及第一说明性实施例的FCB系统中的所有其他子系统所需的控制功能由图2A3和2A4中所示的系统控制器18执行。在该说明性实施例中，系统控制器采用编程的微控制器(即，微计算机)实现，它具有程序存储器(ROM)、数据存储器(RAM)等，它们采用在微计算机控制领域内所熟知的一个或多个总线以可操作方式相连。
本发明金属空气FCB系统第一说明性实施例的金属燃料带传送子系统如图2A3和2A4所示，第一说明性实施例的金属燃料带传送子系统4包括一对同步的电机19A和19B，用于当被插入系统的盒接受间时，在金属燃料卡盘3中接合主轴20A和20B；在放电模式和(带)再充电模式操作期间，在同步控制下，将这些主轴以前向或反向方向驱动；电驱动电路21A和21B，用于产生电机19A和19B的电驱动信号；和带速度检测电路22，用于在放电和再充电操作期间检测金属燃料带(即，电机)的速度，并产生代表其的信号，以由系统控制器18用来控制金属燃料带的速度。由于第一说明性实施例的金属燃料带传送子系统4采用了系统控制器18，因此，它适当地包含系统控制器18作为金属燃料带传送子系统4中的支持子系统。
本发明金属空气FCB系统第一说明性实施例的金属燃料带放电子系统如图2A3和2A4所示，第一说明性实施例的金属燃料带放电子系统6包括多个子系统，即多道放电头组件9，其每个均包括具有可以下述方式连接的导电输出端的多部件阴极结构和阳极接触机构；金属氧化物检测头组件23，由于在放电模式期间，当金属燃料带被传送经过放电头时检测沿金属燃料道的特定区域的金属氧化物结构的出现；金属燃料带路径长度延长机构8，如图2A1和2A2图示并如上所述，用于在盒式装置5的特定区域上延长金属燃料带的路径长度，并能够在放电操作模式期间将多道放电头组件布置在其周围；放电头传送子系统24，用于当安排其路径长度由金属燃料带路径长度延长机构8以其延长配置布置时，将放电头组件9(和金属氧化物检测头组件24)的子部件传送到金属燃料带或从其传送；阴极-阳极输出端配置子系统25，用于在系统控制器18的控制下，配置放电头的阴极和阳极接触结构的输出端，使之保持由连接到金属燃料带放电子系统的特定电负载所需的输出电压；阴极-阳极电压监测子系统26，连接到阴极-阳极输出端配置子系统25，用于监测(即，采样)在每个放电头的阴极和阳极结构上产生的电压，并产生代表检测到的电压值的(数字)数据；阴极-阳极电流监测子系统27，连接到阴极-阳极输出端配置子系统25，用于监测(采样)在放电模式期间经过每个放电头的阴极和阳极上流过的电流，并产生代表检测到的电流值的数字数据信号；阴极氧气压力控制子系统，包括系统控制器18、固态pO2传感器28、图2A7和2A8中所示的真空室(结构)29、真空泵30、气流控制装置31、歧管结构32、和图2A8中所示的多腔(multi-lumen)管33，用来检测和控制每个放电头9的阴极结构中的pO2值；金属燃料带速度控制子系统，包括系统控制器18、电机驱动电路21A和21B、和带速度(即，速率和方向)传感器/检测器22，用于双向地控制在前向或反向方向上金属燃料带相对于放电头的速率；离子浓度控制子系统，包括系统控制器18、固态含水率传感器34、增湿部件(如，增湿或毛细作用部件)35，用于检测和调节FCB系统中的状态(如果在放电头阴极-电解质界面上的含水率或湿度值)，从而在放电模式操作期间将阴极-电解质界界面处的离子浓度保持在在最佳范围内；放电头温度控制子系统，包括系统控制器18、包含在其多阴极支承结构的每个通道内的固态温度传感器(如、热敏电阻)271、和放电头冷却装置272，响应于由系统控制器18产生的控制信号，在放电操作期间，将每个放电通道的温度降低到最佳温度范围内；关联型金属燃料数据库管理子系统(MFDMS)275，它采用局部总线276以可操作方式连接到系统控制器18，被设计成接收从金属燃料带放电子系统6内的各个子系统的输出中提取出的特定类型的信息；数据获取和处理子系统(DCPS)277，包括数据读取头38和基于编程的微处理器的数据处理器，其中，该读取头置入在每个放电头9的阴极支承结构、金属氧化物检测头组件23及其相关电路中或靠近其安装，该处理器用于接收从电压监测子系统26、阴极-阳极电流监测子系统27、金属氧化物检测头组件23、阴极氧气压力控制子系统和离子浓度控制子系统产生的数据信号，并且能够(i)从被传送的金属燃料带5读取金属燃料区域标识数据，(ii)采用图2B17中所示的局部系统总线278，在金属燃料数据库管理子系统(MFDMS)275中记录检测到的放电参数和由其提取的计算出的金属氧化物指示数据，和(iii)采用系统的局部系统总线278，读取存储在金属燃料数据库管理子系统(MFDMS)278中的预先记录的再充电参数和预先记录的金属燃料指示数据；输出(即，放电)功率调节子系统40，它连接在阴极-阳极输出端配置子系统25的输出端和连接到金属燃料带放电子系统6的电负载12的输入端之间，用于调节送到电负载上的输出功率(并调节由系统控制器执行的放电控制方法所需的电压和/或电流特性)；输入/输出控制子系统41，与系统控制器18连接，用于采用远程或其中置入FCB系统的合成系统控制FCB系统的所有功能，；和系统控制器18，用于采用图2B17中所示的总系统总线279，与金属燃料带再充电子系统7中的系统控制器18’连接，并具有在各种模式的系统操作期间管理上述子系统的操作的各种方式。将在下面更详细地描述这些子系统。
金属燃料带放电子系统中的多道放电头组件多道放电头道组件9的功能是在放电操作模式期间当金属燃料带放电时在电负载上提供电功率。在该说明性实施例中，每个放电)头9包括阴极部件支承板42，其具有多个隔离的通道43，使氧气(O2)自由地通过每个这种通道的底部44；多个导电阴极部件(如，条)45，用于分别插入这些通道的下部中；多个注入电解质的条46，用于放置在阴极条45上，并且分别在通道43中支承，如图2A6和2A7所示；和氧气注入室29，以密封方式安装在阴极部件支承板44的上(背)表面之上。
如图2A13和2A14所示，每个氧气注入室29具有多个子室29A至29E，它们分别与通道35A至35E形体上关联，其中，每个子室与所有其他子室隔离，并且在支承一个阴极部件和注入电解质的部件的电极支承板中一个通道中进行流体交流。如图所示，放电头组件中的每个子室被布置成与空气压缩机或O2供应装置(如，箱或卡盘)30经多腔管33的一个腔、歧管组件32的一个通道和电控气流开关31的一个通道进行流体交流，如图2A3和2A4所示，该操作受系统控制器18的控制。通过在系统控制器18的管理下有选择地经歧管组件32中对应气流通道泵送加压的空气，这种配置使得系统控制器18能够单独地将在放电头组件中在放电操作期间内每个氧气注入子室29A至29E中的pO2值控制在最佳范围内。
在该说明性实施例中，注入电解质的条是通过给吸收电解质载体介质注入凝胶体型电解质而实现的。最好，该电解质吸收载体介质被实现为由PET塑料制成的低密度、开孔泡沫材料的条。每个放电电池单元的凝胶体电解质采用由碱性溶液(如，KOH)、明胶材料、水、和本领域中已知的粘结剂组成的配方制成。
在该说明性实施例中，每个阴极条采用涂有多孔碳材料、颗粒状铂或其他接触剂48的镍丝网47制成，以形成适于在金属空气FCB系统中利用的阴极。阴极构造的细节公开于美国专利No.4,894,296和No.4,129,633，这些专利引用于此，以资参考。为了形成电流汇集通路，导电体49焊接到每个阴极条的下部丝网层。如图2A7所示，每个导电体49通过在阴极支承板的每个通道43的底面上形成的小孔50，并连接到阴极-阳极输出端配置子系统25。如所示，阴极条被压入通道的下部中，并将其固定。如图2A7所示，每个通道43的底面44形成有多个穿孔43A，使得氧气自由地到达阴极条。在该说明性实施例中，注入电解质的条46放置在阴极条45之上，并固定在阴极支承通道43的上部。如图2A8所示，当将阴极条和薄电解质条安装在阴极支承板中它们的相应通道中时，注入电解质的条的外表面与限定各个通道的板的上表面平齐放置，从而在带放电操作期间使金属燃料带平滑地沿其传送过。
疏水媒剂添加到构成放电头组件9中透氧气的阴极部件的碳材料，以保证在放电操作期间由其排出水。另外，阴极支承通道的内表面涂上疏水薄膜(如聚四氟乙烯)51，以保证注入电解质的条47中的水排出，从而在放电模式期间最佳地将氧气传送通过阴极条。最好，阴极支承板采用不导电材料、如本领域中熟知的聚氯乙烯(PVC)塑料材料制成。阴极支承板和真空室可采用也在本领域中熟知的注模技术制造。
为了在放电模式期间检测阴极结构中的氧分压以便用于对从放电头产生的电功率进行有效控制，固态pO2传感器28被置入在阴极支承板42的每个通道中，如图2A7所示，并以可操作方式连接到系统控制器18作为其信息输入装置。在该说明性实施例中，可采用熟知的用来测量人血液的(体内)pO2值的pO2传感技术来实现该pO2传感器。这些现有技术的传感器采用小型二极管构成，并分析和处理这种信息来以可靠方式产生计算的pO2测量值，该二极管在血液中出现氧气时发出两个或多个不同的波长的被以不同值吸收的电磁辐射，如美国专利No.5,190,038所述，该专利引用于此以资参考。在本发明中，发光二极管的特征波长可按直接方式这样选择，即，可在每个放电头的阴极结构中执行类似的检测功能。
图2A9中更详细地示出图1的盒式燃料卡盘中包含的多道燃料带。如图所示，金属燃料带5包括柔性结构的不导电基层53(即，由在存在电解质时稳定的塑料材料制成)；多个平行延长的、空间分隔的金属(如，锌)条54A、54B、54C、54D和54E，设置在超薄金属电流汇集层(未示出)之上，该层本身设置在基层53之上；多个不导电条55A、55B、55C、55D和55E，设置在各燃料条对54A、54B、54C、54D和54E之间的该基层上；和多个平行延长的通道(如，凹槽)56A、56B、56C、56D和56E，形成在基层的下侧，与上述金属燃料条相对，用于经开槽的基层与金属燃料道54A、54B、54C、54D和54E电接触。要注意的是，每个金属燃料条的间隔和宽度被这样设计，即，其利用在其中要采用金属燃料带的系统的放电头空间定位。
上述金属燃料带可采用上述任何的制造技术、以带形式将锌条施加到基府塑料材料层上而制造。金属条可体上分开，或由聚四氟乙烯分隔，以便确保两者间的电隔离。然后，通过施加电隔离材料的涂层来填充金属条之间的间隙，此后，可对基层进行机加工、激光刻蚀或其他处理，以在其中形成精细的通道，用于经基层能与单个金属燃料条电接触。最后，对多道燃料带的上表面进行剖光，以去除要在放电期间要与阴极结构接触的金属燃料条的表面上的电隔离材料。
在图2A10中，公开了一种示例性金属燃料(阳极)接触结构58，用于图2A7和2A8中所示的多道阴极结构。如图所示，多个导电部件60A、60B、60C、60D和60E由与带装盒中燃料带行程相邻放置的平台61支承。每个导电部件60A至60E具有平滑的表面，用于经过在对应于燃料道的金属燃料带的基层53中形成的精细的凹槽可滑动地与金属燃料的一个道接合。在系统控制器18的管理下，每个导电部件连接到导电体，该导电体又连接到阴极-阳极输出端配置子系统25。在系统控制器的控制下，平台61与以可操作方式放电头传送子系统24相关联，并可被设计成在系统的放电模式期间移动到燃料带位置。
要注意的是，如在本说明性实施例那样，通过利用多个放电头而不是单个放电头，能够从放电头组件产生更多的功率提供给电负载，而同时还使在各个放电头上产生的热量最小。金属燃料带放电子系统的该特性延长了在其放电头中采用的阴极的工作寿命。
金属燃料带放电子系统中的金属氧化物检测头组件金属氧化物检测头组件23的功能是检测(实时地)在放电操作期间在单个燃料道上产生的电流值，并产生电数据信号，该信号代表金属燃料道的哪些部分已被氧化并因此具有较小的或没有功率产生潜力。如图2A15所示，其组件中的每个多道金属氧化物检测头组件23包括多个子部件，即正电极支承结构63，用于支承多个正电极部件64A、64B、64C、64D和64E，其利用每个在一个燃料道(可能已氧化)的上表面定位，并连接到电流检测电路的低电压电源端65A、65B、65C、65D和65E，该电路以可操作方式连接到金属燃料带放电子系统6中的数据获取和处理子系统277，如图2A3和2A4所示；和负电极支承结构67，用于支承多个负电极部件68A、68B、68C、68D和68E，其每个利用在燃料道的下表面定位，并分别连接到电流检测电路66的低电压电源端69A、69B、69C、69D和69E。
在图2A3和2A4中所示的说明性实施例中，每个多道金属氧化物检测头23恰好设置在放电头9之前，以便检测此前的金属燃料带的实际状态，给系统控制器18提供数据信号，用于在放电之前检测和确定其上出现的金属氧化物的实际量。尽管在其FCB系统的第一说明性实施例中仅示出了一个金属氧化物检测头组件23，但是，应理解的是，对于双向基于带的FCB系统，最好在放电头组件的每一端上均安装一个金属氧化物检测头组件23，从而系统控制器能够“预测”哪些金属燃料区域“不能用”或没有金属燃料，而不管在任何特定瞬间金属燃料带被传送的方向如何。采用这样的布置方式，金属燃料带放电子系统6能够确定(即，估计)哪些金属燃料道的各部分在放电操作期间具有足够的电功率产生能力，而哪些不具有此能力，并控制金属燃料带传送子系统，以便在放电操作模式期间使金属燃料带以最佳方式放电。有关本发明此方面的细节将在后面加以描述。
金属燃料带放电子系统中的金属燃料带路径长度延长机构如图2A3和2A4所示，本说明性实施例的带路径长度延长机构8包括第一排辊71A至71E，安装在支承结构72上，用于当将盒式装置3被插入FCB系统的盒接受端口时接触金属燃料带的金属燃料部分；第二排辊73A至73E，设置在固定的排辊71A至71E之间，并安装在支承结构74上，用于当将盒式装置被插入FCB系统的盒接受端口时接触金属燃料带的基底部分；和机电结构的传送机构75，用于将辊支承结构72和74相对于系统壳体并且彼此相对地传送，以便执行如将后述的该子系统的各功能。
在图2A3中所示的配置中，带路径长度机构8被这样布置，即，当盒式装置3被插入到FCB系统的盒接受端口中时，第一和第二组辊71A至71E和73A至73E仅接触金属燃料带的对侧。如图2A4所示，第二组辊73A至73E被放置在(传送到)相对于第一组辊71A至71E的一距离处，从而使金属燃料带的路径长度变得明显从图2A3的配置中所示的路径长度延长。该延长的路径长度使在放电操作模式期间多个放电头9能布置在周围。在该配置中，每个放电头的阴极结构76与沿金属燃料带的金属燃料带建立离子接触，而每个放电头的阳极接触结构77与带的金属燃料带建立电接触。在该配置中，这样布置金属燃料带，使得多个放电头可在功率放电操作期间布置在金属燃料带周围。多个放电头的利用使金属燃料带在功率产生期间能负载较小的电流，从而在功率产生期间改善对金属氧化物结构的控制。该优点将在后面变得清楚。
金属燃料带放电子系统中的放电头传送子系统放电头传送子系统的主要功能是将放电头组件9(和支承其的金属氧化物检测头23)传送到已经路径长度延长的金属燃料带周围，如图2A3所示。当正确地传送时，在放电操作模式期间，放电头的阴极和阳极接触结构与金属燃料带的金属燃料道建立“离子导电”和“导电”接触，同时采用金属燃料带传送子系统将金属燃料带传送经过放电头组件。
放电头传送子系统24可采用多种机电机构中的任何一种实现，该机构能够将每个放电头的阴极结构76和阳极接触结构77传送离开金属燃料带，如图2A3所示，并且传送到金属燃料带周围，如图2A4所示。如图所示，这些传送机构以可操作方式连接到系统控制器18，并根据系统控制器18执行的系统控制程序由系统控制器18控制。
金属燃料带放电子系统中的阴极-阳极输出端配置子系统如图2A3和2A4所示，阴极-阳极输出端配置子系统25连接在放电功率调节子系统40的输入端和放电头组件9内的阴极-阳极对的输出端之间。系统控制器18以可操作方式连接到阴极-阳极输出端配置子系统25，以便在放电操作模式期间提供用于执行其功能的控制信号。
阴极-阳极输出端配置子系统25的功能是自动地配置(串联或并联地)金属燃料带放电子系统的放电头中所选阴极-阳极对的输出端，从而在带放电操作期间，在连接到FCB系统的电负载上产生所需输出电压值。在该本发明说明性实施例中，阴极-阳极输出端配置子系统25能够实现为采用晶体管受控技术的一个或多个电可编程电源转换电路，其中，放电头9中的阴极和阳极接触部件连接到输出功率调节子系统40的输入端。在系统控制器18的控制下执行这些转换操作，从而在连接到FCB系统的输出功率调节子系统的电负载上产生所需输出电压。
金属燃料带放电子系统中的阴极-阳极电压监测子系统如图2A3和2A4所示，阴极-阳极电压监测子系统26以可操作方式连接到阴极-阳极输出端配置子系统25，用于检测其中的电压值等。尽管未示出，该系统还以可操作方式用于连接到系统控制器18，用于接收执行其功能所需的控制信号。在第一说明性实施例中，阴极-阳极电压监测子系统26具有两个主要功能在放电模式期间，自动地检测在与通过每个放电头传送的每个金属燃料道关联的阴极-阳极结构上产生的瞬时电压值；和，产生指示检测到的电压的(数字)数据信号，用于由数据获取和处理子系统277进行检测、分析和响应，并接下来记录在金属燃料数据库管理子系统275中，金属燃料数据库管理子系统275可在放电操作模式期间由系统控制器18访问。
在本发明的第一说明性实施例中，阴极-阳极电压监测子系统26可采用检测电路来实现，该电路用于检测在与被传送经过金属燃料带放电子系统6中每个放电头中的每个金属燃料道相关联的阴极-阳极结构上产生的电压值。响应于所检测到的电压值，该电路可被设计成产生指示检测到的电压值的数字数据信号。
金属燃料带放电子系统中的阴极-阳极电流监测子系统如图2A3和2A4所示，阴极-阳极电流监测子系统27以可操作方式连接到阴极-阳极输出端配置子系统25。阴极-阳极电流监测子系统27具有两个主要功能在放电模式期间，自动地检测沿金属燃料带放电子系统中的每个放电头组件流过每个金属燃料道的阴极-阳极对的电流幅度；产生指示检测到的电流的数字数据信号，用于由数据获取和处理子系统277进行检测、分析和处理，并接下来记录在金属燃料数据库管理子系统275中，金属燃料数据库管理子系统275可在放电操作模式期间由系统控制器18访问。
在本发明第一说明性实施例中，阴极-阳极电流监测子系统27能够采用电流检测电路来实现，该电路用于检测沿每个放电头组件流过每个金属燃料道的阴极-阳极对的电流，产生指示检测到的电流数字数据信号。如后更详细地解释的，这些检测到的电流值被存储在金属燃料数据库子系统中，并可由系统控制器18容易地以各种方式访问，即执行其放电功率调节方法；并创建放电的金属燃料带的每个区域或子区的“放电状态历史”等。
金属燃料带放电子系统的阴极氧气压力控制子系统上述阴极氧气压力控制子系统的功能是检测放电头9的阴极结构的每个通道的氧气压力(pO2)，并且，响应于此，通过调节这些阴极结构中的空气(O2)压力来控制(即，增加或减小)该压力。根据本发明，每个放电头的阴极结构的每个通道中的氧分压(pO2)提供在其中的氧浓度的测量值并保持在最佳值上，以便在放电模式期间在放电头中实现最佳氧气消耗。通过保持阴极结构的每个通道中的pO2值，可以以可控方式增加从放电头产生的功率输出。另外，通过监测pO2的变化并产生代表其的数字数据信号，以由系统控制器进行检测和分析，给该系统控制器18提供可控变量，用于在放电模式期间调节提供给电负载12的电功率。
在图1中所示其FCB系统的第一说明性实施例中，由置入放电头9中的固态pO2传感器28A至28E产生的数据信号被提供给数据获取和处理子系统277，如图2A3和2A4所示。数据获取和处理子系统277接受这些信号，将它们转换成数字数据等，然后将合成信息项记录在图2A16所示的信息结构中，该信息结构由金属燃料带放电子系统6在金属燃料数据库管理子系统275中管理。这些放电参数可在任何时刻经局部总线由控制器18访问，以便在放电操作期间单独地控制其放电头9的每个通道中的pO2值。
金属燃料带放电子系统中的金属燃料带速度控制子系统在放电模式期间，金属燃料带速度控制子系统4的功能是控制金属燃料带放电子系统6中放电头上金属燃料带的速度。在该说明性实施例中，金属燃料带速度控制子系统18包括多个子部件，即系统控制器18；电机速度电路21A和21B；和带速度传感器22。响应于带传送经过速度传感器22，产生指示带速度(即速率和方向)的数据信号，并将其提供给数据获取和处理子系统277。一旦处理该数据信号，数据获取和处理子系统如277便产生代表采样的带速度的数字数据，该数字数据然后被存储在金属燃料数据库管理子系统275中，与由相同的子系统读取的金属燃料标识数据(即代码相关联。根据所执行的功率放电调节方法，系统控制器18自动地经局部系统总线276从金属燃料数据库管理子系统275读取带速度数据。采用该信息，系统控制器18自动地控制(即，增加或减小)金属燃料带相对于放电头的瞬间速度。这种带速度控制是这样进行的，即，产生适当的控制信号，来驱动连接到被放电的金属燃料带的供带盘和收带盘的电机19A和19B。
控制金属燃料带速度的主要原因是，该参数确定可在金属燃料带被传送经过金属燃料带放电子系统6内的每个放电头期间从该金属燃料带产生多少电流(并因此产生多少功率)。理想情况是，在放电模式期间，可能希望将金属燃料带尽可能慢地传送经过放电头组件，以便提供所连接的负载12所需的电功率量。但是，为了实用，将控制金属燃料带速度，从而在每个放电头中产生的阴极-阳极电流(iac)将满足所连接的负载12电功率需求。在电负载的功率需求低于FCB系统最大输出功率容量的许多应用情况下，将控制金属燃料带的速度，从而当单个金属燃料区域完全经过放电头组件中的所有放电头时，沿每个金属燃料区域的总金属燃料量(TMFA)完全消耗，从而在每个放电头上均匀地分布电负载和产生热量。这将用于使放电头的工作寿命最长。
金属燃料带放电子系统中的离子浓度控制子系统为了在放电模式期间实现高能效，必须在金属燃料带放电子系统6中的每个放电头的阴极-电解质界面上保持(所带电荷)离子的最佳浓度。因此，该离子浓度控制子系统的主要功能是检测和改变FCB系统中的状态，从而在放电操作模式期间将放电头中阴极-电解质界面处的离子浓度保持在最佳范围内。
当阴极和阳极之间的离子导电介质为包含氢氧化钾(KOH)的电解质时，希望在放电操作模式期间将其浓度保持在6N(-6M)。由于含水率值或相对湿度(RH％)能够明显地影响电解质中KOH的浓度，因此，希望调节每个放电头中阴极-电解质界面处的含水率值和相对湿度。在该说明性实施例中，可以多种不同方式来实现离子浓度控制，如，将小型固态含水率传感器34置入在FCB系统中(或尽可能靠近放电头的阳极阴极界面)，以便检测含水率状态，并且产生代表其的数字数据信号。如图2A3和2A4所示，该数字数据信号被提供给数据获取和处理子系统277，进行检测和分析，并接着在由金属燃料数据管理子系统275保持的图2A16的信息结构中记录。在放电头的特定通道内的含水率值(或相对湿度)掉落到图2A16中的信息结构中设置的预定阈值以下时，系统控制器18响应于含水率值的这种变化，自动地产生一控制信号，提供给增湿(或H2O散布)部件35，用于增加特定通道中的含水率值。通常，增湿部件35可以多种不同方式实现。其中的一种方式为，当在放电模式期间将金属燃料带传送经过放电头组件时，采用与金属燃料道体接触的毛细作用(如，H2O施加)装置36将一些水可控制地释放到带的金属燃料道的表面上。另一种技术可能涉及的是，从在沿每个阴极支承结构的顶表面上实现的、并在传送期间面对金属燃料带的微型喷嘴喷洒细小水珠(如，极细小的雾)。这些操作将提高放电头内部的含水率值(或相对湿度)，从而保证注入电解质的条46A至46E内的KOH浓度保持为能够最佳地进行离子传送并因此产生功率。
金属燃料带放电子系统中的放电头温度控制子系统如图2A3、2A4和2A7所示，本发明第一说明性实施例的包含在金属燃料带放电子系统6中的放电头温度控制子系统包括多个子部件，即系统控制器18；固态温度传感器(如，热敏电阻)271，置入在其多阴极支承结构42的每个通道中，如图2A7所示；和放电头冷却装置272，它响应于由系统控制器18产生的控制信号，用于在放电操作期间将每个放电通道的温度降低到最佳温度范围内。放电头冷却装置272可采用多种热交换技术来实现，包括热交换领域中所熟知的风冷、水冷、和/或制冷剂冷却。在本发明的一些实施例中，当产生高数值的电功率时，可能希望在每个放电头周围提供套管状结构，以便为了温度控制的目的而循环空气、水和制冷剂。
金属燃料带放电子系统中的数据获取和处理子系统在图1的说明性实施例中，图2A3和2A4中所示的数据获取和处理子系统(DCPS)277执行多种功能，例如包括(1)在刚好在每个金属燃料带被传送经过放电头组件中的每个放电头之前，标识金属燃料带的每个区域或子区，并且产生代表该带的金属燃料带标识数据；(2)在标识的金属燃料区域被传送经过其放电头组件中的时段期间，传感(即，检测)金属燃料带放电子系统6中的各种“放电参数”；(3)计算一个或多个参数、代表在带放电操作期间产生的金属氧化物的量的估计或测量值，并产生代表所计算出的参数、估计值和/或测量值的“金属氧化物指示数据”；和(4)在金属燃料数据库管理子系统275(可由系统控制器18访问)中记录检测到的放电参数数据及计算出的金属氧化物指示数据，这两者均与放电操作模式期间标识的对应的金属燃料区域相关。如后面更清楚地看到的，由数据获取和处理子系统275保持在金属燃料数据库管理子系统277中的这种记录的信息可以由系统控制器18以各种方式利用，这些方式例如包括在放电操作模式期间，以有效的方式优化地使部分或完全氧化的金属燃料带进行放电(即，从其产生电功率)；和在再充电操作模式期间，以快速的方式优化地对部分或完全氧化的金属燃料带进行再充电。
在放电操作期间，数据获取和处理子系统277自动地对代表与构成上述金属燃料带放电子系统6的各种子系统关联的“放电参数”的数据信号进行采样(或获取)。在放电模式期间，由这些子系统产生的数据信号中，这些采样的数据被编码为信息。根据本发明的原理，带型“放电参数”应包括但不限于在沿由例如阴极-阳极电压监测子系统26监测到的特定金属燃料道的阴极和阳极结构上产生的电压；在沿由例如阴极-阳极电流监测子系统27监测的特定金属燃料道的阴极和阳极结构流过的电流；由金属燃料带速度控制子系统监测到的金属燃料带的特定区域放电期间的金属燃料带的速度(即，速率和方向)；每个放电头的阴极结构中的氧气饱和值(pO2)，由阴极氧气压力控制子系统(28、30、31、18)监测；在由例如离子浓度控制子系统(18、34、35和36)监测的特定放电头中沿特定金属燃料道的阴极-电解质界面上或附近的含水率(H2O)值(或相对湿度)；和上述标识的放电参数任何状态的时段(ΔT)。
通常，数据获取和处理子系统277可在放电操作模式期间记录带型“放电参数”的方式有多种。后面将对这些不同的方法进行描述。
根据图2A9所示的数据记录的第一方法，唯一区域标识代码或标记80(如，以区域标识信息编码的小型条形码符号)以图形方式印刷在“光学”数据道81上，该数据道例如被实现为沿金属燃料带每个区域或子区82的边缘粘贴或另外附着的反射薄膜材料的透明条，如图2A9所示。该光学数据道的功能是，沿着该金属燃料供给带，在沿每个金属燃料区域的侧面记录唯一标识码或符号(即，数据信息标签)。图形区域标识码的位置应与它所关联的特定金属燃料区域形体上相一致。其上以印刷或照排技术记录有区域标识代码的该光学数据道可在制造多道金属燃料带时形成。沿该带边缘的金属燃料带标识标记80然后由采用光学技术实现的光学数据读取器38(如，激光扫描条形码符号读取器或光学解码器)读取。在该说明性实施例中，产生代表这些唯一区域标识代码的信息，以便记录在信息存储结构中，如图2A16中所示，其中，该信息存储结构是由数据获取和处理子系统277的带数据读取器38对沿该带标识的每个金属燃料区域创建的。最好，在放电操作期间，采用由金属燃料带放电子系统6中的数据获取和处理子系统277执行的数据写操作，来实现这种信息存储。
根据图2A9’中所示的第二数据记录方法，唯一数字“区域标识”代码83磁记录在沿金属燃料带5’每个区域或子区的边缘设置的磁数据道84上。代码的位置应与它所关联的特定金属燃料区域相一致。其上记录有区域标识代码的该磁数据道可在制造该多道金属燃料带时形成。然后，沿该带边缘的该区域标识标记由采用本领域内熟知的磁信息读取技术实现的磁读取器38’读取。在该说明性实施例中，产生代表这些唯一区域标识代码的信息，以便记录在信息存储结构中，如图2A16中所示，其中，该信息存储结构是由数据读取器38’对沿该带标识的每个金属燃料区域创建的。最好，在放电操作期间，采用由金属燃料带放电子系统6中的数据获取和处理子系统277执行的数据写操作，来实现这种信息存储。
根据图2A9”所示的第三数据记录方法，唯一数字“区域卡标识”代码按在沿金属燃料带5”每个区域或子区88的边缘设置的不透光数据道87中形成的一系列透光开孔86记录。在该开孔记录技术中，信息以透光开孔的形式进行编码相对间隔和/或宽度作为实现信息编码的途径。代码的位置(即，唯一标识号或地址)应与它所关联的特定金属燃料区域相一致。其上记录有区域标识代码的该光学数据道可在制造该多道金属燃料带时形成。然后，沿该带边缘的区域标识标记86由采用本领域内熟知的光学传感技术实现的光学传感头38”读取。在该说明性实施例中，产生代表这些唯一区域标识代码的数字数据，以便记录在信息存储结构中，如图2A16中所示，其中，该信息存储结构是由数据读取器38”对沿该带标识的每个金属燃料区域创建的。最好，在放电操作期间，采用由金属燃料带放电子系统6中的数据获取和处理子系统277执行的数据写操作，来实现这种信息存储。
根据第四个替换的数据记录方法，每个标识的金属燃料区域的唯一数字“区域标识”代码和放电参数被记录在附着到沿本发明金属燃料带边缘并沿其延长的条的磁、光、或开孔的数据道中。有关金属燃料的特定区域或子区的信息块，如图2A16所示，可在再充电操作模式期间被记录在数据道中，该数据道与容易地访问此记录信息的相关的金属燃料区形体相邻。通常，该信息块将包括金属燃料带标识号和一组放电参数，当金属燃料区域被传送经过放电头组件9时，它们由数据获取和处理子系统275检测。
与上述第三种方法相比，上述第一和第二数据记录方法具有几个优点。具体地讲，当采用第一和第二方法时，沿金属燃料带设置的数据道具有极低的信息容量。这是因为，以唯一标识符(地址号或卡标识号)标记每个金属燃料区域需要记录的信息极少，所检测到的放电参数记录在金属燃料数据库管理子系统275中。另外，根据第一和第二方法的数据道信息应不昂贵，并且还提供用于读取沿该数据道记录的区域标识信息的设备。
金属燃料带放电子系统的放电功率调节子系统如图2A3和2A4所示，放电功率调节子系统40的输入端口以可操作方式连接到阴极-阳极输出端配置子系统25的输出端口，而放电功率调节子系统40的输出端口以可操作方式连接到电负载12的输入端。尽管放电功率调节子系统40的主要功能是调节在其放电操作模式期间提供给电负载的电功率，但放电功率调节子系统还可在放电操作期间调节加在电负载上的输出电压以及流过阴极-电解质界面上的电流。这些控制功能由系统控制器18管理，并可以多种方式可编程地选择，以便在满足动态负载要求的同时实现本发明多道和单道金属燃料带的最佳放电。
第一说明性实施例的放电功率调节子系统可采用在功率、电压和电流控制领域内所熟知的固态功率、电压和电流控制电路实现。该电路可包括采用晶体管控制技术的电可编程电源转换电路，其中，可将可控电流源串联地连接到电负载12，以便响应于由执行特定放电功率控制方法的系统控制器产生的控制信号控制流过的电流。这些电可编程电源转换电路还可包括晶体管控制技术，其中，可将可控电压源并联到电负载，以便响应于由系统控制器产生的控制信号来控制其上的输出电压。该电路可由系统控制器12组合并受其控制，以便在电负载上提供恒定的功率控制。
在该本发明说明性实施例中，放电功率调节子系统40的主要功能是采用下列放电功率控制(即调节)方法中的任何一种来对电负载执行实时功率调节(1)恒定输出电压/可变输出电流方法，其中，响应于负载状态，电负载上的输出电压保持恒定，而使电流变化；(2)恒定输出电流/可变输出电压方法，其中，响应于负载状态，进入电负载中的电流保持恒定，而使其上的电压变化；(3)恒定输出电压/恒定输出电流方法，其中响应于负载状态，负载上的电压和流入负载中的电流均保持恒定；(4)恒定输出功率方法，其中，响应于负载状态，使电负载上的输出功率保持恒定；(5)脉动输出功率方法，其中，电负载上的输出功率以根据预定状态保持的每个功率脉冲的占空比脉动；(6)恒定输出电压/脉动输出电流方法，其中，流入电负载中的电流保持恒定，而流入负载的电流以特定占空比脉动；和(7)脉动输出电压/恒定输出电流方法，其中，流入负载的输出功率脉动，而流入负载的电流保持恒定。
本发明的优选实施例中，七(7)种放电功率调节方法中的每一种均编程到与系统控制器18相关的ROM中。这些功率调节方法可以多种不同方式选择，这些方式例如包括，手动地启动系统壳体上的开关或按钮、自动地检测在电负载12与金属燃料带放电子系统6之间的接口上建立或检测到的物理、电学、磁或光学状态。
金属燃料带放电子系统中的输入/输出控制子系统在有些应用中，可能希望或必须组合两个或多个FCB系统或它们的金属燃料带放电子系统，以便合成系统不由单独运行的这些子系统提供其功能。考虑到这些应用，其金属燃料带放电子系统6包括输入/输出控制子系统41，它使外部系统(例如，微计算机或微控制器)越权控制金属燃料带放电子系统6的各方面，就象其系统控制器执行这些控制功能似的。在该说明性实施例中，输入/输出控制子系统41被实现为标准的IEEE I/O总线架构，为外部或远程计算机系统提供直接与金属燃料带放电子系统6的系统控制器18相接口的、并且直接地管理系统和子系统操作各方面的方法和装置。
金属燃料带放电子系统中的系统控制器如上所述，系统控制器18执行各种操作，以便在其放电模式中执行其FCB系统的各种功能。在图1的FCB系统的优选实施例中，系统控制器18采用在微计算机控制领域内所熟知的具有程序和数据存储器(如ROM、EPROM、RAM等)及系统总线结构的编程的微控制器实现。在本发明的任何特定实施例中，应理解的是，可组合两个或多个微控制器，以便执行由其FCB系统执行的各组功能。所有这些实施例均是本发明系统的所考虑到的实施例。
金属燃料带放电子系统中的放电金属燃料带图2A5代表描述采用图2A3和2A4中所示金属燃料带放电子系统的放电(即，由其产生电功率)金属燃料带的基本步骤的高级流程图。
如块A所示，用户将未氧化的金属燃料供给带放置(即，插入)到系统壳体的卡盘接受端口中，从而路径长度延长机构8与准备在金属燃料带放电子系统中进行放电的金属燃料带相邻。
如块B所示，金属燃料带放电子系统中的路径长度延长机构增加在该增加的路径长度区域上金属燃料带的长度，如图2A3和2A4所示。
如块C所示，放电头传送子系统6将放电头布置在金属燃料带放电子系统的延长的路径长度上的金属燃料带周围，从而，将离子导电介质放置在每个阴极结构和相邻的金属燃料带之间。
如块D所示，放电头传送子系统6然后配置每个放电头，从而使其阴极结构与路径长度延长的金属燃料带建立离子接触，而阳极接触结构与其建立电接触。
如块E所示，阴极-阳极输出端配置子系统25自动地配置在路径长度延长的金属燃料带周围的每个放电头的阴极-阳极结构的输出端，然后，系统控制器18控制金属燃料带放电子系统6，从而产生电功率，并按所需输出电压将其输出到电负载。当所有或大部分金属燃料带已经放电时，卡盘装入/卸载子系统2被编程为自动地排出金属燃料带卡盘，以由包含再充电的金属燃料带的卡盘替换。
本发明金属空气FCB系统第一说明性实施例的金属燃料带再充电子系统如图2B3和2B4所示，第一说明性实施例的金属燃料带再充电子系统7包括多个子系统，即多道金属氧化物还原(即，再充电)头组件11，它们各具有其导电输入端可以下述方式连接的多部件阴极结构和阳极接触结构；金属氧化物检测头组件23’，用于当在再充电模式期间金属燃料带被传送经过再充电头时检测沿金属燃料道的特定区域的金属氧化物结构的出现；金属燃料带路径长度延长机构10，如图2B1和2B2所示并如上所述，用于将金属燃料带的路径长度延长到盒式装置5的特定区域，并使多道金属氧化物还原头组件在再充电操作模式期间布置在其周围；再充电头传送子系统24’，用于当金属燃料带路径长度延长机构11使其路径长度按延长配置时，将再充电组件11(和金属氧化物检测头组件23’)的子部件传送到金属燃料带或从其传送出；输入电源子系统90，用于将从外部提供的AC电源信号转换成DC电源信号，该DC电源信号具有适于对被传送经过金属燃料带再充电子系统的再充电头的金属燃料道进行再充电的电压；阴极-阳极输入端配置子系统91，用于在系统控制器18’的控制下，将输入电压子系统90的输出端(端口)连接到再充电头11的阴极和阳极接触结构的输入端(端口)，从而给其提供输入电压，用于在再充电模式期间将金属氧化物结构以电化学方式转换成其原金属；阴极-阳极电压监测子系统26’，连接到阴极-阳极输入端配置子系统91，用于监测(即，采样)在每个再充电头的阴极和阳极上施加的电压，并产生代表检测到的电压值的(数字)数据；阴极-阳极电流监测子系统27’，连接到阴极-阳极输入端配置子系统91，用于监测(采样)在放电模式期间在每个再充电头的阴极-电解质界面上流过的电流，并产生代表检测到的电流值的数字数据信号；阴极氧气压力控制子系统，包括系统控制器18’、固态pO2传感器28’、图2B7和2B8中所示的真空室(结构)29’、真空泵30’、电控气流控制装置31’、歧管结构32’、和图2B8所示的多腔管33’，用来检测和控制每个再充电头11阴极结构中的每个通道的pO2值；金属燃料带速度控制子系统，包括系统控制器18’、电机驱动电路21A和21B、和带速度(即，速率和方向)传感器/检测器22’，用于双向地控制金属燃料带相对于再充电头11在向前和向后方向上的速度；离子浓度控制子系统，包括系统控制器18’、固态含水率传感器34’、增湿部件(如，增湿或毛细作用部件)35’，用于检测和调节FCB系统中的状态(如，在放电头阴极-电解质界面上的相对湿度)，从而在再充电模式操作期间将阴极-电解质界面处的离子浓度保持在最佳范围内；再充电头温度控制子系统，包括系统控制器18’、置入在其多阴极支承结构的每个通道内的固态温度传感器(如热敏电阻)271’、和放电头冷却装置272’，响应于由系统控制器18’产生的控制信号，在再充电操作期间，将每个再充电通道的温度降低到最佳温度范围内；关联型金属燃料数据库管理子系统(MFDMS)280，它采用局部总线281以可操作方式连接到系统控制器18’，被设计成接收从金属燃料带再充电子系统7内的各个子系统的输出中提取出的特定类型的信息；数据获取和处理子系统(DCPS)282，包括数据读取头38’、金属氧化物检测头组件23’及其相关电路、和基于编程的微处理器的数据处理器，其中，该读取头包含在或靠近地安装在每个再充电头124的阴极支承结构，该数据处理器用于接收从电压监测子系统26’、电流监测子系统27’、金属氧化物检测头组件23’、带速度控制子系统、阴极氧气压力控制子系统和离子浓度控制子系统输出的数据信号，并且能够(i)从所传送的金属燃料带5中读取金属燃料区域标识数据，(ii)采用局部系统总线283，在金属燃料数据库管理子系统(MFDMS)280中记录检测到的再充电参数和所提取的计算出的金属燃料指示数据，和(iii)采用局部系统总线281，读取存储在金属燃料数据库(MFDMS)280中存储的预先记录的金属燃料指示数据；输入(即，再充电)功率调节子系统292，连接到输入电源子系统90的输出端(即，端口)与阴极-阳极输入端配置子系统91的输入端(即，端口)之间，用于在再充电模式期间，调节送到正被再充电的每个金属燃料道的阴极和阳极结构上的输入功率(和电压和/或电流特性)；输入/输出控制子系统41’，与系统控制器18’连接，用于采用远程或其中包含FCB系统的合成系统控制FCB系统的所有功能，；和系统控制器18’，用于在各种系统操作模式期间管理上述子系统的操作。将在下面更详细地描述这些子系统。
金属燃料带再充电子系统的多道再充电头组件多道再充电头道组件11的功能是，在再充电操作模式期间以电化学方式还原沿经过再充电头道组件11传送的金属燃料带的道的金属氧化物。在该说明性实施例中，每个再充电头11包括阴极部件支承板42，其具有多个隔离的通道43’，使氧气(O2)自由地通过每个这种通道底部44’；多个导电阴极部件(如条)45A’至45E’，用于分别插入这些通道的下部中；多个注入电解质的条46A’至46E’，用于分别放置在阴极条45A’至45E’上，并支承在通道44’中，如图2B6所示；和氧气抽空室29’，以密封方式安装在阴极部件支承板42’的上(背)表面之上，如图2B7所示。
如图2B3和2B4所示，每个氧气抽空室29’具有多个子室29A’至29E’，它们分别与带有凹槽的通道154A’至154E’形体关联。每个真空子室29A’至29E’全部与所有其他子室隔离，并且与支承阴极部件和注入电解质的部件的一个通道进行流体交流。如图所示，每个子室29A’至29E’被布置成与真空泵30’经多腔管38’、歧管组件32’和电控气流开关31’进行流体交流，这些操作中的每个均受系统控制器18’的控制。这种布置使得系统控制器18’能够在再充电操作期间在每个子室中将pO2值保持在最佳范围内，该操作是通过有选择地经歧管组件32’中对应气流通道从这些子室抽出空气来进行的。
在该说明性实施例中，再充电头组件11中注入电解质的条是通过给吸收电解质载体介质注入凝胶体型电解质而实现的。最好，该电解质吸收载体介质被实现为由PET塑料制成的低密度、开孔泡沫材料的条。每个再充电电池单元的凝胶体电解质采用由碱性溶液(如，KOH)、明胶材料、水、和本领域中已知的粘结剂组成的配方制成。
在该说明性实施例中，每个阴极条采用涂有多孔碳材料、颗粒状铂或其他接触剂48’的镍丝网层47’制成，以形成适于在金属空气FCB系统的再充电头中利用的阴极。阴极构造的细节公开于美国专利No.4,894,296和No.4,129,633，这些专利引用于此，以资参考。为了形成电流汇集路径，导电体49’焊接到每个阴极条的下部丝网层。如图2B7所示，每个导电体49’通过在阴极支承板的通道底面上形成的小孔50’，并连接到阴极-阳极输入端配置子系统91的输入端。如图所示，该阴极条被压入通道的底部中，并将其固定。如图2B7所示，每个通道43的底面中形成有多个穿孔43A，使得氧气从阴极-电解质界面抽出，而到达真空泵30’。在该说明性实施例中，注入电解质的条46A’至46E’放置在阴极条45A’至45E’之上，并固定在阴极支承通道43’的上部。如图2B8所示，当将阴极条和薄电解质条安装在阴极支承板42’中它们的相应通道中时，注入电解质的条的外表面与限定各个通道的板的上表面平齐放置，从而在带再充电操作期间使金属燃料带平滑地传送经过。
疏水媒剂添加到构成再充电头组件11内阴极部件的碳材料，以由透氧气的阴极部件排出水。另外，阴极支承通道的内表面44涂上疏水薄膜(如聚四氟乙烯)51’，以保证注入电解质的条47’中的水排出，从而在再充电模式期间最佳地实现氧气传送到阴极条。最好，阴极支承板采用不导电材料、如本领域中熟知的聚氯乙烯(PVC)制成。阴极支承板和抽空室可采用也在本领域中熟知的注模技术制造。
为了在再充电模式期间检测阴极结构中的氧分压(pO2)以便用于对在再充电头中的金属氧化物进行有效控制，固态pO2传感器28’被置入在阴极支承板42’的每个通道中，如图2B7所示，并以可操作方式连接到数据获取和处理子系统282作为其信息输入装置。由pO2传感器产生的数据信号由数据获取和处理子系统282接收，转换成适当的格式，然后记录在由金属燃料数据库管理子系统280保持的图2B16中所示的信息结构中。系统控制器18’具有对可采用局部系统总线281屉数据库管理子系统中存储的这些信息访问的途径，如图2B3和2B4中所示。
在该说明性实施例中，可采用熟知的用来测量人血液的(体内)pO2值的pO2传感技术来实现该pO2传感器。这些现有技术的传感器采用小型二极管构成，并分析和处理这种信息，以可靠方式产生计算的pO2测量值，该二极管在血液中出现氧气时以不同的波长发出被以不同值吸收的电磁辐射，如美国专利No.5,190,038所述，该专利引用于此以资参考。在本发明中，发光二极管的特征波长可这样直接地选择，从而，可在每个再充电头的阴极结构中以直接方式执行类似的检测功能。
图2B9中示出具有已进行部分放电并从而沿其金属燃料道具有金属氧化物结构的多道燃料带一部分。要注意的是，部分放电的金属燃料带的该部分包含在图1所示带装式燃料盒中，并且需要在金属燃料带再充电子系统7中再充电，同时其盒式装置安放在FCB系统的盒式存储间中。
在图2B10中，公开了一种示例性金属燃料(阳极)接触结构58’，结合图2B7和2B8中所示的阴极结构使用。如图所示，多个导电部件60A’至60E’由与带装盒中燃料带行程相邻放置的平台61’支承。每个导电部件60A’至60E’具有平滑的表面，用于经在对应于燃料道的燃料带的基层中形成的精细的凹槽滑动地与金属燃料的一个道接合。每个导电部件连接到导电体，该导电体又连接到阴极-阳极输入端配置子系统91的输出端。在系统控制器18’的控制下，平台61’以可操作方式与再充电头传送子系统24’相关联，并可被设计成在系统的再充电模式期间移动到金属燃料带位置。
要注意的是，如在本说明性实施例那样，通过利用多个再充电头而不是单个放电头，能够采用更低的再充电电流使从放电的金属燃料带更快地再充电，从而使在各个再充电头上产生的热量最小。金属燃料带再充电子系统7的该特性延长了在其再充电头中采用的阴极的工作寿命。
金属燃料带中的金属氧化物检测头组件金属燃料带再充电子系统7中金属氧化物检测头组件23’的功能是，在再充电操作期间检测(实时地)在各个燃料道上产生的电流值，并产生电信号，这些电信号代表金属燃料道的哪些部分已氧化并进而需要金属氧化物还原处理的程度。如图2B15所示，在其组件中的每个多道金属氧化物检测头23’包括多个子部件，即正电极支承结构63’，用于支承多个正电极部件64A’至64E’，其每个利用在燃料道(可能已氧化)之一的上表面定位，并连接到电流检测电路66所设的低压电源端59A、59B、59C、59D和59E，该检测电路又以可操作方式连接到金属燃料带再充电子系统7内的数据获取和处理子系统282，如图2B3和2B4所示；及负电极支承结构67，用于支承多个负电极部件68A’至68E’，其每个利用在金属燃料道的上表面定位，并连接到电流检测电路66所设的低压电源端69A至69E。
在图2B3和2B4中所示的说明性实施例中，每个多道金属氧化物检测头23’正好设置在再充电头11之前，以便检测此前金属燃料带的实际状态，并给系统控制器18’提供一信号，以检测和确定在再充电之前金属氧化物出现的量(或百分比)。尽管在其FCB系统第一说明性实施例中仅示出了一个金属氧化物检测头组件23’，但应理解的是，对于基于双向带的系统而言，最好在再充电头组件的每端上均安装一个组件，从而系统控制器18’能够预测哪些金属燃料区域是完全充电、局部放电或是完全放电，而不管在任何瞬间金属燃料带的传送的方向如何。
采用这种布置方式，金属燃料带再充电子系统7能够实际确定在再充电操作期间金属燃料道的哪些部分需要金属氧化物还原。可采用用于在再充电模式期间在每个金属燃料道上施加测试电压的电流检测电路66’来执行这种信息汇集，以测量响应电流(iacr)。将这些参数作为输入提供到数据获取和处理子系统282。然后，该子系统以一种或多种方式处理所获取的数据，以确定金属氧化物结构的出现。例如，该子系统能够将所检测到的响应电流值与存储在金属燃料数据库管理子系统280中的阈值电流值相比较。另外，该子系统能够计算比值vacr/iacr，以确定电池单元的电阻测量值，并将该测量值与参考阈值进行比较，以确定在该电池单元上是否有高电阻，并进而确定是否由大量的金属氧化物结构。该数据存储在金属燃料数据库管理子系统280中，并可在再充电操作期间由系统控制器180’访问。将在后面更详细地描述系统控制器18’可对金属燃料数据库管理子系统280中的数据进行实时分析响应的各种方式。
金属燃料带再充电子系统中的金属燃料带路径长度延长机构如图2B3和2B4所示，本说明性实施例的带路径长度延长机构10包括第一排辊71A’至71E’，安装在支承结构72’上，用于当将盒式装置3插入FCB系统的盒接受端口中时接触金属燃料带的金属燃料部分；第二排辊73A’至73E’，设置在该固定的排辊71A’至71E’之间，用于当将盒式装置3插入FCB系统的盒接受端口中时接触金属燃料带5的基底部分；和机电结构的传送机构75’，用于相对于系统壳体并彼此相对地传送辊支承结构72至74，以便执行如将更详细叙述的该子系统的功能。要注意的是，这些排辊71A’至71E’被布置在为金属燃料带放电子系统7设置的带路径延长机构的排辊73A’至73E’左右两侧。另外，在本发明的其他实施例中，可能希望采用单个带路径长度延长机构以结合金属燃料带放电子系统的放电头和金属燃料带再充电子系统的再充电头使用。
在图2B3所示的配置中，金属燃料带再充电子系统的带路径长度机构10这样布置，即，当将盒式装置3插入FCB系统的盒接受端口中时，第一和第二组辊71A’至71E’和73A’至73E’仅接触金属燃料带的相对侧面。如图2B4所示，第二组辊73A’至73E’的位置相对第一组固定辊71A’至71E’移动一距离，从而使金属燃料带的路径长度变成明显从图2B3的配置所示的路径长度延长。该延长的路径长度使多个放电头11在再充电操作期间布置在周围。在该配置中，每个放电头11的阴极结构76’与沿金属燃料带的金属燃料带建立离子接触，而每个再充电头的阳极接触结构77’与带的金属燃料带建立电接触。在该配置中，金属燃料带这样布置，即，多个放电头11可在带再充电操作期间布置在金属燃料带周围。多个再充电头的利用使得能够采用低的电流来对金属燃料带进行再充电，从而改善了在带再充电期间对金属氧化物转换的控制。这些优点将在后面变得更加清楚。
金属燃料带再充电子系统中的再充电头传送子系统再充电头传送子系统的主要功能是将再充电头组件11(和支承到其上的金属氧化物检测头23’)传送到已延长路径长度的金属燃料带附近，如图2B3所示。当正确地传送时，再充电头的阴极和阳极接触结构在再充电模式操作期间与金属燃料带的金属燃料道建立“离子导电”和“导电”接触，同时其被传送通过再充电头组件。
再充电头传送子系统24’可采用多种机电机构中的任何一种实现，该机构能够将每个再充电头的阴极结构76’和阳极接触结构77’传送离开金属燃料带5，如图2B3所示，并且传送到金属燃料带周围，如图2B4所示。如图所示，这些传送机构以可操作方式连接到系统控制器18’，并根据由系统控制器18’所执行的系统控制程序控制。
金属燃料带再充电子系统中的输入电源子系统在该说明性实施例中，输入电源子系统90的主要功能是经绝缘的电源线来接收标准的交流(AC)电源(如，以120或220伏特)作为输入，并在再充电操作模式期间将该电源按金属燃料带再充电子系统7的再充电头处所需的调节电压转换成调节的直流(DC)电源。对于锌阳极和碳阴极，为了能够维持电化学还原，在再充电期间在每个阳极阴极结构上所需的“开路”电压Vacr为约2.2-2.3伏特。该子系统可采用本领域内所熟知的AC-DC和DC-DC电源转换和调节电路以多种方式实现。
金属燃料带再充电子系统中的阴极-阳极输入端配置子系统如图2B3和2B4所示，阴极-阳极输入端配置子系统91连接在输入功率调节子系统90的输出端和与再充电头11的多个道关联的阴极-阳极对的输入端之间。系统控制器18’以操作方式连接到阴极-阳极输入端配置子系统91，以便在再充电操作模式期间提供用于执行其功能的控制信号。
阴极-阳极输入端配置子系统91的功能是自动地配置(串联或并联地)金属燃料带再充电子系统7的再充电头中所选阴极-阳极对的输入端，从而在需要再充电的金属燃料道的阴极-阳极结构上施加所需输入(再充电)电压电平。在该本发明说明性实施例中，阴极-阳极输入端配置子系统91能够实现为采用晶体管受控技术的一个或多个电可编程电源转换电路，其中，再充电头11中的阴极和阳极接触部件连接到输入功率调节子系统92的输出端。在系统控制器18’的控制下执行这些转换操作，从而在需要再充电的金属燃料道的阴极-电解质结构上施加由输入功率调节子系统92产生的所需输出电压。
金属燃料带再充电子系统中的阴极-阳极电压监测子系统如图2B3和2B4所示，阴极-阳极电压监测子系统26’以可操作方式连接到阴极-阳极输入端配置子系统91，用于检测连接到其中的阴极和阳极结构上的电压电平。该子系统还以可操作方式连接到系统控制器18’，用于接收执行其功能所需的控制信号。在第一说明性实施例中，阴极-阳极电压监测子系统26’具有两个主要功能在再充电模式期间，自动地检测在与被传送通过每个再充电头的每个金属燃料道关联的阴极-阳极结构上施加的瞬时电压值；和，产生指示检测到的电压的(数字)数据信号，用于由数据获取和处理子系统280进行检测和分析，并最终由系统控制器18’响应。
在本发明的第一说明性实施例中，阴极-阳极电压监测子系统26’可采用检测电路来实现，该电路用于检测施加到与被传送经过金属燃料带再充电子系统7中的每个再充电头的每个金属燃料道相关联的阴极-阳极结构上的电压值。响应于所检测到的电压值，该电路可被设计成产生指示检测到的电压值的数字数据信号，用于按系统控制器18’的数据信号输入进行检测、分析和响应。如后面将更详细地描述的，该数据信号可被系统控制器用来在再充电操作模式期间执行其再充电功率调节方法。
金属燃料带再充电子系统中的阴极-阳极电流监测子系统如图2B3和2B4所示，阴极-阳极电流监测子系统27’以可操作方式连接到阴极-阳极输入端配置子系统18’。阴极-阳极电流监测子系统27’具有两个主要功能在再充电模式期间，自动地检测沿金属燃料带再充电子系统11中的每个再充电头组件流过每个金属燃料道的阴极-阳极对的电流幅度；产生指示检测到的电流的数字数据信号，用于由系统控制器18’进行检测和分析。
在本发明第一说明性实施例中，阴极-阳极电流监测子系统27’能够采用电流检测电路来实现，该电路用于检测沿每个再充电头组件流过每个金属燃料道的阴极-阳极对的电流，产生指示检测到的电流的数字数据信号，以按系统控制器18’的输入进行检测。如后更详细地解释的，这些检测到的电流值被系统控制器用来执行其再充电功率调节方法，并创建再充电的金属燃料带的每个区域或子区的“再充电状态历史”信息文件。
金属燃料带再充电子系统的阴极氧气压力控制子系统阴极氧气压力控制子系统的功能是检测再充电头11的阴极结构的每个通道的氧气压力(pO2)(即，pO2浓度)，并且，响应于此，通过调节这些阴极结构中的空气(O2)压力来控制(即，增加或减小)该压力。根据本发明，每个再充电头的阴极结构的每个通道中的氧分压(pO2)保持在最佳值上，以便在再充电模式期间由再充电头中能实现最佳抽氧。在再充电模式期间，通过降低阴极结构的每个通道中的pO2值(通过抽空)，可通过最佳地利用提供给再充电头的输入功率来完全恢复沿金属燃料带的金属氧化物。另外，通过监测pO2的变化并产生代表其的数字数据信号，以由系统控制器进行检测和分析，该系统控制器提供有可控变量，用于在再充电模式期间调节提供给电负载的电功率。
在图1所示其FCB系统的第一说明性实施例中，由置入在再充电头11内的固态pO2传感器28A’至28E’产生的数据信号被提供给数据获取和处理子系统282，如图2B3和2B4所示。数据获取和处理子系统282接收这些信号，将它们转换成数字数据等，然后将合成信息项记录在图2B16中所示的信息结构中，该信息结构由金属燃料带再充电子系统7在金属燃料数据库管理子系统280中进行管理。
金属燃料带再充电子系统中的金属燃料带速度控制子系统在图1所示的FCB系统中，在放电和/或再充电操作期间，当金属燃料带由金属燃料带放电子系统6和金属燃料带再充电子系统7公用时，在任何瞬间仅需要一个金属燃料带控制子系统操作。尽管如此，与这些子系统6和7相关联的系统控制器18和18’也可在需要时彼此越权，以便控制这种放电和再充电子系统中带速度控制子系统的操作。
例如，在再充电模式期间，当金属燃料带放电子系统6不工作时(即，不产生功率时)，上述金属燃料带速度控制子系统的功能是控制在金属燃料带再充电子系统7中再充电头之上的金属燃料带的速度。响应于由带速度传感器22产生的信号并根据由系统控制器18’执行的再充电功率调节方法，通过产生适当的控制信号来驱动连接到被再充电的金属燃料带的供带和收带盘的电机19A和19B，系统控制器18’自动地控制(即，增加或减小)金属燃料带相对于再充电头的速度。控制金属燃料带速度的主要原因是，在再充电模式期间，该参数确定有多少电荷能够被提供给正被传送经过金属燃料带再充电子系统7中的每个再充电头的氧化的金属燃料带的每个区域或子区。理想情况是，在再充电模式期间，希望尽快地将金属燃料带传送经过再充电头组件，以便快速和完全地对插入FCB系统中的带装盒中的金属燃料带进行再充电。相比之下，在放电模式期间，可能希望有很多情况，即，尽可能慢地传送金属燃料带，以节省金属燃料供给。通常，对于按所必需的阴极-阳极再充电电压施加到再充电头的恒定阴极-阳极电流(即，恒定输入电流/恒定输入电压方法)，在再充电模式期间，提供给金属燃料带每个区域的电荷量将随金属燃料区域相对于再充电头的速度的增加而减小。这种逆向关系由下面的情况解释，即，当金属燃料区域被传送经过再充电头时，它累积电荷的时间较少。在这种情况下，金属燃料带速度控制子系统的功能是控制带的速度进而控制带的速率，从而将沿该带的金属氧化物结构最佳地转换成其原金属。
在放电模式和再充电模式两者均运行的情况下，希望能够使系统控制器18比系统控制器18’优先，从而系统的主要目的是从FCB系统最佳地产生功率。但是，在其他情况下，当FCB系统的主要目的是快速地对金属燃料带最佳再充电时，再充电子系统7的系统控制器18’将比放电子系统6的系统控制器18优先，从而控制FCB系统内的金属燃料带速度。
金属燃料带再充电子系统中的离子浓度控制子系统为了在再充电模式期间实现高能效，必须在金属燃料带再充电子系统7中的每个再充电头的阴极-电解质界面上保持(所带电荷)离子的最佳浓度。另外，金属燃料带再充电子系统7中的最佳离子浓度可以与金属燃料带放电子系统6中所需的有所不同。为此，在其FCB系统的特定应用中，可能希望和/或必须在金属燃料带再充电子系统7中设置单独的离子浓度控制子系统。离子浓度控制子系统的主要功能应是检测和调节FCB系统中的状态，从而在再充电操作模式期间将再充电头中阴极-电解质界面处的离子浓度保持在最佳范围内。
在该子系统的说明性实施例中，通过在FCB系统中置入小型固态比重计(或含水率传感器)34’(或尽可能靠近再充电头的阳极阴极界面)来实现离子浓度控制，以便检测含水率状态，并产生指示其的数字数据信号。该数字数据信号被提供给数据获取和处理子系统282，进行检测和分析。在含水率值或相对湿度掉落到在金属燃料数据库管理子系统280中设置的预定阈值以下时，系统控制器自动地产生一控制信号，提供给增湿部件35’，该增湿部件例如可被实现为毛细作用装置36’，该装置被布置成与在再充电模式期间被传送的金属燃料带的金属燃料道接触。另一种技术是从微型喷嘴喷洒细小水珠(如，极细小的雾)，在金属燃料带传送期间该喷嘴沿每个阴极支承结构的顶表面面对金属燃料带。这些操作将提供再充电头(或系统壳体)内部的含水率值或相对湿度，从而保证对于离子传送最佳地保持注入电解质的条内电解质的KOH浓度，进而在带再充电操作期间进行金属氧化物还原。
金属燃料带再充电放电子系统中的再充电头温度控制子系统如图2B3和2B4所示，第一说明性实施例的金属燃料带再充电子系统6内包含的再充电头温度控制子系统包括多个子部件，即系统控制器18’；固态温度传感器(如，热敏电阻)271’，置入在其多阴极支承结构的每个通道中，如图2B7所示；和再充电头冷却装置272’，它响应于由系统控制器18’产生的控制信号，用于在放电操作期间将每个放电通道的温度降低到最佳温度范围内。再充电头冷却装置272’可采用多种热交换技术来实现，包括热交换领域中所熟知的风冷、水冷、和/或制冷剂冷却。在本发明的一些实施例中，当产生高数值的电功率时，可能希望在每个放电头周围提供套管状结构，以便为了温度控制的目的而循环空气、水和制冷剂。
金属燃料带再充电放电子系统中的数据获取和处理子系统在图1的说明性实施例中，图2B3和2B4中所示的数据获取和处理子系统(DCPS)282执行多种功能，例如包括(1)在刚好在金属燃料带被传送经过到再充电头组件中的每个再充电头之前，标识金属燃料带的每个区域或子区，并且产生代表其的金属燃料区域标识数据；(2)在标识的金属燃料区域被传送经过到其再充电头组件中的时段期间，传感(即，检测)所存在的金属燃料带再充电子系统中的各种“再充电参数”；(3)计算指示在卡再充电操作期间产生的金属氧化物的量的一个或多个参数、估计值或测量值，并产生代表所计算出的参数、估计值和/或测量值的“金属氧化物指示数据”；和(4)在金属燃料数据库管理子系统280(可由系统控制器18’访问)中记录检测到的再充电参数数据及计算出的金属氧化物指示数据，这两者均与再充电操作模式期间标识的其对应的金属燃料区域相关。
如后面更清楚地看到的，由数据获取和处理子系统282保持在金属燃料数据库管理子系统280中的这种记录的信息可以由系统控制器18’以各种方式利用，这些方式例如包括在再充电操作模式期间，以快速方式优化地对部分或完全氧化的金属燃料带进行再充电。
在再充电操作期间，数据获取和处理子系统282自动地对代表与构成上述金属燃料带再充电子系统7的各种子系统关联的“再充电参数”的数据信号进行采样(或获取)。在再充电模式期间，由这些子系统产生的数据信号中，这些采样的数据被编码为信息。根据本发明的原理，带型“再充电参数”应包括但不限于在沿特定金属燃料道的阴极和阳极结构上提供的电压，例如由阴极-阳极电压监测子系统26’监测；流过沿特定金属燃料道的阴极和阳极结构的电流，例如由阴极-阳极电流监测子系统27监测；在金属燃料带的特定区域再充电期间金属燃料带的速度(即，速率和方向)，由金属燃料带速度控制子系统监测；每个再充电头的阴极结构中的氧气饱和(即，浓度)值(pO2)，它由阴极氧气压力控制子系统(28’、30’、31’、18’)监测；在特定放电头中沿特定金属燃料道的阴极-电解质界面上或附近的含水率(H2O)值(或相对湿度)，例如由离子浓度控制子系统(18’、34’、35’和36’)监测；及上述标识的再充电参数任何一个的状态的时段(ΔT)。
通常，数据获取和处理子系统282可在再充电操作模式期间记录带型“再充电参数”的方式有多种。尽管这些方法与在记录放电参数期间所采用的方法类似，但是，为了完整起见，下面将详细描述这些方法。
根据图2B9所示的第一数据记录方法，以图形方式印刷在“光学”数据道81上的区域标识代码或标记80(如，以区域标识信息编码的小型条形码符号)，由采用光学技术(如，激光扫描条形码符号读取器或光学解码器)实现的光学数据读取器38读取。在该说明性实施例中，产生代表这些唯一区域标识代码的数字数据，用于记录在图2B16中所示的信息存储结构中，该信息存储结构是由数据获取和处理子系统282的数据读取器38对沿该带的每个金属燃料区域创建的。最好，通过在再充电操作期间由金属燃料数据库管理子系统280中的数据获取和处理子系统执行数据写入操作来实现这种信息存储。
根据图2B9’中所示的第二数据记录方法，磁记录在磁数据道84’上的数字“区域标识”代码83，由采用磁条读取领域内熟知的磁检测技术实现的光学数据读取器38’读取。在该说明性实施例中，产生代表这些唯一区域标识代码的数字数据，用于记录在图2B16中所示的信息存储结构中，该信息存储结构是由数据获取和处理子系统282的数据读取器38’对沿该带的每个金属燃料区域创建的。最好，通过在再充电操作期间由金属燃料数据库管理子系统280中的数据获取和处理子系统执行数据写入操作来实现这种信息存储。
根据图2B9”所示的第三数据记录方法，记录为不透光数据道87中的一系列透光开孔的数字“区域标识”代码，可由采用本领域内熟知的光学传感技术实现的光学传感头38”读取。在该说明性实施例中，产生代表这些唯一区域标识代码的数字数据，用于记录在图2B16中所示的信息存储结构中，该信息存储结构是由数据读取器38”对沿该带的每个金属燃料区域创建的。最好，通过在再充电操作期间由金属燃料数据库管理子系统280中的数据获取和处理子系统执行数据写入操作来实现这种信息存储。
根据用于数据记录的第四个替换的方法，每个标识的金属燃料区域的唯一数字“区域标识”代码和再充电参数组均被记录在实现为附着到本发明金属燃料带边缘并沿其延长的条的磁、光、或开孔的数据道中。有关金属燃料的特定特定区域或子区的信息块可被记录在数据道中，该数据道与容易地访问此记录信息的相关的金属燃料区域形体相邻。通常，该信息块将包括金属燃料带标识号和一组再充电参数，当金属燃料带被传送经过再充电头组件11时，它们由数据获取和处理子系统282自动地检测。
与上述第三种方法相比，上述第一和第二数据记录方法具有几个优点。具体地讲，当采用第一和第二方法时，沿金属燃料带设置的数据道可具有极低的信息容量。这是因为，以唯一标识符(地址号或区域标识号)标记每个金属燃料区域所需记录的信息极少，所检测到的带再充电参数记录在金属燃料数据库管理子系统280中。另外，根据第一和第二方法的数据道结构的制造应便宜，并且还提供用于沿金属燃料带记录区域标识信息的方便途径。
金属燃料带再充电子系统中的输入/输出控制子系统在有些应用中，可能希望或必须组合两个或多个FCB系统或它们的金属燃料带再充电子系统，以便合成系统具有由单独运行的这些子系统未提供的功能。考虑到这些应用，其金属燃料带再充电子系统7本身包括输入/输出控制子系统41’，它使外部系统(例如，微计算机或微控制器)能越权控制金属燃料带放电子系统的各方面，就象其系统控制器执行这些控制功能似的。在该说明性实施例中，输入/输出控制子系统41’被实现为标准的IEEE I/O总线架构，为外部或远程计算机系统提供直接与金属燃料带再充电子系统的系统控制器相接口的、并且直接地管理系统和子系统操作各方面的方法和装置。
金属燃料带再充电子系统的再充电功率调节子系统如图2B3和2B4所示，再充电功率调节子系统92的输出端以可操作方式连接到阴极-阳极输入端配置子系统91的输入端，而再充电功率调节子系统92的输入端口连接到输入电源子系统的输出端。尽管再充电功率调节子系统92的主要功能是调节在再充电操作模式期间提供给金属燃料带的电功率，但再充电功率调节子系统92还可调节在再充电操作期间提供到金属燃料道的阴极-阳极结构上的电压以及流过其阴极-电解质界面的电流。这些控制功能由系统控制器18’管理，并可以多种方式可编程地选择，以便在满足动态负载需求的同时最佳地实现对多道和单道金属燃料带的最佳再充电。
第一说明性实施例的再充电功率调节子系统可采用在功率、电压和电流控制领域内所熟知的的固态功率、电压和电流控制电路实现。该电路可包括采用晶体管控制技术的电可编程电源转换电路，其中，可将一个或多个可控电流源串联地连接到再充电头11的阴极和阳极结构，以便响应于由执行特定再充电功率控制方法的系统控制器产生的控制信号控制流过的电流。这些电可编程电源转换电路还可包括晶体管控制技术，其中，可将一个或多个可控电压源并联到阴极和阳极结构，以便响应于由系统控制器产生的控制信号来控制其上的电压。该电路可由系统控制器18’组合并受其控制，以便在FCB系统的再充电头11的阴极-阳极结构上提供恒定的功率(和/或电压和/或电流)控制。
在本发明的这些说明性实施例中，再充电功率调节子系统92的主要功能是采用下列再充电功率控制方法之一来对系统中再充电头的阴极/阳极结构执行实时功率调节(1)恒定输入电压/可变输入电流方法，其中，响应于由再充电带上金属氧化物结构代表的负载状态，使加到每个阴极-阳极结构上的输入电压保持恒定，而使流过其的电流变化；(2)恒定输入电流/可变输入电压方法，其中，响应于负载状态，使流入每个阴极-阳极中的电流保持恒定，而使其上的电压变化；(3)恒定输入电压/恒定输出电流方法，其中响应于负载状态，在再充电期间使在每个阴极-阳极结构上施加的电压和流入阴极-阳极结构中的电流均保持恒定；(4)恒定输入功率方法，其中，响应于负载状态，在再充电期间使加到每个阴极-阳极结构上的输入功率保持恒定；(5)脉动输入功率方法，其中，在再充电期间使加到每个阴极-阳极结构上的输入功率以根据预定或动态状态保持的每个功率脉冲的占空比脉动；(6)恒定输入电压/脉动输入电流方法，其中，在再充电期间使流入每个阴极-阳极结构中的电流保持恒定，而流入阴极-阳极结构的电流以特定占空比脉动；和(7)脉动输入电压/恒定输入电流方法，其中，在再充电期间加到每个阴极-阳极结构上的输入功率脉动，而流入每个阴极-阳极结构中的电流保持恒定。
本发明的优选实施例中，七(7)种再充电功率调节方法中的每一种均预编程到与系统控制器18’相关的ROM中。这些功率调节方法可以多种不同方式选择，这些方式例如包括，手动地启动系统壳体上的开关或按钮、自动地检测在金属燃料盒式装置与金属燃料带再充电子系统7之间的界面上建立或检测到的物理、电学、磁或光学状态。
金属燃料带再充电子系统中的系统控制器如上详细描述的，系统控制器18’执行各种操作，以便执行其再充电模式中的FCB系统的各种操作。在图1的FCB系统的优选实施例中，能够用来实现金属燃料带再充电子系统7中的系统控制器18’的技术与用来实现金属燃料带放电子系统6中的系统控制器18的子系统基本相同，区别在于，系统控制器18’将具有系统控制器18所不具有的某些编程的功能，反之亦然。尽管采用公共计算平台来实现系统控制器18和18’，但是，应理解的是，在放电和再充电子系统中所采用的系统控制器可以实现为单独的子系统，每个均采用一个或多个编程的微控制器，以便执行由其FCB系统中执行的各组不同功能。在这两种情况下，这些子系统中的一个的输入/输出控制子系统可以被设计成主要输入/输出控制子系统，采用该子系统，一个或多个外部子系统(如，管理子系统)可被连接为能够执行其FCB系统内执行的外部和/或远程管理功能。
金属燃料带再充电子系统中的再充电金属燃料带图2B5代表采用图2B3和2B4中所示金属燃料带再充电子系统7对金属燃料带再充电的基本步骤的高级流程图。
如块A所示，用户将氧化的金属燃料供给带放置(即插入)到系统壳体的卡盘接受端口中，从而带路径长度延长机构10与金属燃料带再充电子系统7中准备再充电的金属燃料带相邻。
如块B所示，金属燃料带再充电子系统7中的路径长度延长机构10增加其延长路径长度的区域上的金属燃料带5的路径长度，如图2B3和2B4所示。
如块C所示，再充电头传送子系统24’然后将再充电头11布置沿在金属燃料带再充电子系统7的延长的路径长度部分的金属燃料带周围，从而将离子导电介质放置在再充电头的阴极结构和与其相邻的金属燃料带之间。
如块D所示，再充电头传送子系统24’然后配置每个再充电头，从而使其阴极结构与路径长度延长的金属燃料带建立离子接触，而阳极接触结构与其建立电接触。
如块E所示，阴极-阳极输入端配置子系统91自动地配置在路径长度延长的金属燃料带周围的每个再充电头的输入端，然后，系统控制器18’控制金属燃料带再充电子系统7，从而以所需再充电电压和电流给路径长度延长的金属燃料带提供电功率，并将带上的金属氧化物结构转换成原金属。当所有或大部分金属燃料带已再充电时，则带装盒装入/卸载子系统2可被编程为自动地排出金属燃料带带装盒，以替换包含再充电的金属燃料带的带装盒。
管理本发明金属空气FCB系统的第一说明性实施例中的金属燃料可用性和金属氧化物的出现在第一说明性实施例的FCB系统中，提供了用于自动地管理在放电操作期间金属燃料带放电子系统6中金属燃料的可用性以及在再充电操作期间金属燃料带再充电子系统7中金属氧化物出现的装置。下面将更详细地描述这些系统功能。
放电模式期间如图2B17所示，代表放电参数(如，iacd、vacd、...、pO2d、H2Od、Tacd、vacr/iacr)的数据信号自动地被作为输入提供给金属燃料带放电子系统6中的数据获取和处理子系统277。在采样和获取之后，这些数据信号被处理并被转换成相应的数据要素，然后被写入例如如图2A16所示的信息结构285。每个信息结构285包括一组数据要素，该组数据被“标记时间”，并且和与特定金属燃料供给带关联的唯一金属燃料区域标识符80(83，86)相关。该唯一金属燃料区域标识符由图2A6中所示的时间读取头38(38’，38”)确定。然后，每个被标记时间的信息结构被记录在金属燃料数据库管理子系统275中，用于在将来的再充电和/或放电操作期间进行保持、后续处理和/或访问。
如上所述，在放电模式期间，数据获取和处理子系统对各种类型信息进行采样和汇集。该信息类型例如包括(1)在特定放电头中特定阴极-阳极结构上放电的电流量iacd；(2)每个这种阴极-阳极结构上产生的电压(vacd)；(3)被传送经过放电头组件的金属燃料区域的速度(vd)；(4)每个放电头内每个子室中的氧气浓度(pO2d)；(5)每个放电头中每个阴极-电解质界面附近的含水率值{H2O}d；和(6)每个放电头的每个通道中的温度(Tacd)。根据这些汇集到的信息，数据获取和处理子系统277能够易于计算(i)电流在特定放电头内的特定阴极-阳极结构上放电电流的持续时间(Δt)。
实时地产生并存储在金属燃料数据库管理子系统275中的信息结构可在放电操作期间以各种方式利用。例如，上述电流(iavg)和时间(ΔT)信息以传统方式分别以安培和小时测量。由这些测量值的乘积(AH)提供从沿金属燃料带的金属空气燃料电池组结构“放电”的电荷(-Q)的近似测量值。因此，在放电操作期间，所计算出的“AH”乘积提供了预期已在特定瞬间在金属燃料的标识(即，标记)区域上形成的金属氧化物的近似量。
当采用与每个金属燃料区域的瞬时速度有关的信息来与AH乘积进行组合时，有可能更精确地计算在特定放电头中的阴极-阳极结构上放电的测量值。根据该更精确计算的放电量，数据获取和处理子系统如277当每个金属燃料区域被以特定带速度传送并在由检测到的再充电参数确定的指定一组放电状态下可极精确地计算经过放电头时所产生的金属氧化物量的估计值。
当采用有关金属氧化和还原处理的历史信息时，金属燃料数据库管理子系统275可被用来计算或确定在从特定锌燃料带放电(即，产生电功率)可用多少金属燃料(如，锌)，或者在沿锌燃料带还原时出现多少金属氧化物。因此，该信息极有助于执行金属燃料管理功能，这些金属燃料管理功能例如包括确定沿特定金属燃料区域可用的金属燃料量。
在该说明性实施例中，在金属燃料带放电子系统6中采用下述两种不同金属燃料可用性管理方法之一来管理金属燃料可用性。
在放电操作期间管理金属燃料可用性的第一方法根据第一金属燃料可用性管理方法，(i)采用数据读取头38(38’，38”)来标识在金属氧化物检测头组件23下所经过的每个金属燃料区域，并产生指示其的区域标识数据，同时，(ii)金属氧化物检测头组件23测量沿经过标识的金属燃料区域出现的金属氧化物。如上所述，通过在金属燃料带的特定道上施加测试电压、并响应于所施加的测试电压检测流过金属燃料道部分的电流，来执行每次金属氧化物测量。代表在特定采样周期上所施加的电压(vapplied)和响应电流(iresponse)的数据信号被数据获取和处理子系统277自动地检测，并被处理，以产生代表所施加的电压与响应电流比值(vapplied/iresponse)的数据要素。该数据要素被自动地记录在链接到在金属燃料数据管理子系统275内保持的标识的金属燃料区域的信息结构中。由于该数据要素(v/i)提供直接测量被测金属燃料带上的子区的电阻，因此，它可与在标识的金属燃料区域上出现的金属氧化物测得量精确相关。如图2A16所示，该金属氧化物测量值(MOM)记录在如所示链接到标识的金属燃料区域的信息结构中，求出该区域上的响应电流测量值。
然后，数据获取和处理子系统277可计算在时刻“t”在标识的金属燃料区域上剩余的金属燃料量(MFAt)，这种计算是采用下面的信息进行的(i)在时刻“t”标识的燃料区域上金属氧化物的测得量(MOMt)；和(ii)记录在金属燃料带数据库管理子系统275中的先前信息，该信息与当每个金属燃料区域处于其完全充电状态、其上未形成金属氧化物时、该金属燃料区域上可用的金属燃料的最大量(MFAmaximum)有关。该计算可数学上表述为MFAt＝MFAmaximum-MOMt。如图2A16所示，每个这样的数据要素被自动地记录在金属燃料数据库管理子系统275内的信息存储结构中。每个这种记录的信息结构的地址链接到在放电操作期间读取的标识的金属燃料区域ID数据的标识数据。
在放电操作期间，对于经其传送金属燃料带的数据读取头38(38’，38”)自动地标识的每个金属燃料区域，每ti-ti+1秒执行一次上述金属燃料可用性更新操作。这保证了对于沿金属燃料供给带每个道上的每个金属燃料区域有一最新的信息结构，该信息结构包含有关放电参数、金属燃料可用性状态、金属氧化物出现状态等的信息。
在放电操作期间管理金属燃料可用性的第二方法根据第二金属燃料可用性管理方法，(i)采用数据读取头38(38’，38”)来标识在金属氧化物检测头组件下经过的每个金属燃料区域，并产生指示其的区域标识数据，同时，(ii)数据获取和处理子系统如277自动地汇集与各种放电参数有关的信息，并计算与沿特定金属燃料供给带的每个金属燃料区域上金属燃料可用性和金属氧化物出现有关的参数。根据本发明的原理，该金属燃料管理方法按照在放电子系统6的金属燃料数据库管理子系统275内循环执行的3步骤过程来实现。在每个计算循环之后，金属燃料数据库管理子系统275包含有关沿(沿任何特定燃料道设置的)每个金属燃料区域设置的金属燃料量的当前(最新)信息。有关金属燃料带的每个可标识区域的这种信息可被用来管理金属燃料可用性，以满足连接到FCB系统的电负载的电功率需求；及，在放电操作期间以最佳方式设定放电参数。
如图2A16所示，在每个采样瞬间ti，对沿每个金属燃料道(MFTj)的每个标识的金属燃料区域(MFZk)记录信息结构285。最初，金属燃料带已经完全充电或再充电并装入到其FCB系统中，并且在该完全充电状态中，每个金属燃料区域具有沿其表面出现的最初金属燃料量。该最初金属燃料量可以以各种不同方式确定，例如包括关于金属燃料带本身对这种初始化信息进行编码；在工厂将这种初始化信息预先记录在金属燃料数据库管理子系统275中，并由数据读取头38(38’，38”)读取沿金属燃料带施加的代码时自动地进行初始化；利用采样金属氧化物检测组件23对多个金属燃料区域上的值进行采样，或采用任何其他适当的技术实际测量金属燃料的最初量。
作为该处理过程的第一步骤部分，在起始时刻t0被代表为MFA0的该最初金属燃料可用量由数据获取和处理子系统277量化，并记录在保持在金属燃料数据库管理子系统275中如图2A16所示的信息结构中。尽管可通过金属氧化物检测技术实验确定该最初金属燃料测量值(MFA0)，在很多应用情况下，在对该带进行已知处理过程(如，完全再充电)之后采用理论原理来计算该测量值可能是便利的。
该处理过程的第二步骤涉及的是从最初金属燃料量MFA0中减去所计算出的金属氧化物估计值MOE0-1，其中，该估计值对应于在时间间隔t0-t1之间进行的再充电操作期间所产生的金属氧化物量。在放电操作期间，采用如下汇集到的放电参数来计算金属氧化物估计值MOE0-1放电电流iacd、时段ΔTd和在时段ΔTd的平均带区域速度v0-1。
该处理过程的第三步骤涉及的是将金属燃料估计值MFF0-1加到所计算出的测量值(MFA0-MOF0-1)，其中，该估计值对应于在时间间隔t0-t1之间进行的任何再充电操作期间所产生的金属氧化物量。要注意的是，在放电操作期间，采用如下汇集到的再充电参数来计算金属燃料估计值MFE0-1再充电电流iacr、时段ΔT和带区域速度v0-1。由于该金属燃料估计值MFE0-1已经预先计算出并记录在金属燃料带再充电子系统7内的金属燃料数据库管理子系统280中，因此，系统控制器18必须在放电操作期间从再充电子系统7内的数据库子系统280中读出该预先记录的信息要素。
然后，上述处理过程的计算结果(即，MFA0-MOF0-1+MFE0-1)被作为新的当前金属燃料量(MFA1)寄放到放电子系统6内的金属燃料数据库管理子系统275中，该金属燃料量将在接下来的金属燃料可用性更新处理过程中利用。
在放电操作期间，对于经其传送金属燃料带的数据读取头38(38’，38”)自动地标识的每个金属燃料区域，每ti-ti+1秒执行一次上述计算更新处理过程。要注意的是，由数据读取头38(38’，38”)在放电操作期间汇集到的金属燃料区域标识数据(区域ID数据)的每个要素被用来对金属燃料数据库管理子系统275和280中的存储器存储位置进行寻址，此时，相关的信息结构将在数据库更新操作期间记录。尽管这些数据库更新操作在进行放电操作的相同时刻执行，但是，在有些应用情况下，在形成一些预定延迟时段之后再执行这些更新操作可能是比较方便的。
放电操作模式期间金属燃料可用性管理的利用在放电操作期间，在第i个放电头上确定的、沿任何特定燃料道计算出的在任何特定金属燃料道上出现的金属燃料估计值(即，MFTt1-t2)可被用来实时地计算从第j个放电头下游的第(j+1)、第(j+2)、或第(j+n)个放电头上金属燃料的可用性。采用这样计算出的测量值，金属燃料带放电子系统6中的系统控制器18可实时地确定(即，预期)沿金属燃料供给带的哪些金属燃料区域包含具有其数量足以满足在放电操作期间加到金属燃料带放电子系统6上的瞬间电负载状态的金属燃料(如，锌)，并有选择地将金属燃料带推动到已知存在金属燃料的区域。在沿带的特定部分存在燃料耗尽间隙的情况下，带传送控制子系统可快速地“越过”存在金属燃料的这些带部分。由系统控制器18暂时增加金属燃料带的瞬间速度，可执行这些推动(或越过)操作，从而，沿特定道的带支承金属燃料含量(如，淀积物)可容易用于产生电负载12所需的电功率。在当带的耗尽部分被传送经过放电头组件9时的这种短时段期间，装备有存储电容器等的放电功率调节子系统40能够用于按照电负载状态的需求调节输出功率。
这种金属燃料管理能力的另一优点是，金属燃料带放电子系统6中的系统控制器18能够采用刚好在再充电和放电操作之前的期间在金属燃料数据库管理子系统275中汇集和记录的信息来控制放电操作期间的放电参数。
在放电模式期间利用在先前操作模式期间记录的信息控制放电参数的装置在第一说明性实施例的FCB系统中，金属燃料带放电子系统6的系统控制器18能够采用在先前的再充电和放电操作期间汇集到的、并记录在图1的FCB系统的金属燃料数据库管理子系统中的信息来自动地控制放电参数。
如图2B17所示，设置在放电和再充电子系统6和7中及之间的子系统架构和总线276、279和281能够使金属燃料带放电子系统6中的系统控制器18访问和利用记录在金属燃料带再充电子系统7内金属燃料数据库管理子系统280中的信息。类似地，设置在放电和再充电子系统6和7中及之间的子系统架构和总线能够使金属燃料带再充电子系统7中的系统控制器18’访问和利用记录在金属燃料带放电子系统6内金属燃料数据库管理子系统275中的信息。下面将解释这种信息文件和子文件共享能力的优点。
在放电操作期间，系统控制器18能够访问存储在放电和再充电子系统6和7内金属燃料数据库管理子系统内的各种信息。一个重要的信息要素与在特定瞬间在沿每个金属燃料道每个金属燃料区域当前可用的金属燃料量(即，MFEt)有关。采用该信息，系统控制器18可确定沿特定带部分是否有足够的金属燃料来满足当前电功率需求。由于先前的放电操作结果是沿金属燃料带的一个或多个或全部燃料道的区域可能基本上消耗掉，并且因为自最后的放电操作而尚未再充电。系统控制器18可预料到该带部分传送经过放电头内之前的这种金属燃料状态。根据“上游”带部分的金属燃料状态，系统控制器18响应如下(i)当在标识的区域上出现的燃料薄时，增加带速度，而当在被传送经过放电头的标识的区域上出现的燃料厚时，降低带速度，以满足电负载的需求；(ii)当在负载12上检测到高负载状态时，将金属燃料“富裕”的道的阴极-阳极结构连接到放电功率调节子系统40中，而当在放电在12上检测到低负载状态时，将金属燃料“耗尽”的道的阴极-阳极连接到该子系统中；(iii)当在标识的金属燃料区域上出现薄的金属燃料时，增加注入相应阴极支承结构中的氧气量(即，提高其中的pO2)，而当在被传送经过放电头的标识的金属燃料区域上出现厚的金属燃料时，减少注入相应阴极支承结构中的氧气量；(iv)当所检测到的其温度超过预定阈值时，控制放电头的温度等。应理解的是，在本发明的替代实施例中，系统控制器18可响应于标识的燃料区域上特定道的检测状态来以不同方式操作。
再充电模式期间如图2B17所示，代表再充电参数(如，iacr，vacr，...，pO2r，H2Or，Tr，vacr/iacr)的数据信号被自动地作为输入提供给金属燃料带再充电子系统7中的数据获取和处理子系统275中。在采样和获取之后，这些数据信号被处理和转换成相应的数据要素，然后被写入例如如图2B16所示的信息结构286中。与在放电参数汇集的情况一样，再充电参数的每个信息结构286包括一组数据要素，该组数据要素被“标记时间”，并与唯一金属燃料区域标识符80(83，86)相关，该标识符与正被再充电的金属燃料供给带(如，盘-盘、盒等)相关联。该唯一金属燃料区域标识符由数据读取头60(60’，60”)确定，如图2B6所示。每个标记时间的信息结构然后被记录在金属燃料带再充电子系统7的金属燃料数据库管理子系统280中，如图2B17所示，用于在将来的再充电和/或放电操作期间保持、后续处理和/或访问。
如上所述，在再充电模式期间，由数据获取和处理子系统282采样和汇集各种类型的信息。这些信息类型例如包括(1)加到每个再充电头内每个这样阴极-阳极结构上的再充电电压；(2)在每个再充电头内阴极-阳极结构上提供的电流量(iacr)；(3)被传送经过再充电头组件的金属燃料带的速度；(4)每个再充电头内每个子室中的氧气浓度(pO2)值；(5)每个再充电头内每个阴极-电解质界面附近的含水率值(H2O)；和(6)每个再充电头的每个通道内的温度(Tac)。根据所汇集到的信息，数据获取和处理子系统282能够容易地计算系统的各种参数，例如包括将电流(ir)提供给特定再充电头内特定阴极-阳极结构的时段(Δt)。
在再充电操作期间，实时地在金属燃料带再充电子系统7的金属燃料数据库管理子系统280内产生和存储的信息结构可以多种方式利用。例如，在再充电模式期间获得的上述电流(iavg)和时段(ΔT)信息分别以传统方式以安培和小时测量。这些测量值的乘积(AH)提供了在再充电期间加到沿金属燃料带的金属空气电池组结构的电荷(-Q)的近似测量值。因此，在再充电操作期间，所计算出的“AH”乘积提供了可预期已在特定瞬间在金属燃料的标识(即，标记)区域上产生的金属燃料的近似量。
当采用与每个金属燃料区域的瞬间速度(vt)有关的信息与AH乘积进行组合时，可计算在加到特定再充电头内特定阴极-阳极结构上的电荷(Q)的更精确测量值。根据该精确计算出的“再充电”量，数据获取和处理子系统如282可计算当每个标识的金属燃料区域以特定带速度被传送通过每个再充电头、并以由检测到的再充电参数确定的指定组的再充电状态时所产生的金属燃料量的极精确估计值。
当采用有关金属氧化和还原处理的历史信息时，金属燃料带放电和再充电子系统6和7中的金属燃料数据库管理子系统能够分别用来计算或确定在沿锌燃料卡会出现多少金属氧化物(如，氧化锌)用于再充电(即，从氧化锌转换成锌)。因此，该信息极有助于执行包括例如确定在再充电期间沿每个金属燃料区域出现的金属氧化物量等的金属燃料管理功能。
在该说明性实施例中，在金属燃料带再充电子系统7中可采用如将后述的一种或两种不同方法来管理金属氧化物出现处理。
在再充电操作期间管理金属氧化物出现的第一方法根据管理金属氧化物出现的第一方法(i)采用数据读取头60(60’，60”)来标识在金属氧化物检测头组件23’下经过的每个金属燃料区域，并产生指示其的区域标识数据，同时，(ii)金属氧化物检测头组件23’测量沿每个标识的金属燃料区域出现的金属氧化物数量。如上所述，通过在金属燃料的特定道上施加测试电压、并响应于所施加的测试电压检测流过金属燃料道部分的电流，来执行每次金属氧化物测量。代表在特定采样周期中所施加的电压(vapplied)和响应电流(iresponse)的数据信号被数据获取和处理子系统282自动地检测，并被处理，以产生代表所施加的电压与响应电流比值(vapplied/iresponse)的数据要素。该数据要素被自动地记录在链接到在金属燃料带再充电子系统7的金属燃料数据管理子系统282内保持的标识的金属燃料区域的信息结构中。由于该数据要素(v/i)直接测量被测金属燃料带上子部分上的电阻，因此，它可与在标识的金属燃料区域上出现的金属氧化物测得量精确相关。如图2B16所示，该金属氧化物测量值(MOM)记录在如图所示链接到标识的金属燃料区域的信息结构中，在特定再充电操作期间，该区域上进行响应电流测量。
然后，金属燃料带再充电子系统7内数据获取和处理子系统282可计算在时刻“t”在标识的金属燃料区域上存在的金属氧化物量(MOAt)。如图2B16所示，每个这种数据要素被自动地记录在金属燃料带再充电子系统7的金属燃料数据库管理子系统282中的信息存储结构中。每个这种记录的信息结构的地址链接到在放电操作期间读取的标识的金属燃料区域ID数据的标识数据。
在再充电操作期间，对于由经其传送金属燃料带的数据读取头60(60’，60”)自动地标识的每个金属燃料区域，每ti-ti+1秒执行一次上述金属氧化物出现更新过程。
在再充电操作期间管理金属燃料出现的第二方法根据第二金属燃料可用性管理方法，(i)采用数据读取头60(60’，60”)来标识在再充电头组件下经过的每个金属燃料区域，并产生指示其的区域标识数据，同时，(ii)数据获取和处理子系统如282自动地汇集与各种放电参数有关的信息，并计算与沿特定金属燃料供给带的每个金属燃料区域上金属燃料可用性和金属氧化物出现有关的参数。如将更详细地描述的，该金属燃料管理方法按照在再充电子系统7的金属燃料数据库管理子系统280内循环执行的3步骤过程来实现。在每个计算循环之后，金属燃料数据库管理子系统280包含有关沿(沿任何特定燃料道设置的)每个金属燃料区域设置的金属燃料量的当前(最新)信息。有关金属燃料带的每个可标识区域的这种信息可被用来管理金属氧化物的出现，以有效地转换成其原金属；及，在再充电操作期间以最佳方式设定再充电参数。
如图2B16所示，在每个采样瞬间ti，对沿每个金属燃料道(MFTj)的每个标识的金属燃料区域(MFZk)记录信息结构286。通常，金属燃料带已经完全或部分放电并被装入到其FCB系统中，并且在该放电状态下，每个金属燃料区域具有沿其表面出现的最初量的金属燃料，其不能用来在FCB系统中产生电功率。该最初金属燃料量可以以各种不同方式确定，例如包括对关于在金属燃料带本身的这种初始化信息进行编码；在工厂将这种初始化信息预先记录在金属燃料数据库管理子系统282中，并在由数据读取头38(38’，38”)读取沿金属燃料带施加的代码时自动地进行初始化；通过采用金属氧化物检测组件23’对多个金属燃料区域上的值进行采样，或采用任何其他适当的技术实际测量金属燃料的最初量。
作为该处理过程的第一步骤部分，在起始时刻t0可用的并被代表为MFA0的该最初金属燃料量由数据获取和处理子系统282量化，并记录在保持在金属燃料带再充电子系统7的金属燃料数据库管理子系统282中如图2A16所示的信息结构中。尽管可通过金属氧化物检测技术实验确定该最初金属氧化物测量值(MOA0)，在很多情况下，在对该带进行已知处理过程(如，完全放电)之后采用理论原理来计算该测量值可能是便利的。
该处理过程的第二步骤涉及的是从最初金属氧化物量MOA0中减去所计算出的金属燃料估计值MFE0-1，其中，所计算出的金属燃料估计值MFE0-1对应于在时间间隔t0-t1之间进行的再充电操作期间所产生的金属燃料量。在再充电操作期间，采用如下汇集到的再充电参数来计算金属氧化物估计值MOE0-1再充电电流iacr、时段ΔT和带区域速度v0-1。
该处理过程的第三步骤涉及的是将金属氧化物估计值MOE0-1加到所计算出的测量值(MOA0-MFF0-1)，其中，该估计值对应于在时间间隔t0-t1之间进行的任何放电操作期间所产生的金属氧化物量。要注意的是，在再充电操作期间，采用如下汇集到的放电参数来计算金属燃料估计值MOE0-1放电电流iacd、时段ΔTr和该时段中的平均带区域速度V0-1。由于该金属氧化物估计值MOE0-1已经预先计算出并记录在金属燃料带放电子系统6内的金属燃料数据库管理子系统中，因此，必须在再充电操作期间从金属燃料带放电子系统6内的数据库中读出该预先记录的信息要素。
然后，上述计算处理过程的计算结果(即，MOA0-MFE0-1+MOE0-1)被作为新的当前金属氧化物量(MOA1)寄放到再充电子系统7内的金属燃料数据库管理子系统280中，该金属燃料量将在接下来的金属氧化物出现更新处理过程中利用。
在再充电操作期间，对于由经其传送金属燃料带的数据读取头60(60’，60”)自动地标识的每个金属燃料区域，每ti-ti+1秒执行一次上述计算更新处理过程。要注意的是，金属燃料区域标识数据(区域ID数据)的每个要素由数据读取头60(60’，60”)在再充电操作期间汇集，并被用来对金属燃料数据库管理子系统280中的存储器存储位置进行寻址，此时，相关的信息结构将在数据库更新操作期间记录。尽管这些数据库更新操作在进行再充电操作的相同时刻执行，但是，在有些应用情况下，在形成一些预定延迟时段之后再执行这些更新操作可能是比较方便的。
再充电操作模式期间金属氧化物出现管理的利用在再充电操作期间，在第i个再充电头上确定的、沿任何特定金属燃料道的、任何特定金属燃料区域上出现的金属氧化物的计算量(即，MOAt1-t2)可被用来实时地计算从第j个再充电头下游的第(j+1)、第(j+2)、或第(j+n)个再充电头上金属氧化物的出现。采用这样计算出的测量值，金属燃料带再充电子系统7中的系统控制器18’可实时地确定(即，预期)沿金属燃料供给带的哪些金属燃料区域包含需要再充电的金属氧化物(如，氧化锌)、以及哪些金属燃料区域包含无需再充电的金属燃料。对于需要再充电的这些金属燃料区域，系统控制器18’能够暂时提高金属燃料带的瞬间速度，从而沿特定道的支承金属氧化物含量(如，淀积物)的带容易地在再充电头组件中可用于转换成金属燃料。
这种金属燃料管理能力的另一优点是，金属燃料带再充电子系统7中的系统控制器18’能够采用刚好在放电操作期间之前的期间在金属燃料数据库管理子系统280中汇集和记录的信息来控制再充电操作期间的再充电参数，逆之亦然。下面将更详细地介绍这些优点。
在再充电操作期间，所汇集到的信息可被用来计算在任何瞬间沿每个金属燃料区域存在的金属氧化物量的精确测量值。存储于在金属燃料数据库子系统280中保持的信息存储结构中的该信息可由金属燃料带放电子系统7的系统控制器18’访问和利用，以控制每个再充电头11的阴极-阳极结构上提供的电流量。理想情况是，选择电流的幅度，从而保证将估计量的(在每个这种区域上出现的)金属氧化物转换成其原金属(如，锌)。
在再充电模式期间利用在先前操作模式期间记录的信息控制再充电参数的装置在第一说明性实施例的FCB系统中，金属燃料带再充电子系统7的系统控制器18’能够采用在先前的再充电和放电操作期间汇集到的、并记录在图1的FCB系统的金属燃料数据库管理子系统中的信息来自动地控制再充电参数。
在再充电操作期间，金属燃料再充电子系统7中的系统控制器18’能够访问存储在金属燃料数据库管理子系统275内的各种类型的信息。存储在其中的一个重要的信息要素与在特定瞬间在沿特定金属燃料道的每个金属燃料区域上当前存在的金属氧化物量(即，MOEt)有关。采用该信息，系统控制器18’可精确地确定沿带的特定部分何处出现金属氧化物淀积物，从而能够向其推动金属燃料带，以便有效和快速地执行再充电操作。系统控制器18’可预料到被传送经过再充电头的带的部分之前的这种金属燃料状态。根据带的“上游”部分的金属氧化物状态，该说明性实施例的系统控制器18’可响应如下(i)当在标识的区域上出现的金属氧化物薄时，增加带速度，而当其上出现的金属氧化物厚时，降低带速度；(ii)在长时间再充电期间，将金属氧化物“富裕”的道的阴极-阳极结构连接到再充电功率调节子系统92中，而在短时间再充电期间，从该子系统连接金属氧化物“耗尽”的道；(iii)增加从具有在标识的金属燃料区域上出现的形成厚金属氧化物结构的阴极-阳极结构的氧气抽空速率，并且减少从具有在被传送通过再充电头的标识的金属燃料区域上出现的薄金属氧化物结构的阴极-阳极结构的氧气抽空速率；(iv)当所检测到的其温度超过预定阈值时，控制再充电头的温度等。应理解的是，在本发明的替代实施例中，系统控制器18’可响应于标识的燃料区域上特定道的检测状态来以不同方式操作。
本发明金属燃料带FCB系统的第二说明性实施例本发明金属空气FCB系统的第二说明性实施例示于图3A中。如图所示，该FCB系统100包括多个子系统，即上述金属燃料带带装盒装入/卸载子系统2，用于在其带装盒装入和卸载操作模式期间分别将金属燃料带盒式装置3装入和卸载到FCB系统中；上述金属燃料带传送子系统4，用于在其放电和再充电操作模式期间将金属燃料带传送经过该系统；和上述金属燃料带再充电子系统7，用于在再充电操作模式期间，以电化学方式对氧化的金属燃料带的各部分进行再充电(即，还原)。有关这些子系统中的每个的细节以参照图1所示FCB系统的第一说明性实施例进行了描述。图1和3所示系统的主要区别在于图3的系统不具有金属燃料带放电子系统6，从而起再充电器的作用，而不起放电(即，功率产生)装置的作用。
本发明金属燃料带FCB系统的第三说明性实施例金属空气FCB系统的第三说明性实施例示于图3B中。如图所示，该FCB系统101包括多个子系统，即金属燃料带带装盒装入/卸载子系统2，用于将金属燃料带盒式装置4装入和卸载到FCB系统中；金属燃料带传送子系统7，用于在其放电和再充电操作模式期间将金属燃料带传送经过该系统；和金属燃料带再充电子系统7，用于在再充电操作模式期间，以电化学方式对氧化的金属燃料带的各部分进行再充电(即，还原)。有关这些子系统中的每个的细节以参照图1所示FCB系统的第一说明性实施例进行了描述。图3A和3B所示系统的主要区别在于图3B的系统能够对金属燃料盒式装置3进行再充电，该金属燃料盒式装置可包括一部件或两个放电头，以及与金属燃料带放电子系统6关联的其他部件。
本发明金属燃料带FCB系统的第四说明性实施例在图4至5B中，公开了FCB系统的第四实施例。该系统420是图1系统的混合型，其中，将放电和再充电头组件组合成能够同时进行放电和再充电操作的单个组件。如图4所示，FCB系统420包括带传送子系统2、盘装盒装入/卸载子系统2、混合型金属燃料带放电/再充电子系统425。带传送子系统4和带装盒装入/卸载子系统2基本上类似于参照图1、3A和3B所示第一、第二和第三说明性实施例描述的子系统，因此将不再进行描述，以免妨碍对本发明的理解。图4中所采用的混合型金属燃料带放电/再充电子系统425与前述各子系统完全不同，因此将对此进行进一步描述。
如图5A1和5A2所示，金属燃料带放电/再充电子系统425包括放电头子组件9’、再充电头子组件11’、放电功率调节子系统40、和图1的FCB系统中所采用的那种类型的再充电功率调节子系统。放电和再充电头子组件9’和11’安装在公共放电/再充电传送子系统424上，该子系统424功能等效于图2A3和2A4中公开的放电头传送子系统24和再充电传送子系统24’。放电功率调节子系统和再充电功率调节子系统的功能类似于上述公开的功能。混合型金属燃料带放电/再充电子系统425的系统总线架构示于图5B中，其在很多方面类似于图2B17中所示的架构。
在图5A1和5A2中所示的说明性实施例中，再充电头子组件11’的再充电表面面积明显大于放电头子组件9’的放电表面面积，以便保证快速再充电操作。每个阴极-电解质结构9’和11’的端子连接到阴极-电解质端子配置子系统426，该子系统426可被编程，将头9’和11’的端子按照当前任何特定应用情况的需要配置成起放电头或再充电头的作用。可编程阴极-电解质端子配置子系统426可由系统控制器18控制，并由图1的FCB系统的放电和再充电子系统6和7中采用的多个支持子系统围绕。
在金属燃料带放电/再充电子系统425中的特定头被配置成起放电头作用的情况下，加压的空气将被泵入其阴极结构中，以在放电模式期间增加其中的pO2，同时，其输出端连接到放电功率调节子系统40的输入端，如图5A1和5A2所示。在金属燃料带放电/再充电子系统425中的特定头被配置成起再充电头作用的情况下，加压的空气将被从其阴极结构抽出，以在再充电模式期间减少其中的pO2，同时，其输入端连接到再充电功率调节子系统92的输入端，如图5A1和5A2所示。该混合型架构具有多个优点，即在需要长期产生高功率的应用情况下，能够采用多个放电头；而在需要极快速再充电操作时，能够采用多个再充电头；并且，在必须满足适当的电负载需求时，能够同时进行放电和再充电操作。
本发明金属空气FCB系统的各附加实施例在上述FCB系统中，多个放电头和多个再充电头已具有这些特征所提供的所述优点。但应理解的是，本发明的FCB系统被给制成仅单个放电头，或该单个放电头与一个或多个再充电头组合，或者，被制成为仅单个再充电头，或该单个再充电头与一个或多个放电头组合。
在上述FCB系统中，放电头和再充电头的阴极结构如图所示为平面或大致平面结构，这些结构相对于阳极接触电极或部件基本上静止，而金属燃料(即，阳极)材料或者(i)相对于图4和6中所示本发明金属燃料带实施例中的阴极结构静止；或者(ii)相对于图1、2、3和8中所示本发明金属燃料带实施例中的阴极结构移动。
但是，应理解的是，本发明的金属空气FCB系统设计不限于采用平面静止阴极结构，而是可以采用一个或多个柱形阴极结构另外构成，适于在放电和/或再充电操作期间相对于金属燃料带或金属燃料卡旋转和与之建立离子接触，同时还执行阴极结构必须能够在金属空气FCB系统中执行的所有电化学功能。这些替代的阴极结构更详细地公开于1998年7月3日提交的序列号为09/110,761的题为“用于改善体积功率密度的采用多个移动阴极结构的金属空气燃料电池组系统(METAL-AIR FUEL CELL BATTERY SYSTEM EMPLOYING APLURALITY OF MOVING CATHODE STRUCTURES FOR IMPROVEDVOLUMETRIC POWER DENSITY)”的同时待审专利申请；和1998年7月3日提交的序列号为09/110,762的题为“(采用金属燃料带和低摩擦阴极结构的金属空气燃料电池组系统)METAL-AIR FUEL CELL BATTERY SYSTEMEMPLOYING METAL-RUEL TAPE AND LOW-FRICTION CATHODESTRUCTURES”的同时待审专利申请，各专利全部引用于此，以资参考。要注意的是，可采用与用来构成上述平面静止阴极结构的技术相同的技术可易于适应于柱形状的阴极结构，这些结构被实现为由电机驱动的中空的透气支承管，并如上所述带有通常设置有相同电荷汇集子结构的阴极结构。
在本发明的这些替换实施例中，设置在柱形旋转阴极结构和被传送的金属燃料带之间的离子导电介质能够以多种不同方式实现，例如(1)附着到旋转的阴极的外表面上的固态注入电解质的凝胶体或其他介质；(2)附着到布置为与旋转的柱形阴极结构离子接触的传送的金属燃料带表面上的固态注入电解质的凝胶体或其他介质；(3)带状结构，包括包含固态离子导电介质的柔性多孔衬底，可在放电和/或再充电操作期间相对于旋转的柱形阴极结构和移动的金属燃料带传送；或(4)液体型离子导电介质(如，电解质)，设置在旋转的阴极结构和传送的金属燃料带(卡)之间，以便能够在放电和再充电操作期间在阴极和阳极结构之间进行离子电荷传送。
采用上述类型的固态离子导电带状结构的一个特别优点是，它在传送的金属燃料带和其旋转的柱形阴极结构之间形成“无摩擦”接触，从而减少了传送金属燃料带所需的电功率量，并且在操作期间使对FCB系统中阴极和阳极结构的磨损、破裂和破坏达到最小。
在将多个阴极柱体或带安装到阵列状结构的实施例中，如1998年7月3日伸请人提交的序列号为09/110,762的题为“(采用金属燃料带和低摩擦阴极结构的金属空气燃料电池组系统)METAL-AIR FUEL CELL BATTERY SYSTEMEMPLOYING METAL-RUEL TAKE AND LOW-FRICTION CATHODESTRUCTURES”的同时待审专利申请所述，可从占据较小空间的形体结构中产生极高的电功率输出，从而与现有技术的FCB系统相比有大量优点。
本发明FCB子系统的应用通常，任何上述FCB系统可与其他子系统集成在一起，以便提供电功率产生系统(或电站)，其中采用系统内的金属燃料带的实时管理，来满足AC和/或DC电负载的峰值功率要求，同时不牺牲可靠性或工作效率。
为了解释，本发明的电功率产生系统700适于图6A中，它被置入在电动运输系统或车辆701中，它被实现为电动汽车、火车、卡车、摩托车或任何其他类型的采用一个或多个本领域内所熟知的AC和/或DC电动负载(例如，电机)的车辆。在图6B中，显示出电功率产生系统700被实现为固定电站。在每种布置情况下，所示功率产生系统700具有连接到其的辅助和混合电源702、703和704。一般，电功率产生系统700可被配置成产生DC功率，以提供给如图6A中所示的一个或多个DC型电负载702，或产生AC功率，以提供给图6B中所示的一个或多个AC型电负载。下面将描述这些系统实施例中的每个实施例。
如图7A所示，电功率产生系统700的第一实施例包括输出DC电力母线结构706，用于将DC电源提供给多个所连接的电负载707A-707D；金属空气FCB(子)系统网络708A至708D，其每个利用输出功率控制子系统40(图2A3中所示)连接到DC电力母线结构706，从而能够给DC电力母线结构提供DC电功率；输出电压控制子系统709，以可操作方式连接到DC电力母线结构706，用于控制(调节)其输出电压；负载检测电路710，以可操作方式连接到输出DC电力母线结构706，用于检测沿DC电力母线的实时负载状态，并产生代表沿DC电力母线结构的负载状态的输入信号；网络控制子系统(例如，具有RAM/ROM/EPROM的微计算机)711，用于控制该网络中每个FCB子系统的操作(例如，利用分别在放电/再充电操作模式期间控制放电/再充电参数，并实时地从特定FCB子系统汇集金属燃料和金属氧化物指示数据)；FCB子系统控制总线结构712，它通过其输入/输出子系统41以可操作方式连接到每个FCB子系统708至708H(如图2A3所示)，并用于将金属燃料指示数据从FCB子系统传送到网络控制子系统711，并且在功率产生操作期间，将控制信号从网络控制子系统711传送到FCB子系统；基于网络的金属燃料管理子系统(例如，关联型数据库管理系统)713，以可操作方式连接到网络控制子系统711，用于存储代表沿连接在该系统中的母线(总线)结构706和712之间的每个FCB子系统每个金属燃料道的每个区域出现的金属燃料(和金属氧化物)的量的信息；输入DC电力母线结构714，用于在再充电期间将从辅助和混合电源702、703、704和704’产生的DC功率提供给FCB子系统707A-707H；和输入电压控制子系统715，用于控制沿输入DC电力母线结构714的输入电压。
通常，可将这里所公开的任何一种FCB子系统可置入到上述电功率提供网络。通过将其输入/输出子系统41(图2A3中所示)连接到FCB子系统控制总线结构712，并将其输出功率控制子系统40(图2A3中)连接到DC电力母线结构706，可简单地实现每个FCB子系统的接入。另外，每个FCB子系统包括金属燃料再充电子系统7，用于在网络控制子系统711的总体控制下，对金属燃料道再充电。
图7B中代表了本发明电功率产生系统的一替代实施例。在该替代实施例中，在输出DC电力母线结构706与输出AC电力母线结构717之间设置一DC-DC功率转换子系统716，以可控制方式，将多个AC型电负载707A和707D连接到该子系统。在这种本发明替代实施例中，提供给DC电力母线结构706的DC电源被转换成AC电源，该电源又被提供给AC电力母线结构717。为了沿AC电力母线结构717控制输出电压，设置输出电压控制单元709。提供给AC总线结构717的AC电源被提供给连接到其上的AC电负载。
在该优选实施例中，金属燃料管理子系统713包括一关联数据库管理系统，它包括用于保持多个数据表格的装置，这些数据表格包含代表沿电功率产生系统中每个FCB子系统内的每个金属燃料道的每个区域的可用金属燃料(金属氧化物出现)量的信息。在图7C中，示意性地描述了这些数据表格，当从各个FCB子系统产生电功率时，在放电模式期间，在每个子系统中自动地产生金属燃料指示数据，而在再充电操作模式期间产生金属氧化物出现数据。这些表格的信息字段的细节示于图2B16中，如上所述。
在许多应用中，可能希望管理每个FCB子系统707A至707D中金属燃料的消耗，从而这些FCB子系统中的每个在每一瞬间具有基本上相同量的可用金属燃料。该金属燃料均衡原理是由网络控制子系统711通过这些下述功能来实现的(1)使负载检测子系统710检测沿DC电力母线结构的实际负载状态；(2)响应于所检测到的负载状态，使特定FCB子系统(708A-708B)产生电功率，并将该电功率提供给输出DC电力母线结构706；(3)采用基于网络的金属燃料管理(数据库)子系统713，管理这些FCB子系统中金属燃料带可用性和金属氧化物的出现；和(4)有选择地使所选FCB子系统中的金属燃料道进行放电(并且，另外对其金属氧化物有选择地再充电)，从而按照平均时间基本上均衡每个FCB子系统内的金属燃料可用性。可采用计算领域内所熟知的直接方式编程技术来实现该方法。
可参照图8以示例方式来最佳地理解使网络控制子系统711执行对每个FCB子系统的“金属燃料均衡”所带来的优点。
通常，由其电功率系统产生的电功率量取决于连接到该系统的电负载所需的电功率量。根据本发明，通过在编程的网络控制子系统711的控制下使附加的金属空气FCB子系统产生电功率并将该电功率提供给输出电力母线结构706(或在AC负载情况下的717)，实现增加该系统输出的电功率。例如，考虑电源系统在其DC电力母线结构706和FCB子系统控制总线结构712之间连接有8个FCB子系统的情况。在该示例中，将每个FCB子系统707A至708D隐喻地视为能够作功的动力装置内的“动力缸”是有益的。因此，考虑到本发明的电功率产生系统(或电站)的情况，其中配置在一起的8个FCB子系统(即，动力缸)被置入在电动汽车等车辆中的结构中，如图6A所示。在这种情况下，能够在任何瞬间产生电功率的FCB子系统(即，动力缸)的数目取决于加到安装在汽车701上的电功率产生设备上的电负载。因此，当汽车沿一平坦水平的路面行进或行进在下坡路上时，可理解的是，网络控制子系统711仅启动一个或几个FCB子系统(即，动力缸)，而当行进在上坡路或超过另一辆汽车时，子系统711启动多个或全部FCB子系统(即，动力缸)，以便满足由这些运行状态的功率需求。不管安装在车辆上的电功率产生系统的负载状态如何，根据上述金属燃料均衡原理，每个金属空气FCB子系统708A至708H中的金属燃料平均消耗率将按照平均时间基本上相等，从而，按照平均时间，网络控制子系统711将在每个FCB子系统708A至708H中可用于放电的金属燃料量保持为基本相等。
在该替代实施例中，网络控制总线711执行控制处理(即，算法)，它被设计成接收各种输入参数，并产生各种输出参数，从而本发明的控制处理自动地执行。控制处理中的输入参数包括与下列有关的数据(i)由安装在电动车辆上的负载检测子系统710或其他传感器检测到的负载状态(如，电机的RPM、车速等)；(ii)沿每个金属空气FCB子系统内金属燃料的每个区域的可用金属燃料量；(iii)沿每个金属空气FCB子系统内金属燃料的每个区域的金属氧化物出现量；(iv)与每个金属空气FCB子系统关联的放电参数；和(v)与每个金属空气FCB子系统关联的再充电参数(当其中提供再充电模式时)。该控制处理中的输出参数包括用于控制下列情况的控制数据(i)在放电操作期间的任何瞬间应启动哪组金属空气FCB子系统；(ii)在任何瞬间，在所启动的金属空气FCB子系统中哪些金属燃料区域应放电；(iii)在任何瞬间，应如何在每个启动的金属空气FCB子系统中控制放电参数；(iv)在再充电操作的任何瞬间，应启动哪组金属空气FCB子系统；(v)在任何瞬间，在所启动的金属空气FCB子系统中哪些金属燃料区域应再充电；和(vi)，在任何瞬间，在每个启动金属空气FCB子系统中，应如何控制再充电参数。网络控制子系统711可采用被编程为以直接方式执行上述功能的微计算机来实现。网络控制子系统可以简单方式置入在主机系统(如，车辆701)中。
要注意的是，在图6A至7C中所示的说明性实施例中，每个金属空气FCB子系统708A至708H具有放电模式操作和再充电模式操作。因此，当相应的金属空气FCB子系统不按其放电(功率产生)模式操作启动时，本发明的电功率产生系统(即，电站)能够对金属燃料(带)的所选区域再充电。根据本发明的该方面，可采用图6A和6B中所示的辅助发电机(如，交流发电机，由固定电源供电等)702、703和/或混合型电功率产生器(如，光电池、热电池装置等)704、704’，来产生提供给图7A中所示的系统的输入DC电力母线结构714的电功率。要注意的是，当在所启动的FCB子系统的再充电期间，输入DC电力母线结构714被设计成从辅助或混合型电源702、703、704和704’接收DC电功率，并将其提供给置入在所启动的金属空气FCB子系统708A至708H中的金属燃料再充电子系统7，以进行放电操作，而主机车辆(如，汽车)711处于运动或静止状态，按情况而定。当对金属燃料带再充电而车辆静止时，来自固定电源(如，功率插座)的电功率可被作为输入提供给输入DC电力母线结构714，用于对所启动的FCB子系统中的金属燃料再充电。
上述本发明的FCB系统可被用于对包括但不限于草坪剪草机、单独的便携式发电机、车辆系统、额定200kW放电系统的各种类型的电路、装置和系统供电。
尽管上面已详细描述了本发明的各个方面，当应理解的是，本领域内的普通技术人员将根据本发明公开来对这些说明性实施例易于进行改进。所有这些改进和变化均被认为落入由所附本发明权利要求书限定的本发明范围和构思中。
权利要求
1.一种金属空气燃料电池组系统，用于从在一对供带盘和收带盘之间传送的金属燃料供给带产生电功率，包括用于在再充电操作期间延长氧化的金属燃料带的路径长度，从而在再充电操作期间可将多个再充电头有选择地布置在金属燃料带的延长的路径长度周围。
2.一种金属空气燃料电池组系统，包括金属燃料带放电子系统；金属燃料带再充电子系统，与所述金属燃料带放电子系统集成在一起；和带路径长度延长机构，在所述金属燃料带再充电子系统中利用，用于将氧化的金属燃料带延长路径长度，所述延长的路径长度明显比在由所述金属燃料带放电子系统内的由带路径长度延长机构原有的路径长度长。
3.一种金属空气燃料电池组系统，其中，用于使金属燃料带在单个混合型子系统中进行放电和再充电的装置，其中，将所述子系统的放电头和再充电头布置在延长路径长度的金属燃料带周围，以便能够同时进行放电和再充电。
4.一种金属空气燃料电池组(FCB系统，其中，自动地控制一个或多个再充电参数，以便对氧化的金属燃料材料(即，阳极)进行再充电，以在金属空气FCB系统中重新利用。
5.一种金属空气燃料电池组(FCB)系统，其中，自动地控制一个或多个放电参数，以便使金属燃料材料(即，阳极)放电，以在金属空气FCB系统中产生电功率。
6.一种金属空气燃料电池组系统，包括一子系统，用于控制沿氧化的金属燃料带的金属氧化物的再充电，从而完全还原所述金属燃料带的金属氧化物，而不破坏金属燃料带的透气结构。
7.一种金属空气燃料电池组系统，其中，要再充电的金属燃料带是以氧化的金属燃料带的形式实现的，所述金属燃料带在放电操作期间被传送经过与金属空气FCB的放电在关联的阴极结构。
8.一种金属空气燃料电池组系统，其中，在再充电期间，氧化的金属燃料带的路径长度明显延长，以便能够对盒式装置内或供带盘上的包含的氧化的金属燃料供给带快速再充电。
9.一种金属空气燃料电池组系统，其中，要再充电的氧化的金属燃料带包括多个金属燃料道，用于从金属空气FCB系统中产生不同的输出电压。
10.一种金属空气燃料电池组系统，其中在其再充电功率调节子系统的控制下，在再充电期间从系统的再充电头的阴极部件中抽出产生的氧气。
11.一种金属空气燃料电池组系统，采用其再充电功率调节子系统控制在系统的再充电头的阴极部件内的相对湿度。
12.一种金属空气燃料电池组系统，其中，氧化的燃料带传送经过再充电头的速度在其再充电功率调节子系统的控制下进行调节。
13.一种金属空气燃料电池组系统，其中，在再充电操作期间，在其再充电功率调节子系统的控制下，调节加到氧化的金属燃料道的电压和被驱动经过金属燃料道的电流。
14.一种金属空气燃料电池组系统，其中，在上游设置一金属氧化物检测头，用于检测沿已经放电(即，氧化的)的多道金属燃料带长度方向的燃料道，而在下游设置一再充电头，具有多对电隔离的阴极和阳极结构，用于有选择地仅对已经有效氧化(即，消耗)的那些金属燃料道进行再充电。
15.一种金属空气燃料电池组系统，采用光学或磁装置，给沿金属燃料道导长度方向上的每个金属燃料区域或子区标记上一数字代码，使得能够在放电操作模式期间记录与放电有关的数据，以便在将来执行包括快速和有效再充电操作的各种类型的管理操作时访问和利用。
16.一种金属空气燃料电池组系统，其中，可以以双向方式将金属燃料道传送经过其放电头组件和再充电头组件，同时自动地管理其金属燃料的可用性，以便改善系统性能。
17.一种金属空气燃料电池组系统，其中，包含再充电间，再充电间包括一再充电头组件，其每个均包括一导电阴极结构、一离子导电介质和一阳极接触结构。
18.一种金属空气燃料电池组系统，其中，在放电周期中，采用多个放电头来以受控的阳极-阴极电流值使金属燃料带放电，以便在放电周期控制其最佳还原的金属氧化物模式的结构。
19.一种金属空气燃料电池组系统，其中，有关沿金属燃料道的每个区域(即，片段)瞬间负载状态的信息由系统控制器记录在存储器中。
20.一种金属空气燃料电池组系统，包括一装置，用于获取沿一卷金属燃料道的每个金属燃料区域的标识数据，以确定其身份；一装置，用于检测与每个所述标识的金属燃料区域关联的负载状态数据的装置；和用于记录所述负载状态，以便将来在后续的带再充电操作期间利用。
21.一种金属空气燃料电池组系统，其中，在放电时刻记录金属燃料道放电状态，并在带再充电操作期间利用其来最佳地对放电的金属燃料道再充电。
22.一种金属空气燃料电池组系统，其中，在带放电操作期间，采用置入每个系统放电头的阴极结构中的小型条形码符号读取器，来执行对沿金属燃料道的每个区域的条形码数据的光学检测。
23.一种金属空气燃料电池组系统，其中，在带放电操作期间，采用置入每个系统再充电头的阴极结构中的小型条形码符号读取器，来执行对沿放电的金属燃料道的每个区域的条形码数据的光学检测。
24.一种金属空气燃料电池组系统，其中，其子系统可通过连接到系统控制器的输入/输出子系统来遥控。
25.一种金属空气燃料电池组系统，包括用于将金属燃料供给卡存储在片装式盒类装置中的装置，所述片装式盒类装置具有分隔的内部空间，用于将(再)充电和放电的金属燃料卡存储在形成于所述带装盒状装置内的单独的存储隔间。
26.一种具有放电操作模式金属空气燃料电池组系统，包括金属燃料提供装置，用于提供金属燃料材料，以在所述再充电操作模式期间产生电功率，其中，所述金属燃料材料具有沿所述金属燃料材料划分的多个区域或子区，并且每个所述区域用一代码标注；代码读取装置，用于在放电操作模式期间的所述区域放电期间，读取沿所述金属燃料的每个所述区域的所述数字代码；参数检测装置，用于在所述放电操作模式期间的每个所述金属燃料材料的区域放电期间，检测一组放电参数；参数处理装置，用于处理金属燃料材料的每个所述区域上检测到的所述一组放电参数，并在所述区域放电的同时产生用于控制一个或多个放电参数的控制数据信号。
27.如权利要求26所述的金属空气燃料电池组系统，其中，金属燃料材料是以金属燃料带的形式实现的。
28.如权利要求26所述的金属空气燃料电池组系统，其中，所述参数处理装置处理在金属燃料材料的每个所述区域上检测到的所述一组放电参数，并当所述区域放电时产生用于控制一个或多个放电参数的控制数据信号，以便以节时和/或节能的方式使所述金属燃料的区域放电。
29.一种具有再充电操作模式的金属空气燃料电池组系统，包括金属燃料提供装置，用于提供金属燃料材料，以在所述再充电操作模式期间再充电，其中，所述金属燃料材料具有沿所述金属燃料材料划分的多个区域，并且每个所述区域用一代码标注；代码读取装置，用于在再充电操作模式期间的所述区域再充电期间，读取沿所述金属燃料的每个所述区域的所述数字代码；参数检测装置，用于在所述再充电操作模式期间的金属燃料材料的每个所述区域再充电期间，检测一组再充电参数；参数处理装置，用于处理金属燃料材料的每个所述区域上检测到的所述一组再充电参数，并在所述区域再充电的同时产生用于控制一个或多个再充电参数的控制数据信号。
30.如权利要求所述29的金属空气燃料电池组系统，其中，金属燃料材料是以金属燃料带的形式实现的。
31.一种具有放电操作模式和再充电操作模式的金属空气燃料电池组系统，包括金属燃料提供装置，用于提供金属燃料材料，以在所述放电操作模式期间用来产生电功率和在所述再充电操作模式期间进行再充电时利用，其中，所述金属燃料材料具有沿所述金属燃料材料长度方向划分的多个区域或子区，并且每个所述区域用一代码标注；放电参数检测装置，用于在所述放电操作模式期间的金属燃料材料的每个所述区域放电期间，检测一组放电参数；代码读取装置，用于在放电操作模式期间的所述区域放电期间、以及在所述再充电操作模式操作期间的金属燃料的所述区域的再充电期间，读取沿所述金属燃料的每个所述区域的所述数字代码；放电参数记录装置，用于记录在所述金属燃料材料的每个所述区域上检测到的所述一组放电参数，其中所述记录的放电参数组采用标注到所述区域的所述代码标注；放电参数读取装置，用于读取所述记录的放电参数；放电参数处理装置，用于处理从所述放电参数记录装置读取到的所述记录的放电参数组，以在所述再充电操作模式期间产生用于控制所述再充电参数的第一组控制数据信号，从而可以节时和/或节能的方式对放电的金属燃料材料再充电；再充电参数检测装置，用于在所述再充电操作模式期间的金属燃料材料的每个所述区域再充电期间，检测一组再充电参数；再充电参数记录装置，用于记录在所述金属燃料材料的每个所述区域上检测到的所述一组再充电参数，其中所述记录的放电参数组采用标注到所述区域的所述代码标注；再充电参数读取装置，用于读取所述记录的再充电参数；和再充电参数处理装置，用于处理来自所述再充电参数记录装置的所述记录的再充电参数组，以在所述放电操作模式期间产生用于控制所述放电参数的第二组控制数据信号，从而可以节时和/或节能的方式使(再)充电的金属燃料材料放电。
32.如权利要求31所述的金属空气燃料电池组系统，其中，所述金属燃料材料是以金属燃料带的形式实现的。
33.一种具有放电操作模式和再充电操作模式的金属空气燃料电池组系统，包括第一多个子系统，它们协同操作，以便在所述放电操作模式期间进行放电参数的检测、存储和处理，并在所述再充电操作模式期间采用所述放电参数来产生用于控制再充电参数的控制数据信号；和第二多个子系统，它们协同操作，以便在所述再充电操作模式期间进行再充电参数的检测、存储和处理，并在所述放电操作模式期间采用所述再充电参数来产生用于控制放电参数的控制数据信号。
34.一种具有再充电操作模式和放电操作模式的金属空气燃料电池组系统，所述金属空气燃料电池组系统包括金属燃料放电机构，用于在所述放电操作模式期间使金属燃料材料放电；放电参数检测机构，用于在所述放电操作模式期间，检测放电参数，同时还使所述金属燃料材料放电；放电参数处理机构，用于在所述再充电操作模式期间处理检测到的放电参数，以便产生用于控制再充电参数的第一组控制数据信号；金属燃料再充电机构，用于在所述再充电操作模式期间对所述金属燃料材料再充电；再充电参数检测机构，用于在所述再充电操作模式期间，检测再充电参数，同时还对所述金属燃料材料再充电；和再充电参数处理装置，用于在所述再充电操作模式期间处理检测到的再充电参数，以便产生用于控制放电参数的第二组控制数据信号。
35.如权利要求34所述的金属空气燃料电池组系统，其中，所述放电参数是从一个组选择出的要素，所述一组由阴极-阳极电压和电流值、放电阴极中的氧分压、阴极-电解质界面上的相对湿度以及可采用的所述金属燃料材料的速度组成。
36.如权利要求34所述的金属空气燃料电池组系统，其中，所述再充电参数是从一个组选择出的要素，所述一组由阴极-阳极电压和电流值、再充电阴极中的氧分压、阴极-电解质界面上的相对湿度以及可采用的所述金属燃料材料的速度组成。
37.如权利要求34所述的金属空气燃料电池组系统，其中，所述金属燃料是以金属燃料带的形式实现的。
38.如权利要求37所述的金属空气燃料电池组系统，其中，所述金属燃料带包含在盒式存储装置中。
39.一种具有放电操作模式和再充电操作模式的金属空气燃料电池组系统，包括金属燃料提供装置，用于提供金属燃料材料，以在所述放电操作模式期间产生电功率和在所述再充电操作模式期间进行再充电，其中，所述金属燃料材料具有沿所述金属燃料材料划分的多个区域或子区，并且每个所述区域用一代码标注；放电参数检测装置，用于在所述放电操作模式期间的金属燃料材料的每个所述区域放电期间，检测一组放电参数；代码读取装置，用于在放电操作模式期间的所述区域放电期间、以及在所述再充电操作模式操作期间的金属燃料的所述区域的再充电期间，读取沿所述金属燃料的每个所述区域的所述代码；放电参数记录装置，用于记录在金属燃料材料的每个所述区域上检测到的所述一组放电参数，其中所述记录的放电参数组采用标注到所述区域的所述代码标注；放电参数读取装置，用于读取所述记录的放电参数；放电参数处理装置，用于处理从所述放电参数记录装置读取到的所述记录的放电参数组；再充电参数检测装置，用于在所述再充电操作模式期间的金属燃料材料的每个所述区域再充电期间，检测一组再充电参数；再充电参数记录装置，用于记录在金属燃料材料的每个所述区域上检测到的所述一组再充电参数，其中所述记录的再充电参数组采用标注到所述区域的所述代码标注；再充电参数读取装置，用于读取所述记录的再充电参数组；和再充电参数处理装置，用于处理从所述再充电参数记录装置读取到的所述记录的再充电参数组。
40.如权利要求39所述的金属空气燃料电池组系统，其中，金属燃料材料是以金属燃料带的形式实现的。
41.一种具有再充电操作模式和放电操作模式的金属空气燃料电池组系统，所述金属空气燃料电池组系统包括金属燃料放电机构，用于在所述放电操作模式期间使金属燃料材料放电；放电参数检测机构，用于在所述放电操作模式期间，检测放电参数，同时还使所述金属燃料材料放电；金属燃料再充电机构，用于在所述再充电操作模式期间对所述金属燃料材料再充电；和再充电参数检测机构，用于在所述再充电操作模式期间，检测再充电参数，同时还对所述金属燃料材料再充电。
42.如权利要求40所述的金属空气燃料电池组系统，其中，所述金属燃料是以金属燃料带的形式实现的。
43.如权利要求42所述的金属空气燃料电池组系统，其中，所述金属燃料带包含在盒式存储装置中。
44.一种电功率产生系统，包括输出电力母线结构，其连接到一个或多个电负载；多个金属空气燃料电池组(FCB)子系统，连接到所述输出电力母线结构，其每个均具有供给金属燃料，并能够产生电功率和向所述输出电力母线结构提供电功率；和控制子系统，用于控制所述多个金属空气FCB子系统的操作，以便向所述电力母线结构提供电功率，其量足以满足所述电负载的需求，而不管所述电功率产生系统中的金属燃料总剩余量如何。
45.如权利要求44所述的电功率产生系统，还包括输入电力母线结构，用于在再充电操作期间从一个或多个辅助和/或混合性电源接收电功率，并将所述电功率提供给所述多个金属空气FCB系统，以对金属燃料进行再充电。
46.如权利要求44所述的电功率产生系统，其中，所述电功率产生系统置入一车辆中。
47.如权利要求44所述的电功率产生系统，其中，所述电功率产生系统置入一固定或便携式发电站中。
48.一种电功率产生系统，包括金属空气FCB子系统的网络，连接到电力母线结构，并由与基于网络的金属燃料管理子系统关联的网络控制子系统控制。
49.一种电功率产生系统，其中，通过启动所选组的所述金属空气FCB子系统来控制从所述电力母线结构产生的电功率输出，以向所述电力母线结构提供电功率。
50.一种电功率产生系统，包括金属空气FCB子系统的网络，连接到电力母线结构，并由与基于网络的金属燃料管理子系统关联的网络控制子系统控制；其中，每个所述FCB子系统中的金属燃料采用所述网络控制子系统来管理，从而每个这种FCB子系统平均而言基本上具有相同量的金属燃料可用于产生电功率。
51.一种操作金属空气FCB子系统的方法，包括下列步骤根据金属燃料均衡原理来管理每个所述金属空气FCB子系统中可用的金属燃料的放电，从而在每个所述金属空气FCB子系统中可用于放电的金属燃料的量平均而言基本相同。
52.一种电动车辆，包括金属空气FCB子系统的网络，连接到电力母线结构，并由与基于网络的金属燃料管理子系统关联的网络控制子系统控制；其中，当所述车辆沿平地或下坡路行进时，仅启动一个或几个所述金属空气FCB子系统进行放电操作，而当所述车辆试图超过另一个车辆或沿上坡行进时，启动多个或所有所述金属空气FCB子系统进行放电操作。
53.一种电功率产生系统，包括输出电力母线结构，其连接有电负载；多个金属空气FCB子系统，用于以可操作方式连接到所述输出电力母线结构；和基于计算机的金属燃料管理子系统，用于管理在每个所述金属空气FCB子系统中可用于放电操作的金属燃料的数量，从而按平均时间，每个所述金属空气FCB子系统基本上具有相同数量的金属燃料可用于放电和产生提供给所述电力母线结构的电功率。
54.如权利要求53所述的电功率产生系统，还包括输入电力母线结构，用于在再充电操作期间从一个或多个辅助和/或混合型电源接收电功率，并将所述电功率提供给所述多个金属空气FCB系统，以对金属燃料进行再充电。
55.如权利要求53所述的电功率产生系统，其中，所述电功率产生系统置入一车辆中。
56.如权利要求53所述的电功率产生系统，其中，所述电功率产生系统置入一固定或便携式发电站中。
57.一种用于接合金属燃料的金属空气燃料电池组头，包括不导电阴极包容结构，包含具有一平顶表面并且在底面上中的多个槽；每个槽中的多个可透气阴极；多个开孔，经所述阴极包容结构从顶表面延长到底面上的槽，以使空气流过所述槽以及其中包含的可透气阴极；电解质注入垫，放置在所述可透气阴极的槽中，以提供与所述阴极的电解质接触；多个导电材料长条，一个长条与可透气阴极之一电接触，经所述阴极支承结构的顶部延长，使得分别与每个阴极电接触，从而为所述头的每个阴极提供单独的导电路径，以在所述燃料电池组中利用。
58.如权利要求57所述的用于接合金属燃料带的金属空气燃料电池组头，其中，将一氧气传感器放置在每个槽上，以测量氧气的出现。
59.如权利要求58所述的用于接合金属燃料带的金属空气燃料电池组头，包括一板，具有多个开孔，当空气流经所述阴极包容结构时，经所述阴极包容结构与所述多个开孔顶部上的气孔对准，而当所述板移动以与所述开孔不对准时，所述板可滑动地相对于所述阴极包容结构移动，从而所述开孔不对准并且切断气流。
全文摘要
公开了一金属空气燃料电池组系统(1)，其中，可以以双向方式将金属燃料带(5)传送经过其放电头组件(6)及再充电头组件(7)，同时自动地管理其金属燃料的可用性，以便改善系统性能。
文档编号H01M2/12GK1538551SQ20041003003
公开日2004年10月20日 申请日期1998年10月6日 优先权日1997年10月6日
发明者塞德格·M·法里斯, 塞德格 M 法里斯, 特萨伊, 采宾·特萨伊, 姚文斌, 张元民 申请人:里维奥公司