移动的铝-空气电池功率系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明通常涉及铝-空气电池功率系统，更具体而言，涉及用于为移动机器供能的铝-空气电池功率系统。
【背景技术】
[0002]铝-空气电池具有产生使移动机器(例如，汽车)操作的功率的潜力。铝-空气电池消耗作为燃料的铝阳极并具有超过惯用的电池技术(例如，锂-离子电池)的能量密度。当被用来为移动机器供能时，铝-空气电池具有可比得上由内燃机供能的车辆的行程。然而，铝-空气电池像许多常规电池一样电力不是可再充电的。相反，铝-空气电池必须通过更换铝阳极机械地再充电。通过在铝-空气电池中发生的电化学反应将消耗的铝阳极转换成氢氧化铝。产生的氢氧化铝被收集并回收成铝。该回收过程涉及加热(即，煅烧)氢氧化铝以形成氧化铝，将氧化铝与各种盐混合，并通过电解将氧化铝再生为铝。
[0003]回收氢氧化铝能够降低铝-空气电池的整体成本。然而，回收过程的加热(例如，煅烧)步骤要求大量能量。另外，即使铝-空气电池具有比惯用的电池技术更大的能量密度，限制铝-空气电池和相应系统的足印对于空间受限移动机器的应用是一个挑战。
[0004]Shaohua Yang和Harold Knickle撰写一篇分析电动车辆中的招-空气电池的使用的文章，其被命名为“Design and Analysis of Aluminum/Air Battery System forElectric Vehicles”。该文章在 2002 年 Journal of Power Source 在 162-173 页出版。该文章讨论铝-空气电池的燃料成本和效率，以及回收过程。该文章将铝-空气电池与铅/酸电池和镍金属氢化物电池比较。尽管该文章攻破了铝-空气电池的成本、效率和回收过程，但是它没有提出用于减少用于氢氧化铝回收的高能量需求或减小铝-空气电池系统的足印的解决方案。
[0005]本公开的铝-空气电池功率系统涉及克服上面提出的一个或多个问题。
【发明内容】
[0006]在一个方面中，本公开涉及用于移动机器的功率系统。所述功率系统可以包括被配置为在驱动操作期间推进所述移动机器并在制动操作期间产生电的牵引马达。所述功率系统还可以包括连接到所述牵引马达的铝-空气电池。所述功率系统可以进一步包括流体连接到所述铝-空气电池并被配置为使电解质和由所述铝-空气电池产生的氢氧化铝颗粒循环的回路。所述功率系统还可以包括连接到所述回路并被配置为从所述电解质结晶并分离所述氢氧化铝颗粒的结晶器。所述功率系统可以进一步包括被配置为加热所述氢氧化铝颗粒并产生从所述电解质分离的氧化铝的加热室，其中，所述加热室由在所述制动操作期间由所述牵引马达产生的电力供能。
[0007]在另一个方面中，本公开涉及操作用于移动机器的铝-空气电池功率系统的方法。所述方法可以包括循环通过铝-空气电池的电解质以去除由所述铝-空气电池产生的氢氧化铝颗粒。所述方法可以进一步包括从所述电解质分离所述氢氧化铝颗粒的至少一部分。所述方法还可以包括制动所述移动机器以产生电力并将所述电力转换成热。所述方法可以进一步包括用所述热加热从所述电解质分离的所述氢氧化铝颗粒以产生氧化铝。
[0008]在另一个方面，本公开涉及移动机器。所述移动机器可以包括车架(frame)，被配置为支撑所述车架的轮子，和被配置为驱动所述轮子的牵引马达。所述移动机器还可以包括安装到所述车架并连接到所述牵引马达的多个铝-空气电池。所述移动机器可以进一步包括流体连接到所述铝-空气电池并被配置为使电解质和由所述铝-空气电池产生的氢氧化铝颗粒循环的回路。所述移动机器还可以包括连接到所述回路并安装到所述车架的结晶器，且其被配置为从所述电解质结晶并分离所述氢氧化铝颗粒。所述移动机器还可以包括被配置为加热由所述结晶器分离的所述氢氧化铝颗粒以产生氧化铝颗粒的电阻加热线圈，其中所述加热由在所述制动操作期间来自于所述牵引马达的电力供能。
【附图说明】
[0009]图1为示例性公开的移动机器的立体图；
[0010]图2为用于图1的移动机器的示例性公开的功率系统的图解说明；以及
[0011]图3为说明操作图2的功率系统的示例性公开方法的流程图。
【具体实施方式】
[0012]图1示出移动机器，具体是机车10。机车可以包括由多个支架(truck) 14(例如，两个支架14)在相对端支撑的车体12。每个支架14可以被配置为啮合轨道16并支撑车体12的基础平台18。任意数量的功率系统可以被安装到基础平台18并被配置为驱动包含在每个支架14中的多个轮子20。在图1中示出的示例性实施例中，机车10可以包括铝-空气电池功率系统22和引擎24。功率系统22可以为主系统，而引擎24作为备用或次级功率系统。引擎24可以为任意类型的引擎，例如，柴油引擎、汽油引擎、或气体燃料供能引擎。引擎24可以被耦合到被配置为将由引擎24产生的机械功率转换成电功率的发电机。
[0013]每个支架14可以具有被配置为在其相对端支撑轮子20的两个或多个轴26，以使轮子20和轴26—起转动。牵引马达28，例如通过由功率系统22 (或引擎24)产生的功率驱动的电动马达，可以被连接到支架14的框架并被配置为通过轴26驱动轮子20。每个牵引马达28可以位于每对轮子20之间并由该对轮子20安装在其上的轴26部分地支撑。
[0014]牵引马达28可以马达模式或发电机模式操作，在该马达模式期间，牵引马达接收来自于功率系统22(或引擎24)的电功率以推进机车10，在发电机模式期间，牵引马达28从制动(例如，动力制动(dynamic braking))操作产生电功率。动力制动可以为在下坡斜坡上的机车提供比利用盘式或鼓式制动器由机械或气动制动提供的减速更平滑的减速。
[0015]图2示出可以与机车10结合使用的铝-空气电池功率系统22的示意图。功率系统22可以包括功率电路23、电解质回路25、和回收回路27。功率电路23可以包括铝-空气电池30、牵引马达28、和电阻器栅格62。在马达模式中，铝-空气电池30可以驱动牵引马达28。在发电机模式中，由牵引马达28产生的电可以由电阻器62消耗为热和/或被回收回路27利用。电阻器62可以被配置以使由牵引马达28产生的电功率的一些或所有(即，当操作在发电机模式下时)可以被路由到电阻器62并消耗为热。电解质回路25可以被配置为从铝-空气电池30去除废产物。回收回路27可以与功率电路23和电解质回路25交互以从电解质回路25带走废产物并利用来自于功率电路23的电力开始回收过程。
[0016]功率电路23的铝-空气电池30可以包括铝阳极32、空气阴极34、和位于铝阳极32和空气阴极34之间的电解质36。铝阳极32可以由纯铝或铝合金形成。例如，铝阳极32可以为主要由铝并结合例如锡、锶、镓等等的一种或多种其他金属形成的铝合金。
[0017]铝-空气电池30可以包括一个或多个铝-空气电池。多个铝-空气电池可以形成铝-空气电池堆或多个堆。铝-空气电池30从氧在空气中与铝的反应产生电力。如本领域技术人员已知的，因为一旦铝阳极通过与在阴极处的氧的反应被消耗，电池将不再产生电力，因此铝-空气电池(例如，铝-空气电池30)不是电可再充电的。然而，通过例如重力自动加料将新的铝阳极引入到电池中来机械再充电电池是可能的。