包括安装在电池内部的流体管理器的电池组的制作方法

专利名称：包括安装在电池内部的流体管理器的电池组的制作方法
包括安装在电池内部的流体管理器的电池组
相关专利的交叉引用本申请要求享有于2006年4月11日提交的美国临时申请 No.60/790,876、于2006年6月28日提交的美国临时申请No.60/817，199 以及于2006年11月20日提交的美国临时申请No.60/860，175的权益， 上述各申请的全部公开内容通过引用而结合在本文中。
背景技术：
本发明涉及用于控制流体如气体进出带有流体消耗电极的 电化学电池组和电池的速率的流体调节系统，并且涉及使用这种流体 调节系统的电池组和电池，尤其是空气去极化电池和电池组、空气辅 助电池和电池组以及燃料电池和电池纟且。使用来自电池外部的流体(如氧气和其它气体)作为活性材 料以产生电能的电化学电池组电池(如空气去极化电池、空气辅助电池 和燃料电池的电池组电池)，可用于为各种便携式电子装置供电。例如， 空气进入到空气去极化电池或空气辅助电池中，在其中该空气可用作 正极活性材料或可对正极活性材料再充电。氧还原电极促进了氧气与 电池电解质的反应，并且最终促进了负极活性材料与氧气的氧化。促 进氧气与电解质反应的氧还原电极中的材料，时常被称为催化剂。然 而，氧还原电极中所用的一些材料并不是真正的催化剂，因为它们能 够被至少部分地还原，特别是在相对较高的放电速率期间。—种空气去极化电池是锌/空气电池。这种电池使用锌作为 负极活性材料，并且具有碱溶液(例如KOH)电解质。可在锌/空气电池 的空气电极中使用的氧化锰能够在负极活性材料氧化的同时进行电 化学还原，特别是当氧气进入空气电极的扩散速率不足时。之后在较低的放电速率或静止期间可由氧气再氧化这些氧化锰。空气辅助电池是混合电池，其包含可消耗的正极和负极活 性材料以及氧还原电极。正极可维持高的放电速率达很长的时间段， 但在较低放电或不放电期间，氧气可通过氧还原电极而部分地使正极 再充电，所以氧气可用于总的电池放电容量的重要部分。这意味着可 减少置入电池的正极活性材料的量并且可增加负极活性材料的量，以 提高总的电池容量。在共同转让的美国专利No.6,383,674和 No.5,079，106中公开了空气辅助电池的示例。空气去极化电池、空气辅助电池和燃料电池的一个优势是 其较高的能量密度，因为至少其中一个电极的活性材料的至少一部分 来自电池外部的流体(例如气体)或由其再生而得。这些电池的缺点是其能够达到的最大放电速率可能受限于 氧气可进入氧还原电极的速率。过去，已经做出了很多努力以提高氧 气进入氧还原电极的速率和/或控制可能造成无用反应的不良气体(例 如二氧化碳)的进入速率，以及控制水进入或损失的速率(这取决于电 池内外的相对的水蒸汽分压力)，该水可填充电池中意图分别用于容纳 增加的放电反应产物体积或使电池变干的空区。在美国专利 No.6,558,828;美国专利No.6,492，046;美国专利No.5,795,667;美国 专利No.5，733,676;美国专利公开No.2002/0150814以及国际专利公 开No.W002/35641中可找到这些解决方案的示例。然而，改变这些气 体其中之一的扩散速率通常还会影响其它的气体。即使已做出努力以
平衡高的氧气扩散速率和低的C02和水的扩散速率之间的需求，也只
是取得了有限的成功。在较高的放电速率下，更重要的是使足够的氧气进入到氧 还原电极中，但在较低的放电速率期间和当电池不使用的时候，增加 了最大限度地减小C02和水的扩散的重要性。为了只是在高速率放电 期间增加进入到电池中的气流，已使用了风扇来迫使空气进入到电池 中(例如，美国专利No.6,500,575)，但风扇及对其的控制可能增加了制造的成本和复杂性，并且风扇，即便是微型风扇，也可能占用单个电 池、多电池电池组和装置中宝贵的容积。已经提出的另 一解决方案是使用阀来控制进入电池中的空 气量(例如，美国专利No.6,641,947和美国专利7>开No.2003/0186099)， 但可能需要外部装置如风扇和/或相对复杂的电子装置来操作阀。还有另一解决方案，其在氧还原电极和外部环境之间使用 不透水的隔膜，该隔膜具有可以因空气压力差(例如，由电池组放电时 氧气的消耗所产生的压力差)而打开和关闭的活叶(例如美国专利公开 No.2003/0049508)。然而，压力差可能很小，并且可能受到电池组外 部的大气条件的影响。共同转让的美国专利公开No.2005/0136321公开了一种由 促动器操作的阀，该促动器响应作用于其上的势能变化来打开和关闭 阀。
发明概述根据本发明的一个方面，提供了一种电池组，其包括至少 一个流体消耗电池和流体调节系统。该至少一个流体消4€电池包括 电池壳体，其包括用于流体传送进入电池的一个或多个流体入口，该 电池壳体还包括第一壳体构件和第二壳体构件；设置在第一和第二壳 体构件之间的衬垫；设置在该电池壳体内的第一流体消耗电极，以及 设置在该电池壳体内的第二电极。该流体调节系统包括用于调整流体 传送进入第一流体消耗电极的速率的阀。该阀包括具有至少一个孔的 板。该板位于该电池壳体内部，并且具有被该衬垫压靠在该电池壳体 的内表面上的至少一个周边边缘。根据本发明的一个方面，构造电池组的一种方法包括提 供至少一个流体消耗电池，该流体消耗电池包括包括用于流体传送 进入该电池的一个或多个流体入口的电池壳体，该电池壳体包括第一 壳体构件、第二壳体构件以及设置在该第一和第二壳体构件之间的衬垫，该流体消耗电池还包括设置在该电池壳体内的第一流体消耗电极
以及设置在该电池壳体内的第二电极；提供流体调节系统，该流体调
节系统包括用于调整该流体传送进入该第 一 流体消耗电极的速率的
阀，该阀包括具有至少一个孔的板；以及将该板定位在该电池壳体内 部，并且具有被所述衬垫压靠在该电池壳体内表面上的至少一个周边 边缘。本领域中的技术人员通过参考以下说明书、权利要求和附 图将进一步理解和领会本发明的这些以及其它特征、优势和目的。 附图简要说明在附图中:

图1是根据本发明第一实施例而构造的电池组的透^L图， 显示了电池组的顶部；图2是图1中所示电池组的透—见图，显示了电池组的底部；图3是分解透视图，显示了电池组的底部以及形成供电池 组使用的流体调节系统的构件；图4是用于图l和图17中所示电池组的流体调节系统的第 一结构的透^L图；图5A和图5B是局部截面图，显示流体调节系统的阔处于 打开和关闭位置；图6是用于图l和图17的电池组中流体调节系统的备选结 构的透视图；图7是供本发明使用的第一备选促动器结构的示意图；图8是供本发明使用的促动器的另一备选结构；图9是流体调节系统的顶视图，该系统采用了供本发明使
用的另一促动器结构和包覆成型底架；图9A是根据本发明另一实施例的流体调节系统的顶视图，
该系统采用了带有单个销的促动器；图9B是流体调节系统的顶^L图，该系统采用了另一备选的销促动器组件；图IOA和图IOB是包括用于本发明的阀的电池组部分的截 面图；图ll是流体调节系统的一种备选结构，其可用于本发明的 各种实施例；图12是根据本发明第 一 实施例的电池组的 一种变型的分解 透视图；图13是图12中所示备选电池组结构的一种可能的实施方 案的局部截面图；图14是图12中所示备选电池组结构的另一种可能的构造；
图15是显示用于本发明第一实施例的不同结构的局部截面
图；图16是本发明第一实施例的又一可能的实施方案的局部截 面图；图17是才艮据本发明而构造的电池组的第二实施例的分解透 视图；图18是图17中所示电池组的局部截面图；图19是截面图，显示了可供本发明的第一实施例或第二实
施例使用的电接触片的细节；图20是显示根据本发明第二实施例的电池组的备选结构的
局部截面图；图21是可用于图20中所示结构的改进罐体的局部透视图；
图22是可用于图20中所示结构的衬垫的局部透视图；
图23是图22中所示的村垫部分的截面图；
图24是衬垫和盖体的分解透视图，该衬垫和盖体可用于根 据本发明第三实施例而构造的电池组中；图25是根据本发明第四实施例而构造的电池组的截面图；
图26是#4居本发明第五实施例而构造的电池组的截面图27是图26中所示的电池组部分的局部截面图，但阀处 于关闭位置；图28是用于图26中所示电池组中阀部件的透视图；
图29是根据本发明第六实施例的电池组的分解透视图，图
中未显示流体调节系统促动器和控制电路；图30是从右侧观察的图29中所示电池组的流体调节系统
的截面图；图31是才艮据本发明第七实施例的流体调节系统的截面图；图32是#4居本发明一个实施例的流体调节系统的一部分的 分解局部透视图；图33A是处于关闭位置的阀的一个实施例的顶视图，并且 包括一部分控制电路的筒图；图33B是图33A中所示阀的一个实施例的顶视图，但阔处 于打开位置；图33C是图33B中所示阀的一个实施例的顶视图，但促动 器处于伸长状态；图33D是图33A中所示阀的一个实施例的顶视图，但促动 器处于缩短状态；图34是根据本发明一个实施例的流体调节系统的一部分的 顶视图；图35是固定在连接件上的SMA导线的透视图；图36是根据本发明另一实施例的流体调节系统的局部透视 图，该系统采用具有滑动电触头的枢转杆；图37是图36中所示流体调节系统的一部分的顶视图，显 示了枢转杆和滑动触头的转动；图38是根据另一实施例的流体调节系统的局部透视图，该 系统采用了具有备选电连接的枢转杆；图39是根据本发明另 一实施例的流体调节系统的分解透视j
9图，该系统采用了转动杆；图40是图39中所示处于阀打开位置的流体调节系统的顶 视图；图41是图39中所示处于阀关闭位置的流体调节系统的顶 视图；图42是根据另 一 实施例的流体调节系统的分解透视图，该 系统采用了围绕柔性铰链而枢转的杆；图43是图42中所示处于阀打开位置的流体调节系统的顶 视图；图44是图42中所示处于阀关闭位置的流体调节系统的顶 视图；图45是根据一个实施例的流体调节系统的顶视图，该系统 采用了被动闭合的促动器，；图46是根据另 一 实施例的具有流体调节系统的电池组的透 视图，该流体调节系统带有设于底架中的压力释放流体路径；图47是图46中所示电池组的分解透视图，该电池组具有 带压力释放路径的流体调节系统；图48是沿着图46的线XLVIII-XLVIII所截取的电池组和 流体调节系统的一部分的截面图；图49是底架沿着图47的XLIX-XLIX线所截取的截面图， 进一步显示了形成曲折流体通道的隔板；图50是根据另 一 实施例的电池组的分解透视图，该电池组 "具有带减压流体路径的流体调节系统；图51是根据另一实施例的流体调节系统的透视图，该系统 采用了显示为处于阀关闭位置的可转动移动板；图52是图51中所示处于阀打开位置的流体调节系统的透 视图；图53是根据又一实施例的流体调节系统的顶视图，该系统采用了处于阀打开位置的可转动移动板；和图54是图53中所示处于阀关闭位置的流体调节系统的顶 视图。
优选实施例的详细描述本发明的实施例包括一种电池组，该电池组包括一种电化 学电池，其利用来自电池外部的流体(如氧气或其它气体)作为其中一 个电极的活性材料。这种电池具有流体消耗电极，例如氧还原电极。 该电池可以是空气去4及化电池、空气辅助电池或燃并+电池。该电池组 还具有流体调节系统，其用于调整流体经过流体消耗电极(例如，空气 去极化电池和空气辅助电池中的空气电极)的速率，以便为电池在高速 率或大功率下的放电提供足量的来自电池外部的流体，同时在较低速 率放电或不放电期间最大限度地减少进入到流体消耗电极中的流体 和进入或离开电池的吸水或失水。优选的是，该流体调节系统将具有对电池电势变化的快速 响应、长的循环寿命、与放电时的电池电压范围非常匹配的低工作电 压以及高效率。另外，该调节系统将优选在关闭位置对有待管理的流 体具有低的渗透性，针对电池中的活性流体的需求按比例地打开和关 闭，仅需要总的电池放电容量非常少量的一部分，具有小的体积，并 且容易和低成本地制造以及结合到电池中或其上。如文中所用，除非特别指出，否则用语"流体"指在电池产 生电能时可由流体消耗电池的流体消耗电极所消耗的流体。以下通过 带有氧还原电极的空气去极化电池来举例说明本发明，但本发明可更 普遍地用于具有其它流体消耗电极类型的流体消耗电池如燃料电池。
电池电极的活性材料。如以下参看图1-3进一步所述，根据本发明构成的电池组 10包括流体消耗电池20和流体调节系统50。流体调节系统50调节流向流体消耗电池20的流体消耗电极的流体流动。对于空气去极化
电池，流体调节系统设置在流体消耗电池20的电池壳体30的内部或
外部，并位于氧还原电极的空气侧(即位于来自电池壳体外部的空气可 接触到的氧还原电极的表面上，或者是其一部分)。在图1-3中显示了根据本发明而构成的电池组IO的第一实 施例。如图所示，流体消耗电池20(在这种情况下为空气去极化电池) 包括电池壳体30，该电池壳体30包括第一壳体构件和第二壳体构件， 也就是可分别包括罐体34和盖体36，或者可具有不同于罐体或盖体 的形状或尺寸。出于示例的目的，以下将第一壳体构件称为罐体34， 而以下将第二壳体构件称为盖体36。罐体34和盖体36 二者都由导电 材料制成，但通过衬垫38而彼此电绝缘(图13)。罐体34通常用作流 体消耗电池20的外部正极接触端子，而盖体36用作外部负极接触端 子。如以下进一步地论述，电池20还包括第一电极40、第二电极42 和设置在第一电极和第二电极之间的隔离件44(见图13),其中，第一 电极40可以是流体消耗电极或空气电极，第二电极42可以是负电极 (即，阴极)。第一电极40优选电联接到罐体34上，而第二电极42优 选电联接到盖体36上。罐体34包括底面35，其中设有多个流体入口 32，以使得 流体可通到电池壳体30的内部，从而到达流体消耗电极40(见图13)。在图1-3中所示的实施例中，流体调节系统50紧固到罐体 34的底面35的外部。以下将进一步论述可将流体调节系统50附连到 电池20外部的具体方式。另外，以下将描述流体调节系统50并入到 流体消耗电池20内侧上的其它实施例。根据这个具体实施例的流体调节系统50可包括阀60,其包 括第一板62(其可对应于罐体34的底面35)和活动的第二板66,第一 板62具有多个孔64(其可对应于流体入口 32)，活动的第二板66包括 多个孔68，这些孔68在尺寸、形状、数量和位置方面与形成于第一 板62上的孔64相对应。孔64和孔68的尺寸、形状、数量和位置优选优化成用以提供所需体积和分布的施加到流体消耗电极的流体。孔
64的尺寸、形状、数量和相对位置不必与孔68的尺寸、形状、数量 和相对位置相同。例如，如果孔64与孔68在尺寸上略有不同，孔64 和孔68的精确对准对于获得通过板62和板66的最大总打开面积并 不重要。流体调节系统50还可包括底架70,其具有带开口 74的环 状主体部分72,第二板66设置在该开口 74中。开口74优选形状和 尺寸定制成用于与板66的伸长侧边相接触，同时在板66的短边处提 供余量空间，以使得板66可沿着与其最长尺寸平行的轴线而线性滑 动。因而，如图5A和图5B中所示，第二板66的孔68可移动到与第 一板62的孔64对准或不对准，从而打开和关闭阀60。如以下进一步 论述的那样，底架优选构造成用来引导并可能地使第二板66保持邻 近第一板62。如图5A和图5B中所示，由油或TEFLON⑧形成的润 滑层69可设置在板62和板66之间，以使得第二板66能够更容易地 沿着板62的表面而滑动。因而，润滑层69可使得促动器以较小的力 打开和关闭阀。另外，因为可能难以使板62和板66的表面足够光滑 以提供良好的密封，所以可利用润滑流体69来增强阔的密封特性， 而无需对板进行复杂且昂贵的机械加工，从而以别的方式进一步使其 表面光滑。第二板66可由磁性材料制成，例如通常设置在水箱上的 衬垫中所使用的材料。通过利用磁性板66，底架70不需要构造成以
性板66优选为一种柔性石兹铁，其可与相邻板62的形状相符。^磁性板 66可由合适的磁性材料制成，例如铁磁体(如钡/锶铁氧体)和弹性材料 的混合物。磁性板66可以是永久磁铁，其不会消耗来自电池20的能 量来保持足够的^f兹力。在图3和图12所示的实施例中，活动的第二 板66在顶部和底部可受到盖子100(如以下进一步所述)和罐体34的底 面35的约束。在一个备选实施例中，电池组10'具有图29和图30中 所显示的流体调节系统50'。底架70'比图3和图12中的底架70更高。这可有助于流体在盖子100和活动板66之间的运动，从而当板66和 板62在打开位置对准时，提供了流体在板66的表面上更均匀的分布 以及流体穿过孔68和孔64的更均匀的流动。底架70'可以包括向内延伸的凸缘71 ，从而产生了板66可 以在其内滑动的滑道或凹槽73。凸缘71的竖直位置可选4奪成用来产 生所需尺寸的滑道73，以便将板66足够牢固地保持在表面35上，从 而在板66和板62于关闭位置对准时提供良好的密封，但不会太紧以 致妨碍板66所需的滑动。凸缘71可以是底架70'的整体形成部分，或 者可以是单独的构件。例如，凸缘71可采用模制到底架主体72'中的 平垫片或条带插件的形式，或者可以是固定到底架主体72'上的单独构 件。凸缘71可由与底架主体72'相同的材料或不同的材料制成。用于 底架主体72'和凸缘71的材料可选择成用来提供所需的强度以及板66 在滑道73中的平滑滑动。如果底架主体72'或凸缘71由导电材料制成， 则可能需要将促动器80和控制电路90的电气构件隔离开。作为连续 凸缘的备选方案，可使用一系列的突出物。还可对凸缘71和/或底架主体72'进行更改，以结合一个或 多个附加结构，例如在板66上越过开口 74'延伸的肋条，以使得板66 的中央部分保持平直。备选地，自盖子IOO向下的突出物可用来使得 板66的中央部分保持平直。底架70'可包括盖子100保持在其中的第二滑道77，如图 31中所示。该第二滑道可由一个或多个附加的凸缘79a和凸缘79b形 成。这种布置可便于预组装盖子和流体调节系统构件，以在制造过程 的其它步骤中添加到流体消耗电池上。在固定板62不是罐体34表面 35的另一实施例中，底架70'可包括位于凸缘71下方的另一凸缘(未 示出)，从而形成了保持固定板62以及活动板66的更大的滑道。底架70'的凸缘71可以是围绕开口 74'的整个周边而延伸的 连续的凸缘，或者可以是仅沿着周边的一部分而延伸的不连续的凸 缘，如图29中所示。如果不连续的凸缘合适地定位且活动板66足够柔韧，如果电池中的压力过大，则活动板66的边缘可在不连续的凸 缘71的末端之间向外挠曲以便在板66以及板62和底架框72'两者之 间提供通道，当阀部分地打开或关闭时，气体可通过该通道而逃逸至 外部环境中。在这样的实施例中，板66优选具有弹簧类属性，以便 当电池内部压力充分降低时，板66将再次与罐体34的表面35的形 状一致。在一个备选实施例中，盖子用作固定的阀板，并且活动板 设置成邻近该盖子，底架可包括凸缘以将活动板再次保持在盖子上， 同时在活动板和罐体底部的表面之间保持间距，以促进空气相对于罐 体中孔的均匀分布。如上所述，这个实施例还可包括位于底架中的第 二滑道，盖子保持在该第二滑道中。流体调节系统可响应流体去极化电池的电压而被促动(如 以下所述)或可由用户促动，或者可使用方法的组合。例如，当由该装 置供电的装置用户将装置开关转到接通位置时，阅初始地可通过机械 作用而打开，并且当用户将装置开关转到断开位置时，阀初始地可通 过机械作用而关闭。当装置开关仍保持在接通位置时，控制电路可控 制阀的操作。在另一示例中，当装置接通时，电池的电力可施加到流 体调节系统上以初始地打开阀，而当装置断开时可促动阀以使其关 闭。促动器优选设置成作为流体调节系统50的一部分以促动阀 60。促动器可包括控制电路90，其检测流体消耗电池20的电压，并 且响应所检测到的电池电压而产生控制信号。电路90可以是专用集 成电路(ASIC)，其优选安装在底架70的表面上。底架70的主体72 优选由非传导材料制成，以便可将迹线96和迹线98印制在底架的表 面上，如以下进一步地论述。因此底架70可以是印刷电蹈4反。底架 可以是模制的或成形的，并且大多数或所有的电连接都可以是压力触 头，以便最大限度地降低组件的复杂性。然而，底架可能需要一些机 械加工和一些电连接，并且可能需要一些钎焊或焊接。底架材料的选
15择可基于其用作容纳阀的框架、用于电子装置的印刷电路板的多功能 用途的通用性，以及其附连到电池上的性能/通用性。在底架的层压结 构中和/或其上可提供关键性的凹陷，以便安装控制电路90。这将容 许任何安装的部件保持与底架的表面齐平，以方便与电池的组装。还
可以用非传导材料涂覆印刷电路迹线例如迹线96和98，以防止若压 靠在金属盖子100或罐体34上时所发生的短路。备选地，例如通过 模制或机械加工可在底架上设置一个或多个凹部，以容纳控制电路和 促动器的一个或多个构件的全部或其一部分。如以下所述，这些凹部 可用于容许构件定位在底架上的不同位置，以及锚定伸出底架框的构件。作为用于电子装置的平台，合乎需要的是，用于底架70的 基体材料为现有的PCB材料。最通用的基体材料包含环氧树脂和玻璃 纤维增强材料。合乎需要的是，底架70具有层压结构，以集成和保 护电子电路构件以及保持与罐体34的底面35平行的齐平表面。如上 所述，底架的内径可利用金属滑道来容纳滑动的阀板66，以提高耐用 性。滑道可将板66"锁定"在合适位置(因此该板不会脱落)，提供足够 的轴向力以防止阀在使用期间分离，但并非足以妨碍板66滑动的力。 因而，底架可根据材料选择而进行成形、模制或机械加工，从而得到 无论是金属的还是非金属的阀滑道形状，以便齐平地安装芯片，并产 生通路(通孔)。在通路中可具有传导电路-如果底架安装在电池外部则 其位于底架的一侧及边缘上，或者如果底架安装在电池内部则其位于 底架70的两侧上。用于电路90的传导路径可设于底架70的两侧上和通路中。 这可通过喷镀工艺或对尤其用以填充通路的导电膏进行丝网印刷而 实现。导电箔可在成形时敷到村底上，并将不需要的部分蚀刻掉。铜 是最常用的材料。根据所用的基体材料可能需要多层和多种材料来确 保附着到衬底上。由于体积约束， 一种使用作控制电路90的ASIC附连的方法是使用直接的方法，与封装的芯片相反。直接芯片附连的通用方法
包括丝焊法和倒装法。丝焊将使用直径约0.02mm(0.0008英寸)的导 线，其结合到四至六个芯片垫以及电路衬底上。芯片和丝焊可封装在 不导电的环氧树脂中以得到保护。对于倒装芯片附连，芯片垫可以利 用Pb/Sn焊料进行预修整然后再焊接到衬底上。 一旦附连上，便可利 用不导电的环氧树脂来封装芯片以提供保护。在图3和图4所示的实施例中，促动器还包括多个形状记 忆合金(SMA)构件，其具体地包括第一 SMA导线82a和第二 SMA导 线82b。 SMA导线紧固在底架70的任一端处，并且电联接到迹线96 和98上，该迹线96和98从控制电路90延伸至底架70的相反侧。 通过供给经过SMA导线82a和82b传送电流的控制信号，控制电路 90可导致SMA导线变热，这就致使SMA导线膨胀或收缩至特定长 度。这又致使SMA导线82a和82b沿一个方向或相反方向拉动第二 板66，并因而造成板66在打开或关闭位置之间来回滑动，从而有选 择地容许流体(即空气)进入电池壳体30的内部。如图4中所示，在底架70上设置了两个接触端子92和94， 以便连接到电池20的正极端子和负极端子上。接触端子92和94可 设于底架70的任一表面上，并且如以下所述，可优选将其中一个接 触端子尤其是端子94设于底架70朝外的边缘表面上，使其可曝露于 电池组件的外部，以便后续连接至电池20的盖体36上。另一方面， 接触端子92可优选设于压制成与盖子100的导电部分保持电接触的 内表面上，或者设于与罐体34的底面35保持电连接的相反表面上。 以下进一步论述使接触端子92和94电连接到电池20的罐体34和盖 体36上所采用的方式。如图3中所示，流体调节系统50还可包括盖子或盖体100， 其在底架70上延伸并且可选地围绕底架70而延伸，以保护和防护流 体调节系统50。盖子IOO优选包括一个或多个开孔102，以容许流体 从外部通向阀60,从而有选择地进入到电池20中。如上所述，盖子100可用作第一板62。优选的是，当施加电流时阀60处于打开状态，从而指示电 池20正在使用，而当未施加电流时则是关闭的，指示电池未使用。 在参照图3,4,6,7,8，12,32,33A誦D，34,36隱44，53和54所论述的实施例中, SMA导线82a-82e拉动而非推挤第二阀板66。因而，在图3和图4 中，第一SMA导线82a拉动阀使其打开，而第二 SMA导线82b拉动 阀使其关闭。在图6所示的实施例中，利用两条导线82a和82b沿一 个方向拉动阀板66，而使用两条另外的导线82c和82d沿相反方向拉 动该阀板。在图7中，使用两条导线82a和82b沿一个方向拉动板66， 而使用单条导线82c沿相反方向拉动板66。在图8中，使用三条导线 82a,82b和82c沿一个方向拉动板，而使用两条导线82d和82e沿相反 方向拉动板。SMA导线82可平行布置，并围绕阀板66的中心点以对 称的方式设置，从而提供均衡的力以防止板66固结在底架70上。总 地说来，当从电池提供施加到SMA导线上的电流时，可能有利的是 只施加用以启动促动器运动的电流而在促动器处于静止状态时则不 施加电流，以防止不必要地使用电池容量。如图所示，SMA导线可安 装成彼此大致平行地延伸。SMA导线还可安装成以平行于板66移动 的方向延伸(参见例如图3)，或者以垂直于板66移动的方向延伸(参见 例如图9、图9A和图9B)。SMA导线可由任何常规的形状记忆金属合金制成。形状记 忆合金是一种可在一定温度下变形，但当加热或冷却时返回其之前形 状的合金。这种特性是由于在马氏体相和奥氏体相之间的固相变换而 引起的。优选的形状记忆合金具有双向形状记忆能力；即这种变换在 加热和冷却时是可逆的。形状记忆合金的示例包括镊-钛、镊-钛-铜、 铜_锌_铝和铜_铝_镊合金，优选镊-钛和镊-钛-铜。由于其抗疲劳强度， 镍-钛-铜的使用(例如，具有重量百分比约为5%-10%的铜)对于可操作 许多次的促动器而言可能是有利的。镍-钛以及其它形状记忆合金的制 造商包括Specialty Metals ， Shaped Memory Alloy Division(NewHartford, NY, USA) 、 Memry Corporation(Bethel, CT, USA)以及 Dynalloy,Inc.(Mesa, CA, USA)。图9显示了附连至SMA导线82a和82b上以^f更移动板66 的另一方式。根据这种变型，SMA导线82a和82b未设置成沿着板 66的最长尺寸延伸，而代之以大体垂直于板66的运动方向。可加热 第一导线82a至引起第一导线82a收缩，而未加热第二导线82b从而 容许该导线挠曲。因而，板66可沿第一方向移动(如图9中用实线所 示朝向右边)。为了使该板以相反方向(即朝向左边)移动，可从导线82a 中除去电流，从而容许导线82a冷却并挠曲，同时可对导线82b施加 电流从而加热导线82b并使其收缩。这就致使板和导线移动至图9中 虚线所示的位置。底架70显示为具有控制电路90和成形于底架主体72顶面 上的电路迹线。此外，SMA导线82a和82b附连到底架70的顶面上， 与电路迹线保持电接触。底架70在图9中还显示为具有成形于控制 电路90和电路迹线上、以便封装和保护设置在底架70上的构件的包 覆成型体300。因而，包覆成型体300用作底架70的一部分。包覆成 型体300可包括不导电的环氧树脂或其它包覆成型材料。此外，包覆 成型体300还显示为包括整体成形的肋条302，该肋条302越过活动 板66上的开口74。肋条302显示成形为大致V形，并用来使活动板 66的中央部分在下层固定板62之上保持平直。在一个实施例中，固 定板62连接到底架70的底侧或其包覆成型体300上，并且电池组电 池连接到底架70的包覆成型体300的顶侧上。在图9所示的实施例中，第一 SMA导线82a和第二 SMA 导线82b分别与连接到活动板66上的单独的促动器销304a和304b 相接合。在图9A所示的实施例中，可在流体调节系统50中采用单个 促动器销304。通过单个促动器销304，第一 SMA导线82a与销304 的一侧相接合而第二 SMA导线82b与销304的相反侧接合，以使得 SMA导线82a和82b沿相反方向^f足动销304，从而左右移动板66以打开和关闭阔。在这个实施例中，促动器销304可包括位于不同高度 处的导线接收部分如锁键(detent)或沟槽，以便与处于不同高度处的相 应SMA导线82a和82b相接合，使得SMA导线82a和82b 4皮此不接 触或不以别的方式而相互干涉。参看图9B，其显示根据另一实施例流体调节系统50中采 用了备选的促动器销304。销304显示为包括第一部分306a和第二部 分306b,该第一部分和第二部分高出大致矩形的销304的剩余部分， 以使得SMA导线82a与部分306a相接合而SMA导线82b与部分306b 相接合。部分306a和306b均可包括如图所示的直立部件。备选地， 部分306a和306b可包括成形于销中的沟槽或其它结构304。相应地， 可采用单个或多个促动器接合结构，以容许SMA导线82a和82b沿 打开和关闭阀的任一方向促动活动板66。图IOA和图10B显示了邻近罐体34的外表面而使用的阀 60的两个侧-见图。图IOA显示了电池处于休息状态，在这种情况下， 阀60关闭以致孔64和孔68未对准。图10B显示了当移动到打开位 置时阀的第二板66的位置，这将发生在电池使用时。这就致使孔64 和孔68对准，并从而容许流体进入电池内部。如图所示，SMA导线 82a和82b可通过一对弹性触头76而附连到底架70上，SMA导线可 压接、夹持、钎焊或焊接在该弹性触头上。图11显示了可用于本发明各种实施例的阀60的另一实施 例。阀60包括第一板62，其包括多个孔64。板62可以是单独的板， 其相对于底架70保持固定，或者可以是电池壳体30的罐体或盖体的 一部分。板62可由可以是磁性的或非磁性的金属制成。阀60还包括 第二板66，该第二板66包括在数量、尺寸、形状和位置上与第一板 62中的孔64相对应的多个孔68。板66可以是磁性或非磁性的金属。 类似于上面论述的实施例，优选由非导电材料制成的底架70,包括环 状主体72和用于接收板66的中央开口 74。开口 74构造成在一个方 向上略大于板66,从而能使板66相对于板62线性地滑动，使得孔
2064和孔68可移动成对准或不对准以打开和关闭阀60。鉴于杆臂84 用作促动器80的一部分，图11中所示的实施方案不同于上面论述的 实施方案。杆臂84包括枢轴销86,其容纳在形成于底架70中的孔或 沟槽或凹部78中，以便将杆臂84可枢转地紧固到底架70上。这可 通过例如扩大和修整凹部78以围绕枢轴销86装配并部分地延伸到枢 轴销86和杆臂84主体之间的颈状区域中而得以实现，以致将枢轴销 86拦截在凹部78中，但仍然容许杆臂84在凹部78中枢转。还可使 用将枢轴销86紧固到底架上的其它方法，例如从枢轴销86向下的突 出物容纳在凹部78的底部凸缘中的开孔中。促动器销88优选从杆臂 84的主体向下延伸，使其可容纳在形成于第二板66中的开孔67中。 这就容许杆臂84与板66相接合，并且从而使第二板66相对于第一 板62而滑动。在这种特定构造中， 一对SMA导线82a和82b通过附 连点89而附连到杆臂84的顶面上。导线82a和82b的另一端可附连 到底架70上。导线82a和82b可紧固到底架的凹部上，例如类似于凹 部78。它们可以以任何合适的方式例如用胶粘剂、销或通过将扩大的 头部装配到带有受限开口的凹部中而进行紧固。SMA导线电联接到控 制电路上(图11中未示出)，该控制电路响应所检测到的电池电压而有 选择地将电流施加到SMA导线82a和82b上。通过这种方式，SMA 导线82a和82b可沿两个相反的任一方向拉动杆臂，因而造成杆臂84 使第二板66相对于第一板62而滑动。在这种情况下，底架70用作 用于杆臂84的枢轴点的安装位置以及SMA导线82的端部的安装位 置，同时还提供了用于相对于板62引导板66的导向作用。在流体调节系统中可使用SMA导线和杆的其它布置来操 作阀。例如，SMA导线82a和82b可通过两个单独的附连点而非单个 附连点89而附连到杆臂84上。在一个备选实施例中，SMA导线82a 和82b在其两端均固定在底架70上，并通过将导线82a和82b装配到 杆臂84的凹入凹槽85中而使得各导线的中心连接在杆84上，如图 34中所示。
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SMA导线可以以任何合适的方式而连接在流体调节系统的构件上。在一个实施例中，SMA导线82的一端或两端都拦截在大小合适的连接件87中，如图35中所示。优选将SMA导线82压接到连接件87中。可选的是，可在压接之前或之后将导线粘接、焊接或钎焊至连接件上。然后可将连接件插入到构件(如底架70或杆臂84)中的相应孔中，以便将SMA导线82连接到该构件上。连接件85优选为导电的，并且可在SMA导线82和布置在限定该孔的构件表面上的一部分控制电路之间保持电接触。连接件87可通过例如过盈配合、导电性胶粘剂、焊料或焊剂而保持在孔中的合适位置。在控制电路用于只是在使阀移动至打开或关闭位置所需要的时间内对经过SMA导线的电流流量进行限制的实施例中，SMA导线可在电流流动停止之后返回至其初始长度(例如，伸长长度)。当这种情况发生时，SMA导线可以不将板保持在所需位置，从而容许其滑动至例如部分打开或部分关闭的位置。这在具有相反的SMA导线以便使滑板移动至另一位置时尤其如此；当被促动的SMA在电流终止之后伸长时，来自未促动的相对SMA的弹性张力可拉动滑阀。在这种情形下，滑板可保持在所需的位置上，直至有意地从该位置移动该板为止。将滑板保持在所需位置上的器具的一个示例是闭锁机构。任何合适的机构都可使用。在一个实施例中，弹性件偏压式锁键可与滑板表面上的突出物或凹部协作。弹性力可选择成足以避免该玲反无意地滑动，但足够地微弱以便由相对SMA导线的作用克服，从而使得该板滑动到另一所需的位置。在另 一 实施例中，通过滑板和另 一电池构件或流体调节系统构件之间的摩擦力来阻止滑板无意地滑动。该板和其它构件之间的摩^^力足以防止无意的滑动，但不至于大到干涉由相对SMA的作用而引起的到另 一位置的有效运动。该摩擦力可通过选择用于滑板和另一构件的材料、敷到这其中一个或这两个部件上的涂层、或其中一个或这两个相邻表面的紋理结构来控制。
流体调节系统50可利用以下论述的各种技术而紧固在电池20的外部。如图12中所示，盖子100可构造成具有多个柱脚104，该柱脚104从盖子100的内表面向下延伸且随后在底架70上的相应位置处穿过孔75,使得柱脚104可附连在罐体34的底部35上。图13和图14显示了用于图12所示构造的两种不同结构。在图13中，显示了盖子100由塑料形成的构造。在这种情况下，柱脚104可超声焊接至罐体34的底面上。在这种情况下，盖子100和罐体34之间没有电连接。在图14中，在金属盖子100中设有作为凹槽/突出物106的柱脚104,其可通过冲压等方法而形成。在这种情况下，可将金属盖子100电阻焊接或激光焊接到罐体34的底面35上。图15显示了一种将底架70和盖子100连接到电池20外部的备选方法。在这种情况下，通过底架70的孔75提供了通路105,其用于将盖子100焊接到罐体34上。该焊接还提供了盖子100和电池20之间的电连接。图16显示了利用设置在底架70的孔75中的导电环氧树脂107将金属盖子100紧固在罐体34上的另一种技术。作为又一备选方案，可利用粘合剂、粘合剂和标签(未示出)的组合，通过将底架压配到铸造于罐体34底面中的一个或多个凹槽中、通过除了利用粘合剂之外的对底架的这种压配、通过将罐体34压接在第二罐体中(其中第二最外层罐体代替盖子100)、通过钎焊或焊接层状底架或通过将流体调节系统50封装在环氧树脂中，从而将流体调节系统50紧固到罐体34的底面上。虽然上文已经描述了作为促动器80的优选构件的SMA导线的使用，但是还可利用其它构件或材料，例如与人造肌肉相关的线性电极活性聚合物和挠曲的电极活性聚合物。这类材料提供了潜在的优势，包括更简单的设计、没有或简化的电子装置以及对电压的成比例响应。
另 一 因素涉及电池组的初始起动。电池组可构造成使阀处
于打开位置，并且使得开孔102类似于常规扣式空气电池而受到蝶片(tab)保护。除去蝶片之后的空气进入将起动电池，启动阀的电子控制，并且最大限度地提高电池组的搁置寿命。备选地，电池组可构造成带有功能性的流体调节系统。这将容许电池组可立即被消费者所使用，但可能还需要仓库、存储货架中具有合适的封装和存储条件等等，以防止在潮湿环境中进入湿气和在干燥环境中排出湿气。在上面论述的结构中，意欲将罐体34用作阀60的固定板62。然而，可能期望的是提供单独的固定板62而非利用罐体34，以使得罐体底部将保持其开孔模式，但可更类似空气扩散器那样工作，而不是阀组件的整体部分。另外，固定板62可与罐体底部间隔开，这样如果罐体34凸出来、鼓起来或者可能发生折皱，都将不会干扰阀60的操作。应该注意的是，罐体34可由更强的材料制成，具有更大的厚度或不同的形状(例如，底部中的棱脊)。利用单独的固定板62的另一优势是可将阀60整个地预组装起来，因而提供了更加稳定的润滑流体层69。然而，这可能是以较厚电池组的代价而得来的。虽然图中没有显示，但可在电池壳体30的外表面上设置标签。这种标签可围绕电池的周边延伸，从而进一步地遮盖电导体蝶片IIO(以下论述)以及流体调节系统50和电池20之间的接口 ，并且遮盖罐体34和盖体36之间的接口。盖体36和罐体34和/或导电盖子100的相当 一部分可仍保持曝露，以便在电池组的外部提供电接触端子。图1-3中所示的特定电池结构是一种新颖的棱柱状电池设计。该结构在电池的相对尺寸和矩形性质方面不同于常规扣式空气电池。因而，目前用于常规空气电池中的类似空气电极、阳极、隔离件和罐体/盖体材料也可在电池20中使用。然而，本领域中的技术人员应该懂得电池20不需要具有图中所示特定形状、大小或相对尺寸。图17显示了本发明的一个备选实施例，其中流体调节系统50设置在电池壳体30的内部。图18显示了这个实施例的一部分的截面图。如这些图中所示，除了电池可能略厚以将流体调节系统50容
纳在空气电极40和罐体34的内表面之间以外，该电池壳体以类似于以上所述的方式构造而成。在这个实施例中，当将底架70应用于电池外部时，该底架70还可与上述的阀、促动器和控制电路90—起使用。类似地，罐体34的底部可用作阀60的第一板62,并且可包括用作孔64的多个流体入口 32。这个实施例的不同之处在于第二板66沿着罐体34的内表面而非外表面而滑动。在这个实施例以及以下论述的其它实施例中，底架70以及因而产生的阀60可通过衬垫38而保持在合适位置。当利用内部流体调节系统50时，电池20结构上的另一差异在于该电池应重新构造成可容许将电池的负极4妄触端子和正相j妄触端子电连接到促动器的控制电路90上。图17-19中显示了一种形成这种电连接的方式。如图17中所示，在罐体34的底面35中形成了接触开口 39。如图18中所示，负极接触端子94通过底架中的通路而设于底架70的底部处，从而通过开口 39而曝露于外。通过这种方式，电导体110可电连接到电池壳体30的盖体36上，并围绕电池20的外侧延伸至开口 39,同时与接触端子94形成电接触。这就提供了到电池负极端子的连接。同样如图18中所示，设于底架70上的正极接触端子92可定位成以便与罐体34的内表面相接触，从而提供了到电池正极端子的连接。如上所述，接触端子92和94可电连接到控制电路90上，以便控制促动器响应所检测到的电池电压或电流消耗(currentdraw)而打开和关闭阀。如图19中所示，电导体IIO可以是一种蝶片，其包括设置在两个绝缘层之间的箔条112，这两个绝缘层防止在罐体34和盖体36之间的电池短路。第一绝缘层114可设置在电池壳体30和导电箔112之间。该绝缘层114可由双面带制成。第二和外绝缘层116可设置在箔片上，并且可包括一条单面带。虽然关于内部流体调节系统50而显示了这个特定的外部电连接，但是也可应用相同的电导体110，以便在图1-3中所示的盖体36和外部流体调节系统的类似接触端子94之间提供电气路径。在这种情况下，可在盖子100中形成类似于接触开口39的孔，或者备选地，电导体110可简单地在底架70和罐体34之间的接口或在底架70和盖子100的接口之间延伸。图20-23显示了可在盖体36和底架70上的端子94之间构成电连接的又一方式。在这个实施例中，罐体34的内表面的一部分涂覆有三层材料，如图21中最佳所示。第一层是电绝缘层151;第二层是导电层153，其敷在绝缘层151上以使得在罐体34和导电层153之间不存在电连接；第三层是电绝缘层154,其敷在导电层153的一部分上，以将空气电极40的边缘与导电层153隔离开。如图21中所示，层151和层153围绕罐体34的内底部转角延伸，并且恰好在罐体34的底部上延伸足够的长度，以便物理上与形成于底架70相对表面上的端子94相接触。如以上所提及的，可通过衬垫38将底架70压靠在罐体34的内底面上，从而通过这种压力而实现导电层153和触头94之间的接触。层151和层153在罐体34和衬垫38的接口之间沿罐体34的侧壁延伸。如图20、图22和图23中最佳所示，衬垫38可包括孔155，铆钉或销157可穿过该孔155而延伸。铆钉或销157通过衬垫38而在盖体36和导电层153之间形成电连接，,人而实现了在盖体36和底架70上的触头94之间的传导路径。铆钉/销157可模制在衬垫38中的合适位置上。此外，可使用不止一个这样的铆钉/销157。铆钉/销157可具有足以容许衬垫压缩的长度。层151,153和154采用图21中所示的带状形式，以容许空气电极40的边^^与罐体34的内表面构成电4矣触。图24显示了本发明的又一实施例，其中导电销157垂直向下穿过衬垫38的凸边部分160中的孔155。销157提供了从盖体36至在该实施例中将位于底架70上表面的接触端子94(图24中未示出)的传导路径。这个实施例提供了这样的优势孔不需要穿过衬垫38的密封部分162。此外，不需要在罐体34的内表面上敷有传导层或绝缘层。图25-28显示了本发明的另一实施例。才艮据这个实施例，在内部安装的流体调节系统中使用了不同类型的阀170。阀170包括阀板172,其具有多个孔174。然而，这些孔不必在尺寸、形状和位置方面定制成与罐体34底部中的流体入口 32相对应。这是因为岡板172在与罐体34的底面35相对平行的位置(阀关闭位置)和图25中所示辨弓；，曲位置(^^f开位置)之间移动。在这种结构中，当板172与罐体34的底部35平行时，板172中的孔174并不与任何流体入口32对准或重叠，因而没有流体可进入电池中。为了确保将板172充分压靠在罐体34的内表面上以将电池密封在关闭位置，衬垫38将板172的周边边缘压靠在罐体34上。如图26和图27中所示，显示了一种利用阀板172的备选结构，该阀板172仅一端紧固在衬垫38的下方，并具有形成于罐体底部34中的闭锁180。图26显示阀处于打开位置，而图27显示阀处于关闭位置。图28显示了板172的透视图，其中SMA促动器175紧固在板172上，以使得板172上升和/或挠曲到打开位置。板172在打开位置的运动可能受到空气电极(未示出)的限制。如上所述，流体调节系统可部分地基于电池(或电池组)电压而使用电子控制装置来操作阀。然而，可使用开关来通过促动器使电路闭合，该促动器改变长度以使阀移动至打开位置或关闭位置，之后当阀到达完全打开或关闭位置时断开电路以中断流过促动器的电流。这可消除对更复杂的控制电路的需求，同时在需要打开或关闭阀时仍然能从电池中吸取能量。开关可位于电池组自身上或其内部，或者可以是使用电池组的装置的一部分。在一个实施例中，该装置的通/断开关还交替地通过相反的促动器而使电路闭合，以打开和关闭阀。在图33A至图33D中显示了这种流体调节系统的操作。图33A包括阀260的顶一见图，该阀260类似于图3中所显示的阀60。阀260包括可滑动地设置在底架270中的活动板266。图33A中所示的活动板266处于关闭位置(即，孔268未与固定板中的孔对准)。SMA促动器282a和282b锚定在活动板266和底架270的相对端上，并且分别用于拉动板266以使其打开和关闭。促动器282a和282b分别通过平的电触头277a和277b而锚定在板266上，并且分别通过电触头292a和292b而锚定在底架270上。平的触头277a和277b定位在板266的顶面的相对端附近，从而当板266分别处于打开^:-h^f:i置-时，它俯^f分別卡举^)^l^^276a^^76b^W^^。弹性触头276a和276b还用作接触端子，以便连接到示意性示出的控制电路290的剩余部分上。控制电路包括通/断开关295和用于为装置提供电能的流体去极化电池组210。当不需要来自电池组210的电能时，开关295处于断开状态，并且阀260处于关闭位置，如图33A中所示。因为包括促动器282a和282b的电路都没有闭合，所以将没有电流流过它们，因而促动器282a和282b处于环境温度和伸长状态下。当开关295移动到接通位置时，电流流过促动器282b,致使其变热、缩短并向左朝着打开位置而拉动板266。当板266到达打开位置时，如图33B中所示，触头276b和277b之间的电连接断开。当电路断开时，电流停止流过促动器282b。这就完成了两件事情。首先，没有从电池组210中抽出额外的能量，而装置仍保持接通状态，其次，促动器282b冷却并返回其伸长状态，如图33C中所示，因而当装置关闭时，板266可移动回至左边。当开关295移动到断开位置时，包括促动器282a的电路闭合，并且流过它的电流致使其缩短并向右朝着关闭位置而拉动板266。当板266到达关闭位置时，触头276a和276b之间的电连接断开，如图33D中所示，并且电流停止流过促动器282a，从而容许促动器冷却并伸长，如图33A中所示。对触头276a、 276b、 277a和277b的电连接可以以任何合适的方式构成。例如，可通过底架270或通过位于底架270的顶面和相邻构件(例如遮盖底架270和阀260的盖子)的相应表面之间的接口 ，而构成到流体调节系统边缘的连接。在另一示例中，通过适当放置的
28触头可构成电连接，该触头穿过遮盖阀260的盖子而延伸。作为电池一部分的开关可固定在电池和/或流体调节系统的合适表面上，例如在盖子的外表面上。备选地，开关可定位在多电池电池组的外表面上，或定位在安装电池组的装置中，其中对流体调节系统的电连接可以以合适的方式如通过焊接、钎焊或相应触头之间的压力而构成。在其它
实施例中，可按照例如与图6、图7和图8中所示实施例相似的方式使两多+齡-^#器。控制电路电子装置可定位在外部，而不是将其结合到流体调节系统内。例如，在不能将其便利地安装于内部的情形下，这可能是合乎需要的。在一个实施例中，电子装置可安装在流体调节系统的外侧上，例如安装在装设于流体调节系统和/或电池的侧壁上的帽中，如图32中所示。图32显示了与图4相似的底架70、活动板66、 SMA导线82a和82b以及接触端子92'和94。然而，不同于图4，图32中的SMA导线82a和82b直接连接在接触端子92'和94上，而没有中间控制电路90。图32中的控制电路包含在电路板91中，该电路板91紧固在底架70的侧面上，其带有保护该电路板91的帽93。底架70上的接触端子92'和94与电路板91表面上的相应端子构成电接触。电才妾角虫可以以4壬4可合适的方式构成，例^口通过压力才妄角虫来构成。电^各板91可具有单个衬底层，或者可以是带有两层或更多层的层压衬底。电子构件和电连接可包括印制或非印制的构件或其组合。更大的构件可设置在电路板91表面的凹部中，以提供与底架70和帽93齐平的装配。图中未显示电路板91和电池之间的电连接，但是这些连接还可通过底架70而构成。图36-43中进一步显示了根据各种其它实施例的流体调节系统50,其采用了具有SMA导线82a和82b的促动器和用于促动活动板66的杆84。图36和图37中所示的杆84显示为在靠近杆84 —端的枢轴销86处可枢转地连接在底架70上，以使得杆84响应SMA导线82a和82b而围绕枢轴销86转动，从而以杠杆作用使板66运动。
29靠近杆84的相对端的促动器销88与板66相接合。连接在杆84顶面上的是电导体310，其具有设于一端的滑动的弹性触头312。在附连点89处，SMA导线82a和82b连接在电导体310上。滑动的弹性触头312与设于底架70顶面上的电路迹线314保持电接触。滑动的弹性触头312被弹性件向下偏压以迫使接触电路迹线314的顶面，从而当杆84围绕枢轴销86转动时保持与电路^M7许^^r4^-^"H^实-胁沖-厂％^|344^"连接成-以便将施加到其中一条SMA导线82a和82b上的电流在导线310上引导至电路迹线314上并接地。在图38中，杆84显示为采用了连接在导体310和电路迹线314之间的电导线316,而非滑动的弹性触头。导线316的一端连接于枢轴销86处的导体310上，并且另一端连接在连接件318处的电3各迹线314上，以实现接地的电路路径。虽然文中所述电3各迹线314连接成电接地，但应该懂得，电流可供给到电路迹线314,并且可通过其中一条SMA导线82a和82b提供接地的路径连接，以便沿相反方向引导电 流o参看图39-41，显示了根据本发明另一实施例的流体调节系统50，其采用了转动杆84。在这个实施例中，杆84采用了伸长的第一中央枢轴销86'，其向下延伸穿过活动板66中的伸长的沟槽320，并与固定板62中的开口 322相接合。开口 322容许枢轴销86'转动，并防止销86'的横向运动。杆84具有偏离枢轴销86'—定距离的第二销88，其与活动板66中的开口 67相接合。SMA导线82a和82b显示为在偏离中央枢轴销86'的位置处连接到杆84上。当促动时，SMA导线82a和82b施加转矩以使得杆84围绕枢轴销86'沿顺时针或逆时针方向转动。如图40中所示，通过使SMA导线82a通电，SMA导线82a变热并收缩以拉动杆84沿逆时针方向转动，使得杆84围绕中央枢轴销86'而转动，并致使活动板66如图所示滑动至左边。如图41中所示，通电的SMA导线82b加热了 SMA导线82b，其收缩并拉动杆84沿顺时针方向围绕中央枢轴销86'而转动，使得活动板66滑动至右边。应该懂得，当杆84以顺时针或逆时针方向转动时，活动板66通过促动器销88而向右或向左滑动，并且中央枢轴销86'因存在伸长的沟槽320而不会干扰板66的运动。图42-44中进一步显示了流体调节系统50，其采用了具有柔性4交链86"的杆84，该杆84作为底架70的一部分而整体地形成。在这个实施例中，杆84可由在形成包覆成型体300之前作为底架70的一部分而整体成形的相同材料(如环氧树脂)形成，或者可作为包覆
成型体300的一部分而成形。杆84形成为具有促动器销88，其向下延伸而与活动板66中的开口 67相接合。SMA导线82a和82b连接在杆84上。杆84具有宽度减小的部分86"，其用作柔性铰链以使得杆84响应SMA导线82a和82b而围绕柔性铰链86"弯曲，从而将促动器销88和板66如图43中所示移动至左边以及如图44中所示移动至右边以打开和关闭阀。应该懂得，柔性铰链86"是足够薄的，并且由当SMA导线82a和82b通电时容许杆84充分运动的材料制成。参看图45，显示了根据本发明又一实施例的流体调节系统50，其用于通过控制阀的打开和闭合来调节通向电池组的流体(如空气)，并且还包括被动的阀温度闭合。SMA导线82a可通电变热并收缩，且从而使活动板66通过促动器销304a而移动至阀打开位置(如图45中所示)。SMA导线82b可通电变热并收缩，且因此将活动板66通过促动器销304b而移动至阀关闭位置。因此，阀可以响应施加在或SMA导线82a或SMA导线82b上的电流而主动地打开和关闭。另外，根据当前实施例中的一个实施例，可为SMA导线82a和82b选捧不同的促动温度，以提供被动的阀温度闭合。SMA导线82a和82b具有不平衡的促动温度以取得所需的被动阀闭合。因而，在经历预定的温度限度时，活动板66移动至关闭的阀位置。在图45所显示和描述的实施例中，SMA导线82a设置有
31大约9(TC的第一促动温度，而SMA导线82b设置有较低的大约6CTC 的第二温度。当通电时，SMA导线82a变热并收缩以施加力，从而在 到达较高的第一温度时促动活动板66移动至打开位置。类似地，SMA 导线82b可通电变热并收缩，以便在较低的第二温度下促动阀，使得 活动板66移动至关闭位置。第一温度大于第二温度，以使得当SMA 导线82b的温度达到较低的第二温度时SMA导线82b将阀关闭。因 此应该懂得，除了基于施加到SMA导线82a和82b上的电流而主动 地打开和关闭阀之外，当环境温度首先达到较低的第二温度时，SMA 导线82b会迫使活动板66移动至关闭的阀位置。如果环境温度继续 上升至较高的第二温度时，SMA导线82a将不会施加足够的力以从阀 关闭位置来改变该阀的位置。SMA导线82a和82b可包括商业上可得到的SMA构件。 60。C促动式SMA导线的一个示例是商业上可从Flexinol得到的 0.102mm(0.004英寸)直径的60。C导线。90。C促动式SMA导线的一个 示例是商业上可从Flexinol得到的0.076mm(0.003英寸)直径的90。C导 线。在给出的示例中，60。CSMA导线将保持收缩直至温度降低回到大 约40。C，从而导致了温度滞后效应。采用非平衡温度SMA导线的流体调节系统50有利地提供 了用于关闭阀的被动方法，以防止流体在预定温度以上时进入电池组 电池中。通过在预定温度例如6(TC时关闭流体调节系统50,可最大 限度地减小或防止电池组的性能劣化。另外，通过在到达温度限度例 如6(TC时关闭阀，可防止阀在高温下打开。应该懂得，用于关闭阀的 预定温度可大于45。C,更具体地说，可设定为大约6(TC。根据一个实施例，SMA导线82a和82b可设置有不同的尺 寸来产生不同的促动力，以使得SMA导线82b产生比SMA导线82a 所产生的促动力更大的促动力。在一个示范性的实施例中，SMA导线 82b具有比SMA导线82a更大的截面积，例如更大的直径。在更大的 截面积下，在环境温度达到较高的第一温度的情况下，SMA导线82b对阀的活动板施加更大的闭合力。应该懂得，SMA导线82a和82b 在截面上可以是圆形的，并且第二 SMA导线具有更大的直径。根据 其它实施例，SMA导线82a和82b可具有其它的截面形状，例如椭圓 形、方形或矩形形状，并且第二SMA导线82b具有更大的尺寸，结 果形成更大的截面积，这导致产生比第一 SMA导线82a更大的促动 力。在另一实施例中，SMA导线82a和82b可具有不同的截面积和不 同的相变温度，以使得SMA导线82b通常将随着环境温度的升高而 首先被促动，这导致即使环境温度上升到SMA导线82a的较高相变 温度以上时阀仍保持关闭。参看图46-50,显示了根据两个实施例的流体消耗电池组 10,其具有电池组电池20和流体调节系统50,该流体调节系统50具 有穿过底架主体300的流体通道，该流体通道提供了在电池20和外 部环境之间的压力均衡。在所示实施例中，底架总体上由包覆成型体 300表示，该包覆成型体300具有中央开口 332和向内延伸的凸缘354。 流体消耗电池组电池20如空气电池，连接在底架300的顶面上。带 有流体入口 64的固定板62连接在底架300的底面上，并且带有端口 68的活动板66设置在向内延伸的凸缘354的下壁和固定板62之间， 以Y更板66可相对于i反62移动0在图46-49所示的实施例中，包覆成型底架主体300大体 显示为具有第一端口，也称为入口 350，其大体定位在电池20和活动 板66之间，并且与开口 332和电池20保持流体连通。底架主体300 还具有第二端口，也称为出口 352，其设置在包覆成型材料的外部， 从而通向外部环境。包覆成型底架300制造成具有无孔的外层360和 提供了流体通道356的渗透性内部容积。根据一个示例，无孔的外层 360对于流体尤其空气通常是不可渗透的，并且可包括环氧树脂。渗 透性的内部容积提供了从入口 350延伸至出口 352的压力均衡流体通 道356。渗透性的内部容积可包括空气可渗透性材料如多微孔聚四氟 乙烯材料，或容许受限空气流以低的扩散速率经过通道356的非编织渗透性材料。备选地或此外，流体通道356可包括空的空隙容积，其 提供了容许空气以低的扩散速率流动的充分受限通道。虽然流体通道
356有利地容许空气緩慢地从入口 350流向出口 352，但流体通道356 还可容许流体沿任一方向在入口 350和出口 352之间通过，以在电池 20和外部的周围环境之间提供压力均衡。流体通道356的入口 350与位于电池20和阀板66以及阀 板62之间的敞开容积保持流体连通。存在于电池组电池20内的气体 和外部环境之间的压力差可容许气体经过流体通道迁移。当电池组电 池20产生气体时，该气体可通过受限的流体通道356而迁移至外部 环境，以防止损害阀板66和阀板62之间的密封。相反，可允许气体 从出口 352流向入口 350，但通常是受到限制的以致空气不能自由地 供给到电池组电池20，从而当阀关闭时电池20通常不会以高的速率 进行放电。根据一个实施例，流体通道356具有一定的空气扩散速率， 其在室温下将由于湿气的增加或损耗而产生每年不超过10%的电池容 量损耗。应该懂得，流体通道356的渗透性容积可包括隔膜，其通常 是可渗过气体的，以提供一种曲折的或受限的空气流动通道，但不容 许自由的不受限制的流体流动到电池20中。根据一个实施例，渗透 性容积356可包括曲折的流体通道356,例如图49中所示的由隔板 358提供的流体通道。隔板358实质上增加了经过包覆成型底架300 的气流通道356的有效长度，因而增加了流体流动路径的有效净长度。 根据其它实施例，曲折的流体流动路径可采用蜂巢式结构，其通常是 渗透性的以容许过量的气体从电池20逃逸至外部环境，同时最大限 度地减小了进入电池20的空气量。在图50所示的实施例中，包覆成型底架主体300的顶面具 有在其内形成为大致蛇形的沟槽334，其从矩形形状的内部开口 332 处围绕着该开口 332而延伸大约360° ,通向底架300的外表面。中 空管336设置在沟槽334中，其具有适于尺寸设置成装配在沟槽334
34中的普通构造。管336在一端具有第一端口，也称为入口 338，其与 底架300的内部开口 332及电池20保持流体连通，并且在另一端具 有第二端口，也称为出口 340，其与外部环境保持流体连通。固定板 62显示为连接在底架300的底面上。活动板66设置在凸缘354下方， 并且邻近固定板62且与其保持密封关系，以致板66可相对于板62 移动以打开和关闭阀。设于底架300中的管336提供了在入口 338和出口 340之 间延伸的流体通道，使得从电池20中释放出的流体能够穿过管336 的流体通道而流向外部环境。纟艮据一个实施例，流体入口 338定位在 电池组电池20和固定板62及活动板66之间的开口 332容积中的合 适位置。因而，管336的延长的长度和小的直径提供了一种曲折的流 体通道，其容许流体以足够低的扩散速率从电池20逃逸，同时由于 这种低的扩散速率而充分地限制空气进入到电池20中。在一个实施 例中，管336具有小于0.5mm的充分受限的内径和至少200mm的有 效长度。根据另一实施例，沟槽334可被遮盖并用作流体通道，以替 代管336的使用。在所7>开的图46-50的实施例中，存在于电池组电池20中 的气体和电池20所曝露的周围外部环境之间的压力差，可能造成或 会引起后续流体屏障失效的破坏。因而，可能有损于阀板62和阀板 66之间期望的主要密封屏障，这将有可能容许流体如水、氧气、氢气 和二氧化碳不受控制的出入，或会导致难以接受的电池组搁置寿命损 失。设于底架300中的压力均衡流体通道336或356，容许流体如气 体经过流体通道而迁出和迁入。通过提供合适长度的、适当大小的孔， 流体通道容许排出气体(如在金属-空气电池中所产生的氢气)，同时禁 止氧气和二氧化碳过量地进入电池20中。参看图51-54，大体上显示了根据两个实施例的流体调节系 统50,其采用了相对于固定板362而转动的活动板366。在图49和 图50所显示的实施例中，流体调节系统50采用了可转动的板366，其装配在底架370上并在固定板362的顶部上对准。固定板362具有 一对开口 364，并且活动板366具有一对开口 368,成对开口 368彼 此对准而保持流体连通以控制流体进入电池组电池(未示出)中。固定 板362保持固定在底架370上。在图51中所示的阀关闭位置和图52 中所示的阀打开位置之间，可转动的板366围绕枢轴销371转动。在 阀关闭位置，开口 364和开口 368未对准，以防止流体流入到电池组 电池中。在阀打开位置，开口 364和开口 368对准，以容许流体(如空 气)进入电池组电池中。图51和图52的实施例中所示的流体调节系统50，采用了 在压接部(crimp)372和压接部374处连接到底架370上的SMA导线 82a和82b。 SMA导线82a和82b还在压接部375处附连到可转动的 板366上。SMA导线82a和82b在位于一对压接部372, 374和压接部 375之间的沟道或沟槽380中延伸，并且SMA导线82a和82b在离枢 轴销371 —定距离处连接到可转动的板366上，从而造成板366在阀 打开位置和阀关闭位置之间转动。实际上，连接至SMA导线82a和 82b上的可转动板366具有整体成形的杆，其对SMA导线82a和82b 在离枢轴销371 —定距离处所施加的力产生杠杆作用，以转动可转动 板366。另外，在可转动板366的顶部设置了用以提供保持力的弹性 件377和弹性件379，以便在孔364和孔368附近保持可转动板366 与固定板362成密封关系。本领域中的技术人员应该懂得，在可转动 板366和固定板362中可提供或多或少的流体入口孔。参看图53和图54，大体显示了根据又一实施例的流体调节 系统50，其具有可转动的板阀组件。在这个实施例中，杆484显示为 连接在可转动的板466上，该板466具有总体上渐缩的沟槽开口 468。 位于可转动板466下方的是固定板462,其同样包括类似形状的渐缩 的沟槽开口 464，该开口 464在阀打开位置可与开口 468对准，以容 许流体进入到电池组电池(未示出)中。在^反462固定时，可转动一反466 以顺时4十和逆时4十方向转动以关闭和打开阀。
杆484显示为具有枢转髋部486,其通常设置在框架板如底 架470中。杆髋部486在形状上大体是圓形的，并且通过弹性臂490 而接合在框架板470中。臂490可有助于将圆形的髋部486保持在合 适位置，以便在促动器销488的位置上提供较低程度的可变性，从而 在开口 464和开口 468的对准方面提供较低的可变性。髋部486响应 由SMA导线82a和82b所提供的促动作用，容许杆484如图53中所 示从一个肩部492与板470相接触的逆时针位置转动到如图54中所 示使另 一肩部494与板470相接触的位置。肩部492和494用作行进 的终止件的端点，并且在其它实施例中可^C省略。SMA导线82a和 82b显示为通过一对压"l妄部496和498而连接在框架板470上，并且 还通过另 一压接部499而共同连接在杆484中。应该懂得，压接部499 可包括电接地路径，或者可通过备选的传导路径来提供接地路径。在操作过程中，通过使其中一条SMA导线82a或82b通电 而促动本实施例的流体调节系统50，以转动杆484从而使板466在阀 打开位置和阀关闭位置之间移动。应该懂得，随着行程由于髋部486 的半径增加而增加，渐缩的沟槽464和468提供了来自SMA导线82a 和82b的促动的传动效应。图51-54中所示的转动阀提供了活动板相对于固定板的转 动。应该懂得，作为备选，根据其它实施例可实现板的线性促动，或
虽然已经结合活动板和固定板而描述了阀，但是应该懂得，阀可包括 一个或两个活动板，以使得一个板相对于另一板移动从而打开和关闭阀。虽然上文已经参照具有单个电池的单个电池组而描述了本 发明，但本发明的方面可应用于具有多个电池的电池组以及具有多个 电池组的电池组组合。例如，流体调节系统可完全或部分地设置在电 池组组合的壳体中，从而有选择地打开和关闭容许空气或其它流体通 到电池组组合壳体中的阀。在这种情况下，将不需要为各个电池组提供单独的流体调节系统。此外，流体调节系统可由电池组组合中的任 一电池组或一组电池组或所有电池组，或由该电池组组合外部的另一 电池组来供电。流体调节系统还可完全或部分地设置在由电池组、多个电 池组或电池组组合供电的装置中，或以别的方式设置成与电池组、多 个电池组或电池组组合分隔开。例如，阀可以是适用于各种多电池组 合尺寸的预封装模块。因此将阀、阀电源和控制装置与流体消耗电池 分开封装可能较为有利。这种流体消耗电池组和流体调节系统的组合可包括包含有 流体调节系统的全部或一部分的模块，在该模块中插入了 一个或多个 可更换的流体消耗电池组。这容许重复使用该流体调节系统的至少一 部分，从而为用户减少了每个电池组的成本。该才莫块可包括一个或多 个流体入口，并且还可包括内部通道、进气室或提供了用于流体到达 电池组的通道的其它内部空间。该才莫块和电池组可以以任何合适的方 式而保持在一起，包括使用作为模块一部分的电触头，该电触头与作 为电池组一部分的对应电触头共同作用以防止该才莫块和电池组无意 的分离。例如，模块上的电触头可采用突出的叶片形式，该叶片搭扣 在包含电池组电触头的电池组盒的沟槽中。这些叶片可通过任何合适 的方法如通过过盈配合、 一个或多个弹性件、机械锁紧机构及其各种 组合而保持在凹槽中。该模块和电池组尺寸、形状和电触头可构造成 用以容许该模块和电池组仅在适当方向上匹配，以确保正确的电接触 并防止电池组的反接。该才莫块、电池组或这两者都可具有外部接触端 子，以便同安装有这种组合式电池组和模块的装置构成正确的电接 触。在一些实施例中，可以不需从装置上移除模块而更换电池组。虽然文中已根据一些优选实施例而详细地描述了本发明， 但是在不脱离本发明精神的条件下，本领域中的技术人员可做出许多 修改和变化。因此，我们的意图仅仅受到所附的权利要求范围的限制， 而并不受对文中所示的实施例进行描述的细节和实施方案的限制。
权利要求
1. 一种电池组，包括至少一个流体消耗电池，包括电池壳体，其包括用于流体传送进入所述电池的一个或多个流体入口，所述电池壳体包括第一壳体构件和第二壳体构件，设置在所述第一和第二壳体构件之间的衬垫，设置在所述电池壳体内的第一流体消耗电极，以及设置在所述电池壳体内的第二电极；和流体调节系统，其包括用于调整流体传送进入所述第一流体消耗电极的速率的阀，所述阀包括具有至少一个孔的板，所述板位于所述电池壳体内部，并且具有被所述衬垫压靠在所述电池壳体内表面上的至少一个周边边缘。
2. 根据权利要求1所述的电池组，其特征在于，所述流体入口形 成于所述第一壳体构件中，并且所述板靠在所述第一壳体构件的内表 面上，使得当所述阀处于关闭位置时，所述流体入口被所述板阻隔。
3. 根据权利要求2所述的电池组，其特征在于，当所述阀处于打 开位置时，所述板相对于所述罐体移动，以允许流体流过所述流体入 口和所述板中的所述至少一个孔。
4. 根据权利要求3所述的电池组，其特征在于，当所述阀处于打 开位置时，所述板弯曲，使得中心部分向内移动并离开所述罐体。
5. 根据权利要求4所述的电池组，其特征在于，所述板大致是圆 形的。
6. —种构造电池组的方法，包^^舌提供至少一个流体消耗电池，所述流体消耗电池包括电池壳体， 所述电池壳体包括用于流体传送进入所述电池的 一 个或多个流体入 口，并且包括第一壳体构件和第二壳体构件；设置在所述第一和第二 壳体构件之间的衬垫；设置在所述电池壳体内的第一流体消耗电极；以及设置在所述电池壳体内的第二电极；提供流体调节系统，其包括用于调整流体传送进入所述第 一流体 消耗电极的速率的阀，所述阀包括具有至少一个孔的板；以及将所述板定位在所述电池壳体内部，并且具有被所述衬垫压靠在 所述电池壳体内表面上的至少一个周边边缘。
全文摘要
提供了一种电池组，其包括至少一个流体消耗电池和流体调节系统。该至少一个流体消耗电池包括电池壳体，其包括用于流体传送进入该电池的一个或多个流体入口，该电池壳体还包括第一壳体构件和第二壳体构件；设置在该第一和第二壳体构件之间的衬垫；设置在该电池壳体内的第一流体消耗电极；以及设置在该电池壳体内的第二电极。该流体调节系统包括用于调整流体传送进入第一流体消耗电极的速率的阀。该阀包括具有至少一个孔的板。该板位于该电池壳体内部，并且具有被该衬垫压靠在该电池壳体内表面上的至少一个周边边缘。
文档编号H01M12/06GK101467300SQ200780021332
公开日2009年6月24日 申请日期2007年4月11日 优先权日2006年4月11日
发明者O·W·伯斯塔尔, R·A·兰根 申请人:永备电池有限公司