本公开一般涉及用于车辆的金属-空气电池，并且特别地但不唯一地，涉及具有电池模块和电解质模块的金属-空气电池。
背景技术：
与汽油或柴油车辆相比，与电动车辆相关的一个问题是有限的可行驶里程。例如，由锂离子电池供电的电动车辆可以具有大约200至300英里的可行驶里程。然而，可以通过使用金属-空气电池来延长电动车辆的可行驶里程。
金属-空气电池与其他电-化学电池单元不同，因为它们在其周围的空气中使用氧气，而不是将其储存在电池单元内的液体或固体化学物质中。结果，可以减少电池的整体重量，这有助于延长车辆的里程。
最近的研究表明，与目前的电池技术相比，金属-空气电池承诺更长的里程。然而，一个问题是，例如金属-空气电池不能以与锂离子电池相同的方式进行电力地可再充电。相反，耗尽的金属-空气电池可以用新的金属-空气电池更换，由于电池的尺寸和重量，这对于最终用户来说可能是困难的任务。
技术实现要素：
根据本公开的布置，提供了一种用于车辆的金属-空气电池。金属-空气电池的至少一部分，例如金属-空气电池的电解质和/或电极可以容易地由车辆的最终用户更换。金属-空气电池可以被配置为允许最终用户更换例如排出和/或重新填充金属-空气电池的电解质。可以在金属-空气电池安装在车辆上时更换电解质。可以在金属-空气电池安装在电池站上时更换电解质。电池站可以与车辆分开。
金属-空气电池可以包括至少一个电池模块。金属-空气电池可以包括至少一个电解质模块。电池模块和电解质模块可以是分离的部件。电池模块和电解质模块可以被配置为彼此连接，例如为了流体地连接电解质模块和电池模块。
电池模块可以被配置为由车辆的最终用户安装在车辆上和/或从车辆移除。电解质模块可以被配置为由车辆的最终用户安装在车辆上和/或从车辆移除。电池模块和电解质模块可以各自是可更换部件。例如，电池模块可以被配置为使得最终用户可以从车辆移除电池模块并用另一个电池模块来更换该电池模块。电解质模块可以被配置为使得最终用户可以从车辆移除电解质模块并用另一电解质模块来更换该电解质模块。
电池模块可以包括金属电极。电池模块可以包括阴极。电池模块可以包括电解质。电池模块可以包括被配置为容纳例如铝阳极的金属阳极和空气阴极的壳体部分。空气阴极可以流体地连接到电池模块外部的环境。电池模块的壳体部分可以限定被配置为当填充有电解质时将金属阳极流体地连接到空气阴极的电解质室。
电解质模块可以包括电解质。电解质模块可以包括限定电解质室的壳体部分。电池模块的电解液室可以流体地连接到电解质模块的电解质室。金属-空气电池可以被配置为允许最终用户容易地更换金属-空气电池的金属阳极、空气阴极和/或电解质。电解质模块可以被配置为允许最终用户容易地更换电解质模块的电解质。
金属-空气电池可以包括至少一个导管组件，其被配置为流体地连接电池模块和电解质模块。例如，导管组件可以将电池模块的电解质室流体地连接到电解质模块的电解质室。导管组件可以被配置为允许电池模块和电解质模块之间的电解质流动。导管组件可以包括至少一个泵，其配置为在电池模块和电解质模块之间泵送电解质。导管组件可以被配置为将电解质同时地从电解质模块泵送到电池模块和从电池模块泵送到电解质模块，例如使用导管的一个或多个部分。导管组件可以包括被配置为将电池模块连接到导管组件的第一联接件。导管组件可以包括被配置为将电解质模块连接到导管组件的第二联接件。
金属-空气电池可以包括阀组件，例如第一阀组件，其被配置为控制电解质流向和/或来自电池模块的流动。第一阀组件可以设置在导管组件和电池模块之间。第一阀组件可以设置在电池模块上。第一阀组件可以设置在导管组件上，例如在导管组件的第一联接件上。第一阀组件可被配置为在电池模块与导管组件连接(例如由于电池模块被插入到导管组件的第一联接件中)时打开。第一阀组件可以被配置为通过电池模块和导管组件之间的相互作用来打开。第一阀组件可以被配置为在电池模块从导管组件断开(例如由于电池模块从导管组件的第一联接件移除)时关闭。
金属-空气电池可以包括阀组件，例如第二阀组件，其被配置为控制电解质流向和/或来自电解质模块的流动。第二阀组件可以设置在导管组件和电解质模块之间。第二阀组件可以设置在电解质模块中。第二阀组件可以设置在导管组件中，例如在导管组件的第二联接件上。第二阀组件可以被配置为在电解质模块与导管组件连接(例如由于电解质模块插入到导管组件的第二联接件中)时打开。第二阀组件可以被配置为通过电解质模块和导管组件之间的相互作用来打开。第二阀组件可以被配置为在电解质模块从导管组件断开(例如由于电解质模块从导管组件的第二联接件移除)时关闭。
电池模块和电解质模块可以被配置为连接以允许电池模块的电解质室和电解质模块的电解质室之间的电解质的直接传递，例如不使用导管组件。提供导管组件可能是有利的，因为当安装在车辆上时允许电池模块和电解质模块间隔开。
还提供了一种包括至少一部分上述金属-空气电池的车辆。例如，车辆可以包括电池模块、电解质模块和/或导管组件。
电池模块可以固定到车辆上，并且电解质模块可以容易地更换。电池模块的配置可以是这样的，即其意图不是在车辆的常规操作期间更换电池模块，而电解质模块可以被配置为容易地从车辆上移除和/或安装在车辆上。金属-空气电池可以包括单个固定电池模块和多个可更换的电解质模块。
电解质模块可以固定到车辆，并且电池模块可以容易地更换。电解质模块的配置可以是这样的，即其意图不是在车辆的常规操作期间更换电解质模块，而电池模块可以被配置为容易地从车辆上移除和/或安装在车辆上。金属-空气电池可以包括单个固定电解质模块和多个可更换的电池模块。电解质模块可以是车辆的燃料箱。
电解质模块可以提供用于车辆的承载电解质更换供应部的装置，使得电池模块的电解质可以容易地与电解质模块的电解质交换，以便延长车辆的可行驶里程。
根据本公开的另一种布置，提供了一种用于车辆的最终用户使用的金属-空气电池站。金属-空气电池站可以被配置为更换金属-空气电池的至少一部分，例如金属-空气电池的电解质。金属-空气电池站可以被配置为用新的电解质更换金属-空气电池的电解质模块中的耗尽的电解质。金属-空气电池站可以被配置为用新的金属电极来更换金属-空气电池的电池模块中的耗尽的金属电极。
金属-空气电池站可以被配置为分配金属-空气电池的电池模块和金属-空气电池的电解质模块中的至少一个，以供车辆的最终用户使用。金属-空气电池站可以被配置为接收金属-空气电池的耗尽的电池模块和金属-空气电池的耗尽的电解质模块中的至少一个。
金属-空气电池站可以连接到电解质供应部，例如外部电解质供应部。金属-空气电池站可以被配置为将电解质供应部流体地连接到安装在车辆上的金属-空气电池。金属-空气电池站可以被配置为从车辆的金属-空气电池中排出耗尽的电解质，和/或重新填充车辆的金属-空气电池的电解质，例如不将金属-空气电池从车辆移除。
金属空气电池站可以是被配置为分配电池模块、电解质模块和新的电解质中的至少一个的自动售货机。例如，金属-空气电池站可以被配置为接受对电池模块、电解质模块和新的电解质中的至少一个的支付。
根据本公开的另一种布置，提供了一种金属-空气电池系统。该系统可以包括用于车辆的金属-空气电池。该系统可以包括配置为更换金属-空气电池的至少一部分的金属-空气电池站。
根据本公开的另一种布置，提供了一种补充用于车辆的金属-空气电池的方法。该方法可以包括更换金属-空气电池的电解质，其中电解质的更换可以容易地由车辆的最终用户实现。该方法可以包括更换金属-空气电池的电极，其中电极的更换可以容易地由车辆的最终用户实现。
电解质的更换可以包括以下中的至少一种：从金属-空气电池中排出耗尽的电解质；将新的电解质供应部流体地连接到金属-空气电池；并用新的电解质填充金属-空气电池。
该方法可以包括以下中的至少一个：将耗尽的电解质从电池模块排出到电解质模块中；并将来自电解质模块的新的电解质填充到电池模块中。当金属-空气电池安装在车辆中时，可以进行电解质的排出和电解质的填充中的至少一个。
该方法可以包括以下中的至少一个：从车辆中移除耗尽的电池模块；在车辆上安装新的电池模块；从车辆中移除填充有耗尽的电解质的电解质模块；以及在车辆上安装填充有新的电解质的电解质模块。耗尽的电池模块和/或新的电池模块可以排出电解质。
该方法可以包括以下中的至少一个：从金属-空气电池站获得电池模块和电解质模块中的至少一个；并将电池模块和电解质模块中的至少一个返回到金属-空气电池站或另一个金属-空气电池站。
当金属-空气电池安装在金属-空气电池站中时，可以进行电解质的排出和电解质的填充中的至少一个。
为了避免在说明书中不必要的重复工作和重复文本，描写了关于本公开的仅一个或几个方面或布置的某些特征。然而，应当理解，在技术上可能的情况下，关于本公开的任何方面或布置描述的特征也可以与本公开的任何其它方面或布置一起使用。
附图说明
为了更好地理解本公开，并且更清楚地示出如何实施，现在将通过示例的方式参考附图，其中：
图1示出了金属-空气电池的电池模块；
图2示出了金属-空气电池的电解质模块；
图3a至3c示出了金属-空气电池的各种布置；
图4示出了一个金属-空气电池站；以及
图5a和5b示出了金属-空气电池系统。
具体实施方式
本公开提供了一种用于车辆的金属-空气电池101。车辆可以是使用电池为车辆的一个或多个系统供电的任何类型的车辆。在下面的描述中，金属-空气电池101是用于为车辆的马达供电的电池。然而，金属-空气电池101可以用于为任何适当的装置供电。
目前的电动车辆的问题之一是有限的可行驶里程，这可能是电池的电极和/或电解质耗尽的结果。在本公开的上下文中，术语“耗尽的电解质”和“耗尽的电极”用于分别描述功能效率已经降到预定水平以下的电解质和电极。一旦电解质和/或电极已经耗尽，金属-空气电池101的效率可以使得耗尽的电极和耗尽的电解质中的至少一个需要更换。然而，与金属-空气电池相关的一个问题是电解质以比金属-空气电池101的金属阳极更快的速度耗尽。结果，可能需要以比金属阳极更频繁的间隔更换电解质。本公开提供了一种改进的金属-空气电池101，其可以通过允许金属-空气电池101的电解质容易地被车辆的最终用户更换来延长车辆的可行驶里程。以这种方式，当电池的功能效率下降到预定水平以下时，不需要更换整个金属-空气电池101。
在本公开的上下文中，术语“最终用户”被理解为是指消费者，例如购买供个人使用的货物的人，或换句话说，实际使用特定产品的人。例如，车辆的最终用户通常可以是车辆的驾驶员，和/或车辆的一个或多个乘客。因此，应当理解，根据本公开的金属-空气电池101被配置为使得车辆的驾驶员和/或乘客可以以类似的方式更换金属-空气电池101的电解质，以重新填充常规汽油或柴油燃料车辆的燃料箱。
图1和图2分别示出了金属-空气电池101的电池模块103和电解质模块105。电池模块103被配置为由最终用户安装在车辆上和/或从车辆移除。例如，电池模块103包括可用于携带电池模块103的手柄107。电池模块103可以适当地定尺寸，使得其可以由车辆的最终用户携带和提起。在一种布置中，例如当电池模块103被填充或未填充电解质时，电池模块103可以具有在0.5至5千克范围内的质量。
电池模块103包括外壳109，其被配置为容纳金属-空气电池101的部件。在图1所示的布置中，外壳109被配置成容纳由至少一个金属阳极113和至少一个空气阴极115形成的一个或多个电极组件111。外壳设置有电连接器114，其被配置为将电池模块103与一个或多个其它电池模块103和/或一个或多个车辆系统电连接。
外壳109被配置为密封电池模块103内的电解质116，使得电解质116将金属阳极113流体地连接到空气阴极115。电解质116可以是水或任何其它合适类型的电解质。外壳109包括被配置为允许电解质116在电池模块103的外壳109的内部和外部之间流动的可密封开口117。电池模块103包括被配置为控制电解质116穿过外壳109中的开口117的流动的阀组件119。
外壳109设置有一个或多个端口，其被配置为允许气体，例如空气或氧气在电池模块103的外部和空气阴极115之间流动。在另一种布置中，空气阴极115可以形成外壳109的外表面的至少一部分，使得空气阴极115与电池模块103外部的环境直接接触。
以与电池模块103类似的方式，电解质模块105被配置为由最终用户安装在车辆上和/或从车辆移除。在一种布置中，电解质模块105被配置为存储电解质116，例如水。然而，电解质模块105可以被配置为存储任何适当类型的电解质116。电解质模块105包括与电池外壳109类似的外壳121、开口123和阀组件125，使得电解质116可以存储在外壳121中并且通过阀组件125的操作被传递穿过开口123。
在图1和图2所示的布置中，电池模块103和电解质模块105的形状和尺寸相似。例如，电池模块103的外壳109和阀组件119中的至少一个可以具有与电解质模块105的外壳121和阀组件125相同的各自的配置。然而，在一个或多个替代布置中，电池模块103和电解质模块105可以被独立地配置。
在一种布置中，电池模块103和电解质模块105中的至少一个是可更换部件。例如，在金属-空气电池101配置为与车辆一起使用的情况下，电池模块103和电解质模块105中的任一个可以从车辆卸载，并由另一电池模块103或另一电解质模块105更换。以这种方式，可以用新的电池模块103更换耗尽的电池模块103，和/或用新的电解质模块105更换耗尽的电解质模块105。在一种布置中，电池模块103可以是不容易由最终用户从车辆移除的固定电池模块103，并且电解质模块105可以是可更换的模块。这样的布置允许在由技术人员维护车辆期间更换电池模块103，并且由最终用户在车辆的日常操作期间更换电解质模块105。
图3a至3c示出了描述金属-空气电池101的可能操作模式的金属-空气电池101的各种布置。图3a至3c的金属-空气电池101包括电池模块103、电解质模块105和导管组件127。导管组件127被配置成流体地连接电池模块103和电解质模块105。导管组件127的任一端可以包括被配置为接收电池模块103或电解质模块105的连接器。在图3a至3c所示的布置中，导管组件127的一端包括被配置为接收电池模块103的电池模块连接器129，并且导管组件127的另一端包括被配置为接收电解质模块105的电解质模块连接器131。导管组件127的连接器129、131可以各自被配置为例如通过一个或多个紧固件和/或可释放的卡扣固定件将电池模块103和电解质模块105可释放地固定到导管组件127。在一种布置中，金属-空气电池101可以包括控制器，其被配置为控制电池模块103和电解质模块105中的任一个或两者与导管组件127的连接。例如，控制器可以被配置为根据金属-空气电池101的操作状态(例如功能效率)来控制电池模块103和电解质模块105中的任一个或两者的释放。
在图3a至3c所示的布置中，电池模块103不包括阀组件119，如图1的布置所示。替代地，导管组件127的电池模块连接器129包括阀组件119。然而，应当理解，除了图3a至3c所示的布置之外，或者作为选择地，阀组件119可以设置在电池模块103上。相比之下，在这种情况下，电解质模块连接器131不包括阀组件125，阀组件125设置在电解质模块105上。
现在将参考图3a至3c和图4描述对电池模块103的电解质进行重新填充的方法。该方法可以包括以下步骤：从电池模块103排出已使用的电解质、将新的电解质116的供应部流体地连接到电池模块103以及用新的电解质116的供应部来填充电池模块103。
参考图3a至3c，图3a示出了排出的电池模块103和装满的电解质模块105，每个模块103、105与导管组件127断开连接。图3b示出了通过导管组件127在电池模块103和电解质模块105之间建立流体连接的步骤。在图3b中，电池模块103已经插入到导管组件127的电池模块连接器129中，这导致第一阀128从关闭位置和打开位置移动。以类似的方式，电解质模块105已被插入导管组件127的电解质模块连接器131中，这导致第二阀132在关闭位置和打开位置之间移动。通过将电池模块103和电解质模块105两者插入导管组件127的各自的连接器129、131中，在电池模块103和电解质模块105之间建立流体连接。图3b示出了从电解质模块105流入导管组件127的电解质116。
图3c示出了电解质116从电解质模块105传递到电池模块103中。在一种布置中，导管组件127可以包括配置成使电解质116在电解质模块105和电池模块103之间流动的泵133。或者或另外，金属-空气电池101可以被配置为对电池模块103和电解质模块105中的至少一个进行加压，以使电解质116在电池模块103和电解质模块105之间流动。在替代布置中，电解质116可以在电解质模块105和电池模块103之间简单地被重力供给。
图3a至3c所示的布置示出了将电解质116填充到预排出的电池模块103中。然而，该方法可以包括将充满耗尽的电解质116的电池模块103排入空的电解质模块105的步骤。一旦电池模块103已经排出耗尽的电解质116，并且电解质模块105已经填充有耗尽的电解质116，则可以将电解质模块105从导管组件127组件的电解质模块连接器131中移除，并用填充有新的电解质116的另一个电解质模块105更换。
在另一种布置中，当插入到导管组件127的各自的连接器139、131中时，电池模块103可以填充有耗尽的电解质116并且电解质模块105可以填充有新的电解质166。在这种布置中，金属-空气电池101可以被配置为同时将耗尽的电解质116传递到电解质模块105中，并将新的电解质116传递到电池模块103中。这样的传递可以使用允许同时传递耗尽的电解质116和新的电解质116的单个导管组件127进行。附加地或替代地，金属-空气电池101可以包括另一个导管组件127和/或一个或多个另外的被配置为实现上述同时传递耗尽的电解质116和新的电解质116的阀组件119、125。
图4示出了与上述金属-空气电池101一起使用的电池站135。电池站135包括具有一个或多个开口139的壳体137，该开口被配置为接收电池模块103和/或电解质模块105。在图4所示的布置中，由于电池模块103和电解质模块105具有相似的形状和尺寸，每个开口139具有类似的配置。然而，在另一种布置中，开口139可以具有任何合适的配置。例如，壳体137可以包括被配置为仅接收电池模块103的电池模块开口，以及被配置为仅接收电解质模块105的电解质模块开口。以这种方式，电解质模块105可以不被放置在用于电池模块103的开口中，并且电池模块103可以不被放置在用于电解质模块105的开口中。
电池站135可以是重新填充站，其被配置为从电解质模块105排出耗尽的电解质116，并用新的电解质116重新填充电解质模块105。例如，车辆的驾驶员可以从车辆移除填充有耗尽的电解质的电解质模块105，将填充有耗尽的电解质的电解质模块105放入电池站135中，并且电池站135可以排出并重新填充电解质模块105，使得驾驶员可以将电解质模块105重新安装在车辆上。附加地或替代地，电池站135可以被配置为接收填充有耗尽的电解质的电解质模块105，并且分配填充有新的电解质的另一个电解质模块105。
在一种布置中，电池站135可以连接到外部电解质储存器141。例如，电池站135可以被配置为使耗尽的电解质116从电解质模块105排出，并且从电解质储存器141向电解质模块105重新填充新的电解质116。附加地或替代地，电池站135可以包括电解质116的内部供应部，其可以在电池站135的维护期间周期性地排出和/或重新填充。
在一种布置中，电池站135可以被配置为将电解质供应部141连接到车辆的金属-空气电池101。例如，电池站135可以包括可直接连接到安装在车辆上的电池模块103和/或电解质模块105的流体联接件，例如软管。以这种方式，可以根据需要排出和/或填充电解质116，而不需要从车辆中移除电池模块103或电解质模块105中的任一个。在一种布置中，电池站135可以连接到导管组件127的电池模块连接器129和/或电解质模块连接器131，使得可以根据需要排出和/或填充电池模块103。
电池站135可以被配置为接收至少一个耗尽的电池模块103。例如，在电池模块103已经被排出并用电解质116重新填充多次的情况下，电池模块103的金属阳极可能需要更换。在一种布置中，本公开允许最终用户移除耗尽的电池模块103，例如已经排出电解质116的电池模块103，并将耗尽的电池模块103放入电池站135中。然后，最终用户可以从电池站135取出新的电池模块103并将其重新安装在车辆中。
在一种布置中，电池站135可以被配置为从电池模块103移除耗尽的金属阳极，并用新的金属阳极代替耗尽的金属阳极。以这种方式，电池站135可以被配置为除了重新填充电解质模块105之外或者作为选择地修复电池模块103。
在一种布置中，电池站135可以被配置为出售电解质模块105和电池模块103中的至少一个。以这种方式，电池站135可以用作车辆的燃料补给站。
图5a和5b示出了包括至少一个金属-空气电池101(例如车辆的金属-空气电池101)的金属-空气电池系统143和多个电池站135。图5a示出了电池模块103和电解质模块105布置在车辆的行李厢中并且描绘最终用户从车辆移除耗尽的电解质模块105并且用新的电解质模块105更换耗尽的电解质模块105的布置，新的电解质模块105可以从电池站135获得。
电池站135可以放置在便于最终用户更换车辆的电解质模块105和/或电池模块103的任何适当位置。例如，电池站135可以被配置为安装在停车场、工作场所和/或最终用户的家中。
本领域技术人员将理解，虽然已经参考一个或多个示例通过示例描述了本发明，但是并不限于所公开的示例，并且可以在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下构造替代示例。