专利名称：用于金属－空气电池组的电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种模块电池，用于一种多电池金属-空气电池组系统，更详细地说，用于一种在电动车辆中使用的系统；以及涉及一种其中装有一些所述电池的冷却金属-空气电池组。
在1995年9月20日以公布号0673076公布的欧洲专利申请第94307391.6号中，描述和申请一种用于多电池金属-空气电池组系统的模块电池，它包括一个具有两个主表面的较平的电池外壳，并且装有一对空气电极形式的、相对地安置的、被间隔开的、可渗透空气的、和不可渗透液体的阴极。在这对阴极之间限定一个空间，该空间对所述电池外壳的上边缘开放，而在所述电池外壳的侧面边缘和底面则封闭；该空间被配置成可容纳所述电池组的一个阳极。所述外壳的主表面的相当大的部分是切掉的，以露出所述空气电极的主要部分。其特征在于所述的两个主表面是用这样一种方式部分地开槽的，以致于与一个相邻电池外壳的一个主壁的同样开槽的外表面相结合，形成一个具有空气进口和出口的空气空间；还在于所述空气电极的露出部分是用至少由多个窄条组成的肋条来支承和加强的，这些窄条限定一些通路，用于引导空气，使经从所述空气进口通过所述空气电极的所述部分而流向所述出口。
在此写入所述公布申请的精神以及其中反映的技术状态，供参考。
根据所述专利中描述的基本模块设计，制备和试验了用于电动车辆的电池组，这些电池组获得了一些重大成果以高达100kmh的速度驱动电动车辆达400km，而无需再充电电池组。
全部有电的电池组在工作期间都产生热量，其中一个热源是在诸电池中发生的化学反应，第二个热源是对抗电池组本身欧姆电阻的电流流动。在大多数电池组中，上述热量主要通过对流而自然消散。然而，用来驱动电动车辆的电池组旨在从一个小型电池组包中供应高功率，并且如果没有采取附加的冷却措施，则可能出现高的温度升高。考虑到需要把公路车辆设计成容许在高达45-50℃的环境温度下工作，就使这一问题更严重了；在上述条件下，所产生的热量可能使电池组温度上升到一个引起电池组损坏的水平。
虽然高的工作温度不一定有损于电池组性能，但有若干理由说明在这种电池组中提供某种冷却装置是正确的。首先，在自然冷却的电池组中，内侧电池的工作温度远高于电池组中周边电池的工作温度，从而导致诸电池之间有工作差异。第二，在需要时利用从电池组取出的热量去加热车辆乘员间，这常常有利的。和第三，必须防止由于电池组中固体和液体材料受热而引起的性能过早恶化。
在美国专利754,969；3,767,468；4,007,315；4,463,064；4,578,324；和5,212,024中，描述一些用于有电电池组的冷却系统。这些说明书公开各种在电池组中循环空气之类冷却气体或水之类冷却液体的系统，用于从电池组中去除热量。
在美国专利3,290,176和5,093,213中，描述一些用于电解液的冷却系统。虽然上述系统具有某些优点，尤其在实现电解液混合以拉平浓度差别方面更具优势，但这些系统需要泵送装置，并且比使用直接空气冷却的系统要复杂和笨重。惊人的是，对于例如适用于公路车辆发动机电池组的尺寸约为24cm×24cm的各个电池组单元电池来说，电解液冷却系统只从它排除约40瓦的热量。
对于上述电池组单元电池尺寸来说，用来使冷却空气直接流过金属集电器框顶部的系统只能维持约20瓦的排除容量，它大概只有实际公路车辆发动机电池组所需容量的25％。有可能通过使用一个大风扇充分提高接触空气电极的反应空气的流动速度，以排除过量的热量。这种装置很适合于短期应用，例如用于工作寿命只有几分钟的鱼雷发动机的电池组。然而，如果流过空气电极的空气流动速度大大超过供应反应氧所需的速度，则最终会使来自空气电极的电解液干燥，从而使电池产生不可接受的功率损失。
因为空气中含有按体积计的约0.0314％的二氧化碳，已知这种气体会恶化金属-空气电池的高效工作，这还会阻碍充分地提高用作冷却介质的反应空气的流速。因此，本发明人提出了一种适合与电池组一起使用的净气器，描述于欧洲专利申请95301398.4中，其公布号为0677883。用于排除CO2的净气器通常需要使用一种CO2的吸收材料，例如粒状碱金属氢氧化物和吸附于多孔载体上的含水碱金属氢氧化物。无论使用何种吸收材料，吸收剂在长期使用以后会有化学消耗，需要更换或化学补充。只对含有足够电池反应所需氧气的空气量用净气器进行处理，可以避免过早的耗尽吸收剂。然而，业已发现，电池工作所需的空气量不足以实现高的冷却率。
在美国专利5,447,805中，还描述和申请用于电池组的冷却系统，例如在欧洲专利申请第94307391.6号中申请的冷却系统，该专利涉及一种用于多电池金属-空气电池组系统的模块电池。这种电池包括一个具有两个主表面的较平的电池外壳，并且装有一对空气电极形式的，相对地安置的、被间隔开的、可渗透空气、和不可渗透液体的阴极。在这对阴极之间限定一个空间，该空间对所述电池外壳的上边缘开放，而在所述电池外壳的侧面边缘和底面则封闭；该空间被配置成可容纳所述电池组的一个阳极和电解液。所述外壳的主表面的相当大的部分是切掉的，以露出所述空气电极的主要部分。其特征在于所述的两个主表面是用这样一种方式部分地开槽的，以致于与一个相邻电池外壳的一个主壁的同样开槽的外表面相结合，形成一个具有空气进口和出口的空气空间；还在于所述空气电极的露出部分是用至少由多个窄条组成的肋条来支承和加强的，这些窄条限定一些通路，用于引导空气，使它从所述空气进口通过所述空气电极的所述部分而流向所述出口。其特征还在于所述外壳的至少一个主表面的上部装有一个具有一个进口和一个出口的流体流动通道，该进出口装在所述外壳的次表面的壁中，该通道用于引导进入所述进口的冷却液穿出所述电池的上部区域，通过所述外壳部分的内壁，与装在所述开放空间的上部的电解液进行热交换。
在欧洲专利0744784中，描述和申请一种电化学锌空气多单元电池组，每个单元电池都属于下述的型式它装有一个外壳，该外壳具有一个底座和两个主表面和两个次表面，它们限定一个用于在其中容纳一个锌电极的内空间；装有至少一个通常平面形状的、可渗透气体但不可渗透液体的空气电极，每个所述至少一个空气电极皆装于一个窗开口中，在至少一个主表面中提供该开口；装有接触所述锌电极和所述空气电极的电解液；和装有用于引导反应空气从净气器流过两个相邻对接空气电极的外表面的装置。所述的电池组还具有冷却空气流动引导装置，该装置包括一对装于相邻电池之间的被间隔开的薄板，每个薄板都具有类似于所述主表面的尺寸；和具有为了强制冷却空气流过所述薄板对之间而提供的装置，所述薄板的外表面被安排成接触和冷却所述的反应空气。
欧洲专利申请第94307391.6号的模块电池包括一个分离的电池外壳，其中两个外壳对分体完全相同，并且在电池组装期间和一条沿电池周边形成的接缝结合在一起；该周边就是诸接合边，包括其顶边和底边。
然而，两个外壳对分体的这种周边并排焊接，发现有一些漏泄问题。
此外，使反应空气流过两个对接空气电极的外表面的装置，是对需要制备和使用大量净化反应空气的电池的外壳开放的。
此外，所述电池的制作，包括对准两个对称的对分电池以便胶合，在机械上是困难的。
遇到的另一个问题是，在相邻电池的集电器之间的电气互连线是无掩蔽的，容易损坏和短路。
根据本发明，现在提供一种用于电化学锌空气多单元电池组的模块电池，每个电池都属于下述的型式它装有一个外壳，该外壳具有两个外主表面和两个被隔离开的内壁，所述的内壁限定一个在其中装有一个锌电极的第一内腔，并且与所述外主表面一起限定两个用于接收反应空气的外腔；装有两个通常平面形状的、可渗透气体但不可渗透液体的空气电极，每个所述电极装于一个窗口状开口中，在每个所述内壁中提供该开口；装有接触所述锌电极和所述空气电极的电解液；和装有用于引导所述反应空气流动的装置，使该空气流入在所述外壳的第一外侧表面中提供的第一进口，通过两个所述外腔，基本上以均匀流动分布方式流过两个所述空气电极的外表面，并且从在所述外壳的一个相对外侧表面中提供的一个第二出口流出来。
在本发明的一些优选实施例中，模块电池是由一些对称的分离电池对分块形成的，其中第一个所述内壁装有一个框架状开口，其大小可用紧密摩擦配合方式接收和容纳一个第二所述内壁，所述第一内壁的一个底和相对侧表面分别形成所述外壳的底座和侧面，并且所述第一内壁的顶部构成组装后电池的无缝上部。
在本发明的特别优选的一些实施例中，每个所述的内壁都备有一个周边凹槽，其大小可接受所述两个外主表面之一；和一个窗状开口，其大小可接受所述两个空气电极之一。每个所述凹槽和每个所述开口都用来安置一个所述的电极和一个所述的表面，并且可以在所述外表面与所述周边凹槽之间形成一个不可渗透空气的接缝。
所述的电池最好装有用于反应空气的一个单独的进口和一个单独的出口，并且用于使所述反应空气流基本上以均匀流动分布方式流过两个所述空气电极的所述外表面的所述装置，最好包括一系列的基本上水平的条，它们支持于所述内壁中的所述窗口状开口中。在限定诸水平通路的上和下壁的所述诸条之间形成一些间隔，所述通路把从所述单独进口接收的所述反应空气引向所述的单独出口。
会了解与由欧洲专利申请No.94307391.6原来期待的设计以及以此设计为基础的专利截然不同，本发明的模块电池是整装的，具有许多比所述前电池好的优点。更准确地说，在前述电池设计和以此为基础的电池组中，反应空气从一个公共歧管流过两个相邻电池之间，如果任一电池中发生漏泄，则电解液皆会流入所述的公共歧管。
此外，空气电极虽然受到在其外表面上安置的支承和加强肋的部分保护，但在为更换而从电池组抽出一个完整的电池时还是容易受到损坏。
与此截然不同，本发明首次提供一种整装的电池，其中空气电极装于所述双壁电池的一个内壁内，并且反应空气在各电池内的循环是在一个由所述双壁形成的反应空气腔内进行的，即，是在相邻的内和外壁的各个表面之间，而不是在相邻的电池之间进行的。
在本发明中，最好通过对装有所述电池的电池组安装冷却空气流动引导装置，进行各个电池的冷却，所述装置用于使冷却空气沿着两个对接相邻电池的主表面的外表面，在两个相邻地安置的电池之间流动；所述的诸表面被分别地安排成，在以所述的各个表面为界的各个外腔中接触和冷却所述的反应空气。
这样，在本发明的一个进一步优选的方面，提供一种电化学锌空气多单元电池组，每个单元电池都属于这样一种类型它装有一个外壳，该外壳具有两个外主表面和两个被间隔开的内壁，所述的内壁限定一个用于在其中安置一个锌电极的第一内腔，并且和所述的外主表面一起限定两个用于接收反应空气的外腔；装有两个通常平面形状的、可渗透气体的、但不可渗透液体的空气电极，每个所述的电极都被装在一个窗口状开口中，在每个所述内壁中提供该开口；装有接触所述锌电极和所述空气电极的电解液；用于引导所述反应空气流动的装置，使空气流入一个在所述外壳的第一外侧表面上提供的第一进口，通过两个所述外腔基本上以均匀流动分布方式流过两个所述空气电极的外表面，并且从在所述外壳的一个相对外侧表面中提供的一个第二出口流出来；和冷却空气流动引导装置，用于使冷却空气沿着两个对接相邻电池的主表面的外表面，在两个相邻地安置的电池之间流动，所述的表面分别被安排成，在以所述各个表面定界的各个外腔中接触和冷却所述的反应空气。
在本发明的这个方面的一个优选实施例中，所述的空气流动引导装置包括风扇装置。
在本发明的这个方面的另一个优选实施例中，所述的冷却空气流动引导装置包括装于所述外壳中的排气装置，用于引导所述电池之间的自然空气流动。
会理解到，根据本发明由单元电池形成的电池组具有用于两个独立空气流的装置，热量从反应空气转移到冷却空气。然而，两个空气流可以来自一个单独的空气风扇，或者最好是来自独立的源，以便容许利用数量较少的净气后的反应空气。以充足的数量供应反应空气以便操作电组组，同时使用较大数量的冷却空气从反应空气中取出不想要的热量。
在本发明的特别优选的一些实施例中，所述的外壳的外主表面是用塑料材料制作的。值得注意，通常不把塑料看成是热交换应用中适宜的候选者，因为金属的导热率约比典型的固体塑料导热率大1千倍。然而，这种考虑基于当通过一个器壁由传导转移热量时实际发生情况的过于简化的看法。有一层接触上述器壁的相应介质薄膜，比如本发明中的空气薄膜，复盖器壁的加热表面和冷却表面。膜系数值取决于许多因素，其中有热导率、粘度、密度和比热等。精确的计算是复杂的，但一般说来，如果流动不是端流的，且热交换壁是不厚的，则每个单独膜的热流阻力通常要比包含器壁的固体材料的阻力大许多倍；自然会有两个上述空气膜，并且与器壁密切接触的静止空气薄膜是一个很差的热导体。
在本发明中，上述考虑是很实际的；在此所述的外主表面的壁厚是很小的，大约为1毫米，并且由于限制风扇功率消耗，预计空气流动属于层流。最终结果是，当考虑总热阻，且不只是单考虑壁材料的热导率时，一个由固体塑料制作的薄壁在这种应用中只是中等地次于金属。
塑料在本发明的外壳的外表面的应用中具有一些补偿性的有吸引力的性质，例如电阻高，重量轻，制作成本低，且对由所述类型电池组中常用的碱性介质引起的化学腐蚀具有优秀的阻力。例如，把同样厚度的铜和聚丙烯作比较，塑料在重量上具有9.9倍的优点。这个优点对于公路车辆发动机用的电池组来说是相当重要的，其中轻重量是实现可接受的车辆性能的关键要求。
在本发明的特别优选的一些实施例中，由活性金属部件包围的通常平的导电骨架构件形成所述的锌电极，把包含的多孔锌颗粒制成一个用电解液浸透的膏剂的静态床，并且所述外壳的所述内部空间连通于一个相对于所述底座的开口，通过该开口可更换所述的锌电极，以便用一个新充电的金属电极进行机械更换。
在美国专利5,354,625中，描述和申请一种金属-空气电源和空气-管理者系统和一种在其中使用的金属-空气电池。然而，所述的专利提出一种在其顶部有一个空气电极阴极和在其底部有一个固体电池盒的锌-空气电池，其中反应空气被引向一个在电池顶上的阴极压力通风系统，而冷却空气则被引向一个在电池底部的冷却空气压力通风系统。这样，很清楚，这个专利没有讲授或提出使用冷却空气去冷却反应空气，而只是把冷却空气引向电池的不同表面而已，即，没有空气阴极。
象在所述专利的第6栏第6-13行中明确指出的那样“此外，由于在该部件内形成电池的一些迭架盘寄存器，故电池盒和盘形成一个在相邻于各个空气阴极的各腔中的阴极压力通风系统，和一个与该空气电极隔开的冷却空气压力通风系统，借此可使反应剂空气引向空气阴极，和可使冷却空气引向与各个空气阴极隔开的各个电池盒的一部分”。
现在参照下述的说明图结合某些优选的实施例描述本发明，以便可以更充分地了解本发明。
现在专门详细参考诸图，强调指出，所示细节是实例性的，其目的只是说明性地讨论本发明的一些优选实施例；并且介绍的目的在于对本发明的原理和概念方面提供认为是最有用和易于了解的描述。在这方面，不企图比基本了解本发明所需更详细地描述本发明的结构细节，结合附图所作的描述在于使本专业的技术人员明了，在实践中可以怎样实施本发明的一些形式。
在附图中
图1是一个根据本发明装有多个模块电池的电池组的优选实施例的透视非细节片断图；图2是一个组装后电池的透视片断图，说明所装的电解液；图3是一个图2所示电池的部件分解图；图3a是一个图2所示电池的一个上角的透视图；图3b是一个图2所示电池的一个上角的透视图，已从其中去掉封闭元件；图3c是三个成套电池的一个截面侧视图；图4是一个实施例的示意图，说明空气流动的一个优选装置；图5是一个实施例的平面图，其中用于移动车辆的电池组装有收集冷却空气的通风系统；图6是一个电池细节图，说明在组装成一个密封单元时两个被间隔开的内壁；图7是一个实施例的透视图，装有用于使反应空气流以均匀流动分布方式流过空气电极外表面的装置。
图1中示出一个电化学锌-空气多单元电池组10，这种类型的电池组用于多次放电和再充电循环。电池组10包含许多单元电池12,12a，适用于车辆发动机。一个歧管13把反应空气供给电池组内一系列单元电池的每一个。
现在参考图2和3，更详细地描述一个装于电池组10中的电池组单元电池12。
电池单元12具有一个外壳14，而外壳14具有两个外主表面16和16’和两个被隔开的内壁18。内壁18限定一个用于在其中容纳一个锌电极22的第一内腔20，并且和外主表面16一起限定两个用于接收反应空气26的外腔24。
在该实施例中，参照图3可更清楚地看到，第一个所述内壁18L安置一个框架状开口19，其大小可按紧密摩擦装配方式接收和容纳一个第二所述内壁18R，所述第一内壁18L的一个底25和相对的侧表面40和44分别形成所述外壳14的底和侧面，并且所述第一内壁的顶部21构成所组装电池的无缝上部。
锌电极22由一个被活性金属部件2包围的一般平面形状的导电框架构件23方便地形成，它包含一些多孔锌颗粒，它们被制成一个由电解液浸透的膏剂的静态床。锌电极22在安置时被保持于一个U形构架28中，当所用电极耗尽时可以取出来，用一个新的锌电极22更换它。
如结合图3a,3b和3c示出的图3所示，内壁18L装有一个整体的电池接触外壳3，外壳3包含一个弹簧夹触点4，所述弹簧夹触点4通过一个金属导体5电连接于空气电极的触点6。触点4适合于接收从相邻电池的阳极集电器构件23延伸的突缘7，其原因在于相邻电池12,12’和12”的接触外壳3,3’和3”具有阶梯形套装配置，如图3C所示。
用罩8封闭外壳3，借此保护弹簧夹4和突缘7不致露出，所述外壳3和所述罩最好由不导电的抗KOH腐蚀的塑料制作。
将会看到，本装置允许相邻电池之间的内部电气互连，而不是外部连接。外部连接是由在美国专利5,447,805的图1中看到的端子线夹48提供的。
外表面16和16’包括一些0.3至1.5mm厚的塑料片，在电池装卸期间其强度足以保护空气电极30免受物理损伤。塑料最好包括改性聚苯醚(noryl)和聚丙烯，因为它们重量轻，且化学阻力很好。
两个通常平面形状的可渗透气体但不可渗透液体的空气电极30被安置，在锌电极22的每侧各安置一个。在各个内壁18中提供的窗口状开口32中安装每个空气电极30。
各个内壁18皆安置一个周边凹槽，其大小可接受两个外主表面16之一，和一个用于接受两个空气电极30之一的窗口32。凹槽31用于安置外表面16和16’，如图3所示；且用于在外表面16和16’与周边凹槽之间方便地形成一个不可渗透空气的接缝。所述的接缝能够用环氧基胶或者用超声焊接形成。换句话说，主外表面16和16’和内壁18能够制成为一个单独的完整单元。
在第一内腔20中装有一种电解液34，例如氢氧化钾，它接触锌电极22和空气电极30。
为了提供电池工作所需的氧气，提供用于引导反应空气26流动的装置，反应空气26来自在电池外壳14的一个第一外侧表面40中提供的第一进口38。分配反应空气流以通过两个外腔24，基本上以均匀流动分布方式流过两个空气电极30的外表面。反应空气26，扣除所消耗的氧气，通过一个在电池外壳14的一个相对外侧表面44提供的第二出口42排出。
流过电池12的反应空气26由于在电池12中接触热空气电极30而显著受到加热。
如上所述，在本发明中，可用冷却空气48(如图1所示)冷却受热的反应空气26，它沿着各个电池的外表面16和16’流动，并且通过所述外表面的热传递而产生冷却；所述反应空气和所述冷却空气最好是以互相逆流的方向流动。
在所示的实施例中，冷却空气流动引导装置包括多个置于至少一个外表面上的向外突出部分46，在本实施例只于后外表面16’上。突出部分46充当相邻电池之间的间隔物，并且使冷却空气48流过位于两个相邻地安置的电池12和12a之间的空间50，如图1所示。因此，虽然显然可以在两个外表面16和16’上都提供上述突出部分46，但只在一个所述对接外表面上设置突出部分46是足够的。
冷却空气48不进入电池12，但接触两个对接相邻电池12和12a的两个对接外主表面16和16’。表面16和16’被安排成接触和冷却各个外腔24中的反应空气26。这样，即使采用高的冷却空气48的流动速度，也不因此而产生电池12的二氧化碳污染。这样，电池热量可部分地通过反应空气26直接排除，并且部分地通过冷却空气48从电池外表面16和16’排除热量。在一个具有24cm正方形电池的电池组中，从每个电池12中至少排除50瓦热量。
会了解，根据本发明的电池组，在冷却空气能够流动于相邻电池之间的情况下，还可用于摩托车和其它车辆，因为车辆的运动使空气沿着电池组和在诸电池之间流动。其中，上述的间隔物或突出部分46是引导冷却空气流动于相邻电池之间所需的唯一装置，而在其它未公开的实施例中，所述的装置可以包括通路、通风孔、风扇、以及它们的组合等。
最好是，还在两个所述外表面16和16’上提供一些向内的突出部分47，它可进一步确保维持外反应腔24内的空间，以便所述反应空气的流动，如此前所述。
在图4中可看到空气流动的一个优选装置。冷却空气流动引导装置包括风扇装置52是有利的。
业已说明，电池12暴露于两个独立的空气流中，使热量从反应空气26传递到冷却空气48。
本实施例中的两个空气流皆源自一个单独的空气风扇52。以充足的数量供应反应空气26，使电池12工作；同时用更大数量的冷却空气48去从反应空气26中提取不想要的热量。
冷却空气48的流量比反应空气26的流量至少大两倍，这是有利的。
最好是，净气器54被安排成在所述反应空气26进入电池12以前，从反应空气26中去除二氧化碳。净气器54装有一种CO2吸收材料，例如粒状碱金属氢氧化物，或者吸附于多孔载体上的含水碱金属氢氧化物。只对反应空气26使用净气器54，可避免材料56过早耗尽。更大数量的冷却空气48流过电池12的外表面16，并不流过净气器54。夸大地示出空间50的宽度，以便说明。
图4中示出一个歧管58，它被安排成把反应空气26供给每个电池的进口38。
图5描述一个电化学锌-空气多单元电池组60，它类似于图1所示的电池组。用于驱动车辆62的电池组60装有通风口64，用于收集冷却空气48。电池组60被定向成使电池外壳14的外表面16之类的主表面与车辆62移动的方向一致。冷却空气48的流动引导装置包括装于电池外壳14内的通风装置66，用于在电池之间引导自然空气流动。用于提供反应空气26的小风扇68是任选的。在本实施例中不需要在前面参考图4所述的大风扇52，从而节约重量、成本和寄生功率消耗。
图6示出一个电池的细节两个被隔开的内壁18L和18R共同形成外壳14。一个匹配的左内壁18L和一个右内壁18R被安排成互相连接。左内壁18L具有一个上通路70，它形成于所述左内壁18L的顶部72。示出右内壁18R的一个薄舌片74，它接合于通路70。左内壁18L具有一个周边框架状开口19，它是沿两侧和底延伸的。右内壁18R的大小适应于框架状开口19，并且在组装时与框架状开口19的顶缘76齐平。互连的内壁18L和18R置于空气电极、锌电极和电解液之间，如参考图2和3所示，但为了说明方便，在此略去这些部件和接触外壳2。
图7示出电池88的细节，电池88装有用于引导反应空气26流动的装置，使它基本上以均匀流动分布方式流过图3所示的两个空气电极30的外表面。
所述的装置包括一系列的基本上水平的条90，它们支持于内壁94的窗口状开口92中。在诸条90之间形成的空间限定一些用于引导反应空气26的水平通路96的上和下壁，反应空气26是从第一进口38接收的。反应空气26在通过条90之间以后，被引向第二出口42。
在示出的优选实施例中，多个金属薄条98在垂直方向延伸，互连和加强窄条90。金属薄条98还对机械强度低的空气电极30提供支承。金属薄条98另一优点是在水平通路96中建立更大湍流度的空气流动，从而改进电池效率和电池冷却。
本专业技术人员显然知道，本发明不限于上面说明性实施例的细节，并且本发明可以用其它的具体形式实施，而不脱离本发明的精神或基本特征。因此认为所介绍的这些实施例在所有方面都是说明性的，不是限制性的；本发明的范围由所附的权利要求书指出，而不由上面的描述指出；因此，在与权利要求书等效的意义和范围内的全部变更都被包括在其中。
权利要求
1．一种用于一个多电池金属-空气电池组的模块式锌-空气电池，包括一个外壳，它具有两个外主表面和两个被隔开的内壁，所述的内壁限定一个用于在其中容纳一个锌电极的第一内腔，并与所述诸外主表面一起限定两个用于接收反应空气的外腔；两个一般平面的、可渗透气体的、但不可渗透液体的空气电极，每个所述的电极皆装在各个所述内壁中提供的一个窗口状开口中；一电解液，它接触所述的锌电极和所述的空气电极；以及用于引导所述反应空气流动的装置，它使反应空气流入在所述外壳的第一外侧表面中提供的第一进口中，通过两个所述外腔基本上以均匀流动分布方式流过两个所述空气电极的外表面，并且从所述外壳的一个相对外侧表面中提供的第二出口流出来。
2．根据权利要求1的模块式电池，其中，第一个所述内壁装有一个其大小可用紧密摩擦配合方式接收和容纳第二个所述内壁的框架状开口，所述第一内壁的底面和相对侧表面分别形成所述外壳的底面和侧面，且所述第一内壁的顶部构成所组装电池的一个无缝上部。
3．根据权利要求1的模块式电池，其中，所述的电池装有用于反应空气的一个单独进口和一个单独出口。
4．根据权利要求1的模块式电池，其中所述电池外壳的所述外主表面由一种塑料材料制成。
5．根据权利要求1的模块式电池，其中用于使所述反应空气流基本上以均匀流动分布方式流过两个所述空气电极的所述外表面的装置包括，一系列的在所述内壁中所述窗口状开口内支承的基本上水平的条；在所述条之间形成的空间限定水平通路的上和下壁，所述的通路把从所述第一进口接收的所述反应空气引向所述的第二出口。
6．根据权利要求5的模块式电池，还包括多个在垂直方延伸且互连和加强所述条的薄条；它们还对所述空气电极提供支承，同时在所述水平通路中建立一种湍流空气流动。
7．根据权利要求1的模块式电池，其中，每个所述内壁皆装有一个其大小适合于接受所述两个外主表面之一的周边凹槽，和一个其大小适合于接受所述两个空气电极之一的窗口状开口；每个所述凹槽和每个所述开口皆用于安置一个所述电极和一个所述表面，并且使所述外表面与所述周边凹槽之间容易形成一个不可渗透空气的接缝。
8．根据权利要求1的模块式电池，其中，所述的外主表面是用超声焊接法连接于所述内壁的。
9．根据权利要求1的模块式电池，还装有一个歧管，它被安排成把反应空气供给各个电池的诸侧面。
10．根据权利要求1的模块式电池，其中，所述的外表面包括一些0.3至1.5mm厚的塑料片，其强度足以保护所述的空气电极，使之在电池装卸时免受物理损伤。
11．根据权利要求1的模块式电池，其中，第一个所述内壁装有一个整体电池接触外壳，该外壳含有一个弹簧夹接触点，该接触点通过一个金属导体电连接于空气电极的接触点，所述弹簧夹接触点适用于接受从一个相邻电池的阳极集电器构件延伸的一些凸缘；其中所述的整体电池接触外壳具有一个阶梯形配置，使相邻电池之间可以套装定位，且使一个相邻电池的集电器构件的凸缘可以插入其中。
12．根据权利要求11的模块式电池，其中，所述的整体电池接触外壳是用一个封闭构件密封的。
13．根据权利要求12的模块式电池，其中，所述的整体电池接触外壳和所述的封闭构件都是由不导电的抗KOH腐蚀的塑料制成的。
14．一种电化学锌-空气多单元电池组，每个单元电池都属于这样的类型，装有一个外壳，它具有两个外主表面和两个被隔开的内壁，所述的内壁限定一个用于在其中容纳一个锌电极的第一内腔，并且和所述的外主表面一起限定两个用于接收反应空气的外腔；两个一般平面形状、可渗透气体，但不可渗透液体的空气电极，每个所述的电极都被装入一个在各个所述内壁中提供的窗口状开口中；一电解液，它接触所述的锌电极和所述的空气电极；用于引导所述反应空气流动的装置，它使所述空气进入一个在所述外壳的第一外侧表面中提供的第一进口，通过两个所述的外腔基本上以均匀流动分布方式流过两个所述空气电极的外表面，并且从在所述外壳的一个相对外侧表面中提供的一个第二出口流出；以及冷却空气流动引导装置，用于使冷却空气沿着两个对接相邻电池的主表面的外表面而流动于两个相邻地安置的电池之间，所述的表面被分别地安排成对由所述各表面定界的各个外腔中的所述反应空气进行接触和冷却。
15．根据权利要求14的电化学锌-空气多单元电池组，其中，所述的冷却空气流动引导装置包括风扇装置。
16．根据权利要求14的电化学锌-空气多单元电池组，其中，所述的冷却空气流动引导装置包括在所述外壳中提供的通风装置，用于引导所述电池之间的自然空气流动。
17．根据权利要求14的电化学锌-空气多单元电池组，其中，所述冷却空气的流速比所述反应空气的流速至少大两倍。
18．根据权利要求14的电化学锌-空气多单元电池组，还包括一个净气器，它被安排成在所述反应空气进入所述电池之前从所述反应空气中去除二氧化碳。
全文摘要
本发明提供一种用于电化学锌—空气多单元电池组的模块式锌空气电池,每个电池装有:一个外壳,它具有两个外主表面和两个被隔开的内壁,该内壁限定一个第一内腔,并且和外主表面一起限定两个外腔;两个一般平面形状、可渗透气体但不可渗透液体的空气电极;一电解液,它接触锌电极和空气电极;和用于引导反应空气流动的装置,它使反应空气流入第一进口,以均匀流动分布方式流过两个空气电极的外表面,并且从第二出口流出。
文档编号H01M12/06GK1233861SQ98107340
公开日1999年11月3日 申请日期1998年4月24日 优先权日1998年4月24日
发明者瑟盖·金伯格, 约尔·吉朗, 亚罗恩·施里姆, 弗拉蒂米尔·施奈德, 亚历克斯·古特金 申请人:电子燃料有限公司