金属空气电池充电装置、金属空气电池总成及包含其的金属空气电池充电系统

摘要

本发明涉及金属空气电池充电装置、金属空气电池总成及包含其的金属空气电池充电系统。本发明提供一种金属空气电池充电装置，对包括带有阴极胶体(Gel)的2次金属空气电池及将上述2次金属空气电池容纳于内部的外壳的金属空气电池总成进行充电，其特征在于包括：充电部，利用外部电源，产生将向上述金属空气电池总成供应的供应电力，并将上述供应电力供应给上述金属空气电池总成；以及加湿空气供应部，产生含有既定水分的加湿空气，通过与上述金属空气电池总成连接的加湿空气供应口，把上述加湿空气供应到上述外壳内部。

说明书

技术领域

本发明涉及金属空气电池充电装置、金属空气电池总成及包含其的金属空气电池充电系 统。更详细地说，涉及一种作为可充电的金属空气电池的2次金属空气电池放电后，对2次 金属空气电池进行充电的金属空气电池充电装置，以及包括利用上述金属空气电池充电装置 进行充电的2次金属空气电池的金属空气电池总成及包含其的金属空气电池充电系统。

背景技术

电化学电源是能够借助电化学反应生成电能的装置。这种装置包括诸如锌空气电池及 铝空气电池等的金属空气电池。金属空气电池采用由在放电中转化为金属氧化物的金属构 成的阴极，阳极为包含水分子的渗透膜，采用与空气中的氧气接触发生氢氧离子的空气阳 极膜。

这种金属空气电池与以往的氢燃料电池相比具有许多优点。特别是诸如锌的燃料作为 金属或其氧化物，能够大量存在，因此，具有金属空气电池提供的能源供应不会明显枯竭 的优点。另外，以往的氢燃料电池要求重新填充，与之相反，金属空气电池可再充电使用， 能够传递比普通燃料电池(＜0.8V)更高的输出电压(1～4.5Volts)。

图1显示了2次金属空气电池(100)，包括：阳极(110)，沿内壁形成，包括阳极集电 体(112)；阴极(120)，包括混合金属锌和电解质的阴极胶体(122)及阴极集电体(124)；以 及分离膜(130)，分离阳极(110)与阴极(120)。其中，作为阳极(110)，如上所述，可以使 用空气阳极膜。

如上所述的2次金属空气电池(100)通过阳极(110)包含的阳极集电体(112)及阴极(120) 包含的阴极集电体(124)，向负载供应电源，即，进行放电。

如果对此进行详细说明，空气或由其他供应源供应的氧气被用作对2次金属空气电池 (100)的阳极(110)的反应物。当氧气到达阳极(110)内的反应部位时，与水一同转化为氢氧 离子。这种反应可以用以下化学式表示。

【化学式1】

与此同时，电子被释放，在外部电路中作为电流流动。氢氧离子向包含阴极胶体(122) 的阴极(120)移动。当氢氧离子到达阴极(120)时，在阴极(120)的表面上形成氢氧化锌。氢 氧化锌分解为锌氧化物，释放出水，成为碱性水溶液。这种反应可以用以下化学式表示。

【化学式2】

利用如上反应，2次金属空气电池(100)进行放电，向外部供应电能。之后，如果2次 金属空气电池(100)达到放电极限，中断向外部供应电能，则使用阳极集电体(112)及阴极 集电体(124)进行充电，从而可以再使用。

但是，如果如上所述反复2次金属空气电池(100)的放电及充电过程，则阴极(120)包 含的阴极胶体(122)内的水分减少，阴极胶体(122)，即电解质与金属锌的混合物硬化，存 在2次金属空气电池(100)无法再使用的问题。

另外，存在的问题是，直至阴极胶体(122)硬化的放电及充电次数比诸如镍氢充电电池、 锂离子充电电池等的原有充电电池的放电及充电次数少，即，存在2次金属空气电池(100) 的寿命比原有充电电池短的问题。

发明内容

需要解决的课题

为解决前述的问题，本发明的目的在于提供一种金属空气电池充电装置，用于向2次 金属空气电池供应电源，在对2次金属空气电池进行充电的同时，向2次金属空气电池供 应含有既定水分的空气，防止2次金属空气电池带有的阴极胶体硬化；还提供一种金属空 气电池总成，包括上述2次金属空气电池，从上述金属空气电池充电装置获得电源及含有 既定水分的加湿空气；另外还提供包括其的金属空气电池充电系统。

技术解决方案

为达成上述目的，本发明提供一种金属空气电池充电装置，对包括带有阴极胶体(Gel) 的2次金属空气电池及将上述2次金属空气电池容纳于内部的外壳的金属空气电池总成进 行充电，其特征在于包括：充电部，利用外部电源，产生将向上述金属空气电池总成供应 的供应电力，并将上述供应电力供应给上述金属空气电池总成；以及加湿空气供应部，产 生含有既定水分的加湿空气，通过与上述金属空气电池总成连接的加湿空气供应口，把上 述加湿空气供应到上述外壳内部。

上述金属空气电池充电装置还可以包括开关，能够有选择地使上述充电部及上述加湿 空气供应部中的一个以上运转。

上述加湿空气供应部可以包括：水存储部，存储发生上述加湿空气所需的水；加湿空 气发生及排出部，使用从上述水存储部供应的水，发生上述加湿空气，通过上述加湿空气 供应口排出上述加湿空气。

上述加湿空气供应部还可以包括加湿量调节部，根据上述阴极胶体的硬化度，调节上 述加湿空气发生及排出部的加湿量。

上述加湿量调节部可以存储加湿量加湿量调节数据，调节数据包括上述阴极胶体各硬 化度的流入电流量信息及各硬化度的加湿量信息。

上述加湿量调节部可以从上述充电部取得上述充电部向上述金属空气电池总成供应的 供应电流量，从上述加湿量调节数据中提取与上述供应电流量相应的特定加湿量调节数据， 利用上述特定加湿量调节数据中包含的加湿量信息，调节上述加湿空气发生及排出部的加 湿量。

另外，根据本发明的另一目的，提供一种金属空气电池总成，包括带有阴极胶体、阳 极集电体及阴极集电体的2次金属空气电池，其特征在于包括：外壳，构成上述金属空气 电池总成的外观，内侧具备用于容纳上述2次金属空气电池的容纳空间，在一部分上形成 吸气口，并在另一部分上形成排气口；以及受电/供电部，把通过上述阳极集电体及上述阴 极集电体输出的放电电力供应给外部负载，从金属空气电池充电装置接受用于对上述2次 金属空气电池进行充电的供应电力，传递给上述阳极集电体及上述阴极集电体。

上述外壳可以包括开闭上述吸气口的吸气口盖及开闭上述排气口的排气口盖。

上述外壳可以容纳一个以上上述2次金属空气电池。

上述受电/供电部可以形成连接器或端子，用于一端分别连接于上述阳极集电体及上述 阴极集电体，另一端与上述外部负载或上述金属空气电池充电装置导电连接。

另外，根据本发明的又一目的，提供一种金属空气电池充电系统，其特征在于包括： 金属空气电池总成，包括2次金属空气电池、外壳及受电/供电部，其中，2次金属空气电 池带有阴极胶体、阳极集电体及阴极集电体，外壳具有在内侧容纳上述2次金属空气电池 所需的容纳空间，在一部分上形成吸气口，在另一部分上形成排气口，受电/供电部把通过 上述阳极集电体及上述阴极集电体输出的放电电力供应给外部负载，把对上述2次金属空 气电池进行充电所需的供应电力传递给上述阳极集电体及上述阴极集电体；以及金属空气 电池充电装置，包括充电部及加湿空气供应部，其中，充电部产生上述供应电力，供应给 上述金属空气电池总成，加湿空气供应部产生含有既定水分的加湿空气，通过加湿空气供 应口把上述加湿空气供应到上述吸气口。

上述金属空气电池充电装置还可以包括开关，能够有选择地使上述充电部及上述加湿 空气供应部中的一个以上运转。

技术效果

根据本发明，在金属空气电池充电装置中，当对金属空气电池总成所包括的2次金属 空气电池进行充电时，把含有既定水分的加湿空气供应给金属空气电池总成，2次金属空气 电池的阴极胶体可以吸收加湿空气含有的水分，因而具有能够延迟或防止因反复使用2次 金属空气电池而造成阴极胶体硬化的效果。

附图说明

图1是简要显示2次金属空气电池构成的附图，

图2是简要显示本发明实施例的金属空气电池充电装置的结构框图，

图3是简要显示本发明实施例的加湿空气供应部的结构框图，

图4是简要显示本发明实施例的带有加湿量调节部的加湿空气供应部的结构框图，

图5是本发明实施例的加湿量调节数据示例图，

图6是简要显示本发明实施例的金属空气电池总成的结构框图，

图7是简要显示本发明实施例的金属空气电池充电系统的结构框图。

具体实施方式

后述对本发明的详细说明参照以本发明能够实施的特定实施例为例绘制的附图。对这 些实施例进行了详细说明，足以使所属技术领域的技术人员能够实施本发明。本发明的多 种实施例虽然互不相同，但应理解为无需相互排斥。例如，这里记载的特定形状、结构及 特性，就一个实施例而言，不脱离本发明的精神及范围，与此同时，也可以用其他实施例 加以体现。另外，各个公开实施例内的个别构成要素的位置或配置应理解为，可在不脱离 本发明精神及范围的同时进行变更。因此，后述的详细说明的意义不是用于限定，恰当地 说，本发明的范围只由与其要求项主张内容均等的所有范围和从属要求项所限定。附图中 类似的参照符号在多个层面上指称相同或类似的功能。

下面，为使本发明所属技术领域的技术人员能够容易地实施本发明，参照附图，对本 发明的优选实施例进行详细说明。

图2是简要显示本发明实施例的金属空气电池充电装置的结构框图。

本发明实施例的金属空气电池充电装置(200)包括充电部(210)及加湿空气供应部 (220)。

充电部(210)利用外部电源，产生将向后述的金属空气电池总成(600)供应的供应电力， 即，产生将向包括带有阴极胶体(Gel)的2次金属空气电池(100)及将2次金属空气电池(100) 容纳于内部的外壳(610)的金属空气电池总成(600)供应的供应电力，通过电力供应线 (212)，把供应电力供应给金属空气电池总成(600)。也就是说，充电部(210)使金属空气电 池总成(600)包括的2次金属空气电池(100)充电。

虽然图2中并未标出，充电部(210)可以包括：连接器，与外部电源相连接；适配器， 把通过连接器输入的交流电源转换为直流进行输出；稳流器，使从适配器输出的直流电力 保持恒定；以及充电驱动电路，从稳流器接收直流电力，转换为供应电力进行输出。

本发明实施例的加湿空气供应部(220)产生含有既定水分的加湿空气，通过加湿空气供 应口(222)，将加湿空气供应给金属空气电池总成(600)。其中，加湿空气供应部(220)推荐 在金属空气电池总成(600)所包括的2次金属空气电池(100)充电时，将加湿空气供应给金 属空气电池总成(600)，即，与充电部(210)并行运转，但并非限定于此，也可以与充电部 (210)的运转无关地进行运转。

在本发明的实施例中，在加湿空气供应部(220)与充电部(210)的运转无关地进行运转 的情形下，推荐金属空气电池充电装置(200)还包括一个开关(图中未示出)，开关能够有选 择地使充电部(210)及加湿空气供应部(220)中的一个以上运转。

在本发明的实施例中，如图3所示，加湿空气供应部(220)包括加湿空气供应口(222)、 水存储部(224)、加湿空气发生及排出部(226)及水供应管(228)。

水存储部(224)存储后述加湿空气发生及排出部(226)产生加湿空气所需的水。

加湿空气发生及排出部(226)使用从水存储部(224)供应的水产生加湿空气，通过加湿 空气供应口(222)排出加湿空气。在图3中虽然未标出，但加湿空气发生及排出部(226)可 以包括使水发生气化的气化部及通过加湿空气供应口(222)排出加湿空气的风扇电动机。

另一方面，如图4所示，本发明实施例的加湿空气供应部(220)还可以包括加湿量调 节部(410)，根据金属空气电池总成(600)的阴极胶体的硬化度，调节加湿空气发生及排出 部(226)的湿度。其中，阴极胶体的硬化度可以通过充电部(210)向金属空气电池总成(600) 供应的供应电流量来获知。

也就是说，阴极胶体的硬化度越大，供应电流量越小。因此，根据金属空气电池总成 (600)使用程度的不同，阴极胶体具有各个不同的硬化度，可以分别测量流入阴极胶体的流 入电流量(与供应电流量相同)，把对应于各个硬化度的各硬化度的流入电流量生成为数据， 利用该数据，可以通过供应电流量获知阴极胶体的硬化度。

更详细地说，加湿量调节部(410)从充电部(210)取得充电部(210)向金属空气电池总成 (600)供应的供应电流量，如图5所示，从包含各硬化度的流入电流量信息及各硬化度的加 湿量信息的数据中，即，从加湿量调节数据中提取与供应电流量相应的特定加湿量调节数 据，利用特定加湿量调节数据中包含的加湿量信息，调节加湿空气发生及排出部(226)的加 湿量。

也就是说，加湿量调节部(410)根据加湿量信息，控制加湿空气发生及排出部(226)， 在加湿空气发生及排出部(226)，以与加湿量信息相应的加湿量对空气进行加湿。

图6是简要显示本发明实施例的金属空气电池总成的结构框图。

本发明实施例的金属空气电池总成(600)包括外壳(610)、受电/供电线(620)及2次金 属空气电池(100)。其中，2次金属空气电池(100)构成已经进行了说明，因此，下面将省略 对其的详细说明。

外壳(610)构成金属空气电池总成(600)的外观，在内侧具备用于容纳2次金属空气电 池(100)的容纳空间，在一部分上形成把外部空气或含有既定水分的加湿空气吸入内侧的吸 气口(612)，在另外一部分上形成将吸入内侧的外部空气或加湿空气排出到外部的排气口 (614)。其中，加湿空气从前述的金属空气电池充电装置(200)供应。

这种外壳(610)在内侧具备的容纳空间容纳2次金属空气电池(100)，通过吸气口(612) 使外部空气或加湿空气流入外壳(610)内部，从而使2次金属空气电池(100)出现放电，将 流入内部的外部空气或加湿空气通过排气口(614)排出外壳(610)外部。

另外，在容纳于容纳空间的2次金属空气电池(100)充电时，通过吸气口(612)，使加 湿空气流入内侧，增加外壳(610)内部的湿度，从而使既定水分被2次金属空气电池(100) 的阴极胶体吸收。

其中，外壳(610)可以包括开闭吸气口(612)的吸气口盖(图中未示出)及开闭排气口 (614)的排气口盖(图中未示出)。

另一方面，在图6中，出于说明的便利，显示了外壳(610)只容纳一个2次金属空气电 池(100)的情形，但是，当实际应用本发明时，外壳(610)可以容纳一个以上2次金属空气 电池(100)。

受电/供电部(620)将通过上述2次金属空气电池(100)的阳极集电体(112)及阴极集电 体(124)输出的2次金属空气电池(100)的放电电力供应给外部负载，将从金属空气电池充 电装置(200)供应的供应电力传递给阳极集电体(112)及阴极集电体(124)。

更详细地说，受电/供电部(620)形成连接器或端子，用于一端分别连接于2次金属空 气电池(100)的阳极集电体(112)及阴极集电体(124)，另一端与上述外部负载或上述金属空 气电池充电装置(200)导电连接。从而，把从金属空气电池总成(600)包括的2次金属空气 电池(100)输出的放电电力传递给连接于连接器或端子的外部负载，或是把从连接于连接器 或端子的金属空气电池充电装置(200)供应的供应电力传递给分别连接于一端的阳极集电 体(112)及阴极集电体(124)。这样一来，2次金属空气电池(100)利用通过阳极集电体(112) 阴极集电体(124)传递的供应电力进行充电。

如上所述，本发明实施例的金属空气电池总成(600)通过在外壳(610)上构成的吸气口 (612)及排气口(614)，使加湿空气流入内部及排出，使2次金属空气电池(100)所容纳的内 部空间充满加湿空气，从而，因放电及充电而处于硬化进行中的2次金属空气电池(100)的 阴极胶体可以从外壳(610)内部空间中填充的加湿空气吸收适量水分，重新变得柔软。

下面参照图7对此进行详细说明。

图7是简要显示本发明实施例的金属空气电池充电系统的结构框图。

如前所述，本发明实施例的金属空气电池充电系统(700)包括：金属空气电池总成 (600)，包括2次金属空气电池(100)、外壳(610)及受电/供电部(620)，其中，2次金属空 气电池(100)带有阴极胶体、阳极集电体(112)及阴极集电体(124)，外壳(610)具有在内侧 容纳上述2次金属空气电池(100)所需的容纳空间，在一部分上形成吸气口(612)，在另一 部分上形成排气口(614)，受电/供电部(620)把通过上述阳极集电体(112)及上述阴极集电 体(124)输出的放电电力供应给外部负载，把对上述2次金属空气电池(100)充电所需的供 应电力传递给上述阳极集电体(112)及上述阴极集电体(124)；以及金属空气电池充电装置 (200)，包括充电部(210)及加湿空气供应部(220)，其中，充电部(210)产生上述供应电力， 供应给上述金属空气电池总成(600)，加湿空气供应部(220)产生含有既定水分的加湿空气， 通过加湿空气供应口(222)把上述加湿空气供应到上述吸气口(612)。

在如上所述的金属空气电池充电系统(700)中，金属空气电池充电装置(200)的充电部 (210)通过电力供应线(212)，接入金属空气电池总成(600)的受电/供电部(620)，将供应电 力传递给受电/供电部(620)，借助通过受电/供电部(620)传递的供应电力，金属空气电池 总成(600)所包含的2次金属空气电池(100)进行充电。

另一方面，金属空气电池充电装置(200)的加湿空气供应部(220)通过加湿空气供应口 (222)，与金属空气电池总成(600)的吸气口(612)结合，将含有既定水分的加湿空气传递给 吸气口(612)。

如图7虚线箭头所示，通过吸气口(612)传递到金属空气电池总成(600)的外壳(610)内 部的加湿空气，均匀充入外壳(610)内部后，通过排气口(614)排出外壳(610)外部。

如上所述，在金属空气电池总成(600)充电时，加湿空气充入金属空气电池总成(600) 的外壳(610)内部后，因放电及充电而处于硬化进行中的2次金属空气电池(100)的阴极胶 体吸收加湿空气含有的水分，重新变得柔软，从而能够比以往进一步延长2次金属空气电 池(100)的寿命。

以上借助诸如具体构成要素等的特定事项和限定的实施例及附图，对本发明进行了说 明，但是，这只是为帮助更全面地理解本发明而提供的，并非本发明限定于上述实施例， 本发明所属技术领域的技术人员可以从这些记载引出多种修订及变形。

因此，本发明的思想并非限定于上述说明的实施例加以确定，权利要求书以及与该权利要 求书均等或等价的所有变形属于本发明的思想范围。