利用金属燃料卡的金属空气燃料电池组系统
专利汇可以提供利用金属燃料卡的金属空气燃料电池组系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且公开了各种类型的基于金属空气FCB的系统(110),包括金属 燃料 传送子系统(111)、金属燃料放 电子 系统(115)和金属燃料再充电子系统(117)。金属燃料传送子系统的功能是根据所选系统的模式将金属燃料卡或片传送到金属燃料放电子系统或金属燃料再充电子系统。当传送到或经过金属燃料放电子系统时,每个金属燃料卡(112)通过与一个或多个放电头电化学反应而放电;以便电化学反应期间在连接到该子系统的电负载(116)上产生 电能 ,同时在 阴极 电解 质界面上消耗 水 和 氧 气。当将氧化的金属燃料材料传送到或经过金属燃料再充电子系统时,利用一个或多个再充电头对放电的金属燃料再充电,以便在电化学反应期间将氧化的金属燃料材料转换成适于在功率放电操作中重复使用的其原材料;同时在阴极 电解质 界面上释放氧气。在示例性 实施例 中;可以有效的方式使各种形式的金属燃料卡放电和再充电,以满足宽范围的电注入电解质的。，下面是利用金属燃料卡的金属空气燃料电池组系统专利的具体信息内容。
1．一种金属空气燃料电池组系统，包括一子系统，用于自动地将多个金 属燃料卡传送到所述系统中进行放电。
2．一种金属空气燃料电池组系统，包括：
一子系统，用于将多个金属燃料卡装载到所述系统中，并使所述金属燃 料卡同时放电，以便在连接到所述系统的一电负载上产生和提供电功率。
3．一种金属空气燃料电池组系统，包括：
一子系统，用于将多个金属燃料卡装载到所述系统中，并对所述金属燃 料卡同时再充电，以便将沿每个金属燃料卡的金属氧化物转换成原金属燃 料，以在放电操作期间重复使用。
4．一种金属空气燃料电池组系统，包括：
一个或多个子系统，用于对装载在所述系统中的金属燃料卡同时进行放 电和再充电。
5．一种系统，包括：
一子系统，用于自动地将多个金属燃料卡装载到所述系统中，并且在完 成再充电(即，还原)之后，自动地由其排出所述金属燃料。
6．一种金属空气燃料电池组系统，包括：
一子系统，用于将多个金属燃料卡装载到所述系统中，并使所述金属燃 料卡同时放电，以便在连接到所述系统的一电负载上产生和提供电功率。
7．一种金属空气燃料电池组系统，包括：
一子系统，用于将多个金属燃料卡装载到所述系统中，并对所述金属燃 料卡同时再充电，以便将沿所述金属燃料卡的金属氧化物转换成原金属燃 料，以在放电操作期间重复使用。
8．一种金属燃料卡，包括：
多个空间隔离的槽，其每个支承一金属燃料条，并使其在被装载到金属 空气燃料电池组系统中时经形成在槽底面中的孔口与一阳极接触电极电接 触。
9．一种金属空气燃料电池组系统，包括：盘盒类盒式装置，具有分隔的 内部空间，用于将(再)充电和放电的金属燃料卡存储在形成于所述盘盒类盒 式装置内的单独的存储隔间。
10．一种用于接合金属燃料的金属空气燃料电池组头，包括：
不导电阴极包容结构，具有平坦顶表面并且在底面中有多个槽；
每个槽中的可透气阴极；
多个孔口，经阴极包容结构从顶表面延伸到底面上的槽，以使得空气流 动到这些槽和其中包含的可透气阴极；
多个导电材料长条，一个长条与可透气阴极之一电接触，使得与每个阴 极电接触，从而从所述头的每个阴极提供单独的导电通路，以在所述燃料电 池组中使用。
11．如权利要求10所述的用于接合金属燃料的金属空气燃料电池组头， 其中，
将一电解质注入垫放置在所述透气阴极上的槽中，以保持与阴极的电解 质接触。
12．如权利要求11所述的用于接合金属燃料的金属空气燃料电池组头， 其中，
所述多个槽是矩形。
13．一种用于接合金属燃料的金属空气燃料电池组头，其中，
所述多个槽是平行条。
14．如权利要求10所述的用于接合金属燃料的金属空气燃料电池组头， 其中，
将一氧气传感器放置在每个槽上，以测量氧气的出现。
15．如权利要求10所述的用于接合金属燃料的金属空气燃料电池组头， 其中，
所述阴极包容结构具有一具有多个孔口的可滑动板，当空气经过所述阴 极包容结构时，与经所述阴极包容结构的顶部的所述多个孔口对准，而当所 述板移动以与所述孔口不对准时，所述板可滑动地相对于所述阴极包容结构 移动，从而所述孔口不对准并且切断气流。
16．如权利要求10所述的用于接合金属燃料的金属空气燃料电池组头， 其中，
一壳体，具有多个气流腔的，附着到所述阴极包容结构的顶部，以将空 气导入所述多个槽中的每个中，
一风扇，将空气吹入所述壳体中，从而空气流经所述阴极包容结构中的 孔口，以增大流到所述可透气阴极的气流。
17．如权利要求12所述的用于接合金属燃料的金属空气燃料电池组头， 其中，
一金属燃料卡具有不导电材料衬底，它附着有多个矩形部分的金属燃 料，所述卡上的所述矩形部分是所述头上的阴极矩形部分的镜像，从而所述 金属燃料矩形部分和具有电解质矩形部分的阴极可彼此对准并彼此接触，以 形成多个金属燃料电池组池单元，
多个导电材料长条，一个长条与所述多个金属燃料矩形部分中的一个形 成电接触，以分别与每个所述金属燃料矩形部分形成电接触，从而提供从所 述卡上每个金属燃料方块的导电通路，以在所述燃料电池组中使用。
18．如权利要求13所述的用于接合金属燃料的金属空气燃料电池组头， 其中，
一金属燃料卡具有不导电材料衬底，它附着有多个平行条的金属燃料， 所述卡上的所述条是所述头上的阴极条的镜像，从而所述金属燃料条和具有 电解质条的阴极可彼此对准并彼此接触，以形成多个金属燃料电池组池单 元，多个导电材料长条，一个长条与所述多个金属燃料条中的一个形成电接 触，以分别与每个所述金属燃料条形成电接触，从而提供从所述卡上每个金 属燃料条的导电通路，以在所述燃料电池组中使用。
19．如权利要求13所述的用于接合金属燃料的金属空气燃料电池组头， 其中，
金属燃料材料，具有不导电材料衬底，它附着有多个平行条的金属燃料， 该带上的所述条是所述头上的阴极条的镜像，从而所述金属燃料条和具有电 解质条的阴极可彼此对准并彼此接触，以形成多个金属燃料电池组池单元， 多个导电材料长条，一个长条与多个所述金属燃料条中的一个形成电接触， 以分别与每个所述金属燃料条形成电接触，从而提供从所述卡上每个金属燃 料条的导电通路，以在所述燃料电池组中使用。
20．如权利要求19所述的用于接合金属燃料的金属空气燃料电池组头， 其中，
所述金属燃料材料可相对于所述头传送，以连续地将金属燃料供料提供 给所述燃料电池组。
21．如权利要求17所述的用于接合金属燃料的金属空气燃料电池组头， 其中，
当所述金属燃料卡上的金属燃料氧化时，由所述头中抽出所述金属燃料 卡，并为所述头提供一新的金属燃料卡，以连续地将金属燃料供料提供给所 述燃料电池组。
22．如权利要求18所述的用于接合金属燃料的金属空气燃料电池组头， 其中，
当所述金属燃料卡上的金属燃料氧化时，由所述头中抽出所述金属燃料 卡，并为所述头提供一新的金属燃料卡，以连续地将金属燃料供料提供给所 述燃料电池组。
23．如权利要求18所述的用于接合金属燃料的金属空气燃料电池组头， 其中，
当所述金属燃料卡上的金属燃料氧化时，由所述头中自动地抽出所述金 属燃料卡，并为所述头提供一新的金属燃料卡，以连续地将金属燃料供料提 供给所述燃料电池组。
24．一种用于接合金属燃料的金属空气燃料电池组头，包括：
不导电阴极包容结构，具有一平顶表面并且在底面上具有多个槽；
多个孔口，经所述阴极包容结构从顶表面延伸到底面上的槽，以使空气 流过所述槽以及其中包含的可透气阴极；
阴极-电解质注入垫，放置在所述可透气阴极的槽中，以保持与所述阴 极的电接触；
多个导电材料长条，一个长条与多个可透气阴极之一电接触，延伸到所 述阴极支承结构的顶部，使得分别与每个阴极电接触，从而从所述头的每个 阴极提供单独的导电通路，以在所述燃料电池组中使用。
25．如权利要求24所述的用于接合金属燃料的金属空气燃料电池组头， 其中，
将一氧气传感器放置在每个槽上，以测量氧气的出现。
26．如权利要求25所述的用于接合金属燃料的金属空气燃料电池组头， 其中，
一板，具有多个孔口，当空气流经所述阴极包容结构时，经所述阴极包 容结构与所述多个孔口顶部上的气孔对准，而当所述板移动以与所述孔口不 对准时，所述板可滑动地相对于所述阴极包容结构移动，从而所述孔口不对 准并且切断气流。
27．如权利要求26所述的用于接合金属燃料的金属空气燃料电池组头， 其中，
一风扇，将空气吹入所述孔口中，以增大流到所述可透气阴极的气流。
28．如权利要求27所述的用于接合金属燃料的金属空气燃料电池组头， 其中，
所述阴极包容结构底面上的槽为矩形。
29．如权利要求28所述的用于接合金属燃料的金属空气燃料电池组头， 其中，
所述阴极包容结构底面上的槽是平行条。
30．一种金属燃料卡，包括：
不导电衬底；
至少一个金属燃料部分，附着到所述衬底的至少一侧，从而所述金属燃 料部分暴露一个表面，用于与一阴极和一电解质接触，以形成电池组电池单 元。
31．如权利要求30所述的金属燃料卡，其中，
一孔口，设置在不导电衬底上，以使所述金属燃料部分与一导电材料电 接触，用于提供到所述金属燃料部分或自所述金属燃料部分的电子流动通 路。
32．一种金属燃料卡，包括：
不导电衬底；
至少一个金属燃料部分，附着到所述衬底的至少一侧；
所述衬底上的至少一个导电材料，分别与每个金属燃料部分电接触，用 于传导电荷，从而在所述导电材料和不在所述金属燃料卡上的第二导电材料 之间建立接触，用于向或自所述金属燃料卡传送电流。
33．如权利要求32所述的金属燃料卡，其中，
所述金属燃料部分为矩形，并间隔开，从而它们彼此电隔离。
34．如权利要求39所述的金属燃料卡，其中，
所述不导电衬底是具有两个相对的平表面的一片材料，所述金属燃料附 着到所述两个相对的平表面上。
35．如权利要求32所述的金属燃料卡，其中，
所述金属燃料部分为条，并间隔开，从而它们彼此电隔离。
36．如权利要求35所述的金属燃料卡，其中，
所述不导电衬底是具有两个相对的平表面的一片材料，所述金属燃料部 分附着到所述两个相对的平表面上。
37．如权利要求36所述的金属燃料卡，其中，
在所述金属燃料条之间的衬底上放置一电隔离材料，以使所述金属燃料 条彼此隔离。
38．一种金属燃料卡，包括：
不导电衬底；
一导电材料基底，附着到所述衬底的至少一侧；
至少一个金属燃料部分附着到所述导电材料基底上，从而所述金属燃料 具有良好的电接触，用于经所述导电材料基底向所述金属燃料传送电子或从 所述金属燃料传送电子。
39．如权利要求38所述的金属燃料卡，其中，
所述不导电衬底上的一孔口使得所述导电材料基底与一第二导电材料电 接触，用于提供到所述金属燃料部分或自所述金属燃料部分的电子流动通 路。
40．如权利要求38所述的金属燃料卡，其中，
所述衬底上的至少一个导电引线与所述导电材料基底分别电接触，用于 由其传导电荷，从而在所述导电引线与不在所述卡上的电触点之间建立接 触，用于向所述金属燃料卡或从所述金属燃料卡传送电流。
41．如权利要求38所述的金属燃料卡，其中，
所述不导电衬底具有两个相对的平表面，并且其上具有金属燃料的导电 材料部分附着到所述两个相对的平表表面上。
42．如权利要求41所述的金属燃料卡，其中，
所述衬底上的至少一个导电引线与所述导电材料基底分别电接触，用于 由其传导电荷，从而在所述导电引线与不在所述卡上的电触点之间建立接 触，用于向所述金属燃料卡或从所述金属燃料卡传送电流。
43．如权利要求42所述的金属燃料卡，其中，
所述导电材料部分上的金属燃料部分是条，并且间隔开，从而彼此电隔 离。
44．如权利要求43所述的金属燃料卡，其中，
所述导电材料部分上的各个金属燃料条之间具有绝缘材料，以使它们彼 此电隔离。
45．如权利要求40所述的金属燃料卡，其中，
其上具有金属燃料的导电材料部分上的条间隔开，以使它们彼此电隔 离。
46．如权利要求35所述的金属燃料卡，其中，
所述其上具有金属燃料的导电材料部分的各个条之间具有绝缘材料，以 使它们彼此电隔离。
47．如权利要求40所述的金属燃料卡，其中，
设置一金属燃料卡盒，其具有多个隔间，用于保持金属燃料卡，从而保 存所述金属燃料卡，直至它们被使用。
48．如权利要求47所述的金属燃料卡，其中，
将所述金属燃料卡盒附着到一金属空气燃料电池组，用于为所述燃料电 池组提供金属燃料卡。
49．如权利要求48所述的金属燃料卡，其中，
所述金属燃料卡被自动地装载到所述燃料电池组。
50．如权利要求50所述的金属燃料卡，其中，
设置一金属燃料卡盒，其具有多个槽，用于包含金属燃料卡，所述盒还 具有附件插头，用于与所述卡上的导电材料的条电接触，从而电流从所述卡 流到所述盒，
所述盒中具有用于传导电流的印刷电路和用于有选择地组合来自每个金 属燃料卡上的每个金属燃料部分的功率的切换装置，从而在盒中选择所需电 压和安培数的功率输出。
51．如权利要求42所述的金属燃料卡，其中，
设置一金属燃料卡盒，其具有多个槽，用于包含金属燃料卡，所述盒还 具有附件插头，用于与所述卡上的导电材料的条电接触，从而电流从所述卡 流到所述盒，
所述盒中具有用于传导电流的印刷电路和用于有选择地组合来自每个金 属燃料卡上的每个金属燃料部分的功率的切换装置，从而在盒中选择所需电 压和安培数的功率输出。
52．一种具有放电操作模式的金属空气燃料电池组系统，包括：
金属燃料提供装置，用于提供金属燃料材料，以在所述放电操作模式期 间产生电功率，其中，所述金属燃料材料具有沿所述金属燃料材料划分的多 个区域或子区，并且每个所述区域用一代码标注；
代码读取装置，用于在所述放电操作模式期间的所述区域放电期间，读 取沿所述金属燃料的每个所述区域的所述数字代码；
参数检测装置，用于在所述放电操作模式期间的每个所述金属燃料材料 的区域放电期间，检测一组放电参数；
参数处理装置，用于处理每个所述金属燃料材料的所述区域上检测到的 所述组放电参数，并在所述区域放电时产生用于控制一个或多个放电参数的 控制数据信号。
53．如权利要求52所述的金属空气燃料电池组系统，其中，所述组检测 到的放电参数记录在存储器中，并在放电操作模式期间从其读取进行处理。
54．如权利要求52所述的金属空气燃料电池组系统，其中，所述代码是 数字代码。
55．如权利要求52所述的金属空气燃料电池组系统，其中，所述数字代 码以光学方式检测。
56．如权利要求55所述的金属空气燃料电池组系统，其中，所述数字代 码是条形码符号。
57．如权利要求56所述的金属空气燃料电池组系统，其中，所述数字代 码以磁方式检测。
58．如权利要求52所述的金属空气燃料电池组系统，其中，每个所述金 属燃料材料的区域具有多个金属燃料道；
其中，在放电操作模式期间，所述参数检测装置检测沿每个所述金属燃 料材料的区域的每个金属燃料道的一组放电参数；和
其中，在放电操作模式期间的所述金属燃料材料的区域的放电期间，所 述代码读取装置读取沿每个所述区域的所述数字代码。
59．如权利要求52所述的金属空气燃料电池组系统，其中，金属燃料材 料是以金属燃料带的形式实现的。
60．如权利要求52所述的金属空气燃料电池组系统，其中，所述金属燃 料材料是以金属燃料卡或片的形式实现的。
61．如权利要求52所述的金属空气燃料电池组系统，其中，所述参数处 理装置处理在每个所述金属燃料材料的区域上检测到的所述组放电参数，并 当所述区域放电时产生用于控制一个或多个放电参数的控制数据信号，以便 以时间和／或节能有效的方式使所述金属燃料的区域放电。
62．一种具有再充电操作模式的金属空气燃料电池组系统，包括： 金属燃料提供装置，用于提供金属燃料材料，以在所述再充电操作模式 期间进行充电，其中，所述金属燃料材料具有沿所述金属燃料材料划分的多 个区域或子区，并且每个所述区域用一代码标注；
代码读取装置，用于在再充电操作模式期间的所述区域再充电期间，读 取沿所述金属燃料的每个所述区域的所述数字代码；
参数检测装置，用于在所述再充电操作模式期间的每个所述金属燃料材 料的区域放电期间，检测一组再充电参数；
参数处理装置，用于处理每个所述金属燃料材料的区域上检测到的所述 组再充电参数，并在所述区域再充电时产生用于控制一个或多个再充电参数 的控制数据信号。
63．如权利要求62所述的金属空气燃料电池组系统，其中，所述组检测 到的再充电参数记录在存储器中，并在再充电操作模式期间从其读取进行处 理。
64．如权利要求63所述的金属空气燃料电池组系统，其中，所述代码是 数字代码。
65．如权利要求64所述的金属空气燃料电池组系统，其中，所述数字代 码以光学方式检测。
66．如权利要求65所述的金属空气燃料电池组系统，其中，所述数字代 码是条形码符号。
67．如权利要求66所述的金属空气燃料电池组系统，其中，所述数字代 码以磁方式检测。
68．如权利要求67所述的金属空气燃料电池组系统，其中，每个所述金 属燃料材料的区域具有多个金属燃料道；
其中，在再充电操作模式期间，所述参数检测装置检测沿每个所述金属 燃料材料的区域的每个金属燃料道的一组再充电参数；和
其中，在再充电操作模式期间的所述金属燃料材料的区域的再充电期 间，所述代码读取装置读取沿每个所述区域的所述数字代码。
69．如权利要求62所述的金属空气燃料电池组系统，其中，金属燃料材 料是以金属燃料带的形式实现的。
70．如权利要求62所述的金属空气燃料电池组系统，其中，所述金属燃 料材料是以金属燃料卡或片的形式实现的。
71．如权利要求62所述的金属空气燃料电池组系统，其中，所述参数处 理装置处理在每个所述金属燃料材料的区域上检测到的所述组再充电参数， 并当所述区域再充电时产生用于控制一个或多个再充电参数的控制数据信 号，以便以时间和／或节能有效的方式使所述金属燃料的区域再充电。
72．一种具有放电操作模式和再充电操作模式的金属空气燃料电池组系 统，包括：
金属燃料提供装置，用于提供金属燃料材料，以在所述放电操作模式期 间产生电功率和所述再充电操作模式期间用来进行再充电，其中，所述金属 燃料材料具有沿所述金属燃料材料长度划分的多个区域或子区，并且每个所 述区域用一代码标注；
放电参数检测装置，用于在所述放电操作模式期间的金属燃料材料的每 个所述区域放电期间，检测一组放电参数；
代码读取装置，用于在放电操作模式期间的所述区域放电期间、以及在 所述再充电操作模式操作期间的金属燃料的所述区域的再充电期间，读取沿 所述金属燃料的每个所述区域的所述数字代码；
放电参数记录装置，用于记录在所述金属燃料材料的每个所述区域上检 测到的所述组放电参数，其中所述记录的放电参数组利用标注到所述区域的 所述代码标注；
放电参数读取装置，用于读取所述记录的放电参数；
放电参数处理装置，用于处理从所述放电参数记录装置读取到的所述记 录的放电参数组，以在所述再充电操作模式期间产生用于控制所述再充电参 数的第一组控制数据信号，从而可以时间和／或节能有效的方式对放电的金 属燃料材料再充电；
再充电参数检测装置，用于在所述再充电操作模式期间的金属燃料材料 的每个所述区域再充电期间，检测一组再充电参数；
再充电参数记录装置，用于记录在所述金属燃料材料的每个所述区域上 检测到的所述组再充电参数，其中每个所述记录的放电参数组利用标注到所 述区域的所述代码标注；
再充电参数读取装置，用于读取所述记录的再充电参数组；和
再充电参数处理装置，用于处理从所述再充电参数记录装置读取到的所 述记录的再充电参数组，以在所述放电操作模式期间产生用于控制所述放电 参数的第二组控制数据信号，从而可以时间和／或节能有效的方式将(再)充电 的金属燃料材料放电。
73．如权利要求72所述的金属空气燃料电池组系统，其中，所述放电参 数记录装置和再充电参数记录装置均包括一存储装置。
74．如权利要求72所述的金属空气燃料电池组系统，其中，所述代码是 数字代码。
75．如权利要求74所述的金属空气燃料电池组系统，其中，所述数字代 码以光学方式检测。
76．如权利要求74所述的金属空气燃料电池组系统，其中，所述数字代 码是条形码符号。
77．如权利要求74所述的金属空气燃料电池组系统，其中，所述数字代 码以磁方式检测。
78．如权利要求74所述的金属空气燃料电池组系统，其中，所述放电参 数处理装置处理与金属燃料材料的每个区域有关的所述记录的放电参数组， 从而当所述区域再充电时确定要提供给所述区域的电功率量，并且在所述再 充电操作模式期间利用所述电功率量来产生所述控制数据信号。
79．如权利要求72所述的金属空气燃料电池组系统，其中，金属燃料材 料的每个所述区域具有多个金属燃料道；
其中，所述放电参数检测装置在所述放电操作模式期间检测沿金属燃料 的每个所述区域的每个金属燃料道的一组放电参数；
其中，在所述放电操作模式期间的所述金属燃料的所述区域的放电期 间、以及在所述再充电操作模式期间的所述金属燃料的所述区域的再充电期 间，所述代码读取装置读取沿每个所述区域的所述数字代码；
其中，所述放电参数记录装置记录在沿金属燃料的每个所述区域的每个 金属燃料道上检测到的所述组放电参数，并且其中所述记录的放电参数组利 用标注到沿所述区域的所述金属燃料道的所述代码来标注；和
其中，所述放电参数读取装置读取记录在所述参数记录装置中的放电参 数。
80．如权利要求72所述的金属空气燃料电池组系统，其中，所述再充电 参数处理装置处理与金属燃料材料的每个区域有关的所述记录的再充电参数 组，从而在金属燃料材料的每个所述区域放电期间确定出现在每个所述区 域的金属燃料量，并在所述放电操作模式期间利用出现的所述金属燃料量来 产生所述控制数据信号。
81．如权利要求72所述的金属空气燃料电池组系统，其中，金属燃料材 料的每个所述区域具有多个金属燃料道；
其中，所述再充电参数检测装置在所述再充电操作模式期间检测沿金属 燃料的每个所述区域的每个金属燃料的道的一组放电参数；
其中，在所述再充电操作模式期间的所述金属燃料的所述区域的再充电 期间、以及在所述放电操作模式期间的所述金属燃料的所述区域的放电期 间，所述代码读取装置读取沿每个所述区域的所述数字代码；
其中，所述再充电参数记录装置记录在沿金属燃料的每个所述区域的每 个金属燃料道上检测到的所述组再充电参数，并且其中所述记录的再充电参 数组利用标注到沿所述区域的所述金属燃料道的所述代码来标注；和
其中，所述再充电参数读取装置读取记录在所述参数记录装置中的再充 电参数。
82．如权利要求72所述的金属空气燃料电池组系统，其中，金属燃料材 料是以金属燃料带的形式实现的。
83．如权利要求72所述的金属空气燃料电池组系统，其中，所述金属燃 料材料是以金属燃料卡或片的形式实现的。
84．一种具有放电操作模式和再充电操作模式的金属空气燃料电池组系 统，包括：
第一多个子系统，它们协同操作，以便在所述放电操作模式期间进行放 电参数的检测、存储和处理，并在所述再充电操作模式期间利用所述放电参 数来产生用于控制再充电参数的控制数据信号；和
第二多个子系统，它们协同操作，以便在所述再充电操作模式期间进行 再充电参数的检测、存储和处理，并在所述放电操作模式期间利用所述再充 电参数来产生用于控制放电参数的控制数据信号。
85．一种具有放电操作模式和再充电操作模式的金属空气燃料电池组系 统，所述金属空气燃料电池组系统包括：
金属燃料放电动机构，用于在所述放电操作模式期间使金属燃料材料放 电；
放电参数检测机构，用于在所述放电操作模式期间，检测放电参数，同 时还使所述金属燃料材料放电；
放电参数处理机构，用于在所述再充电操作模式期间处理检测到的放电 参数，以便产生用于控制再充电参数的第一控制数据信号；
金属燃料再充电动机构，用于在所述再充电操作模式期间使所述金属燃 料材料再充电；
再充电参数检测机构，用于在所述再充电操作模式期间，检测再充电参 数，同时还使所述金属燃料材料再充电；和
再充电参数处理装置，用于在所述再充电操作模式期间处理检测到的再 充电参数，以便产生用于控制放电参数的第二控制数据信号。
86．如权利要求85所述的金属空气燃料电池组系统，其中，所述放电参 数是从一个组选择出的要素，所述组由阴极-阳极电压和电流值、放电阴极 中的氧分压、阴极-电解质界面上的相对湿度以及可利用的所述金属燃料材 料的速度组成。
87．如权利要求85所述的金属空气燃料电池组系统，其中，所述再充电 参数是从一个组选择出的要素，所述组由阴极-阳极电压和电流值、再充电 阴极中的氧分压、阴极-电解质界面上的相对湿度以及可利用的所述金属燃 料材料的速度组成。
88．如权利要求85所述的金属空气燃料电池组系统，其中，利用每个所 述第一组控制数据信号来控制所述再充电参数，以便以节能有效方式对金属 燃料材料的所述区域再充电。
89．如权利要求85所述的金属空气燃料电池组系统，其中，利用每个所 述第二组控制数据信号来控制所述再充电参数，以便以节能有效方式对金属 燃料材料的所述区域再充电。
90．如权利要求85所述的金属空气燃料电池组系统，其中，要被再充电 的所述金属燃料材料供所述金属空气燃料电池组系统中所利用的静止和／或 移动阴极结构使用。
91．如权利要求85所述的金属空气燃料电池组系统，其中，所述金属燃 料是以金属燃料片的形式实现的。
92．如权利要求40所述的金属空气燃料电池组系统，其中，所述金属燃 料带包含在盒式存储装置中。
93．如权利要求85所述的金属空气燃料电池组系统，其中，所述金属燃 料材料是以金属燃料卡或片的形式实现的。
94．如权利要求85所述的金属空气燃料电池组系统，其中，所述金属燃 料卡或片包含在盒式存储装置中。
95．一种具有放电操作模式的金属空气燃料电池组系统，包括：
金属燃料提供装置，用于提供金属燃料材料，以在所述放电操作模式期 间用来产生电功率，其中所述金属燃料材料具有沿所述金属燃料材料划分的 多个区域或子区，并且每个所述区域用一代码标注；
参数检测装置，用于在所述放电操作模式期间的金属燃料材料的每个所 述区域放电期间，检测一组放电参数；
代码读取装置，用于在放电操作模式期间的所述区域放电期间，读取沿 所述金属燃料材料的每个所述区域的所述代码；
参数记录装置，用于记录在所述金属燃料材料的每个所述区域上检测到 的所述组放电参数，其中所述记录的放电参数组利用标注到所述区域的所述 代码标注；
参数读取装置，用于读取所述记录的放电参数组；和
参数处理装置，用于处理从所述参数记录装置读取到的所述记录的放电 参数组。
96．如权利要求95所述的金属空气燃料电池组系统，其中，在所述放电 操作模式期间使用所述组处理过的放电参数。
97．如权利要求95所述的金属空气燃料电池组系统，还包括再充电操作 模式，并且其中在所述再充电操作模式期间使用所述组处理过的放电参数。
98．如权利要求95所述的金属空气燃料电池组系统，其中，所述记录装 置包括与所述系统关联的存储装置。
99．如权利要求95所述的金属空气燃料电池组系统，其中，所述代码是 数字代码。
100．如权利要求99所述的金属空气燃料电池组系统，其中，所述数字 代码以光学方式检测。
101．如权利要求99所述的金属空气燃料电池组系统，其中，所述数字 代码是条形码符号。
102．如权利要求99所述的金属空气燃料电池组系统，其中，所述数字 代码以磁方式检测。
103．如权利要求99所述的金属空气燃料电池组系统，其中，所述参数 处理装置处理与金属燃料材料的每个区域有关的所述记录的放电参数组，从 而当所述区域再充电时确定要提供给所述区域的电功率量。
104．如权利要求95所述的金属空气燃料电池组系统，其中，金属燃料 材料的每个所述区域具有多个金属燃料道；
其中，所述参数检测装置在所述放电操作模式期间检测沿金属燃料的每 个所述区域的每个金属燃料的道的一组放电参数；
其中，在所述放电操作模式期间的所述金属燃料的所述区域的放电期 间，所述代码读取装置读取沿每个所述区域的所述数字代码；
其中，所述参数记录装置记录在沿金属燃料的每个所述区域的每个金属 燃料道上检测到的所述组放电参数，并且其中所述记录的放电参数组利用标 注到沿所述区域的所述金属燃料道的所述代码来标注；和
其中，所述参数读取装置读取记录在所述参数记录装置中的放电参数。
105．如权利要求95所述的金属空气燃料电池组系统，其中，金属燃料 材料是以金属燃料结构的形式实现的。
106．如权利要求95所述的金属空气燃料电池组系统，其中，金属燃料 材料是以金属燃料卡或片的形式实现的。
107．一种具有再充电操作模式的金属空气燃料电池组系统，包括：
金属燃料提供装置，用于在所述再充电操作模式期间提供金属燃料材料 以再充电，其中所述金属燃料材料具有沿所述金属燃料材料划分的多个区域 或子区，并且每个所述区域用一代码标注；
参数检测装置，用于在所述再充电操作模式期间的金属燃料材料的每个 所述区域再充电期间，检测一组再充电参数；
代码读取装置，用于在再充电操作模式期间，读取标注在所述金属燃料 材料的每个所述区域的所述代码；
参数记录装置，用于记录在所述金属燃料材料的每个所述区域上检测到 的所述组再充电参数，其中每个所述记录的再充电参数组利用标注到所述区 域的所述代码标注；
参数读取装置，用于读取所述记录的再充电参数组；和
参数处理装置，用于处理从所述参数记录装置读取到的所述记录的再充 电参数组。
108．如权利要求107所述的金属空气燃料电池组系统，其中，在所述再 充电操作模式期间使用所述组处理过的再充电参数。
109．如权利要求107所述的金属空气燃料电池组系统，还包括放电操作 模式，并且其中在所述放电操作模式期间使用所述组处理过的放再充电参 数。
110．如权利要求107所述的金属空气燃料电池组系统，其中，每个所述 检测到的放电参数组被存储在与所述系统关联的存储装置中。
111．如权利要求107所述的金属空气燃料电池组系统，其中，所述代码 是数字代码。
112．如权利要求111所述的金属空气燃料电池组系统，其中，所述数字 代码以光学方式检测。
113．如权利要求111所述的金属空气燃料电池组系统，其中，所述数字 代码是条形码符号。
114．如权利要求111所述的金属空气燃料电池组系统，其中，所述数字 代码以磁方式检测。
115．如权利要求107所述的金属空气燃料电池组系统，其中，所述参数 处理装置处理与金属燃料材料的每个区域有关的所述记录的再充电参数组， 从而当所述区域再充电时确定可从所述区域产生的电功率量。
116．如权利要求107所述的金属空气燃料电池组系统，其中，金属燃料 材料的每个所述区域具有多个金属燃料道；
其中，所述参数检测装置在所述再充电操作模式期间检测沿金属燃料的 每个所述区域的每个金属燃料的道的一组再充电参数；
其中，在所述再充电操作模式期间的所述金属燃料的所述区域的再充电 期间，所述代码读取装置读取沿每个所述区域的所述数字代码；
其中，所述参数记录装置记录在沿金属燃料的每个所述区域的每个金属 燃料道上检测到的所述组再充电参数，并且其中所述记录的再充电参数组利 用标注到沿所述区域的所述金属燃料道的所述代码来标注；和
其中，所述参数读取装置读取记录在所述参数记录装置中的再充电参 数。
117．如权利要求107所述的金属空气燃料电池组系统，其中，金属燃料 材料是以金属燃料结构的形式实现的。
118．如权利要求107所述的金属空气燃料电池组系统，其中，金属燃料 材料是以金属燃料卡或片的形式实现的。
119．一种具有放电操作模式和再充电操作模式的金属空气燃料电池组系 统，包括：
金属燃料提供装置，用于提供金属燃料材料，以在所述放电操作模式期 间产生电功率和所述再充电操作模式期间用来进行再充电，其中，所述金属 燃料材料具有沿所述金属燃料材料划分的多个区域或子区，并且每个所述区 域用一代码标注；
放电参数检测装置，用于在所述放电操作模式期间的金属燃料材料的每 个所述区域放电期间，检测一组放电参数；
代码读取装置，用于在放电操作模式期间的所述区域放电期间、以及在 所述再充电操作模式操作期间的金属燃料的所述区域的再充电期间，读取沿 所述金属燃料的每个所述区域的所述代码；
放电参数记录装置，用于记录在所述金属燃料材料的每个所述区域上检 测到的所述组放电参数，其中所述记录的放电参数组利用标注到所述区域的 所述代码标注；
放电参数读取装置，用于读取所述记录的放电参数；
放电参数处理装置，用于处理从所述放电参数记录装置读取到的所述记 录的放电参数组；
再充电参数检测装置，用于在所述再充电操作模式期间的金属燃料材料 的每个所述区域再充电期间，检测一组再充电参数；
再充电参数记录装置，用于记录在所述金属燃料材料的每个所述区域上 检测到的所述组再充电参数，其中每个所述记录的再充电参数组利用标注到 所述区域的所述代码标注；
再充电参数读取装置，用于读取所述记录的再充电参数；和
再充电参数处理装置，用于处理从所述再充电参数记录装置读取到的所 述记录的再充电参数组。
120．如权利要求119所述的金属空气燃料电池组系统，其中，在所述放 电操作模式期间使用所述处理过的放电参数组。
121．如权利要求119所述的金属空气燃料电池组系统，其中，在所述再 充电操作模式期间使用所述处理过的放电参数组。
122．如权利要求119所述的金属空气燃料电池组系统，其中，在所述再 充电操作模式期间使用所述处理过的再充电参数组。
123．如权利要求119所述的金属空气燃料电池组系统，其中，在所述放 电操作模式期间使用所述处理过的再充电参数组。
124．如权利要求119所述的金属空气燃料电池组系统，其中，所述放电 参数记录装置和所述再充电参数记录装置均包括一存储装置。
125．如权利要求119所述的金属空气燃料电池组系统，其中，所述代码 是数字代码。
126．如权利要求125所述的金属空气燃料电池组系统，其中，所述数字 代码以光学方式检测。
127．如权利要求125所述的金属空气燃料电池组系统，其中，所述数字 代码是条形码符号。
128．如权利要求125所述的金属空气燃料电池组系统，其中，所述数字 代码以磁方式检测。
129．如权利要求119所述的金属空气燃料电池组系统，其中，所述放电 参数处理装置处理与金属燃料材料的每个区域有关的所述记录的放电参数 组，从而当所述区域再充电时确定要提供给所述区域的电功率量。
130．如权利要求119所述的金属空气燃料电池组系统，其中，金属燃料 材料的每个所述区域具有多个金属燃料道；
其中，所述放电参数检测装置在所述放电操作模式期间检测沿金属燃料 的每个所述区域的每个金属燃料道的一组放电参数；
其中，在所述放电操作模式期间的所述金属燃料的所述区域的放电期 间、以及在所述再充电操作模式期间的所述金属燃料的所述区域的再充电期 间，所述代码读取装置读取沿每个所述区域的所述数字代码；
其中，所述放电参数记录装置记录在沿金属燃料的每个所述区域的每个 金属燃料道上检测到的所述组放电参数，并且其中所述记录的放电参数组利 用标注到沿所述区域的所述金属燃料道的所述代码来标注；和
其中，所述放电参数读取装置读取记录在所述参数记录装置中的放电参 数。
131．如权利要求117所述的金属空气燃料电池组系统，其中，所述再充 电参数处理装置处理与金属燃料材料的每个区域有关的所述记录的再充电参 数组，从而在金属燃料材料的每个所述区域放电期间确定出现在每个所述 区域的金属燃料量。
132．如权利要求119所述的金属空气燃料电池组系统，其中，金属燃料 材料的每个所述区域具有多个金属燃料道；
其中，所述再充电参数检测装置在所述再充电操作模式期间检测沿金属 燃料的每个所述区域的每个金属燃料的道的一组再充电参数；
其中，在所述再充电操作模式期间的所述金属燃料的所述区域的再充电 期间、以及在所述放电操作模式期间的所述金属燃料的所述区域的放电期 间，所述代码读取装置读取沿每个所述区域的所述代码；
其中，所述再充电参数记录装置记录在沿金属燃料的每个所述区域的每 个金属燃料道上检测到的所述组再充电参数，并且其中所述记录的再充电参 数组利用标注到沿所述区域的所述金属燃料道的所述代码来标注；和
其中，所述再充电参数读取装置读取记录在所述参数记录装置中的再充 电参数。
133．如权利要求119所述的金属空气燃料电池组系统，其中，金属燃料 材料是以金属燃料结构的形式实现的。
134．如权利要求119所述的金属空气燃料电池组系统，其中，所述金属 燃料材料是以金属燃料卡或片的形式实现的。
135．一种金属空气燃料电池组系统，包括：
多个子系统，每天协同操作，以便进行放电和再充电参数的检测、存储 和处理，以在放电和再充电操作模式期间使用。
136．一种具有再充电操作模式和放电操作模式的金属空气燃料电池组系 统，所述金属空气燃料电池组系统包括：
金属燃料放电动机构，用于在所述放电操作模式期间使金属燃料材料放 电；
放电参数检测机构，用于在所述放电操作模式期间，检测放电参数，同 时还使所述金属燃料材料放电；
金属燃料再充电动机构，用于在所述再充电操作模式期间使所述金属燃 料材料再充电；和
再充电参数检测机构，用于在所述再充电操作模式期间，检测再充电参 数，同时还时所述金属燃料材料再充电。
137．如权利要求136所述的金属空气燃料电池组系统，其中，所述放电 参数是从一个组选择出的要素，所述组由阴极-阳极电压和电流值、放电阴 极中的氧分压、阴极-电解质界面上的相对湿度以及可利用的所述金属燃料 材料的速度组成。
138．如权利要求136所述的金属空气燃料电池组系统，其中，所述再充 电参数是从一个组选择出的要素，所述组由阴极-阳极电压和电流值、再充 电阴极中的氧分压、阴极-电解质界面上的相对湿度以及可利用的所述金属 燃料材料的速度组成。
139．如权利要求136所述的金属空气燃料电池组系统，其中，在放电操 作模式期间，自动地检测并记录放电参数，并在再充电操作模式期间自动地 进行读取和处理，以便以节能有效方式对金属燃料材料再充电。
140．如权利要求136所述的金属空气燃料电池组系统，其中，在放电操 作模式期间，自动地检测、记录和处理放电参数，以便以节能有效方式使金 属燃料材料放电。
141．如权利要求136所述的金属空气燃料电池组系统，其中，要被再充 电的所述金属燃料材料供所述金属空气燃料电池组系统中所利用的静止和／ 或移动阴极结构使用。
142．如权利要求133所述的金属空气燃料电池组系统，其中，所述金属 燃料是以金属燃料薄膜的形式实现的。
143．如权利要求142所述的金属空气燃料电池组系统，其中，所述金属 燃料薄膜包含在盒式存储装置中。
144．如权利要求136所述的金属空气燃料电池组系统，其中，所述金属 燃料材料是以金属燃料卡或片的形式实现的。
145．如权利要求144所述的金属空气燃料电池组系统，其中，所述金属 燃料卡或片包含在盒式存储装置中。
146．一种金属空气燃料电池组系统，包括：
盒式存储装置，具有一个或多个存储隔间，用于存储一组(再)充电的金 属燃料卡或片供料进行放电；和
放电装置，用于使从所述盒式存储装置提供的一个或多个所述(再)充电 的金属燃料卡或片放电，以产生提供给一电负载的电功率。
147．如权利要求146所述的金属空气燃料电池组系统，其中，所述盒式 存储装置包括分隔的内部空间，用于将(再)充电和放电的金属燃料卡存储在 形成于所述盘盒类盒式装置内的单独的存储隔间。
148．如权利要求146所述的金属空气燃料电池组系统，其中，所述系统 还包括一壳体，用于封装所述放电装置，其中所述盒式存储装置可从所述壳 体拆卸。
149．一种金属空气燃料电池组系统，包括：
盒式存储装置，具有一个或多个存储隔间，用于存储一组(再)充电的金 属燃料卡或片以便进行放电；
放电装置，用于使一个或多个(再)充电的金属空气燃料卡或片放电，以 产生提供给一电负载的电功率；和
第一机构，用于将一个或多个所述(再)充电的金属燃料卡或片自动地从 所述盒式存储装置传送到所述放电装置中。
150．如权利要求149所述的金属空气燃料电池组系统，还包括：
第二机构，用于将一个或多个所述放电的金属燃料卡或片自动地从所述 放电装置传送回所述盒式存储装置中。
151．如权利要求149所述的金属空气燃料电池组系统，其中，所述放电 装置还包括用于同时使多个所述(再)充电的金属燃料卡或片放电的装置。
152．一种金属空气燃料电池组系统，包括：
盒式存储装置，具有一个或多个存储隔间，用于存储一组放电的金属燃 料卡或片供料以便进行再充电；
再充电装置，用于对一个或多个放电的金属空气燃料卡或片再充电；
第一机构，用于将一个或多个放电的金属燃料卡或片自动地从所述盒式 存储装置传送到所述再充电装置中；和
第二机构，用于将一个或多个再充电的金属燃料卡或片自动地从所述再 充电装置传送回所述盒式存储装置中。
153．如权利要求152所述的金属空气燃料电池组系统，其中，所述盒式 存储装置包括分隔的内部空间，用于将(再)充电和放电的金属燃料卡存储在 形成于盘盒类盒式装置内的单独的存储隔间。
154．一种金属空气燃料电池组系统，包括：
盒式存储装置，具有一个或多个存储隔间，用于存储一组(再)充电的金 属燃料卡或片供料，以便进行放电；
放电装置，用于使一个或多个(再)充电的金属空气燃料卡或片放电，从 而产生提供给一电负载的电功率；
再充电装置，用于对一个或多个放电的金属燃料卡或片再充电；
第一机构，用于将一个或多个(再)充电的金属燃料卡或片自动地从所述 盒式存储装置传送到所述放电装置中；
第二机构，用于将一个或多个放电的金属燃料卡或片自动地从所述放电 装置传送回所述盒式存储装置中；
第三机构，用于将一个或多个放电的金属燃料卡或片自动地从所述盒式 存储装置传送到所述再充电装置中；和
第四机构，用于将一个或多个再充电的金属燃料卡或片自动地从所述再 充电装置传送回所述盒式存储装置中。
155．如权利要求154所述的金属空气燃料电池组系统，其中，所述盒式 存储装置包括分隔的内部空间，用于将(再)充电和放电的金属燃料卡存储在 形成于所述盘盒类盒式装置内的单独的存储隔间。
156．如权利要求154所述的金属空气燃料电池组系统，其中，在一系统 控制器的管理下，所述金属燃料卡放电和再充电装置两者可同时操作。
157．如权利要求154所述的金属空气燃料电池组系统，其中，所述系统 控制器与一合成系统关联。
158．如权利要求157所述的金属空气燃料电池组系统，其中，所述合成 系统是一电功率管理系统。
159．一种电功率产生系统，包括：
电力母线结构，其连接到一个或多个电负载；
多个金属空气燃料电池组(FCB)子系统，连接到所述电力母线结构，其 每个均具有一组金属燃料，并能够向所述电力母线结构产生和提供电功率； 和
控制子系统，用于控制所述多个金属空气FCB子系统的操作，以便向所 述电力母线结构提供电功率，其量足以满足所述电负载的需求，而不管所述 电功率产生系统中的金属燃料总剩余量如何。
160．一种电功率产生系统，包括：
金属空气FCB子系统的网络，连接到电力母线结构，并由与基于网络的 金属燃料管理子系统关联的网络控制子系统的控制。
161．一种电功率产生系统，其中，通过启动所选组的所述金属空气FCB 子系统来控制从所述电力母线结构产生的电功率输出，以向所述电力母线结 构提供电功率。
162．一种电功率产生系统，包括：
一金属空气FCB子系统的网络，连接到电力母线结构，并由与基于网络 的金属燃料管理子系统关联的网络控制子系统控制；
其中，每个所述FCB子系统中的金属燃料利用所述网络控制子系统来管 理，从而每个这种FCB子系统在任何瞬间平均基本上具有相同量的金属燃 料可用于产生电功率。
163．一种操作金属空气FCB子系统的方法，包括下列步骤：
根据金属燃料均衡压力来管理每个所述金属空气FCB子系统中可用的金 属燃料的放电，从而在每个所述金属空气FCB子系统中任何瞬间可用于放 电的金属燃料平均基本相同。
164．一种电功率产生系统，以可安装在任何实际系统、装置或环境中的 发电站的方式实现，在这些系统、装置和环境中，需要满足电负载(如，电 动机、电器、机构、工具等)的峰值功率需求，而不管所述电功率产生系统 中未消耗的剩余金属燃料总量如何。
165．一种电动车辆，包括：
金属空气FCB子系统的网络，连接到电力母线结构，并由与基于网络的 金属燃料管理子系统关联的网络控制子系统控制；
其中，当所述车辆沿平地或下坡路行进时，仅启动一个或几个所述金属 空气FCB子系统进行放电操作，而当所述车辆试图超过另一个车辆或沿上 坡行进时，启动多个或所有所述金属空气FCB子系统进行放电操作。
166．一种电功率产生系统，包括：
电力母线结构，其连接到一电负载；
多个金属空气FCB子系统，用于以可操作方式连接到所述电力母线结 构；和
几个基于计算机的金属燃料管理子系统，用于管理在每个所述金属空气 FCB子系统中可用于放电操作的金属燃料的量，从而按时间平均，每个所述 金属空气FCB子系统基本上具有相同量的金属燃料可用于放电和产生提供 给所述电力母线结构的电功率。
167．一种小型结构的金属空气FCB功率产生模块，用于向具有电池存 储隔间的主机系统提供电功率，所述金属空气FCB功率产生模块包括：
小型结构的模块壳体；
放电头，封装在所述模块壳体中内，并且一金属燃料卡可滑入所述放电 头中进行发电；和
其中，所述模块壳体具有一对电端子，用于当所述模块壳体被装载到所 述电池存储隔间中时与一主机系统的功率端接触。
168．一种金属空气FCB功率产生模块，包括：
小型结构的壳体；
多部件阴极结构，可插入形成在所述壳体中的槽中，并具有多个端接在 第一电连接器中的多个电流汇集导体；
透气孔口，形成在至少一个表面中，用于使周围空气被动地流经设置在 所述多部件阴极结构中的多个阴极部件；
多部件阳极接触结构，与所述壳体集成地形成，并包括多个电触点，它 们和与第二电连接器关联的导体进行电连接；
一个或多个印刷电路(PC)板，安装在所述壳体内，用于承载用于实现所 述金属空气FCB模块中的各功能的电路，并支承建立与所述第一和第二电 连接器的电接触的电连接器，所述第一和第二电连接器与所述多部件阴极结 构和多部件阳极接触结构关联；
金属燃料卡，用于在一薄的支承结构上承载多个金属燃料部件，并当所 述金属燃料卡滑入形成在所述阳极接触结构和所述多部件阴极结构之间的槽 中时，使与所述阳极接触结构关联的所述多个电触点分别与所述多个金属燃 料部件接合；和
一对输出功率端，经所述壳体延伸，并与所述一个或多个PC板上的所 述电路进行电连接，用于以所选输出电压向一外部负载提供电功率。
169．如权利要求168所述的金属空气FCB功率产生模块，其中，所述 多部件阴极结构可拆卸地插入所述壳体中，并在放电操作中可按其连续使用 的要求来替换。
170．如权利要求168所述的金属空气FCB功率产生模块，还包括用于 产生不同输出电压范围的电功率的装置。
171．如权利要求170所述的金属空气FCB功率产生模块，其中，当将 所述多部件金属燃料卡插入所述金属空气FCB模块中时，所述一个或多个PC 板基本上与所述多部件阴极结构和所述多部件金属燃料卡垂直。
172．一种产生电功率的系统，包括：
金属空气FCB模块，用于利用可插入所述金属空气FCB模块中的至少 一个金属燃料卡来产生电功率，所述金属空气FCB模块包括至少一个阴极 结构和至少一个阳极接触结构，在金属燃料装载操作期间，使其每个所述金 属燃料插入其间；和
多个金属燃料卡，当需要从所述金属空气FCB模块产生电功率时，可将 每个所述金属燃料卡插入所述金属空气FCB模块中。
173．如权利要求172所述的系统，还包括卡存储／保持装置，用于保持 和存储未被不使用的所述多个金属燃料卡，用于在所述金属空气FCB模块 中产生电功率。
174．如权利要求172所述的系统，还包括替代阴极结构，用于当所述阴 极结构产生预定量的电能而已消耗时，安装所述金属空气FCB模块中。
175．如权利要求172所述的系统，其中，所述卡存储／保持装置是具有 多个槽的盒状结构，用于存储所述多个金属燃料卡。
176．如权利要求172所述的系统，其中，所述卡存储/保持装置是具有 多个袋子的折叠钱包，用于存储所述多个金属燃料卡。
177．如权利要求172所述的系统，其中，当在所述金属空气FCB模块 中使用之前，每个所述金属燃料卡被包装在不透气材料中。
178．如权利要求172所述的系统，其中，所述金属燃料卡装载操作包括 经形成在所述金属空气FCB模块中的一槽口来插入所述金属空气FCB模 块。
179．如权利要求172所述的系统，其中，由所述阴极结构或由所述金属 燃料卡提供离子导电介质。
180．如权利要求179所述的系统，其中，所述金属空气FCB模块具有 传统电池装置的形状因数，从而对应于所述形成因素可用于电池室中。
181．如权利要求168所述的金属空气FCB功率产生模块，其中，所述 多部件阴极结构包括用于在放电操作期间在所述阴极部件和所述金属燃料部 件之间散布由水或电解质制成的溶液的装置。
182．一种产生电功率的方法，包括下列步骤：
(a)将下述模块和金属燃料卡包装和分布在一起：
(ⅰ)金属空气FCB模块，用于利用可插入所述金属空气FCB模块中 的至少一个金属燃料卡产生电功率，所述金属空气FCB模块包括至少一个 阴极结构和至少一个阳极接触结构，在金属燃料装载操作期间，使其每个所 述金属燃料插入其间，和
(ⅱ)多个金属燃料卡，当需要从所述金属空气FCB模块产生电功率 时，可将每个所述金属燃料卡插入所述金属空气FCB模块中。
(b)将至少一个所述金属燃料卡插入所述金属空气FCB模块中，以启动 所述金属空气FCB系统产生电功率，以提供给具有电池存储隔间的电功率 消耗装置；
(c)将所述金属空气FCB模块插入所述电功率消耗装置的电池存储隔间 中；
(d)提供给所述电功率消耗装置提供电功率，使所述金属空气FCB模块 中的所述金属燃料卡放电；
(e)从所述金属空气FCB模块取出所述放电的金属燃料卡；
(f)从所述多个金属燃料卡选择一个所述金属燃料卡，并将所述选择的金 属燃料卡插入所述金属空气FCB模块中；
(g)通过再给所述电功率消耗装置提供电功率，开始对所述金属空气FCB 模块中的所述金属燃料卡放电；和
(h)按照所需次数重复步骤(e)至(f)，以将电功率从所述金属空气FCB模 块连续地提供给所述电功率消耗装置。
183．如权利要求182所述的方法，其中，在步骤(d)之后，所述方法还 包括(d)(1)，用于从所述电池存储隔间取出所述金属空气FCB模块，并且在 步骤(f)之后，还包括(f)(1)，用于将所述金属空气FCB模块安装所述电池存 储隔间。
184．一种金属空气FCB功率产生模块，包括：
小型结构的壳体；
第一多部件阴极结构，可插入形成在所述壳体中的第一槽中，并具有多 个端接在第一电连接器中的多个电流汇集导体；
第二多部件阴极结构，可插入形成在所述壳体中的第二槽中，并具有多 个端接在第二电连接器中的多个电流汇集导体，当被插入所述壳体中时，所 述第一和第二多部件阴极结构基本上彼此平行；
透气孔口，形成在至少一个表面中，用于使周围空气被动地流经设置在 所述第一多部件阴极结构中的第一多个阴极部件并流经设置在所述第二多部 件阴极结构中的第二多个阴极部件；
金属燃料卡，可插入形成与所述第一和第二多部件阴极结构之间的槽 中，并承载支承在支承结构的第一侧上的第一多个金属燃料部件，并建立与 端接在形成在所述支承结构上的第三连接器机构的第一多个导体的电接触， 还承载支承在所述支承结构的第二侧上的第二多个金属燃料部件，并建立与 端接在第三连接器机构的第二多个导体的电接触；
一个或多个印刷电路(PC)板，安装在所述壳体内，用于承载用于实现所 述金属空气FCB模块中的各功能的电路，并且当所述金属燃料卡插入所述 壳体内设置的槽中时，支承用于建立所述第一和第二电连接器与所述第三连 接器机构的电接触的电连接器，所述第一和第二电连接器与第一和第二多部 件阴极结构关联，所述第三连接器机构与所述金属燃料卡关联；
一对输出功率端，经所述壳体延伸，并与所述一个或多个PC板上的所 述电路进行电连接，用于以所选输出电压向一外部负载提供电功率。
185．如权利要求184所述的金属空气FCB功率产生模块，其中，当将 所述金属燃料卡插入所述金属空气FCB模块中时，所述一个或多个PC板基 本上与所述第一和第二多部件阴极结构及所述金属燃料卡垂直。
186．如权利要求184所述的金属空气FCB功率产生模块，还包括用于 产生不同输出电压范围的电功率的装置。
187．如权利要求184所述的金属空气FCB功率产生模块，其中，还包 括一开关，定位于所述壳体的外部，用于从所述不同范围的输出电压中选择 所述输出电压。
188．一种金属空气FCB功率产生模块，包括：
多个金属空气FCB子模块，其每个能够产生用于提供给一对输出功率端 的电功率；和
其中每个所述金属空气子模块包括按照需要可拆卸地插入所述子模块以 用于替换的金属燃料卡。
189．如权利要求184所述的金属空气FCB功率产生模块，还包括利用 外部电源来对每个所述金属空气FCB子模块再充电的装置。
190．如权利要求188所述的金属空气FCB功率产生模块，其中，可以 以输出电压范围中的任何一个电压值来提供所述电输出。
191．一种多部件阴极结构，可插入在FCB功率产生模块的壳体中形成 的槽中，包括：
多个阴极部件，支承在支承结构上；和
多个电流汇集导体，其与所述阴极部件电接触，并端接于附着到所述支 承结构的第一电连接器中。
192．一种在FCB功率产生模块中使用的金属燃料卡，所述FCB功率产 生模块包含阳极接触结构和多部件阴极结构，并具有在所述阳极接触结构和 所述多部件阴极结构之间形成的槽，所述金属燃料卡包括：
多个金属燃料部件，支承在薄的支承结构上；和
一装置，用于当将所述金属燃料卡滑入所述槽中时，启用在所述阳极接 触结构和所述多个金属燃料部件之间的电触点。
193．一种在FCB功率产生模块中使用的金属燃料卡，所述FCB功率产 生模块包含第一和第二多部件阴极结构，并具有在所述第一和第二多部件阴 极结构之间形成的槽，所述金属燃料卡包括：
第一多个金属燃料部件，支承在一支承结构的第一侧上；
第二多个金属燃料部件，支承在所述支承结构的第二侧上；
一装置，用于启用在所述第一多个金属燃料部件之间的第一多个电触 点，并且启用在所述第二多个金属燃料部件之间的第二多个电触点。
194．一种在FCB功率产生模块，包括：
一壳体；
第一和第二多部件阴极结构，设置在所述壳体中；
一槽，形成在第一和第二多部件阴极结构之间；和
一金属燃料卡，可插入所述槽中，并具有：
第一多个金属燃料部件，支承在一支承结构的第一侧上；
第二多个金属燃料部件，支承在所述支承结构的第二侧上；和 一装置，与所述支承结构集成，用于启用所述第一多个金属燃料部件之 间的第一多个电触点，并且启用所述第二多个金属燃料部件之间的第二多个 电触点。
技术领域
本发明涉及用于优化地对金属空气燃料电池组(FCB)系统放电的改进的 方法和系统，并涉及用于以快速有效的方式优化地对金属空气燃料电池组系 统再充电的改进的方法和系统。
现有技术描述
在同时待审的序列号为No．08／944，507号美国专利申请中，申请人公开 了几种新型金属空气燃料电池组(FCB)系统。在产生电能期间，当存在离子 导电的介质如注入电解质的凝胶体时，金属燃料带在一固定阴极结构上传 送。根据已知的电化学原理，由于从该系统产生电电能，因此，所传送的金 属燃料带被氧化。
与现有技术的电化学放电装置相比，在序列号为No．08／944，507号美国 专利申请中所公开的那种类型的金属空气FCB系统具有很多优点。例如， 一个优点是，在特定电负载状态所需的输出电压值范围内产生电功率。另一 个优点是，在进行放电操作期间进行的电池组再充电周期，可对氧化的金属 空气带进行重复复原(即，再充电)。
在美国专利No．5，250．370中，申请人公开了一种用于对在现有技术的金 属空气FCB系统中使用的氧化的金属燃料带进行再充电的改进的系统和方 法。通过将一再充电头集成在金属空气FCB放电系统中，这种技术上的改 进理论上能够更快地对金属燃料带进行再充电，以便在FCB放电操作中重 复使用。但是，实际上有许多预期应用，即，在放电和再充电模式操作期间， 由于通常需要特定机构来通过该系统传送金属燃料带，因此可能不希望利用 带形式的金属燃料。
因此，本领域内非常需要一种能够克服现有技术中的局限的、用于对金 属燃料放电和再充电的改进的方法和设备。
本发明公开
因此，本发明的一个主要目的是提供一种能够避免现有技术中的缺点 的、用于对金属空气燃料电池组(FCB)进行放电和再充电的改进的方法和设 备。
本发明的另一目的是提供一种用于对一组金属燃料卡或片放电的系统。
本发明的又一目的是提供这样一种系统，其中，从盘盒类盒式装置等提 供金属燃料卡或片。
本发明的又一目的是提供这样一种系统，其中，将每个金属燃料卡或片 自动地从盘盒装载到该系统的放电间。
本发明的又一目的是提供一种用于对已在放电操作模式期间氧化的金属 燃料卡或片进行再充电的系统。
本发明的又一目的是提供这样一种系统，其中，将每个氧化的金属燃料 卡或片手动地装载到系统的放电间，并且，在再充电(即，减小)结束之后， 以半自动方式从该放电间排出该卡。
本发明的又一目的是提供这样一种系统，其中，将每个氧化的金属燃料 卡或片自动地装载到系统的放电间，并且，在再充电(即，减小)结束之后， 自动地方式从该放电间排出该卡，而将另一个氧化的金属燃料卡自动装载到 其中以进行再充电。
本发明的又一目的是提供这样一种系统，其中，将多个氧化的金属燃料 卡或片自动地传送到该系统，以进行高速放电。
本发明的又一目的是提供这样一种改进的方法和设备，用于通过以能够 在再充电周期优化地对金属空气燃料电池组再充电的方式，通过使该金属空 气燃料电池组放电，以电化学方式在电负载上产生电功率。
本发明的又一目的是提供一种金属空气FCB系统，其中，可将多个金属 燃料卡装载到金属燃料卡放电间中，并且同时可在金属燃料卡放电子系统中 放电，以便在连接到其上的电负载上产生和提供电功率。
本发明的又一目的是提供这样一种金属空气FCB系统，其中，可将多个 金属燃料卡装载到金属燃料卡再充电间中，并且同时再充电，以便将沿金属 燃料卡的金属氧化物转换成其原金属燃料，以在放电操作中重复使用。
本发明的又一目的是提供这样一种金属空气FCB系统，其中，金属燃料 卡放电和再充电子系统两者可同时操作，并受与合成的系统、如电功率管理 系统相关的系统控制器的管理。
本发明的又一目的是提供这样金属空气FCB系统，其被设计成使从盒式 存储装置提供的一组金属燃料卡或片进行放电。
本发明的又一目的是提供这样一种系统，其中，将每个(再)充电的金属 燃料卡或片自动地从盒式存储装置传送到该系统的放电间。
本发明的又一目的是提供这样一种系统，其被设计成用于存储多个(再) 充电的金属燃料卡或片，以便从其自动地传送到系统的放电间，并且存储多 个放电的金属燃料卡或片，以便从该放电间自动地传送回盒式存储装置。
本发明的又一目的是提供这样一种系统，其中，每个氧化的金属燃料卡 或片自动地从盒式存储装置传送到系统的再充电间，并且在再充电(即，还 原)之后，再充电的金属燃料卡自动地传送回盒式存储装置，而将另一个氧 化的金属燃料卡自动地从盒式存储装置传送到再充电间进行再充电。
本发明的又一目的是提供这样一种系统，其中，将多个氧化的金属燃料 卡或片自动地传送到系统，以便进行高功率放电操作。
本发明的又一目的是提供一种金属空气FCB系统，其中，可将多个金属 燃料卡装载到系统的金属燃料卡放电间，同时在其中放电，以便给电负载提 供电功率。
本发明的又一目的是提供这样一种系统，其中，可将多个金属燃料卡装 载到系统的再充电间，同时在其中再充电，以便将沿金属燃料卡的金属氧化 物转换成其原金属燃料，以便在后续的放电操作中重复使用。
本发明的又一目的是提供这样一种系统，其中，设置金属燃料卡放电和 再充电子系统两者，使之在与合成系统、如电功率管理系统相关的系统控制 器的管理下同时操作。
本发明的又一目的是提供一种金属空气燃料电池组系统，它包括金属燃 料放电子系统，其中，自动地检测、记录和处理放电参数，如阴极-阳极电 压和电流值、放电阴极中氧分压、阴极-电解质表面的相对湿度，以便产生 在实时控制放电参数时所使用的控制数据信号，从而可以以节约时间和节能 有效的方式对金属燃料材料进行放电。
本发明的又一目的是提供一种金属空气燃料电池组系统，它包括金属燃 料再充电子系统，其中，自动地检测、记录和处理再充电参数，如阴极-阳 极电压和电流值、再充电阴极中氧分压、阴极-电解质表面的相对湿度，以 便产生在实时控制再充电参数时所使用的控制数据信号，从而可以以节约时 间和节能有效的方式对放电的金属燃料材料进行再充电。
本发明的又一目的是提供一种金属空气燃料电池组系统，它包括受系统 控制器管理的金属燃料放电子系统和金属燃料再充电子系统，其中，在放电 操作模式期间，自动地检测、记录放电参数，如阴极-阳极电压和电流值、 放电阴极中氧分压、阴极-电解质表面的相对湿度，并且自动地读取和处理， 以便产生在再充电操作模式期间控制再充电参数时所使用的控制数据信号， 从而可以以节约时间和节能有效的方式对放电的金属燃料材料进行再充电。
本发明的又一目的是提供这样一种系统，其中，在再充电操作模式期间， 自动地检测(如传感)和记录再充电参数，如阴极-阳极电压和电流值、再充电 阴极中氧分压、阴极-电解质表面的相对湿度，并且自动地读取和处理，以 便产生在放电操作模式期间控制放电参数时所使用的控制数据信号，从而可 以以节约时间和节能有效的方式对金属燃料材料进行再充电。
本发明的又一目的是提供这样一种系统，其中，利用光或磁装置给金属 燃料材料的每个区域或子区标记一数字代码，使之能够在放电操作模式期间 记录与放电有关的数据，以便将来在执行包括快速、有效的再充电操作的各 种管理操作时访问和使用。
本发明的又一目的是提供这样一种系统，其中，在再充电操作期间，从 存储器读取所记录的负载状态信息，并用设定在系统的再充电头保持的电流 和电压值。
本发明的又一目的是提供这样一种系统和方法，其中，在放电时记录放 电状态，并用其来在再充电操作期间优化地对放电的金属燃料材料进行再充 电。
本发明的又一目的是提供这样一种系统，其中，在放电期间，利用系统 中设置的微型光阅读器，来对沿金属燃料材料的每个区域的条形码等图形标 志进行光学检测。
本发明的又一目的是提供这样一种系统，其中，在再充电期间，利用系 统中设置的微型光阅读器，来对沿放电的金属燃料材料的每个区域的条形码 数据进行光学检测。
本发明的又一目的是提供这样一种系统，其中，系统控制器将有关沿金 属燃料材料的每个区域(即，片)的瞬间负载状态的信息记录在存储器中。
本发明的又一目的是提供这样一种系统，其中，利用光或磁装置，给沿 金属燃料卡道(track)长度的金属燃料的每个区域或子区标记一数字代码，使 之能够在放电操作模式期间记录与放电有关的数据，以便将来在执行包括快 速、有效的再充电操作的各种管理操作时访问和使用。
本发明的又一目的是提供这样一种系统，其中，系统控制器将有关沿金 属燃料材料的每个区域(即，片)的瞬间负载状态的信息记录在存储器中。
本发明的又一目的是提供这样一种系统，其具有放电头组件，每个放电 头包括导电阴极机构、离子导电介质和阳极接触机构。
本发明的又一目的是提供这样一种系统，其具有再充电头组件，每个放 电头包括导电阴极机构、离子导电介质和阳极接触机构。
本发明的又一目的是提供一种结构紧凑的金属空气FCB功率产生模块， 用于给具有电池组存储隔间的主机系统提供电功率。
本发明的又一目的是提供这样一种功率产生模块，包括结构紧凑的模块 壳体，封装在该模块壳体中并且一金属燃料卡能够滑入其中以进行放电的放 电头，其中，该模块壳体具有一对电端子，用于当将该模块壳体装载到主机 系统的电池组存储隔间中时接触主机系统的功率端。
本发明的又一目的是提供这样一种FCB功率产生模块，其中，主机系统 可以是需要电功率来执行其操作的任何设备、电子装置、系统或仪器。
本发明的又一目的是提供一种金属空气FCB功率产生模块，适于插入需 要DC电功率来执行其操作的传统家电装置、电池供电的玩具、电子仪器、 或任何其他电池供电的装置的电池组存储隔间。
本发明的又一目的是提供这样一种FCB功率产生模块，它具有实际的任 何传统电池电源的形状因数，(例如2个AA电池、4个AAAA电池、1个9 伏电池、2个C电池等)。
本发明的又一目的是提供一种存储罩，用于在商店在销售期间显示存放 的多个金属燃料卡(及可能的替换阴极盒)，并用于在衬衣口袋、公文包、钱 包或其他便携装置中，以便在以后当需要额外的金属燃料来从FCB功率产 生模块连续产生电功率时使用。
本发明的又一目的是提供这样一种FCB功率产生模块，其中，在具有传 统电池类型的形成系数的超小型模块壳体中的一对阴极结构之间设置双面金 属燃料卡。
本发明的又一目的是提供一种在多种系统和装置中使用的可再充电金属 空气FCB功率产生模块。
本发明的又一目的是提供这样一种FCB功率产生模块，其中，在模块壳 体中配置多个阴极／阳极结构，该模块壳体具有铰接或可滑动地连接的盖子， 以使空气能够通过该阴极结构。
本发明的又一目的是提供这样一种FCB功率产生模块，其中，输出功率 的电压可由用户通过位于该模块壳体外部的一开关来进行选择。
本发明的又一目的是提供这样一种改进的方法和系统，用于从金属空气 FCB系统产生电功率，从而可满意地满足连接到其上的电负载的峰值功率要 求，同时还克服现有技术的缺点和局限。
本发明的又一目的是提供一种基于金属空气FCB技术的电功率产生系 统，它能够用作可安装在需要满足电负载(如动力装置、电动机、设备、机 器、工具等)的峰值功率需求而与电功率产生系统中剩余的未消耗的金属燃 料总量无关的实际的任何系统、装置和环境中的产生电能站。
本发明的又一目的是提供这样一种系统，其中，金属空气FCB系统的网 络被连接到输出电力母线结构，并受与基于网络的金属燃料管理(数据库)子 系统相关的网络控制子系统的控制。
本发明的又一目的是提供这样一种系统，用于安装在运输工具等车辆 上，并且给所用多个电动机供电，以在长距离内推动车辆而无需再充电。
本发明的又一目的是提供这样一种系统，其中，通过使所选金属空气子 系统给系统的输出电力母线结构供电，来控制由其产生的电功率输出。
本发明的又一目的是提供这样一种系统，其中，对每个FCB子系统内的 金属燃料进行管理，从而使每个这种FCB子系统具有基本上相同数量的可 用于在任何时刻产生功率的金属燃料。
本发明的又一目的是提供这样一种系统，其中，根据金属燃料均衡原理 来管理金属空气FCB子系统的网络中的金属燃料，从而，平均而言，在每 个FCB子系统中，可用于在任何时刻放电的可用金属燃料量基本相同。
本发明的又一目的是提供一种电功率产生系统，它被用作可安装在需要 满足电负载(如电动机、设备、机器、工具等)的峰值功率需求而与电功率产 生系统中剩余的未消耗的金属燃料总量无关的实际的任何系统、装置和环境 中的产生电能站。
本发明的又一目的是提供这样一种系统，其中，当诸如运输车辆的主机 系统沿平地或下坡运动时，启动可称之为动力缸(power cylinder)的仅一个或 几个金属空气FCB子系统使之运行，而当该主机系统试图超过另一车辆或 沿上坡运动时，启动多个或全部动力缸使之运行。
本发明的又一目的是提供这样一种系统，其中，对金属空气FCB子系统 的网络中的金属燃料进行管理，从而在金属空气燃料单元子系统中产生有关 任何金属空气FCB子系统内剩余的未消耗(或未有效消耗)金属燃料量的信 息，并将其提供给基于网络的金属燃料管理数据库，该数据库被网络控制子 系统用来将未消耗的金属燃料传送到这些子系统的放电头组件，同时，根据 金属燃料均衡原理来管理金属燃料消耗。
本发明的又一目的是提供这样一种系统，其中，可始终满足主机系统的 峰值功率需求，而不管在金属空气FCB子系统网络内剩余的金属燃料总量 如何。
本发明的又一目的是提供这样一种系统，其中，该系统可利用在金属燃 料FCB子系统的网络内所包含的所有金属燃料，来产生其数量足以满足主 机系统峰值功率需求的电功率。
本发明的又一目的是提供这样一种系统，其中，每个金属空气FCB子系 统内所包含的金属燃料以一组金属燃料卡的形式实现，该组金属燃料卡可经 其放电头组件来传送。
本发明的又一目的是提供这样一种系统，其中，要放电的金属燃料卡包 括多个金属燃料道，在从金属空气FCB子系统产生不同的输出电压时使用。
本发明的这些和其他目的将在后面变得清楚。
附图简述
为了更完整地理解本发明的各个目的，应参照附图来阅读对本发明的示 意性实施例的如下详细描述，附图中：
图1是表示本发明金属空气FCB系统的第一示意性实施例的示意图，其 中，将第一多个再充电的金属燃料卡(或片)半手动地装载到其金属燃料卡放 电子系统的放电间，而将第二多个多个放电的金属燃料卡(或片)半手动地装 载到其金属燃料卡再充电子系统的再充电间；
图2A1是图1的金属空气FCB系统的一般性示意图，其中，金属燃料 卡表示为要插入金属燃料卡放电子系统的放电间中，而不插入金属燃料卡再 充电子系统的再充电间中；
图2A2是图1的金属空气FCB系统的一般性示意图，其中，图1的金 属燃料卡表示为装载到入金属燃料卡放电子系统的放电间中；
图2A3是图2A1和2A2的金属燃料卡放电子系统的一般性示意图，其 中更详细示出其子部件，其所有金属燃料卡从其放电头组件抽出；
图2A4是图2A1和2A2的金属燃料卡放电子系统的示意图，其中更详 细示出其子部件，其金属燃料卡插入其每个放电头的阴极和阳极接触结构之 间；
图2A5是表示当使用图2A3至2A4中所示的金属燃料卡放电子系统时 在金属燃料卡的放电期间(即由其产生电功率)所涉及的基本步骤的高级流程 图；
图2A6是图2A3和2A4中所示金属燃料卡放电子系统的每个放电头中 利用的阴极支承结构的透视图，并且包括5个平行的通道，在其中在其组装 状态中牢固地支承导电阴极条和离子导电的注入电解质的条；
图2A7是安装在图2A6所示的阴极支承结构的支承通道中的阴极和注 入记电解质的状态以及氧分压(pO2)传感器的分解透视图；
图2A8是本发明第一示例性实施例的阴极结构的透视图，表现为其完全 组装状态，并且适用于图2A3和2A4中所示的放电头；
图2A9是在图1、2A3和2A4中所示金属燃料卡放电子系统中使用的未 氧化的金属燃料卡一部分的透视图，表示：(ⅰ)其平行的金属燃料条可定位在 图2A8中部分示出的放电头的阴极结构中的阴极条中，和(ⅱ)图形编码的数 据道(track)包含标识金属燃料卡的代码符号，并且在放电操作期间，实施(ⅰ) 从数据存储器读取(或访问)再充电参数和／或金属燃料指示数据，它们与在先 前的再充电和／或放电操作期间预先记录的金属燃料标识数据相关，和(ⅱ)在 数据存储器中记录检测到的放电参数和计算出的金属氧化物指示数据，它们 与在放电操作期间读取的金属燃料区标识数据相关；
图2A9’是在图1、2A3和2A4中所示金属燃料卡放电子系统中使用的 未氧化的金属燃料卡一部分的透视图，表示：(ⅰ)其平行的金属燃料条可空间 定位在图2A8中部分示出的放电头的阴极结构中的阴极条中，和(ⅱ)磁编码 的数据道包含标识金属燃料卡的数字代码符号，并且在放电操作期间，实施 (ⅰ)从数据存储器读取(或访问)预先记录的再充电参数和／或金属燃料指示数 据，它们与在放电操作期间由该子系统读取的金属燃料标识数据相关，和(ⅱ) 在数据存储器中记录读取检测到的放电参数，该参数与在放电操作期间读取 的金属燃料区标识数据相关；
图2A9’’是在图1、2A3和2A4中所示金属燃料卡放电子系统中使用 的未氧化的金属燃料卡一部分的透视图，表示：(ⅰ)平行的金属燃料条可空间 定位在图2A8中部分示出的放电头的阴极结构中的阴极条中，和(ⅱ)光学编 码的数据道包含标识金属燃料卡的透光孔口型代码符号，并且在放电操作期 间，实施(ⅰ)从数据存储器读取(或访问)再充电参数和／或金属燃料指示数据， 它们与在先前的再充电和／或放电操作期间预先记录的金属燃料标识数据相 关，和(ⅱ)在数据存储器中记录检测到的放电参数和计算出的金属氧化物指 示数据，它们与在放电操作期间读取的金属燃料区标识数据相关；
图2A10是在图2A3和2A4中所示金属燃料卡放电子系统中的放电头的 透视图，其中，在其放电模式期间，金属燃料卡传送通过图2A10中所示的 透气的阴极结构，并且，5个阴极接触部件建立与传送的金属燃料卡的金属 燃料条的电接触；
图2A11是沿图2A8中的剖面线2A11-A11所取的其金属燃料卡放电子 系统中放电头的剖面图，表示图2A9的金属燃料卡电接触的阴极结构；
图2A12是沿其剖面线5A12-5A12所取的图2A9中所示金属燃料卡的 剖面图；
图2A13是沿其剖面线2A13-2A13所取的图2A10中所示放电头的阴极 结构的剖面图；
图2A14是沿其剖面线2A14-2A14所取的图2A10中所示放电头的阴极 结构的剖面图；
图2A15是图1的金属燃料卡放电子系统中保持的信息结构的示意图， 包括：在放电模式操作期间用来记录放电参数和标识的(即寻址的)金属燃料 卡中每个金属燃料道的金属氧化物和金属燃料指示数据的一组信息字段；
图2B1是图1的金属空气FCB系统的一般性示意图，其中，金属燃料 卡表示为要插入其金属燃料卡再充电系统的再充电间中；
图2B2是图1的金属空气FCB系统的一般性示意图，其中，图1的金 属燃料卡表示为装载到入金属燃料卡再充电子系统的再充电间中；
图2B3是图2B1和2B2的金属燃料卡再充电子系统的一般性示意图， 其中更详细示出其子部件，其所有金属燃料卡从其再充电头组件抽出；
图2B4是图2B3中所示金属燃料卡再充电子系统的示意图，其中金属燃 料卡表示为插入再充电头的阴极和阳极接触结构之间；
图2B5是表示当使用图2B3至2B4中所示的金属燃料卡再充电子系统 时在氧化的金属燃料卡的再充电期间所涉及的基本步骤的高级流程图；
图2B6是图2B3和2B4中所示金属燃料卡再充电子系统的每个再充电 头中利用的阴极支承结构的透视图，表示牢固地支承包括导电阴极条和离子 导电的注入电解质的条中的5个平行的通道；
图2B7是安装在图2B8所示的阴极支承结构的支承通道中的阴极和注入 电解质的条以及氧分压(pO2)传感器的分解剖面透视图；
图2B8是本发明第一示例性实施例的阴极结构和与其相关的抽氧腔的透 视图，表现为其完全组装状态，并且适用于图2B3和2B4中所示的再充电 头；
图2B9是在图1、2B3和2B4中所示金属燃料卡再充电子系统中使用的 氧化的金属燃料卡一部分的透视图，表示：(ⅰ)其平行的金属燃料条可利用在 图2B8中部分示出的再充电头的阴极结构中的阴极条空间定位，和(ⅱ)图形 编码的数据道包含标识沿它的金属燃料卡区的代码符号，并且在再充电操作 期间，实施(ⅰ)从数据存储器读取(或访问)放电参数和／或金属氧化物指示数 据，它们与在先前的放电和／或再充电操作期间预先记录的金属燃料标识数 据相关，和(ⅱ)在数据存储器中记录检测到的再充电参数和计算出的金属燃 料指示数据，它们与在再充电操作期间读取的金属燃料区标识数据相关；
图2B9’是在图1、2B3和2B4中所示金属燃料卡再充电子系统中使用 的氧化的金属燃料卡一部分的透视图，表示：(ⅰ)其平行的金属燃料条可利用 在图2B8中部分示出的放电头的阴极结构中的阴极条空间定位，和(ⅱ)磁编 码的数据道包含标识沿它的每个金属燃料区的数字数据，并且在放电操作期 间，实施(ⅰ)从数据存储器读取(或访问)放电参数和／或金属氧化物指示数据， 它们与在先前的放电操作和／或再充电操作期间预先记录的金属燃料标识数 据相关，和(ⅱ)在数据存储器中记录读取检测到的放电参数和计算出的金属 燃料指示数据，它们与在再充电操作期间读取的金属燃料区标识数据相关；
图2B9’’是在图1、2A3和2A4中所示金属燃料卡再充电子系统中使 用的氧化的金属燃料卡一部分的透视图，表示：(ⅰ)平行的金属燃料条可利用 在图2A8中部分示出的放电头的阴极结构中的阴极条空间定位，和(ⅱ)光学 编码的数据道包含标识每个金属燃料卡的透光孔口型代码符号，并且在放电 操作期间，实施(ⅰ)从数据存储器读取(或访问)放电参数和／或金属氧化物指示 数据，它们与在先前的放电和／或再充电操作期间预先记录的金属燃料标识 数据相关，和(ⅱ)在数据存储器中记录检测到的再充电参数和计算出的金属 燃料指示数据，它们与在再充电操作期间读取的金属燃料区标识数据相关；
图2B10是在图2B3和2B4中所示金属燃料卡再充电子系统中的再充电 头的透视图，其中，在其再充电模式期间，金属燃料卡传送通过图2B10中 所示的透气的阴极结构，并且，5个阳极接触部件建立与传送的金属燃料卡 的金属燃料条的电接触；
图2B11是沿图2B8中剖面线的2B11-2B11所取的其金属燃料卡再充 电子系统中每个再充电头的剖面图，表示与图2B9的金属燃料卡电接触的阴 极结构；
图2B12是沿其剖面线2B12-2B12所取的图2B9中所示金属燃料卡的 剖面图；
图2B13是沿其剖面线2B13-2B13所取的图2B10中所示再充电头的阴 极结构的剖面图；
图2B14是沿其剖面线2B14-2B14所取的图2B10中所示再充电头的阴 极结构的剖面图；
图2B15是图1的金属燃料卡再充电子系统中保持的信息结构的示意图， 包括：在再充电模式操作期间用来记录再充电参数和标识的(即寻址的)金属 燃料卡中每个金属燃料道的金属氧化物和金属燃料指示数据的一组信息字 段；
图2B16是图1的FCB系统的示意图，表示在再充电模式期间能够进行 下述操作的多个子系统：(a)(ⅰ)从所装载的金属燃料卡读取金属燃料卡标识数 据，(a)(ⅱ)在存储器中记录所检测到的再充电参数和所提取出的计算出的金 属燃料标识数据，和(a)(ⅲ)从存储器读取(访问)在先前的放电和／或再充电期 间记录的放电参数和计算出的金属氧化物和金属燃料标识数据，其中在该先 前的放电和／或再充电期间，已处理了标识的金属燃料卡，以及，在放电模 式操作期间，(b)(ⅰ)从所装载的金属燃料卡读取金属燃料卡标识数据，(b)(ⅱ) 在存储器中记录检测到的放电参数和所计算出的金属氧化物标识数据，和 (b)(ⅲ)从存储器读取(访问)在先前的放电和／或再充电操作期间记录的再充电 参数和计算出的金属氧化物和金属燃料标识数据，在该先前的放电和／或再 充电期间，已处理了标识的金属燃料卡；
图3是本发明金属空气FCB系统的第二示例性实施例的透视图，其中， 第一多个再充电的金属燃料卡自动地从其再充电金属燃料卡存储箱传送到其 金属燃料卡放电子系统的放电间，而将第二多个氧化的金属燃料卡自动地从 放电的金属燃料卡存储箱传送到其金属燃料卡再充电子系统的再充电间以及 在产生电功率期间使用；
图4A1是图3的金属空气FCB系统的一般性示意图，其中，再充电的 金属燃料卡表示为自动地从再充电的金属燃料卡存储箱中的再充电的该叠金 属燃料卡底部传送到金属燃料卡放电子系统的放电间中；
图4A2是图3的金属空气FCB系统的一般性示意图，其中，放电的金 属燃料卡被表示为自动地从金属燃料卡放电子系统的放电间传送到放电的金 属燃料卡存储箱中放电的该叠金属燃料卡顶部；
图4A3是图4A1和4A2的金属燃料卡放电子系统的一般性示意图，其 中更详细示出其子部件，将多个再充电的金属燃料卡配置为准备插入其放电 头的阴极和阳极接触结构之间；
图4A4是图4A3的金属燃料卡放电子系统的示意图，其中多个再充电 的金属燃料卡插入其放电头的阴极和阳极接触结构之间；
图4A51和4A52一同表示当使用图4A3至4A4中所示的金属燃料卡放 电子系统在金属燃料卡的放电期间(即，由此产生电功率)所涉及的基本步骤 的高级流程图；
图4A6是图4A3和4A4中所示金属燃料卡放电子系统的每个放电头中 利用的阴极支承结构的透视图，并且设置4阳极部件接受凹槽，用于在其中 接受阴极结构和注入电解质的垫；
图4A7是适用于图4A6所示的阴极支承结构的氧气注入腔的示意图；
图4A8A是可插入图4A6所示阴极支承板的阴极接受凹槽下部中的阴极 结构的示意图；
图4A8B是用于插入在图4A6所示阴极支承板的阴极接受凹槽上部中的 阴极结构上的电解质注入垫的示意图；
图4A9是被设计成在图3所示金属燃料卡放电子系统中放电的未氧化的 金属燃料卡的透视图，它包括4个空间隔离的凹槽，其每个支承一金属燃料 条，并且当装载在放电头中时，通过在该凹槽底面形成的孔口与阳极接触电 极电接触；
图4A10是沿图4A9中的剖面线4A10-4A11所取的图4A9的金属燃料 支承结构的剖面图；
图4A11是在由图3的金属燃料卡放电子系统执行的放电操作期间支承 多个电极的电极支承板的透视图，这些电极被设计成建立与图4A9的金属 燃料支承板内支承的阴极金属燃料条的电接触；
图4A12是图3的金属燃料卡放电子系统中放电头的分解透视图，表示 处于被分解并定位的关系的其阴极支承结构、氧气注入腔、金属燃料支承结 构和阳极电极接触板；
图4A13是图3的金属燃料卡放电子系统中保持的信息结构的示意图， 包括在放电操作期间用来记录放电参数和标识的(即寻址的)金属燃料卡中每 个金属燃料区域的金属氧化物和金属燃料指示数据的一组信息字段；
图4B1是图3的金属空气FCB系统的一般性示意图，其中，多个氧化 的金属燃料卡表示为自动地从放电的金属燃料卡存储箱中的放电的该叠金属 燃料卡底部传送到金属燃料卡再充电子系统的再充电间中；
图4B2是图3的金属空气FCB系统的一般性示意图，其中，再充电的 金属燃料卡被表示为自动地从金属燃料卡再充电子系统的再充电间传送到再 充电的金属燃料卡存储箱中再充电的该叠金属燃料卡顶部；
图4B3是图4B1和4B2的金属燃料卡再充电子系统的一般性示意图， 其中更详细示出其子部件，将多个放电的金属燃料卡准备插入其再充电头的 阴极和阳极接触结构之间；
图4B4是图4B3中所示的金属燃料卡再充电子系统的示意图，其中多个 放电的金属燃料卡插入其再充电头的阴极和阳极接触结构之间；
图4B51和4B52一同表示当使用图4B3至4B4中所示的金属燃料卡再 充电子系统时在金属燃料卡的再充电期间(即，将金属氧化物转换为其原金 属)所涉及的基本步骤的高级流程图；
图4B6是图4B3和4B4中所示金属燃料卡再充电子系统的每个再充电 头中利用的阴极支承结构的透视图，其中设置4阳极部件接受凹槽，用于在 其中接受阴极结构和注入电解质的垫；
图4B7是可插入图4B6所示阴极支承板的阴极接受凹槽下部中的阴极结 构的示意图；
图4B8A是可插入图4B6所示阴极支承板的阴极接受凹槽下部中的阴极 结构的示意图；
图4B8B是适用于图4B6所示阴极支承板的抽氧腔的示意图；
图4B9是被设计成在图3所示金属燃料卡再充电子系统中部分未氧化的 金属燃料卡的透视图，它包括4个空间隔离的凹槽，其每个支承一金属燃料 条，并且当装载在再充电头中时，通过在该凹槽底面形成的孔口与阳极接触 电极电接触；
图4B10是沿图4B9中的剖面线7B10-7B10所取的图4B9的金属燃料 支承结构的剖面图；
图4B11是在由图3的金属燃料卡再充电子系统执行的再充电操作期间 支承多个电极的金属燃料支承板的透视图，这些电极被设计成建立与图4B10 的金属燃料支承板内支承的阴极金属燃料条的电接触，
图4B12是图3的金属燃料卡再充电子系统中再充电头的分解透视图， 表示处于被分解并定位的关系的其阴极支承结构、金属燃料支承结构和阳极 电极接触板；
图4B13是图3的金属燃料卡再充电子系统中保持的信息结构的示意图， 包括在再充电操作期间用来记录再充电参数和标识的(即寻址的)金属燃料卡 中每个金属燃料道内的金属氧化物和金属燃料指示数据的一组信息字段；
图4B14是图3的FCB系统的示意图，表示在再充电模式期间能够进行 下述操作的多个子系统：(a)(ⅰ)从所装载的金属燃料卡读取金属燃料卡标识数 据，(a)(ⅱ)在存储器中记录所检测到的再充电参数和所提取出的计算出的金 属燃料标识数据，和(a)(ⅲ)从存储器读取(访问)在先前的放电和／或再充电期 间记录的放电参数和计算出的金属氧化物和金属燃料标识数据，其中在该先 前的放电和／或再充电期间，已处理了标识的金属燃料卡；
图5是本发明金属空气FCB系统的第三示例性实施例的示意图，其中， 金属燃料以包含在盘盒类盒式装置中包含的金属燃料卡(或片)形式提供，该 装置具有划分的内部空间，用于在相同的盘盒类盒式装置中形成的单独的存 储隔间存储(再)充电和放电的金属燃料卡；
图5A是图5的金属空气FCB相同的一般性示意图，其中，再充电的金 属燃料卡表示为自动地从再充电的金属燃料卡存储隔间中再充电的该叠金属 燃料卡底部传送到其金属燃料卡放电子系统的放电间，而放电的金属燃料卡 被自动地从金属燃料卡放电子系统的放电间传送到放电的金属燃料卡存储隔 间中放电的该叠金属燃料卡的顶部；
图6是本发明金属空气FCB系统的第四示例性实施例的示意图，其中， 金属燃料以包含在盘盒类盒式装置中包含的金属燃料卡(或片)形式提供，该 装置具有划分的内部空间，用于在相同的盘盒类盒式装置中形成的单独的存 储隔间存储(再)充电和放电的金属燃料卡；
图6A是图6的金属空气FCB相同的一般性示意图，其中，再充电的金 属燃料卡表示为自动地从再充电的金属燃料卡存储隔间中再充电的金属燃料 卡组底部传送到其金属燃料卡放电子系统的放电间，而放电的金属燃料卡被 自动地从金属燃料卡放电子系统的放电间传送到放电的金属燃料卡存储隔间 中放电的金属燃料卡组的顶部；
图7是手持蜂窝电话的透视图，该蜂窝电话在其电池存储隔间包含本发 明的金属空气FCB功率产生模块，同时在粘连附着到该手持蜂窝电话外部 的存储隔间内携带多个外部金属燃料卡；
图7A是图7的蜂窝电话的部分分解透视图，表示其电池存储隔间面板 被去除(即，打开)，在该蜂窝电话的电池存储隔间内插入金属空气FCB功率 产生模块(装载有金属燃料卡)，并且在粘连附着在该电池存储隔间盖面板的 外表面上的燃料卡存储隔间内插入几个外部金属燃料卡；
图8A是图7A的金属空气FCB功率产生模块的分解透视图，其中，上 壳体部分与下壳体部分分开，显露出，4部件阴极结构(即，子模块)可卸地 插入在下壳体部分中形成的凹槽中，相邻的一对印刷电路(PC)板利用柔性电 路连接，并且，4部件阳极接触结构集成地形成在上壳体部分内部，当上和 下壳体部分卡扣配合在一起时，形成第一凹槽来可滑动地接受图8B所示类 型的单个阴极结构，从而位于其边缘的导电部件与第一PC板上的各导电部 件接合，并且形成第二凹槽来可滑动地接受图8C所示类型的单面金属燃料 卡，从而位于其边缘的导电部件与第一PC板上的各导电部件接合；
图8B是适用于可滑动地插入在图7A和8A所示金属空气FCB功率产 生模块中形成的第一存储凹槽中的阴极结构(即，子模块)；
图8C是适用于可滑动地插入在图7A和8A所示金属空气FCB功率产 生模块中形成的第二存储凹槽中的4部件金属燃料卡；
图9是从图7的蜂窝电话中形成的其电池存储隔间移去的图7A的金属 空气FCB功率产生模块的透视图；
图9A是图7A的金属空气FCB功率产生模块的立面侧视图，表示其输 出功率端露出以与配对的功率接收端接触，被功率接收端位于主机装置(如 蜂窝电话、CD-ROM播放器等)的电池存储隔间内；
图10是本发明盘盒装阴极／金属燃料卡存储装置的第一实施例的透视 图，其实现形式为具有多个凹槽的盒式结构，这些凹槽用于可滑动地接受和 保持单个(替换的)阴极盒和在图7A的FCB功率产生模块中使用的多个(充电 的)金属燃料卡；
图11A是本发明阴极盒／金属燃料卡存储装置的第二实施例的透视图， 其实现形式在其打开的配置下为皮夹结构，并具有多个槽口，用于可滑动地 接受和保持单个(或替换的)阴极盒和在图7A的FCB功率产生模块中使用的 多个(充电的)金属燃料卡；
图11B是在其闭合／存储配置下的、图11A的阴极盒／金属燃料卡存储装 置的透视图；
图12是适用于接收从本发明的金属空气FCB功率产生模块产生的电功 率的膝上型计算机系统的透视图，该模块具有双面金属燃料卡，设置在本发 明一对可拆卸阴极子模块(即，盘盒)之间；
图12A是在其膝上型计算机系统电池存储隔间移去的、图12所示的金 属空气FCB功率产生模块的透视图；
图13是图12A的金属空气FCB功率产生模块的分解透视图，表示形成 在上和下壳体部分中的一对凹槽，用于可滑动地(或落入)接受可拆卸阴极子 模块(即，盘盒)，在阴极盒之间形成的凹槽用于在其中可滑动地接受双面金 属燃料卡，并且在下壳体部分中形成的一对凹槽用于接受所连接的一对PC 板，该PC板利用柔性电路方式连接，并利用电连接器方式与阴极盒和金属 燃料卡连接；
图13A安装在下壳体部分中且用于与阴极盒和双面金属燃料卡连接的第 一PC板的透视图；
图13B是图12A的FCB功率产生模块的立面端部侧视图，表示以密封 方式插入模块壳体中的阴极盒和双面金属燃料卡；
图13C是图12A的FCB功率产生模块的立面端部侧视图，表示适用于 与在图12中所示膝上型计算机等装置的电池存储隔间／室中的各输入功率端 电接触的输出功率端；
图13D是图12A的FCB功率产生模块的立面端部侧图，表示安装在其 中的第二PC板具有集成地形成的输出功率端，用于穿过在图10中所示下 壳体部分的侧壁形成的一对孔口；
图13E是本发明双面金属燃料卡的分解透视图，其中，阳极接触部件安 装在燃料部件接受凹槽内，并利用电连接器与形成在金属燃料卡边缘表面上 的电连接器电连接；
图13F是沿图13E中的剖面线13F-13F所取的图13的双面金属燃料卡 的剖面图，表示的是，第一组4个金属燃料部件安装在卡结构的第一侧，而 第二组4个金属燃料部件安装在卡结构的第二侧，其阳极接触结构(或机构) 设置在卡的每一侧，以便为FCB功率产生模块中的8个金属燃料部件／阴极 对提供电隔离的电流汇集路径；
图14是在处在闭合配置下的本发明另一实施例的可再充电金属空气FCB 功率产生模块的透视图，适用于通过模块壳体的外表面上的手动开关、或利 用设置在模块中的自动装载检测电路，以用户选择的电压值提供电输出功 率；
图14A是在其打开配置下的图14的可再充电金属空气FCB功率产生模 块的透视图，它具有以卡扣配合方式安装在模块下壳体部分中的5组放电／ 再充电头子组件，从而与子系统建立每个放电／再充电头子组件的多部件双 面燃料卡和多部件阴极盒之间的电连接，这些子系统在以卡扣配合方式安装 在下壳体部分中的单个母体PC板上实现，并当上壳体部分由于铰接朝模块 的下壳体部分关闭时牢靠地保持就位；
图15A是运输车辆的示意图，其中，设置本发明的电功率产生系统的目 的是为了给与车辆的车轮连接的电驱动的电动机产生和提供电功率，并且， 其中，设置辅助和混合电源来对其FCB子系统内的金属燃料再充电；
图15B是本发明的电功率产生系统的示意图，它被实现为具有辅助和混 合电源的固定产生电能站，用于对其FCB子系统内的金属燃料再充电；
图16A是第一示例性实施例的电功率产生系统的示意图，其中，金属空 气FCB子系统的网络连接到DC电力母线结构，并受网络控制子系统的控 制，该网络控制子系统可操作与基于网络的金属燃料管理子系统相关；
图16B是第二示例性实施例的电功率产生系统的示意图，其中，图15A 的输出DC电力母线结构经由DC至AC功率转换器连接到输出AC电力母 线，用于给电负载提供AC功率；
图16C是由图15A和15B中所示基于网络的金属燃料／金属氧化物管理 子系统保持的数据库结构的示意图；和
图17是表示另外的金属空气FCB子系统如何按随时间增大的电负载要 求的输出功率需求为函数在它们的放电模式被启动操作的曲线示意图。
实现本发明的最佳模式
下面将参照附图，以更为详细的技术细节，来描述实现本发明的最佳模 式，其中，相同部件用相同标号表示。
通常，很多根据本发明的基于可再充电金属空气FCB系统可分解为数个 子系统，包括：例如，金属燃料传送子系统；金属燃料放电子系统；和金属 燃料再充电子系统。金属燃料传送子系统的功能是以将卡、片等形式的金属 燃料材料传送到金属燃料放电子系统或金属燃料再充电子系统，这取决于所 选系统的模式。当传送到或通过金属燃料放电子系统时，金属燃料利用一个 或多个放电头放电(即，以电化学反应)，以便在连接到该子系统的电负载上 产生电功率，而在电化学反应期间在阴极-电解质界面处消耗H2O和O2。 当传送到或通过金属燃料再充电子系统时，利用一个或多个再充电头对放电 的金属燃料再充电，以便将氧化的金属燃料材料转换成适于在功率放电操作 中重新使用的其源金属材料，而在电化学反应期间，在阴极-电解质界面处 释放O2。作为这种放电和再充电操作基础的电化学描述于本申请人的序列 号为No．08／944，507的美国同时待审申请、5230370号美国专利中及本领域 内所熟知的其他应用科学出版物中。这些应用科学原理可简单概括如下。
当在金属空气FCB系统中的放电操作期间，利用诸如锌、铝或铍的金属 燃料作为一定程度上孔隙度(如50％)的导电阳极，它利用诸如电解质凝胶体、 KOH、NaOH或离子导电的聚合物的离子导电介质，与一定孔隙度的离子导 电的透氧气的阴极结构形成“离子接触(ionic-contact)”。当阴极和阳极结构 形成离子接触时，自动产生特征开路电池电压。该开路电池电压的值基于阳 极和阴极材料的电化学电势之差。当电负载跨接到如此构成的金属空气FCB 电池单元的阴极和阳极结构上时，给该电负载提供电功率，同时消耗外部环 境的氧气O2，并且金属燃料阳极材料氧化。在锌空气FCB系统或装置情况 下，其放电周期期间在锌阳极上形成氧化锌(ZnO)，而在阴极结构和电解质 介质的相邻表面之间的区域内(为方便起见，此后称作“阴极-电解质界面”) 消耗氧气。
在再充电操作期间，其金属燃料再充电子系统在金属空气FCB系统的阴 极结构和氧化的金属燃料阳极上提供外部电压源(例如，对于锌空气系统大 于2伏特)。与此同时，金属燃料再充电子系统控制在阴极和金属燃料阳极 结构之间流动的电流，以便反转在放电操作期间出现的电化学反应。在锌空 气FCB系统或装置的情况下，在放电周期期间形成在锌阳极结构上的氧化 锌(ZnO)被转换(还原)成锌，而在阴极-电解质界面处将氧气O2释放到外部 环境中。
下面将结合本发明各示例性实施例，来详细描述在金属空气FCB系统或 装置中优化地执行这种放电和再充电处理的具体方法和装置。
本发明金属空气FCB系统的第一示例性实施例
本发明金属空气FCB系统的第一示例性实施例示于图1至2B16中。如 图1、2A1和2A2所示，该FCB系统包括多个子系统，即：金属燃料卡装 载／卸载子系统111，用于半手动地将一个或多个金属燃料卡112装载到FDB 系统的放电端口114中，并由其半手动地卸载金属燃料卡；金属燃料卡放电 (即，功率产生)子系统115，用于在放电操作模式期间从金属燃料卡产生提 供给电负载116的电功率；和金属燃料卡再充电子系统117，用于在再充电 操作模式期间以电化学方式再充电(即，还原)氧化的金属燃料卡的各部分。 下面将描述有关这些子系统中的每个及它们如何协同操作的细节。
如图2A9所示，由该FCB系统消耗的金属燃料材料以金属燃料卡112 的形式提供，金属燃料卡手动地装载到该系统的卡存储隔间。在该示例性实 施例中，该卡存储隔间被分成两个部分：放电间113，用于装载(再)充电的 金属燃料卡，以进行放电(即，功率产生)；和再充电间114，用于为了再充 电的目的装载放电的金属燃料卡。如图1、2A3、2A9所示，每个金属燃料 卡112均具有矩形形状的壳体，包括多个电隔离的金属燃料条119A至119E， 当在放电模式期间燃料卡移动到阴极支承板121和阳极接触结构122之间的 适当对准位置时，它们适干与金属燃料带放电子系统中的每个“多道(multi- track)”放电头的阴极部件120A至120E相接触，如图2A4所示。
在该示例性实施例中，本发明的燃料卡是“多道的”，以便能够从其中 利用的“多道”放电头同时产生多个供电电压(例如1．2伏)。如后详细描述， 该新型的产生头设计的目的是使得能够从该系统产生和提供宽范围的输出电 压，适于连接到该FCB系统的电负载。
本发明第一示例性实施例的FCB系统操作模式的概述
该第一示例性实施例的FCB系统具有几种操作模式，即：卡装载模式， 在该模式期间，燃料卡被半手动地装载到给系统内；放电模式，在该模式期 间，电功率从该系统的输出端产生，并被提供给与其相连的电负载；再充电 模式，在该模式期间，金属燃料卡被再充电；和卡卸载模式，在该模式期间， 金属燃料卡被半手动地从该系统卸载。后面将具体参照图2A1和2A2来更 详细地描述这些模式。
在卡装载模式期间，利用卡装载／卸载子系统111将一个或多个金属燃料 卡112装载到FCB系统中。在放电模式期间，充电的金属燃料卡放电，以 便由其以电化学发生产生电功率，提供给与其相连的电负载116。在再充电 模式期间，氧化的金属燃料卡被以电化学方式还原，以便在再充电操作期间 将金属燃料卡上的氧化物结构转换成其原金属。在卡卸载模式期间，利用卡 装载／卸载子系统111将这些金属燃料卡从FCB系统卸载(即，排出)。
第一示例性实施例的FCB系统中使用的多道金属燃料卡
在图1、2A3和2A4所示的FCB系统中，每个金属燃料卡112具有多个 燃料道(如，5个道)，如前述同时待审的美国专利申请No．08／944，507中所述。 当利用这种金属燃料卡设计时，可能希望将金属燃料卡放电子系统115中的 每个放电头124设计为“多道”放电头。类似地，根据本发明的原理，图2B3 和2B4中所述金属燃料卡再充电子系统117中的每个再充电头125应被设计 成多道再充电头。如同时待审的美国专利申请No．／08／944，507中所述，“多 道”金属燃料卡112和多道再充电头124的使用能够同时产生可由最终用户 选择的多个输出电压(V1，V2，…Vn)。这些输出电压可被用来驱动连接到金 属燃料卡放电子系统的输出功率端125的各种电负载116。这可通过在金属 燃料卡放电操作期间配置每个放电头内的阳极-阴极结构上产生的各个输出 电压而实现。该系统的功能将在后面详细描述。
一般来讲，多道和单道金属燃料卡等可利用几种不同的技术制成。最好， 每个卡式装置112中包含的金属燃料利用锌制成，这是因为这种金属便宜、 对环境无害、并且易于工作。后面将描述用于制作本发明锌燃料卡的几种不 同技术。
例如，根据第一制造技术，将厚度为约0．1至约0．5微米的薄金属层(如 镍或黄铜)施加到(以卡式结构形式拉伸或切割的)低密度塑料材料的表面。塑 料材料应这样选择，即，它在存在诸如KOH的电解质时稳定。薄金属层的 功能是保证在阳极表面汇集足够的电流。此后，将锌粉与粘结材料混合，如 后作为涂层(如，厚度为1至约500微米)施加到表面的薄金属层上。该锌层 应具有约50％的均匀的孔隙度，以便使离子导电介质离子(如电解质离子)在 阴极和阳极结构之间以最小电阻流过。如后更详细说明，所得到的结构可安 装在薄结构的电隔离罩中，以改善金属燃料卡的结构完整性，同时，当将卡 装载到其卡存储隔间中时，给阳极结构提供放电头通路。另外，也可给金属 燃料卡的罩设置可滑动面板，当该卡由放电间113接受并且放电头被传送到 进行放电操作的位置时、或当该卡由再充电间114接受并且再充电头被传送 到进行再充电操作的位置时，该面板可能接触金属燃料条。
根据第二制造技术，将厚度为约0．1至约0．5微米的薄金属层(如镍或黄 铜)施加到(以卡式形式拉伸或切割的)低密度塑料材料的表面。塑料材料应这 样选择，即，它在存在诸如KOH的电解质时稳定。薄金属层的功能是在阳 极表面保证汇集足够的电流。此后，将锌电镀到薄金属层的表面。该锌层应 具有约50％的均匀的孔隙度，以便使离子导电介质(如电解质)中的离子在阴 极和阳极结构之间以最小电阻流过。如后更详细说明，所得到的结构可安装 在超薄结构的电隔离罩中，以便提供具有适当结构完整性的金属燃料卡，同 时，当将卡装载到其卡存储隔间中时，给阳极结构提供放电头通道。另外， 也可给金属燃料卡的罩设置可滑动面板，当该卡由放电间113接受并且放电 头被传送到进行放电操作的位置时、或当该卡由再充电间接受并且再充电头 被传送到进行再充电操作的位置时，该面板可能接触金属燃料条。
根据第三制造技术，将锌粉与低密度塑料材料混合，并拉伸成薄导电塑 料薄膜形式。该低密度塑料材料应这样选择，即，它在存在诸如KOH的电 解质时稳定。注入锌的薄膜应具有约50％的均匀的孔隙度，以便使离子导电 介质中的离子(如电解质离子)在阴极和阳极结构之间以最小电阻流过。此后， 将厚度为约0．1至约0．5微米的薄金属层(如镍或黄铜)加到导电薄膜的表面 上。该薄金属层的功能是在阳极表面保证汇集足够的电流。如后更详细说明， 所得到的结构可安装在薄结构的电隔离罩中，以改善金属燃料卡的结构完整 性，同时，当将卡装载到其卡存储隔间中时，给阳极结构提供放电头通道。
在上述任何实施例中，卡壳体可利用被设计成耐热和防腐蚀的任何适当 材料制成。最好，壳体材料不导电，以在卡放电和再充电操作期间为用户提 供更进一步的安全措施。
另外，上述制造技术中的每一种能够容易地改进，以产生“双面”金属 燃料卡，其中在其利用的柔性的基底(即，衬底)的材料两侧均设置单道或多 道金属燃料层。金属燃料薄膜的这些实施例有助于在装载到FCB系统的金 属燃料卡的两侧均设置放电头的应用情况。当制造双面金属燃料卡时，在大 多数实施例中，必须在塑料衬底的两侧均形成(薄金属材料)电流收集层，从 而能够从具有不同阴极结构的金属燃料卡的两侧收集电流。当制造双面多道 燃料卡时，可能希望或必须将两个多道金属燃料片层压在一起，如上所述， 每个板的衬底形体上接触。阅读了本发明公开的本领域内的普通技术人员将 容易理解利用上述方法来产生双面金属燃料卡。在本发明的这些示例性实施 例中，将改变阳极接触结构，从而建立与在其利用的金属燃料卡结构中形成 的每个电隔离电流收集层的电接触。
本发明金属空气FCB的第一示例性实施例的卡装载／卸载子系统
如图1、2A3和2A4示意性所示，并参照同时待审的美国专利申请 No．08／944，507所详细介绍的，图1的FCB系统中卡装载／卸载传送子系统111 包括几个协同操作的机构，即：卡接受机构111A，用于自动地(ⅰ)在卡插入 口接受金属燃料卡112，该卡插入口形成在系统壳体126的前或顶面板上， 和(ⅱ)将金属燃料卡抽回到设置在其中的卡放电间中；可选择地，自动门打 开机构111B，用于当在FCB系统的卡放电间中接受金属燃料卡时，打开为 卡形成的(可选择的)门(用于金属燃料卡进入)；和自动卡排出机构111C，用 于响应于预定条件，经卡插入口从卡放电间排出金属燃料卡。这些预定条件 例如可包括：按压设置在系统壳体126前面板上的“排出”按钮、自动检测 金属燃料卡的尾部等。
在图1的示例性实施例中，卡接受机构111A可被实现为平台状滑架结 构，它围绕在其放电间中接受的每个卡的壳体外部。平台状滑架结构可以辊 方式支承在一对平行轨上，并可以利用以操作方式连接到系统控制器130的 电动机和凸轮机构方式沿平行轨移动。凸轮机构的功能是将电动机轴的旋转 运动转换成直线运动，该直线运动是当将一卡插入平台状滑架结构中时沿该 轨传送该平台状滑架结构所必需的。安装在系统壳体内的接近传感器可用来 检测经插入口插入到该系统壳体内并且放置在该平台状滑架结构内的金属燃 料卡的出现。由该接近传感器产生的信号可被提供给系统控制器，以便以自 动方式启动卡撤回过程。
利用系统壳体，自动门打开机构111B可利用任何适当的机构实现，该 机构能够在金属燃料卡完全撤回到卡放电间时将卡的门滑动到其打开位置。 在该示例性实施例中，自动卡排出机构111C利用与上述卡接受机构的基本 相同的结构和功能。主要区别在于，自动卡排出机构响应于设置在系统壳体 前面板上的“排出”按钮127A和127B的按压，或其功能等效的触发条件 或事件。当按压该按钮时，放电头被自动地从金属燃料卡取出，金属燃料卡 经该插入口自动地从该卡放电间排出。
应注意的是，卡装载／卸载子系统111以及第一示例性实施例的FCB系 统的所有其他子系统所需的控制功能由图2A3和2A4中所示的系统控制器 130执行。在该示例性实施例中，系统控制器130利用编程的微控制器(即， 微计算机)实现，它具有程序存储器(ROM)、数据存储器(RAM)等，它们利 用在微计算和控制领域内所熟知的一个或多个总线以可操作方式相连。以后 将更详细地描述该金属燃料卡放电子系统的系统控制器执行的其他功能。
本发明金属空气FCB系统第一示例性实施例的金属燃料卡放电子系统
如图2A3和2A4所示，第一示例性实施例的金属燃料卡放电子系统115 包括多个子系统，即：多道放电(即放电)头组件124，其每个均包括具有可 以下述方式连接的导电输出端的多部件阴极结构121和阳极接触机构122； 放电头传送子系统131，用于将放电头组件124的子部件传送到装载到子系 统中的金属燃料卡或从其传送出；阴极-阳极输出端配置子系统132，用于 在系统控制器130的控制下，配置放电头的阴极和阳极结构的输出端，使之 保持由连接到金属燃料卡放电子系统115的特定电负载116所需的输出电 压；阴极-阳极电压监测子系统133，连接到阴极-阳极输出端配置子系统 132，用于监测(即，采样)在每个放电头的阴极和阳极结构上产生的电压，并 产生表示检测到的电压值的(数字)数据；阴极-阳极电流监测子系统134， 连接到阴极-阳极输出端配置子系统132，用于监测(采样)在放电模式期间 在每个放电头的阴极-电解质界面上流过的电流，并产生表示检测到的电流 值的数字数据信号；阴极氧气压力控制子系统，包括系统控制器130、固态 pO2传感器135、图2A7和2A8中所示的真空腔(结构)136、空气压缩机或氧 气提供装置(如O2箱或滑架)137、气流控制装置138、歧管结构139、和图2A3 和2A4中所示的多腔(multi-lumen)管140，它们被设置在一起用来检测和控 制每个放电头124的阴极结构中的pO2值；离子传送控制子系统，包括系 统控制器130、固态含水率传感器(比重计)142、增湿部件(如，微喷淋部 件)143，水泵145、蓄水池146、水流控制阀147、多腔结构148和伸入到水 分提供结构143中的导管149，它们被如图所示地配置在一起，用于压力检 测和改变FCB系统中的条件(如在放电头阴极-电解质界面上的含水率和湿 度)，从而在放电模式操作期间将阴极-电解质界面处的离子浓度保持在在 最佳范围内，其中增湿部件143被实现为在阴极支承板121(具有沿每个壁表 面设置的出水孔144，如图2A6中所示)的壁结构内置入的微喷淋器；放电 头温度控制子系统，包括系统控制器130、置入在其多阴极支承结构121的 每个通道内的固态温度传感器(如、热敏电阻)290、和放电头冷却装置291， 响应于由系统控制器130产生的控制信号，在放电操作期间，将每个放电通 道的温度降低到最佳温度范围内；关联型金属燃料数据库管理子系统 (MFDMS)293，它利用局部总线299以可操作方式连接到系统控制器130， 被设计成接收从金属燃料带放电子系统115内的各个子系统的输出中提取出 的特定类型的信息；数据获取和处理子系统(DCPS)295，包括数据读取头 150(150’、150’’)和基于编程的微处理器的数据处理器，其中，该读取头 置入在或靠近地安装在每个放电头124的阴极支承结构，该处理器用于接收 从阴极-阳极电压监测子系统133、阴极-阳极电流监测子系统134、阴极 氧气压力控制子系统和离子浓度控制子系统产生的数据信号，并且能够(ⅰ)从 所装载的金属燃料卡中读取金属燃料卡标识数据，(ⅱ)利用局部系统总线 296，在金属燃料数据库管理子系统293中记录检测到的放电参数和所提取 的计算出的金属氧化物指示数据，和(ⅲ)利用局部系统总线294，读取存储 在金属燃料数据库293中的预先记录的再充电参数和预先记录的金属燃料指 示数据；放电(即，输出)功率调节子系统151，它连接在阴极-阳极输出端 配置子系统132的输出端和连接到金属燃料卡放电子系统115的电负载116 的输入端之间，用于调节送到电负载上的输出功率(并调节由系统控制器130 执行的放电控制方法所需的电压和／或电流特性)；输入／输出控制子系统152， 与系统控制器130连接，用于利用远程或合成系统的方式控制FCB系统的 所有功能，其中包含FCB系统；和系统控制器130，用于在各种模式的系统 操作期间，管理上述子系统的操作。将在下面更详细地描述执行子系统。
金属燃料卡放电子系统的多道放电头组件
多道放电头124组件的功能是在放电操作模式期间当金属燃料卡放电时 在电负载上提供电功率。在该示例性实施例中，每个放电(即，放电)头124 包括：阴极部件支承板121，其具有多个隔离的通道155A至155E，使其氧 气(O2)自由地通过每个这种通道的底部；多个导电阴极部件(如，条)120A至 120E，用于分别插入这些通道的下部中；多个注入电解质的条155A至155E， 用于放置在阴极条上，并且分别在通道154A至154E中支承，如图5A9所 示；和氧气注入腔136，以密封方式安装在阴极部件支承板121的上(背)表 面之上。
如图2A7、2A8和2A14所示，每个氧气注入腔136具有多个子腔136A 至136E，它们分别与通道154A至154E形体上关联。每个真空子腔全部与 所有其他子腔隔离，并且在支承阴极部件和电解质注入部件的一个通道中进 行流体交流。如图所示，每个子腔被配置成与空气压缩机(O2供应器)137经 多腔管140的一个腔、歧管组件139的一个通道和气流开关138的一个通道 进行流体交流，这些操作中的每个均受系统控制器130的控制。通过有选择 地经歧管组件139中对应气流通道泵送加压的空气，这种配置使得系统控制 器130能够单独地将放电操作期间每个氧气注入子腔136A至136E中的pO2 值控制在最佳范围内。pO2值的最佳范围是通过利用本领域中已知的技术经 实验经验确定的。
在该示例性实施例中，注入电解质的条是通过给吸收电解质载体介质注 入凝胶体型电解质而实现的。最好，该电解质吸收载体介质被实现为由PET 塑料制成的低密度、孔口泡沫材料的条。每个放电电池单元的凝胶体电解质 利用由碱性溶液(如，KOH)、明胶材料、水、和本领域中已知的粘结剂组成 的配方制成。
在该示例性实施例中，每个阴极条120A至120E利用涂有多孔碳材料、 颗粒状铂或其他接触剂的镍丝网层156制成，如图2A7所示，以形成适于 在金属空气FCB系统的放电头中使用的阴极。阴极构造的细节公开于美国 专利No．4，894，296和No．4，129，633，这些专利引用于此，以资参考。为了形 成电流收集通路，导电体40焊接到每个阴极条的下部丝网层。如图2A7所 示，每个导电体158通过在阴极支承板的每个通道154的底面上形成的孔 159，并连接到阴极-阳极输出端配置子系统132的输入端。如所示，每个 阴极条被压入阴极支承板121的其通道154的底部中，并将其固定。如图2A7 所示，每个通道的底面中具有多个穿孔160，使得在放电模式期间氧气自由 地到达阴极条。在该示例性实施例中，注入电解质的条155A至155E分别 放置在阴极条120A至120E之上，并固定在相应的阴极支承结构通道的上 部。如图2A8、2A13和2A14最佳示出，当将阴极条和薄电解质条安装在阴 极支承板121中它们的相应通道中时，每个注入电解质的条的外表面与限定 各个通道的板的上表面平齐放置。
疏水媒剂加到构成透氧气的阴极部件的碳材料，以保证由其排出水。另 外，阴极支承通道的内表面涂上疏水薄膜(如聚四氟乙烯)161，以防止注入电 解质的条155A至155E中的水渗透，从而在放电模式期间最佳地实现氧气 传送到阴极条。最好，阴极支承板利用不导电材料、如本领域中熟知的聚氯 乙烯(PVC)制成。阴极支承板和氧气注入腔可利用也在本领域中熟知的注模 技术制造。
为了在放电模式期间检测阴极结构中的氧分压pO2以便用于对从放电头 产生的电功率进行有效控制，固态pO2传感器135被置入在阴极支承板121 的每个通道中，如图2A7所示，并以可操作方式连接到系统控制器130作 为其信息输入装置。在该示例性实施例中，可利用熟知的用来测量人血液的 (体内)pO2值的pO2传感技术来实现该pO2传感器。这些现有技术的传感器利 用小型二极管，并分析和处理这种信息来以可靠方式产生计算的pO2测量 值，该二极管在血液中出现氧气时以两个或多个不同的波长发出被以不同值 吸收的电磁辐射，如美国专利No．5，190，038所述，该专利引用于此以资参考。 在本发明中，发光二极管的特征波长可这样直接地选择，即，可在每个放电 头的阴极结构中执行类似的检测功能。
图2A9中按更详细结构示出图1的的多道燃料卡。如图所示，金属燃料 卡112包括：柔性结构的不导电基层165(即，由在存在电解质时稳定的塑料 材料制成)；多个平行延伸的、空间隔开的金属(如，锌)条119A至119E，设 置在超薄金属电流收集层(未示出)上，该层本身设置在基层165之上；多个 不导电条166A至166E，设置在各燃料条对119A至119E直接的基层165 上；和多个平行延伸的通道(如，凹槽)167A至167E，形成在基层的下侧， 与上述金属燃料条相对，用于经开槽的基层与金属燃料道119A至119E电 接触。要注意的是，每个金属燃料条的间隔和宽度被设计成，其利用该要使 用的金属燃料卡112的金属燃料卡放电子系统的放电头中的相应阴极条空间 上定位。上述金属燃料卡可利用上述任何的制造方法、以卡形式将锌条施加 到基塑料材料层上而制造。金属条可形体上分开，或由聚四氟乙烯分隔，以 便确保两者间电隔离。然后，通过施加电隔离材料的涂层来填充金属条直接 的间隙，此后，可对基层进行机加工、激光刻蚀或其他处理，以在其中形成 精细的通道，用于经基层与单个金属燃料条电接触。最后，对多道燃料卡的 上表面精细剖光，以去除要在放电期间要与阴极结构接触的金属燃料条的表 面上的电隔离材料。
在图2A10中，公开了一种示例性金属燃料(阳极)接触结构122，与图2A7 和2A8中所示的多道阴极结构结合使用。如图所示，多个导电部件168A至 168E由与卡中燃料卡行程相邻放置的平台169支承。每个导电部件168A至 168E具有平滑的表面，用于经在金属燃料卡的基层中形成的精细的凹槽滑 动地与金属燃料的一个道接合。在系统控制器130的控制下，每个导电部件 连接到导电体，该导电体又连接到阴极-阳极输出端配置子系统132。在系 统控制器130的控制下，平台169以可操作方式与放电头传送子系统131相 关联，并可被设计成在系统的放电模式期间移动到燃料卡112位置。
要注意的是，如在本示例性实施例那样，通过使用多个放电头而不是单 个放电头，能够使从放电头组件124产生的更多的电功率提供给电负载，而 同时还使在各个放电头上产生的热量最小。金属燃料卡放电子系统115的该 特性延长了在其放电头中利用的阴极的工作寿命。
金属燃料卡放电子系统中的放电头传送子系统
放电头传送子系统131的主要功能是将放电头组件124传送到已装载到 FCB系统中的金属燃料卡112周围，如图2A3所示。当正确地传送时，放 电头的阴极和阳极接触结构在放电模式操作期间与所装载的金属燃料卡的金 属燃料道实现“离子导电”和“导电”接触。
放电头传送子系统131可利用多种机电动机构中的任何一种实现，该机 构能够将每个放电头的阴极支承结构121和阳极接触结构122传送为离开金 属燃料卡112(如图2A3所示)，并且传送到金属燃料卡周围(如图2A4所示)。 如图所示，这些传送机构以可操作方式连接到系统控制器130，并根据系统 控制器130执行的系统控制程序由系统控制器130控制。
金属燃料卡放电子系统中的阴极-阳极输出端配置子系统
如图2A3和2A4所示，阴极-阳极输出端配置子系统132连接在放电 功率调节子系统151的输入端和放电头组件124内的阴极-阳极对的输出端 之间。系统控制器130以可操作方式连接到阴极-阳极输出端配置子系统 132，以便在放电操作模式期间提供用于执行其功能的控制信号。
阴极-阳极输出端配置子系统132的功能是自动地配置(串行或并行地) 金属燃料卡放电子系统115的放电头中所选阴极-阳极对的输出端，从而在 卡放电操作期间，在连接到FCB系统的电负载上产生所需输出电压值。在 该本发明示例性实施例中，阴极-阳极输出端配置子系统132能够实现为利 用晶体管受控技术的一个或多个电可编程电源转换电路，其中，放电头124 中的阴极和阳极接触部件连接到输出功率调节子系统151的输入端。在系统 控制器130的控制下执行这些转换操作，从而在连接到FCB系统的放电功 率调节子系统151的电负载上产生所需输出电压。
金属燃料卡放电子系统中的阴极-阳极电压监测子系统
如图2A3和2A4所示，阴极-阳极电压监测子系统133以可操作方式 连接到阴极-阳极输出端配置子系统132，用于检测其中的电压值等。该系 统也用于以可操作方式连接到系统控制器，用于接收执行其功能所需的控制 信号。在第一示例性实施例中，阴极-阳极电压监测子系统133具有两个主 要功能：在放电模式期间，自动地检测在与通过每个放电头的每个金属燃料 道关联的阴极-阳极结构上产生的瞬时电压值；和，产生指示检测到的电压 的(数字)数据信号，用于由数据获取和处理子系统295进行检测、分析和响 应。
在本发明的第一示例性实施例中，阴极-阳极电压监测子系统133可利 用检测电路来实现，该电路用于检测在与设置在金属燃料卡放电子系统115 的每个放电头中的每个金属燃料道相关联的阴极-阳极结构上产生的电压 值。向应于所检测到的电压值，该电路可被设计成产生指示检测到的电压值 的数字数据信号，用于由数据获取和处理子系统295进行检测和分析。
金属燃料卡放电子系统中的阴极-阳极电流监测子系统
如图2A3和2A4所示，阴极-阳极电流监测子系统134以可操作方式 连接到阴极-阳极输出端配置子系统132。阴极-阳极电流监测子系统134 具有两个主要功能：在放电模式期间，自动地检测沿金属燃料卡放电子系统 115中的每个放电头组件流过每个金属燃料道的阴极-阳极对的电流幅度； 产生指示检测到的电流的数字数据信号，用于由数据获取和处理子系统295 进行检测和分析。在本发明第一示例性实施例中，阴极-阳极电流监测子系 统134能够利用电流检测电路来实现，该电路用于检测沿每个放电头组件流 过每个金属燃料道的阴极-阳极对的电流，产生指示检测到的电流数字数据 信号。如后更详细地解释的，这些检测到的电流值被系统控制器用来执行其 放电功率调节方法，并创建放电的金属燃料卡的每个区域或子区的“放电状 态历史”和金属燃料可用性记录。
金属燃料卡放电子系统的阴极氧气压力控制子系统
阴极氧气压力控制子系统的功能是检测放电头124的阴极结构的每个通 道的氧气压力(pO2)，并且，响应于此，通过调节这些阴极结构中的空气(O2) 压力来控制(即，增大或还原)该压力。根据本发明，每个放电头的阴极结构 的每个通道中的氧分压(pO2)保持在最佳值上，以便在放电模式期间在放电头 中实现最佳氧气消耗。通过保持阴极结构中的pO2值，可用以可控方式增大 从放电头产生的功率输出。另外，通过监测pO2的变化并产生表示它的数字 数据信号，以由系统控制器进行检测和分析，给该系统控制器提供可控变量， 用于在放电模式期间调节提供给电负载的电功率。
金属燃料卡放电子系统中的离子浓度控制子系统
为了在放电模式期间实现高能效，必须在金属燃料卡放电子系统115中 的每个放电头的阴极-电解质界面上保持(所带电荷)离子的最佳浓度。因此， 该离子浓度控制子系统的主要功能是检测和改变FCB系统中的状态，从而 在放电操作模式期间将放电头中阴极-电解质界面处的离子浓度保持在最佳 范围内。
当在放电头中每个道的阴极和阳极之间的离子导电介质为包含氢氧化钾 (KOH)的电解质时，希望在放电操作模式期间将其浓度保持在6N(-6M)。 由于阴极结构中的含水率值或相对湿度(RH％)能够明显地影响电解质中KOH的浓度，因此，希望调节每个放电头中阴极-电解质界面处的相对湿度。在 该示例性实施例中，可以多种方式来实现离子浓度控制，即，将小型固态湿 度(或含水率)传感器142置入在阴极支承结构中(或尽可能靠近阳极-阴极界 面)，以便检测含水率状况，并且产生表示它的数字数据信号。该数字数据 信号被提供给数据获取和处理子系统295，进行检测和分析。在含水率值掉 落到在系统控制器130中的存储器(ROM)中设置的预定阈值以下时，系统控 制器自动地产生一控制信号，提供给增湿部件143，增湿部件143可被实现 为置入在阴极支承结构121的壁中的微喷淋器结构143。在该示例性实施例 中，这些壁起送水导管的作用，当系统控制器130启动水流阀147和泵145 时，这些导管从与特定阴极部件相邻的孔144中排出水珠。在这种状态下， 水沿导管149经歧管148从蓄水池146泵出，并从与需要增大含水率值的阴 极部件相邻的孔144放出，该值可由含水率传感器142检测。这些含水率值 检测和控制操作保证了注入电解质的条155A至155E中的电解质中的KOH浓度保持为能够最佳地进行离子传送并因此产生功率。
金属燃料卡放电子系统中的放电头温度控制子系统
如图2A3、2A4和2A7所示，本发明第二示例性实施例的设置在金属燃 料卡放电子系统中的放电头温度控制子系统包括多个子部件，即：系统控制 器；固态温度传感器(如，热敏电阻)290，置入在其多阴极支承结构的每个通 道中，如图2A7所示；和放电头冷却装置291，它响应于由系统控制器130 产生的控制信号，用于在放电操作期间将每个放电通道的温度降低到最佳温 度范围内。放电头冷却装置291可利用多种热交换技术来实现，包括热交换 领域中所熟知的风冷、水冷、和／或制冷剂冷却。在本发明的一些实施例中， 当产生高数值的电功率时，可能希望在每个放电头周围提供套状结构，以便 为了温度控制的目的而循环空气、水和制冷剂。
金属燃料带放电子系统中的数据获取和处理子系统
在图1的示例性实施例中，图2A3和2A4中所示的数据获取和处理子 系统(DCPS)295执行多种功能，例如包括：(1)在刚好在每个金属燃料卡装载 到放电头组件中的特定放电头之前，标识每个金属燃料卡，并且产生表示它 的金属燃料卡标识数据；(2)在标识的金属燃料卡被装载到其放电头组件中的 时段期间，传感(即，检测)现有金属燃料卡放电子系统中的各种“放电参数”； (3)计算一个或多个参数，估计或测量在卡放电操作期间产生的金属氧化物的 量值，并产生表示所计算出的参数、估计值和／或测量值的“金属氧化物指 示数据”；和(4)在金属燃料数据库管理子系统293(可由系统控制器130访问) 中记录检测到的放电参数数据及计算出的金属氧化物指示数据，这两者均与 放电操作模式期间标识的其对应的金属燃料道／卡相关。如后面更清楚地看 到的，由数据获取和处理子系统295保持在金属燃料数据库管理子系统293 中的这种记录的信息可以由系统控制器130以各种方式使用，这些方式例如 包括：在放电操作模式期间，以有效的方式优化地对部分或完全氧化的金属 燃料卡进行优化放电(即，从其产生电功率)；和在再充电操作模式期间，以 有效的方式优化地对部分或完全氧化的金属燃料卡进行再充电。
在放电操作期间，数据获取和处理子系统295自动地对表示与构成上述 金属燃料卡放电子系统115的各种子系统关联的“放电参数”的数据信号进 行采样(或获取)。在放电模式期间，由这些子系统产生的数据信号中，这些 采样的数值被编码为信息。根据本发明的原理，卡型“放电参数”应包括但 不限于：在沿由例如阴极-电解质电压监测子系统133监测到的特定金属燃 料道的阴极和阳极结构上产生的电压；在沿由例如阴极-电解质电流监测子 系统134监测到的特定金属燃料道的阴极和阳极结构上流过的电流；每个放 电头124的阴极结构中的氧气饱和值(pO2)，由阴极氧气压力控制子系统 (130、135、136、137、138、140)监测；在由例如离子浓度控制子系统(130、 142、145、146、147、148、149)监测的特定放电头中沿特定金属燃料道的 阴极-电解质界面上或附近的含水率(H2O)值(或相对湿度)；卡放电操作期间 放电头的温度(T)；和上述标识的任何放电参数状态的时段((T)。
通常，数据获取和处理子系统可在放电操作模式期间记录卡型“放电参 数”的方法有多种。后面将对这些不同的方法进行描述。
根据图2A9所示的数据记录的第一方法，唯一卡标识代码或标记 171(如，以区域加强信息编码的小型条形码符号)以图形方式印刷在“光学” 数据道172上，该数据道例如被实现为沿金属燃料卡的边缘粘连附着或附着 的反射薄膜测量的透明条如图2A9所示。其上以印刷或照排技术记录有其 卡标识代码的该光学数据道172可在制造多道金属燃料卡时形成。沿该卡边 缘的金属燃料卡标识标记171然后由利用光学技术实现的光学数据读取器 150(如，激光扫描式条形码符号读取器或光学解码器)读取。在该示例性实施 例中，表示这些唯一卡标识代码的信息在提供给数据获取和处理子系统295 中的数据信号中编码，接着在放电操作期间被记录在金属燃料数据库管理子 系统293中。
根据图2A9’中所示的数据记录的第二方法，唯一数字“卡标识”代码 171’磁记录沿金属燃料卡112’的边缘配置的在磁数据道172’上。其上记 录有卡标识代码的该磁数据道172’可在制造该多道金属燃料卡时形成。然 后，沿该卡边缘的该卡标识标记由利用本领域内熟知的磁信息读取技术实现 的磁读取器150’读取。在该示例性实施例中，表示这些唯一卡标识代码的 数字数据在提供给数据获取和处理子系统295中的数据信号中编码，接着在 放电操作期间被记录在金属燃料数据库管理子系统293中。
根据图2A9’’所示的数据记录的第三方法，唯一数字“卡标识”代码 以在沿金属燃料卡112’’的边缘设置的不透光数据道172’’中形成的一 系列透光孔口171’’记录。在该孔口技术中，信息以其相对间隔和／或宽度 实现对信息进行编码的方式的透光孔口的形式编码。其上记录有卡标识代码 的该光学数据道可在制造该多道金属燃料卡时形成。然后，沿该卡边缘的区 域标识标记171’’由利用本领域内熟知的光学传感技术实现的光学传感头 150’’读取。在该示例性实施例中，表示这些唯一区域标识代码的信息在 提供给数据获取和处理子系统295中的数据信号中编码，接着在放电操作期 间被记录在金属燃料数据库管理子系统293中。
根据数据记录的第四方法，标识的金属燃料卡上每个道的唯一数字“卡 标识”代码和一组放电参数被记录在附着到本发明金属燃料卡表面的条的 磁、光、或孔口的数据道中。有关特定金属燃料卡的信息块在再充电操作模 式期间被记录在数据道中，该数据道与容易地访问此记录信息的相关的金属 燃料区形体上相邻。通常，该信息块将包括金属燃料卡标识号和一组放电参 数，如图2A15示意性示出，当金属燃料卡装载到放电头组件124中时，它 们由数据获取和处理子系统295自动地检测。
与第三种方法相比，上述第一和第二数据记录方法具有几个优点。具体 地讲，当利用第一和第二方法时，沿金属燃料卡设置的数据道具有极低的信 息容量。这是因为，以唯一标识符(地址号或卡标识号)标记每个金属燃料卡 需要记录的信息极少，对该卡所检测到的放电参数记录在金属燃料数据库管 理子系统293中。另外，根据第一和第二方法的数据道信息应不昂贵，并且 还提供用于读取沿该数据道记录的卡标识信息的设备。
金属燃料卡放电子系统的放电功率调节子系统
如图2A3和2A4所示，放电功率调节子系统151的输入端口以可操作 方式连接到阴极-电解质输出端配置子系统132的输出端口，而放电功率调 节子系统151的输出端口以可操作方式连接到电负载116的输入端。虽放电 功率调节子系统的主要功能是调节在其放电操作模式期间提供给电负载的电 功率(即，由装载到其放电头中的金属燃料卡产生的)，放电功率调节子系统 151具有一编程的操作模式，其中，加在电负载上的输出电压以及流过阴极 -电解质界面上的电流在放电操作期间调节。这些控制功能由系统控制器130 管理，并可以多种方式可编程地选择，以便在满足动态装载要求的同时实现 本发明多道和单道金属燃料卡的最佳放电。
第三示例性实施例的放电功率调节子系统151可利用在功率、电压和电 流控制领域内所熟知的固态功率、电压和电流控制电路实现。该电路可包括 利用晶体管控制技术的电可编程电源转换电路，其中，可将可控电流源串联 地连接到电负载116，以便响应于由执行特定放电功率控制方法的系统控制 器130产生的控制信号控制流过的电流。这些电可编程电源转换电路还可包 括晶体管控制技术，其中，可将可控电压源并联到电负载，以便响应于由系 统控制器130产生的控制信号来控制输出的电压。该电路可由系统控制器130 组合并受其控制，以便在电负载上提供恒定的功率控制。
在本发明的这些示例性实施例中，放电功率调节子系统151的主要功能 是利用下列放电功率控制方法之一来对电负载执行实时功率调节：(1)恒定输 出电压／可变输出电流方法，其中，响应于负载状态，使加在电负载上的输 出电压保持恒定，而使其电流变化；(2)恒定输出电流／可变输出电压方法， 其中，响应于负载状态，使流入电负载中的输出电流保持恒定，而使其电压 变化；(3)恒定输出电压／恒定输出电流方法，其中响应于负载状态，负载上 的电压和流入负载中的电流均保持恒定；(4)恒定输出功率方法，其中，响应 于负载状态，使加在电负载上的输出功率保持恒定；(5)脉动输出功率方法， 其中，加在电负载上的输出功率以根据预定条件保持的每个功率脉冲的占空 比脉动；(6)恒定输出电压／脉动输出电流方法，其中，使流入电负载中的电 流保持恒定，而流入负载的电流以特定占空比脉动；和(7)脉动输出电压／恒 定输出电流方法，其中，使流入负载的输出功率脉动，而流入负载的电流保 持恒定。
本发明的优选实施例中，七(7)种放电功率调节方法中的每一种均编程到 与系统控制器130相关的ROM中。这些功率调节方法可以多种不同方式选 择，这些方式例如包括，手动地启动系统壳体上的开关或按钮、自动地检测 在电负载与金属燃料卡放电子系统115之间的接口上建立或检测到的形体、 电学、磁或光学状态。
金属燃料卡放电子系统中的输入／输出控制子系统
在有些应用中，可能希望或必须组合两个或多个FCB系统或它们的金属 燃料卡放电子系统115，以便合成系统具有不仅仅由单独运行的这些子系统 提供其功能。考虑到这些应用，其金属燃料卡放电子系统115包括输入／输 出控制子系统152，它使其外部系统(例如，微计算机或微控制器)越权控制 金属燃料卡放电子系统的各方面，就象其系统控制器执行这些控制功能似 的。在该示例性实施例中，输入／输出控制子系统152被实现为标准的IEEEI/O 总线架构，为外部或远程计算机系统提供直接与金属燃料卡放电子系统115 的系统控制器130相接口的、并且直接地管理系统和子系统操作各方面的方 法和装置。
金属燃料卡放电子系统中的系统控制器
如上所述，系统控制器130执行各种操作，以便实现其放电子系统中的 FCB系统的各种功能。在图1的FCB系统的优选实施例中，系统控制器130 利用在微计算机控制领域内所熟知的具有程序和数据存储器(如 ROM、 EPROM、RAM等)及系统总线结构的编程的微控制器实现。
在本发明的任何特定实施例中，应理解的是，可组合两个或多个微控制 器，以便执行由其FCB系统执行的各组功能。所有这些实施例均是本发明 系统的所考虑到的实施例。
金属燃料卡放电子系统中的放电金属燃料卡
图2A5表示描述利用图2A3和2A4中所示金属燃料卡放电子系统的放 电金属燃料卡的基本步骤(即，由其产生电功率)的高级流程图。
如块A所示，卡装载／卸载子系统111将多至4个的金属燃料卡112从系 统壳体的卡接受口传送到金属燃料卡放电子系统的卡放电间。该卡传送过程 示意性地示于图2A1和2A2中。图2A3表示的是当金属燃料卡装载到其放 电间中时子系统的状态。
如块B所示，放电头传送子系统131将放电头配置在装入到金属燃料卡 放电子系统的放电间中的金属燃料卡周围，从而离子导电介质设置在每个阴 极结构和所装载的金属燃料卡之间。
如块C所示，放电头传送子系统131然后配置每个放电头，从而其阴极 结构与所装载的金属燃料卡产生离子接触，而其阳极结构与其电接触，如图 2A4所示。
如块D所示，阴极-电解质输出端配置子系统132自动地配置在所装载 的金属燃料卡周围排列的每个放电头的输出端，然后，系统控制器控制金属 燃料卡放电子系统，从而产生所需输出电压和电流值的电功率，并将电功率 提供给电负载116。当一个或多个所装载的金属燃料卡放电时，则卡装载／卸 载子系统111自动地从放电间排出放电的金属燃料卡，以由再充电的金属燃 料卡替换。
本发明金属空气FCB系统第一示例性实施例的金属燃料卡再充电子系统
如图2B3和2B4所示，第一示例性实施例的金属燃料卡再充电子系统117 包括多个子系统，即：多区域化的金属氧化物还原(即，再充电)头组件175， 它们各具有其导电输入端可以下述方式连接的多部件阴极结构121’和阳极 接触结构124’；再充电头传送子系统131’，用于将再充电头组件175的 子部件传送到装载到所装载的金属燃料卡或从其传送出；输入电源子系统 176，用于将从外部提供给其输入端177的AC功率信号转换成DC电源信 号，该信号具有适于对在金属燃料卡再充电子系统中的再充电头周围配置的 金属燃料卡进行再充电的电压；阴极-电解质输入端配置子系统178，用于 在系统控制器130的控制下，将输入电源子系统的输出端(端口)连接到再充 电头175的阴极和阳极接触结构的输入端(端口)，从而给其提供输入电压， 用于在再充电操作模式期间将金属氧化物结构电化学地转换成其原金属；阴 极-电解质电压监测子系统133’，连接到阴极-电解质输入端配置子系统 178，用于监测(即，采样)在每个再充电头的的阴极和阳极结构上施加的电压， 并产生表示检测到的电压值的(数字)数据；阴极-电解质电流监测子系统 134’，连接到阴极-电解质输入端配置子系统178，用于监测(采样)在放电 模式期间在每个再充电头的阴极-电解质界面上流过的电流，并产生表示检 测到的电流值的数字数据信号；阴极氧气压力控制子系统，包括系统控制器 130’、固态pO2传感器135’、图2B7和2B8中所示的真空腔(结构)136’、 真空泵137’、气流控制装置138’、歧管结构139’、和图2B3和2B4中 所示的多腔管140，它们被如图所示地设置在一起，用来检测和控制每个放 电头的阴极结构中的pO2值；离子浓度控制子系统，包括系统控制器130’、 固态含水率传感器(比重计)142’、增湿部件(如，微喷淋部件)143’，水泵 145’、蓄水池146’、电控水流控制阀147’、歧管结构148’和伸入到含 水率提供结构143’中的导管149’，它们被如图所示地配置在一起用来检 测和调节FCB系统中的状态(如，在再充电头阴极-电解质界面上的相对湿 度)，从而在放电模式操作期间将阴极-电解质界面处的离子浓度保持在最 佳范围内，其中增湿部件143’被实现为在阴极支承板121’(具有沿每个壁 表面设置的出水孔144’，如图2B6所示)的壁结构内置入的微喷淋器；再 充电头温度控制子系统，包括系统控制器130’、置入在其多阴极支承结构 121’的每个通道内的固态温度传感器(如、热敏电阻)290’、和再充电头冷 却装置291’，向应于由系统控制器130产生的控制信号，在放电操作期间， 将每个再充电通道的温度降低到最佳温度范围内；关联型金属燃料数据库管 理子系统(MFDMS)297，它利用局部总线298以可操作方式连接到系统控制 器130’，被设计成接收从金属燃料带再充电子系统115内的各个子系统的 输出中提取出的特定类型的信息；数据获取和处理子系统(DCPS)299，包括 数据读取头180(180’、180’’)和基于编程的微处理器的数据处理器，其 中，该读取头包含在或靠近地安装在每个再充电头124的阴极支承结构，该 数据处理器用于接收从阴极-阳极电压监测子系统133’、阴极-阳极电流 监测子系统134’、阴极氧气压力控制子系统、再充电头温度控制子系统和 离子浓度控制子系统产生的数据信号，并且能够(ⅰ)从所装载的金属燃料卡中 读取金属燃料卡标识数据，(ⅱ)利用局部系统总线300，在金属燃料数据库管 理子系统(MFDMS)297中记录检测到的再充电参数和所提取的计算出的金属 燃料指示数据，和(ⅲ)利用局部系统总线298，读取存储在金属燃料数据库 (MFDMS)297中的预先记录的放电参数和预先记录的金属氧化物指示数据； 输入(即，再充电)功率调节子系统181，连接到输入电源子系统176的输出 端(即，端口)与阴极-电解质输入端配置子系统178的输入端(即，端口)之 间，用于在再充电模式期间，调节送到正被再充电的每个金属燃料卡的阴极 和阳极结构上的输入功率(和电压和／或电流特性)；输入／输出控制子系统 152’，与系统控制器130’连接，用于利用远程或合成系统的方式控制FCB 系统的所有功能，其中包含FCB系统；和系统控制器130’，利用图2B16 所示的总系统总线300与金属燃料卡再充电子系统117中的系统控制器130’ 连接，并具有在各种系统操作模式期间管理上述子系统的操作的多种装置。 将在下面更详细地描述这些子系统。
金属燃料卡再充电子系统的多道再充电头组件
多道再充电头道组件175的功能是在再充电操作模式期间以电化学方式 还原装载到系统中放电间的金属燃料卡道上的金属氧化物结构。在图2B7和 2B8所示的示例性实施例中，每个再充电头175包括：阴极部件支承板121’， 其具有多个隔离的通道154A’至154E’，使其氧气(O2)自由地通过每个这 种通道的底部；多个导电阴极部件(如，条)120A’至120E’，分别用于分 别插入这些通道的下部中；多个注入电解质的条155A’至155E’，用于放 置在阴极条36上和支承在通道154’至154E’，如图2B6所示；和抽氧腔 136’，以密封方式安装在阴极部件支承板121’的上(背)表面之上，如图2B7 所示。
如图2B3、2B4和2B14所示，每个抽氧腔136’具有多个子腔136A’ 至136E’，它们分别与通道154A’至154E’形体上关联。每个真空子腔全 部与所有其他子腔隔离，并且与其中支承阴极部件和电解质注入部件的一个 通道进行流体交流。如图2B3、2B4和2B8所示，每个子腔被配置成与真空 泵137’经多腔管140的一个腔、歧管组件139’的一个通道和气流开关138’ 的一个通道进行流体交流，这些操作中的每个均受系统控制器130’的控制。 这种配置使得系统控制器130能够单独地将再充电头组件的放电操作期间每 个氧气抽出子腔136A’至136E’中的pO2值控制在最佳范围内。该操作是 通过有选择地经歧管组件139’中对应气流通道从这些子腔抽出空气来进行 的。这种配置使得系统控制器130’能够在再充电操作期间将pO2值保持在 最佳范围内。
在该示例性实施例中，再充电头组件中注入电解质的条155A’至155E’ 是通过给吸收电解质载体介质注入凝胶体型电解质而实现的。最好，该电解 质吸收载体介质被实现为由PET塑料制成的低密度、孔口泡沫材料的条。 每个再充电单元的凝胶体电解质利用由碱性溶液(如，KOH)、明胶材料、水、 和本领域中已知的粘结剂组成的配方制成。
在该示例性实施例中，每个阴极条利用涂有多孔碳材料、颗粒状铂或其 他接触剂157’的镍丝网层156’制成，以形成适于在金属空气FCB系统的 再充电头中使用的阴极。阴极构造的细节公开于美国专利No．4，894，296和 No．4，129，633，这些专利引用于此，以资参考。为了形成电流收集通路，导 电体158’焊接到每个阴极条的下部丝网层156’。如图2B7所示，每个导 电体158’通过在阴极支承板121’的每个通道154A1至154E2’的底面上 形成的孔159’，并连接到阴极-电解质输入端配置子系统178的输入端。 如图所示，该阴极条被压入通道的底部中，并将其固定。如图2B7所示，每 个通道的底面中形成有多个穿孔160’，使得在再充电模式期间氧气从阴极 -电解质界面抽出，而到达真空泵137’。在该示例性实施例中，注入电解 质的条155A’至155E’分别放置在阴极条120A’至120E’之上，并固定 在相应的阴极支承通道的上部。如图2B13和2B14最佳示出，当将阴极条 和薄电解质条安装在阴极支承板121’中它们的相应通道中时，每个注入电 解质的条的外表面与限定各个通道的板的上表面平齐放置。
疏水媒剂加到构成透氧气的阴极部件的碳材料中，以由其排出水。另外， 阴极支承通道的内表面涂上疏水薄膜(如聚四氟乙烯)161，以保证注入电解质 的条155A’至155E’中的水排出，从而在再充电模式期间最佳地实现氧气 传送通过阴极条。最好，阴极支承板121’利用不导电材料、如本领域中熟 知的聚氯乙烯(PVC)塑料材料制成。阴极支承板121’和抽氧腔136’可利用 也在本领域中熟知的注模技术制造。
为了在再充电模式期间检测阴极结构中的氧分压(pO2)以便用于对从再充 电头中的金属氧化物还原进行有效控制，固态pO2传感器135’被置入在阴 极支承板121’的每个通道中，如图2B7所示，并以可操作方式连接到系统 控制器作为其信息输入装置。在该示例性实施例中，可利用熟知的用来测量 人血液的(体内)pO2值的PO2传感技术来实现该pO2传感器。这些现有技术的 传感器利用小型二极管，并分析和处理这种信息来以可靠方式产生计算的pO2 测量值，该二极管在血液中出现氧气时以两个或多个不同的波长发出被以不 同值吸收的电磁辐射，如美国专利No．5，190，038所述，该专利引用于此以资 参考。在本发明中，发光二极管的特征波长可这样直接地选择，即，可在每 个再充电头的阴极结构中执行类似的检测功能。
图2B9中示出具有已进行部分放电并从而沿其金属燃料道具有金属氧化 物结构的多道燃料卡112。要注意的是，图2A9中所示及上述的该部分放电 的金属燃料卡需要在图4的金属燃料卡再充电子系统117中再充电。
在图2B10中，公开了一种示例性金属燃料(阳极)接触结构122’，与图 2B7和2B8中所示的多道阴极结构结合使用。如图所示，多个导电部件168A’ 至168E’由与卡中燃料卡行程相邻放置的平台169’支承。每个导电部件 168A’至168E’具有平滑的表面，用于经在燃料卡的基层中形成的精细的 凹槽滑动地与金属燃料的一个道接合。每个导电部件连接到导电体，该导电 体又连接到阴极-电解质输入端配置子系统178的输出端。在系统控制器 130’的控制下，平台169’与再充电头传送子系统131’以可操作方式相关 联，并可被设计成在系统的再充电模式期间移动到金属燃料卡位置。
要注意的是，如在本示例性实施例那样，通过使用多个再充电头175而 不是单个放电头，能够利用更低的再充电电流使从放电的金属燃料卡更快地 再充电，从而使在各个再充电头上产生的热量最小。金属燃料卡再充电子系 统117的该特性延长了在其再充电头中利用的阴极的工作寿命。
金属燃料卡再充电子系统中的再充电头传送子系统
再充电头传送子系统131’的主要功能是将再充电头组件175传送到已 装载到各子系统再充电间中的金属燃料卡112附近，如图2B3和2B4所示。 当正确地传送时，再充电头的阴极和阳极接触结构在再充电模式操作期间与 所装载的金属燃料卡的金属燃料道实现“离子导电”和“导电”接触。
再充电头传送子系统131’可利用多种机电动机构中的任何一种实现， 该机构能够将每个再充电头的阴极支承结构121’和阳极接触结构122’传 送离开金属燃料卡，如图2B3所示，并且传送到金属燃料卡周围，如图2B4 所示。如图所示，这些传送机构以可操作方式连接到系统控制器130’，并 根据系统控制器130执行的系统控制程序由系统控制器130’控制。
金属燃料卡再充电子系统中的输入电源子系统
在该示例性实施例中，输入电源子系统176的主要功能是经隔离的功率 卡来接收标准的交流(AC)电源(如，以120或220伏特)作为输入，并在再充 电操作模式期间将该电源以金属燃料卡再充电子系统117的再充电头175处 所需的调节电压转换成调节的直流(DC)电源。对于锌阳极和碳阴极，为了能 够维持电化学还原，在再充电期间在每个阳极-阴极结构上所需的“开路电 池”电压Vacr为约2．2-2．3伏特。该子系统可利用本领域内所熟知的功率转换 和调节电路以多种方式实现。
金属燃料卡再充电子系统中的阴极-阳极输入端配置子系统
如图2B3和2B4所示，阴极-电解质输入端配置子系统178连接在再充 电功率调节子系统181的输出端和与再充电头175的多道关联的阴极-电解 质对的输入端之间。系统控制器130’以可操作方式连接到阴极-电解质输 入端配置子系统178，以便在再充电操作模式期间提供用于执行其功能的控 制信号。
阴极-电解质输入端配置子系统178的功能是自动地配置(串联或并联) 金属燃料卡再充电子系统117的再充电头中所选阴极-电解质对的输入端， 从而在需要再充电的金属燃料道的阴极-电解质结构上施加所需输入(再充 电)电压电平。在该本发明示例性实施例中，阴极-电解质输入端配置子系 统178能够实现为利用晶体管受控技术的一个或多个电可编程电源转换电 路，其中，再充电头175中的阴极和阳极接触部件连接到输入功率调节子系 统181的输出端。在系统控制器130’的控制下执行这些转换操作，从而在 需要再充电的金属燃料道的阴极-电解质结构上施加由输入功率调节子系统 181产生的所需输出电压。
金属燃料卡再充电子系统中的阴极-阳极电压监测子系统
如图2B3和2B4所示，阴极-电解质电压监测子系统133’以可操作方 式连接到阴极-电解质输入端配置子系统178，用于检测连接到它的阴极和 阳极结构上的电压电平。该子系统以可操作方式连接到系统控制器130’， 用于接收执行其功能所需的控制信号。在第一示例性实施例中，阴极-电解 质电压监测子系统133’具有两个主要功能：在再充电模式期间，自动地检 测在与通过每个再充电头传送的每个金属燃料道关联的阴极-电解质结构上 产生的瞬时电压值；和，产生指示检测到的电压的(数字)数据信号，用于由 数据获取和处理子系统299进行检测和分析。
在本发明的第一示例性实施例中，阴极-电解质电压监测子系统133’ 可利用检测电路来实现，该电路用于检测施加到与经金属燃料卡再充电子系 统117中的每个再充电头传送的每个金属燃料道相关联的阴极-电解质结构 上的电压值。响应于所检测到的电压值，该电路可被设计成产生指示检测到 的电压值的数字数据信号，用于由数据获取和处理子系统299进行检测和分 析。如后面将更详细地描述的，该数据信号可被系统控制器用来在再充电操 作模式期间执行其再充电功率调节方法。
金属燃料卡再充电子系统中的阴极-阳极电流监测子系统
如图2B3和2B4所示，阴极-电解质电流监测子系统134’以可操作方 式连接到阴极-电解质输入端配置子系统178。阴极-电解质电流监测子系 统134’具有两个主要功能：在再充电模式期间，自动地检测沿金属燃料卡 再充电子系统117中的每个再充电头组件流过每个金属燃料道的阴极-电解 质对的电流幅度；产生指示检测到的电流的数字数据信号，用于由数据获取 和处理子系统299进行检测和分析。
在本发明第一示例性实施例中，阴极-电解质电流监测子系统134’能 够利用电流检测电路来实现，该电路用于检测沿每个再充电头组件流过每个 金属燃料道(即，条)的阴极-电解质对的电流，产生指示检测到的电流值的 数字数据信号。如后更详细地解释的，这些检测到的电流值被系统控制器用 来执行其再充电功率调节方法，并创建再充电的金属燃料卡的每个区域或子 区的“再充电状态历史”信息文件。
金属燃料卡再充电子系统的阴极氧气压力控制子系统
阴极氧气压力(pO2)控制子系统的功能是检测再充电头175的阴极结构的 每个子通道的氧气压力(pO2)，并且，响应于此，通过调节这些阴极结构的子 通道中的空气(O2)压力来控制(即，增大或还原)该压力。根据本发明，每个 再充电头的阴极结构的每个子通道中的氧分压(pO2)保持在最佳值上，以便在 再充电模式期间在再充电头中实现最佳抽氧。在再充电模式期间，通过降低 阴极结构的每个通道中的PO2值(通过抽出)，可通过最佳地使用提供给再充 电头的输入功率来完全恢复沿金属燃料卡的金属氧化物。另外，通过监测pO2 的变化产生表示它的数字数据信号，以由数据获取和处理子系统299进行检 测和分析，并最终响应系统控制器130’。因此，系统控制器130’被提供 有可控变量，用于在再充电模式期间调节提供给经放电的燃料道的电源。
金属燃料卡再充电子系统中的离子浓度控制子系统
为了在再充电模式期间实现高能效，必须在金属燃料卡再充电子系统117 中的每个再充电头175的阴极-电解质界面上保持(所带电荷)离子的最佳浓 度。另外，金属燃料卡再充电子系统117中的最佳离子浓度可以与金属燃料 卡放电子系统115中所需的有所不同。为此，在其FCB系统的特定应用中， 可能希望和／或必须在金属燃料卡再充电子系统117中设置单独的离子浓度 控制子系统。金属燃料卡再充电子系统117中的该离子浓度控制子系统的主 要功能应是检测和改变其中的状态，从而在再充电操作模式期间将再充电头 中阴极-电解质界面处的离子浓度保持在最佳范围内。
在该子系统的示例性实施例中，通过在阴极支承板121’中如图2B7所 示地置入小型固态湿度(或含水率)传感器142’(或尽可能靠近阳极-阴极界 面)来实现离子浓度控制，以便检测其中的含水率或湿度状态，并产生指示 它的数字数据信号。该数字数据信号被提供给数据获取和处理子系统299， 进行检测和分析。在含水率值或相对湿度掉落到在系统控制器130中的存储 器(ROM)中设置的预定阈值以下时，监测金属燃料数据库管理子系统297中 的信息的系统控制器130’自动地产生一控制信号，提供给增湿部件，该增 湿部件可被实现为置入在阴极支承结构121’的壁中的微喷淋器结构 143’。在该示例性实施例中，该壁起输水导管的作用，这些导管从微型尺 寸的孔144中排出水珠，其方式与在放电头中阴极支承结构121中执行的方 式类似。因此，泵145’、池146’、流控阀147’、歧管148’和多腔管149’ 的功能分别与泵145、池146、流控阀147、歧管148和多腔管149类似。
这种操作将增大阴极支承结构通道内部的含水率值或相对湿度，从而在 卡再充电操作期间为离子传送保证最佳地保持在其中支承的注入电解质的条 的电解质中的KOH浓度，并因此还原金属氧化物。
金属燃料带放电子系统中的数据获取和处理子系统
在图1的示例性实施例中，图2B3和2B4中所示的数据获取和处理子系 统(DCPS)299执行多种功能，例如包括：(1)在刚好在每个金属燃料卡装载到 再充电头组件中的特定再充电头之前，标识每个金属燃料卡，并且产生表示 它的金属燃料卡标识数据；(2)在标识的金属燃料卡被装载到其再充电头组件 中的时段期间，传感(即，检测)所存在的金属燃料卡再充电子系统中的各种 “再充电参数”；(3)计算一个或多个参数，估计或测量在卡再充电操作期间 产生的金属氧化物的量值，并产生表示所计算出的参数、估计值和／或测量 值的“金属氧化物指示数据”；和(4)在金属燃料数据库管理子系统297(可由 系统控制器130’访问)中记录检测到的再充电参数数据及计算出的金属氧化 物指示数据，这两者均与再充电操作模式期间标识的其对应的金属燃料道／ 卡相关。如后面更清楚地看到的，由数据获取和处理子系统299保持在金属 燃料数据库管理子系统297中的这种记录的信息可以由系统控制器130’以 各种方式使用，这些方式例如包括：在再充电操作模式期间，以快速方式优 化地对部分或完全氧化的金属燃料卡进行再充电。
在再充电操作期间，数据获取和处理子系统299自动地对表示与构成上 述金属燃料卡再充电子系统117的各种子系统关联的“再充电参数”的数据 信号进行采样(或获取)。在再充电模式期间，由这些子系统产生的数据信号 中，这些采样的数据被编码为信息。根据本发明的原理，卡型“再充电参数” 应包括但不限于：在沿由例如阴极-电解质电压监测子系统133’监测到的 特定金属燃料道的阴极和阳极结构上产生的电压；流过沿由例如阴极-电解 质电流监测子系统134’监测到的特定金属燃料道的阴极和阳极结构的电 流；每个再充电头175的阴极结构中的氧气饱和值(pO2)，它由阴极氧气压力 控制子系统(130’、135’、136’、137’、138’、140’)监测；在由例如 离子浓度控制子系统(130’、142’、145’、146’、147’、148’、149’) 监测的特定放电头中沿特定金属燃料道的阴极-电解质界面上或附近的含水 率(H2O)值(或相对湿度)；卡再充电操作期间再充电头的温度(Tr)；和上述标 识的再充电参数状态的时段((Tr)。
通常，数据获取和处理子系统299可在再充电操作模式期间记录卡型“再 充电参数”的方法有多种。后面将对这些不同的方法进行描述。
根据图2B9所示的数据记录的第一方法，以图形方式印刷在“光学”数 据道172上的唯一卡标识代码或标记(如，以区域加强信息编码的小型条形 码符号)171，由利用本领域内熟知的光学技术(如，激光扫描条形码符号读取 器或光学解码器)实现的光学数据读取器180读取。在该示例性实施例中， 表示这些唯一卡标识代码的信息在提供给数据获取和处理子系统299中的数 据信号中编码，接着在再充电操作期间被记录在金属燃料数据库管理子系统 297中。
根据图2B9’中所示的数据记录的第二方法，磁记录在磁数据道172’ 上的数字“卡标识”代码171’，由利用本领域内熟知的磁信息读取技术实 现的磁读取器150’读取。在该示例性实施例中，表示这些唯一卡标识代码 的数字数据在提供给数据获取和处理子系统299中的数据信号中编码，接着 在再充电操作期间被记录在金属燃料数据库管理子系统297中。
根据图2A9’’所示的数据记录的第三方法，记录为不透光数据道 172’’中的一系列透光孔口的数字“卡标识”代码171’’，由利用本领 域内熟知的光学传感技术实现的光学传感头180’’读取。在该示例性实施 例中，表示这些唯一区域标识代码的信息在提供给数据获取和处理子系统299 中的数据信号中编码，接着在再充电操作期间被记录在金属燃料数据库管理 子系统297中。
根据用于数据记录的第四个另外的方法，标识的金属燃料卡上每个道的 唯一数字“卡标识”代码和再充电参数组均被记录在实现为附着到本发明金 属燃料卡表面的条的磁、光、或孔口的数据道中。有关特定金属燃料卡的信 息块在再充电操作模式期间被记录在数据道中，该数据道与容易地访问此记 录信息的相关的金属燃料区形体上相邻。通常，该信息块将包括金属燃料卡 标识号和一组再充电参数，如图2B16示意性示出，当金属燃料卡装载到再 充电头组件175中时，它们由数据获取和处理子系统299自动地检测。
与第三种方法相比，上述第一和第二数据记录方法具有几个优点。具体 地讲，当利用第一和第二方法时，沿金属燃料卡设置的数据道具有极低的信 息容量。这是因为，以唯一标识符(地址号或卡标识号)标记每个金属燃料卡 所需记录的信息极少，所检测到的再充电参数记录在金属燃料数据库管理子 系统297中。另外，根据第一和第二方法的数据道结构应极便宜，并且还提 供用于读取沿该数据道记录的卡标识信息的设备。
金属燃料卡再充电子系统中的输入／输出控制子系统
在有些应用中，可能希望或必须组合两个或多个FCB系统或它们的金属 燃料卡再充电子系统，以便合成系统不仅仅由单独使它的这些子系统提供其 功能。考虑到这些应用，其金属燃料卡再充电子系统117包括输入／输出控 制子系统117，它使其外部系统(例如，微计算机或微控制器)越权控制金属 燃料卡放电子系统的各方面，就象其系统控制器130’执行这些控制功能似 的。在该示例性实施例中，输入/输出控制子系统152’被实现为标准的IEEE I／O总线架构，为外部或远程计算机系统提供直接与金属燃料卡再充电子系 统117的系统控制器130’相接口的、并且直接地管理系统和子系统操作各 方面的方法和装置。
金属燃料卡再充电子系统的再充电功率调节子系统
如图2B3和2B4所示，再充电功率调节子系统181的输出端口以可操作 方式连接到阴极-电解质输入端配置子系统178的输入端，而再充电功率调 节子系统181的输入端口以可操作方式连接到输入电源176的输出端口。虽 再充电功率调节子系统181的主要功能是调节在再充电操作模式期间提供给 金属燃料卡的电源时，再充电功率调节子系统181还可调节在再充电操作期 间提供到金属燃料道的阴极-电解质结构上的电压以及流过其阴极-电解质 界面的电流。这些控制功能由系统控制器130’管理，并可以多种方式可编 程地选择，以便最佳地实现对本发明多道和单道金属燃料卡的最佳再充电。
再充电功率调节子系统181可利用在功率、电压和电流控制领域内所熟 知的的固态功率、电压和电流控制电路实现。该电路可包括利用晶体管控制 技术的电可编程电源转换电路，其中，可将一个或多个可控电流源串联地连 接到阴极和阳极结构，以便响应于由执行特定再充电功率控制方法的系统控 制器产生的控制信号控制流过的电流。这些电可编程电源转换电路还可包括 晶体管控制技术，其中，可将一个或多个可控电压源并联到阴极和阳极结构， 以便响应于由系统控制器产生的控制信号来控制其上的电压。该电路可由系 统控制器130’组合并受其控制，以便在金属燃料卡112的阴极-电解质结 构提供恒定的功率(和／或电压和／或电流)控制。
在本发明的这些示例性实施例中，再充电功率调节子系统181的主要功 能是利用下列再充电功率控制方法之一来对阴极／阳极结构执行实时功率调 节：(1)恒定输入电压／可变输入电流方法，其中，响应于由再充电卡上金属 氧化物结构表示的负载状态，加到每个阴极-电解质结构上的输入电压保持 恒定，而使其流过它的电流变化；(2)恒定输入电流／可变输入电压方法，其 中，响应于负载状态，流入每个阴极-电解质上的电流保持恒定，而使其上 的电压变化；(3)恒定输入电压／恒定输入电流方法，其中在再充电期间响应 于负载状态，阴极-电解质结构上的电压和流入阴极-电解质结构中的电流 均保持恒定；(4)恒定输入功率方法，其中，响应于负载状态，在放电期间加 到每个阴极-电解质结构上的输入功率保持恒定；(5)脉动输入功率方法，其 中，加到每个阴极-电解质结构上的输入功率在再充电期间以根据预定或动 态状态保持每个功率脉冲的占空比脉动；(6)恒定输入电压／脉动输入电流方 法，其中，在再充电期间流入阴极-电解质结构中的电流保持恒定，而流入 阴极-电解质结构的电流以特定占空比脉动；和(7)脉动输入电压／恒定输入 电流方法，其中，在再充电期间加到每个阴极-电解质结构上的的输入功率 脉动，而流入每个阴极-电解质结构中的的电流保持恒定。
本发明的优选实施例中，七(7)种再充电功率调节方法中的每一种均预编 程到与系统控制器130’相关的ROM中。这些功率调节方法可以多种不同 方式选择，这些方式例如包括，手动地启动系统壳体上的开关或按钮、自动 地检测在金属燃料卡装置与金属燃料卡再充电子系统117之间的界面上建立 或检测到的形体、电学、磁或光学条件。
金属燃料卡再充电子系统中的系统控制器
如上详细描述中所述，系统控制器130’执行各种操作，以便执行其放 电模式时的FCB系统的各种功能。在图1的FCB系统的优选实施例中，用 来实现金属燃料卡再充电子系统117中的系统控制器130’的子系统与用来 实现金属燃料卡放电子系统115中的系统控制器130的子系统相同。但是， 应理解的是，在放电和再充电子系统中所利用的系统控制器可以实现为单独 的子系统，每个均利用一个或多个编程的微控制器，以便执行由其FCB系 统执行的各组功能。在这两种情况下，这些子系统中的一个的输入／输出控 制子系统可以被设计成主输入／输出控制子系统，利用该子系统，一个或多 个外部子系统(如，管理子系统)可被连接为能够进行其FCB系统内执行的外 部和／或远程管理功能。
金属燃料卡再充电子系统中的再充电金属燃料卡
图2B5表示利用图2B3和2B4中所示金属燃料卡再充电子系统117的 再充电金属燃料卡的基本步骤的高级流程图。
如块A所示，卡装载／卸载子系统111将4个金属燃料卡传送到金属燃 料卡再充电子系统117的卡再充电间。
如块B所示，再充电头传送子系统131’将再充电头配置在装入到金属 燃料卡再充电子系统117的再充电间中的金属燃料卡周围，从而离子导电介 质设置在每个阴极结构和装载的金属燃料卡之间。
如块C所示，再充电头传送子系统131’然后配置每个再充电头175， 从而其阴极结构与所装载的金属燃料卡112形成离子接触，而其阳极接触结 构与其形成电接触。
如块D所示，阴极-电解质输入端配置子系统178自动地配置在所装载 的金属燃料卡周围配置的每个再充电头的输出端，然后，系统控制器控制金 属燃料卡再充电子系统117，从而以所需再充电电压和电流给装载有金属燃 料卡的再充电头的阴极-电解质结构提供电源。当一个或多个所装载的金属 燃料卡再充电时，则卡装载／卸载子系统111自动地经再充电间排出再充电的 金属燃料卡，用放电的金属燃料卡替换。
管理本发明金属空气FCB系统的第一示例性实施例中的金属燃料可用性 和金属氧化物的出现
放电模式期间
在图1所示第一示例性实施例的FCB系统中，提供了用于自动地管理金 属燃料卡放电子系统115中的金属燃料可用性的装置。后面将更详细地描述 该系统的能力。
如图2B17所示，表示放电参数(如，iacd、vacd、…、PO2d、H2Od、Tacd、vacr／iacr) 的数据信号自动地被作为输入提供给金属燃料卡放电子系统115中的数据获 取和处理子系统295。在采样和获取之后，这些数据信号被处理并被转换成 相应的数据要素，然后被写入例如如图2A15所示的信息结构301。每个信 息结构301包括一组数据要素，该组数据被“标记时间”，并且和与特定金 属燃料卡关联的唯一金属燃料卡标识符171(171’，171’’)相关。该唯一金 属燃料卡标识符由图2A6中所示的数据读取头150(150’，150’’)确定。然 后，每个被标记时间的信息结构被记录在金属燃料卡放电子系统115的金属 燃料数据库管理子系统293中，用于在将来的再充电和／或放电操作期间得 以保持、后续处理和／或访问。
如上所述，在放电模式期间，数据获取和处理子系统295对各种类型的 信息进行采样和汇集。该信息类型例如包括：(1)在特定放电头中特定阴极- 电解质结构上放电的电流量iacd；(2)每个这种阴极-电解质结构上产生的电 压；(3)每个放电头内每个子腔中的氧气浓度(pO2d)；(4)每个放电头中每个阴 极-电解质界面附近的含水率值(H2Od)；和(5)每个放电头的每个通道中的温 度(Tacd)。根据这些汇集到的信息，数据获取和处理子系统295能够易于计算 在特定放电头内的特定阴极-电解质结构上放电电流的持续时间(ΔTd)。
由数据获取和处理子系统295产生的信息结构实时地存储在金属燃料数 据库管理子系统293中，并可在放电操作期间以各种方式使用。例如，上述 电流(iacd)和时间(ΔTd)信息以传统方式分别以安培和小时测量。由“AH” 表示的这些测量值的乘积提供已从沿金属燃料卡的金属空气电池组结构“放 电”的电荷(-Q)的近似测量值。因此，在放电操作期间，所计算出的“AH” 乘积提供了预期已在特定瞬间在标识(即，标记)的金属燃料卡的特定道上形 成的金属氧化物的精确量。
当利用有关金属氧化和还原处理的历史信息时，金属燃料卡放电和再充 电子系统115和117中的金属燃料数据库管理子系统293和297能够分别计 算或确定在从特定锌燃料卡放电(即，产生电功率)应可使用多少金属燃料 (如，锌)，或者在还原时出现多少金属氧化物。因此，该信息极有助于执行 包括例如确定沿特定金属燃料区可用的金属燃料量等管理功能。
在该示例性实施例中，在金属燃料卡放电子系统115中利用下述金属燃 料可用性管理方法来管理金属燃料可用性。
放电操作期间金属燃料可用性管理的优选方法
根据本发明的原理，数据读取头150(150’，150’’)自动地标识装载到 放电组件中的每个金属燃料卡，并产生指示它的卡标识数据，该数据被提供 给金属燃料卡放电子系统115中的数据获取和处理子系统中。当接收到所装 载的金属燃料卡的卡标识数据时，数据获取和处理子系统自动地创建卡的信 息结构(即，数据文件)，用于存储在金属燃料数据库管理子系统293中。该 信息结构的功能是记录当前(最新)有关所检测到的放电参数、金属燃料可用 性状态、金属氧化物存在状态等的信息，如图2A15所示。当已对金属燃料 数据库管理子系统内的该特定金属燃料卡预先创建信息存储结构时，该信息 文件从数据库子系统293访问，以进行更新。如图2A15所示，对于每个标 识的金属燃料卡，在每个采样瞬间ti对每个金属燃料道保持信息结构285。
一旦已为一特定金属燃料卡创建了(或发现)一信息结构，便必须确定其 上每个金属燃料道的起始状态或条件，并且输入到金属燃料数据库管理子系 统293中保持的信息结构中。通常，装载到放电头组件中的金属燃料卡将被 部分或完全充电，并因此包含沿其道的金属燃料的特定量。为了精确地管理 金属燃料，必须确定所装载的卡中的这些金属燃料量，然后将表示它的信息 存储在放电和再充电子系统115和117的金属燃料数据库管理子系统中。通 常，信息的起始状态可以以不同方式获得，例如包括：在完成对不同FCB 系统的放电操作之前，对金属燃料卡上的这种初始化信息进行编码；在由相 同的FCB系统执行的最近的放电操作期间，将这种初始化信息预先记录在 金属燃料数据库管理子系统293中；在金属燃料数据库管理子系统293中(在 工厂中)，记录特定类型金属燃料卡的每个道上出现的金属燃料的实际(已知) 量，并当利用数据读取头150(150’，150’’)读取金属燃料卡上的代码时， 自动地对特定信息结构中的这种信息进行初始化；利用上述金属氧化物检测 组件连同阴极-电解质输出端配置子系统132，或利用其他适用的技术实际 测量每个金属燃料道上金属燃料的起始量。
在对所装载的燃料卡进行放电操作之前，可通过利用在放电子系统115 中的阴极-电解质输出端配置子系统132和数据获取和处理子系统295配置 本领域内已知的金属氧化物检测驱动电路，来执行上述实际测量技术。利用 这种配置，金属氧化物检测头可自动地获得有关放电头组件中所装载的每个 标识的金属燃料卡上每个金属燃料道的“起始”状态的信息。这种信息将包 括在装载时刻(表示为t0)在每个道上出现的金属氧化物和金属燃料的起始 量。
以与参照图1的FCB系统描述的方式相类似的方式，通过自动地给金属 燃料的特定道施加测试电压，并响应于所施加的测试电压来检测流过金属燃 料道部分的电流，来对所装载的卡的每个金属燃料道执行这种金属燃料／金 属氧化物测量。表示在特定采样周期下所施加的电压(vapplied)和响应电流(iresponse) 的数据信号被数据获取和处理子系统295自动地检测，并被处理以产生以适 当的数值标度表示所施加的测试电压与响应电流之比值的数据要素。该数据 要素与自动地记录在链接到保持在金属燃料数据库管理子系统293中的标识 的金属燃料卡的信息结构(即，文件)中的vapplied／iresponse成比例。由于该数据要 素(v／i)提供的是对被测量的金属燃料道电阻的直接测量，因此，它能与标识 的金属燃料道上出现的金属氧化物的测得量精确相关。
数据获取和处理子系统295然后量化所测起始金属氧化物量(可在起始瞬 间t0得到)，并将其指定为MOA0，用于记录在信息结构中(如图2A15所示)。 然后，利用有关完全(再)充电时可在每个道上得到的金属燃料最大量的先前 信息，数据获取和处理子系统295计算对每个燃料道在时刻“t0”可在每个 道上得到的金属燃料的精确测量值，对每个燃料道将每个测量值指定为 MFA0，并将这些用于标识的金属燃料卡的起始金属燃料测量值{MFA0}记录 在金属燃料卡放电和再充电子系统两者的金属燃料数据库管理子系统293和 297中。尽管该初始化处理过程便于执行，但应理解的是，在有些应用中， 可能更希望在已对金属燃料卡进行已知的处理过程的前提下、利用理论计算 通过实验确定起始金属燃料测量值，该已知的处理过程例如为：(1)在FCB 系统的功率输出端，使所装载的燃料卡瞬间处于电短路状态；(2)自动地检测 其响应特性；和(3)以短路电流为函数，对在存储在一表格中的已知起始氧化 状态中的所检测到的各响应特性进行相关；而将所有其他(再)充电参数保持 恒定(后称为“短路电阻测试”)。
在完成初始化过程之后，金属燃料卡放电子系统115准备沿下面描述的 线路执行金属燃料管理功能。在该示例性实施例中，该方法涉及两个基本步 骤，这些步骤在放电操作期间以循环方式执行。
该处理过程的第一步骤涉及的是，从起始金属燃料量MFA0中减去对应 于当在时间间隔t0-t1之间进行的放电期间产生的金属氧化物量的计算出的金 属氧化物估计值MOE0-1。在放电操作期间，利用如下汇集到的放电参数来 计算金属氧化物估计值MOE0-1：放电电流iacd和时段(Td。
该处理过程的第二步骤涉及将计算出的测量值(MFA0-MOE0-1)加到对应 于在可在时间间隔t0-t1之间已进行的任何再充电期间产生的金属氧化物量的 金属氧化物估计值MOE0-1。要注意的是，在再充电期间，利用再充电电流iacd 和其时段(Td来计算金属氧化物测量值MOE0-1。要注意的是，在刚好先前的 再充电操作期间(如果执行这样一个操作的话)，将预先计算金属氧化物估计 值MOE0-1，并将其记录在金属燃料卡再充电子系统115内的金属燃料数据 库管理子系统293中。因此，在该示例性实施例中，必须在电流再充电操作 期间从再充电子系统117的数据库子系统297中读取该预先记录的信息要 素。
上述计算操作的计算结果(即，MFA0-MOE0-1+MFE0-1)然后被记入在金属 燃料卡放电子系统115的金属燃料数据库管理子系统293中，作为新的当前 金属燃料量(MFA1)，该金属燃料量将被用于接下来的金属燃料可用性更新处 理过程中。在放电操作期间，对正被放电的每个金属燃料道每ti-ti+1秒执行 一次上述更新处理过程。
保持在每个金属燃料道上的这种信息可以以多种方式使用，例如：管理 金属燃料的可用性，使之满足连接到FCB系统的电负载的电功率需求；以 及，在放电操作期间以最佳方式设置放电参数。后面将对有关金属燃料管理 技术的细节进行更详细描述。
放电操作模式期间金属燃料可用性管理的使用
在放电操作期间，在第i个放电头上确定的、计算出的在时刻t2在任何 特定金属燃料道上出现的金属燃料估计值(即，MFTt1-t2)可被用来计算从第j 个放电头下游的第(j+1)、第(j+2)、或第(j+n)个放电头上金属燃料的可用性。 利用这样计算出的测量值，金属燃料卡放电子系统115中的系统控制器130 可实时地确定(即，预期)沿金属燃料卡的哪个金属燃料道包含具有其量足以 在放电操作期间加到金属燃料卡放电子系统115上的瞬间电负载状态的金属 燃料(如，锌)，并有选择地“接入”已知沿其出现金属燃料的金属燃料道。 这种道切换操作可涉及暂时将其阴极-电解质结构的输出端连接到阴极-电 解质输出端配置子系统132的输入端的系统控制器130，从而使支承金属燃 料含量(如，淀积物)的道可容易地用于产生电负载116所需的电功率。
这种金属燃料管理能力的另一优点是，金属燃料卡放电子系统115中的 系统控制器130能够利用刚好在再充电和放电操作之前的期间在金属燃料数 据库管理子系统293和297中汇集和记录的信息来控制放电操作期间的放电 参数。
在放电模式期间使用在先前操作模式期间记录的信息的
控制放电参数的装置
在第二示例性实施例的FCB系统中，金属燃料卡放电子系统115的系统 控制器130能够利用在先前的再充电和放电操作期间汇集到的、并记录在图 1的FCB系统的金属燃料数据库管理子系统293和297中的信息来自动地控 制放电参数。
如图2B16所示，设置在放电和再充电子系统115和117中及之间的子 系统架构和总线能够使金属燃料卡放电子系统115中的系统控制器130访问 和使用记录在金属燃料卡再充电子系统117内金属燃料数据库管理子系统 297中的信息。类似地，设置在放电和再充电子系统115和117中及之间的 子系统架构和总线能够使金属燃料卡再充电子系统117中的系统控制器 130’访问和使用记录在金属燃料卡放电子系统115内金属燃料数据库管理 子系统293中的信息。下面将解释这种信息文件和子文件共享能力的优点。
在放电操作期间，系统控制器130能够访问存储在放电和再充电子系统 115和117内金属燃料数据库管理子系统内的各种类型的信息。一个重要的 信息要素与在特定瞬间在沿每个金属燃料道上当前可用的金属燃料量(即， MFEt)有关。利用该信息，系统控制器130可确定沿特定道是否有足够的金 属燃料来满足所连接的负载116的电功率需求。先前的放电操作结果是沿金 属燃料卡的一个或多个或全部燃料道的金属燃料可能基本上消耗掉，并且因 为是最后的放电操作而尚未再充电。系统控制器130可预料到放电头内的这 种金属燃料状态。根据“上游”燃料卡的金属燃料状态，系统控制器130响 应如下：(ⅰ)当在负载116上检测到高电负载状态时，将金属燃料“富裕”的 道的阴极-电解质结构连接到放电功率调节子系统151中，而当在放电在116 上检测到低负载状态时，将金属燃料“贫化”的道的阴极-电解质结构连接 到该子系统中；(ⅱ)当在标识的金属燃料道上出现薄的金属燃料时，增加注 入相应阴极支承结构中的氧气速率(即，提高其中的空气压力)，而当在标识 的金属燃料区域中出现厚的金属燃料时，减少注入相应阴极支承结构中的氧 气速率(即，降低其中的空气压力)，以便保持从放电头产生的功率；(ⅲ)当所 检测到的其温度传感预定阈值时，控制放电头的温度等。应理解的是，在本 发明的替代实施例中，系统控制器130可响应于标识的金属燃料卡上特定道 的检测到的状态来以不同方式操作。
再充电模式期间
在图1所示的第二示例性实施例的FCB系统中，提供了用于在再充电操 作期间自动地管理金属燃料卡再充电子系统117中出现的金属氧化物的装 置。下面将更详细地描述这种系统能力。
如图2B16所示，表示再充电参数(如，iacr，vacr，…，pO2r，{H2O}r，Tr，vacr／iacr) 的数据信号被自动地作为输入提供给金属燃料卡再充电子系统117中的数据 获取和处理子系统299中。在采样和获取之后，这些数据信号被处理和转换 成相应的数据要素，然后被写入例如如图2B15所示的信息结构302中。如 在放电参数汇集的情况，再充电参数的每个信息结构302包括一组数据要 素，该组数据要素被标记时间，并与唯一金属燃料卡标识符171(171’， 171’’)相关，该标识符与正被再充电的金属燃料卡相关联。该唯一金属燃 料卡标识符由数据读取头180(180’，180’’)确定，如图2B6所示。每个标 记时间的信息结构然后被记录在金属燃料卡再充电子系统117的金属燃料数 据库管理子系统297中，如图2B16所示，用于在将来的再充电和／或放电操 作期间保持、后续处理和／或访问。
如上所述，在再充电模式期间，数据获取和处理子系统299采样和汇集 各种类型的信息。这些信息类型例如包括：(1)加到每个再充电头内每个阴极 -电解质结构上的再充电电压；(2)在每个再充电头内阴极-电解质结构上提 供的电流量(iacr)；(3)每个再充电头内每个子腔中的氧气浓度(pO2r)值；(4)每 个再充电头内每个阴极-电解质结构附近的含水率值(H2Or)；和(5)每个再充 电头的每个通道内的温度(Tacr)。根据所汇集到的信息，数据获取和处理子系 统299能够容易地计算系统的各种参数，例如包括将电流(ir)提供给特定再充 电头内特定阴极-电解质结构的时段((tr)。
在再充电操作期间，实时地在金属燃料卡再充电子系统117的金属燃料 数据库管理子系统297内产生和存储的信息结构可以多种方式使用。
例如，在再充电模式期间获得的上述电流(iacr)和时段((Tr)信息分别以传 统方式以安培和小时测量。这些测量值的乘积(AH)提供了在再充电期间加到 沿金属燃料的金属空气电池组结构的电荷(-Q)的精确测量值。因此，在再充 电操作期间，所计算出的“AH”’乘积提供了预期已在特定瞬间在金属燃料 的标识道上形成的金属燃料的精确量。
当利用有关金属氧化和还原处理的历史信息时，金属燃料卡放电和再充 电子系统115和117中的金属燃料数据库管理子系统293和297能够分别用 来计算或确定在沿锌燃料卡应出现多少金属氧化物要再充电(即，从氧化锌 转换成锌)。因此，该信息极有助于执行包括例如确定在再充电期间沿每个 金属燃料道出现金属氧化物量等的金属燃料管理功能。
在该示例性实施例中，在金属燃料卡再充电子系统117中利用下述方法 来管理金属氧化物出现。
再充电操作期间金属氧化物出现管理的优选方法
根据本发明的原理，数据读取头180(180’，180’’)自动地标识装载到 再充电组件175中的每个金属燃料，并产生指示它的卡标识数据，该数据被 提供给金属燃料卡再充电子系统117中的数据获取和处理子系统299中。当 接收到所装载的金属燃料卡的卡标识数据时，数据获取和处理子系统299自 动地创建卡的信息结构(即，数据文件)，用于存储在金属燃料数据库管理子 系统297中。该信息结构的功能是记录有关所检测到的再充电参数、金属燃 料可用性状态、金属氧化物出现状态等的当前(最新)信息，如图2B15所示。 当已在金属燃料数据库管理子系统内对该特定金属燃料卡预先创建信息存储 结构时，该信息文件从数据库子系统297访问，以进行更新。如图2B15所 示，对于每个标识的金属燃料卡，在每个采样的瞬间ti对每个金属燃料道(MFTj) 保持信息结构302。
一旦已为一特定金属燃料卡创建(或发现)了一信息结构，便必须确定其 上每个金属燃料道的起始状态或条件，并且输入到金属燃料数据库管理子系 统297中保持的信息结构中。通常，装载到再充电头组件175中的金属燃料 卡将被部分或完全充电，并因此包含沿其道的特定量的金属氧化物，用于转 换为其原金属。为了精确地管理金属燃料，必须确定所装载的卡中的这些起 始金属氧化物量，然后将表示它的信息分别存储在放电和再充电子系统115 和117的金属燃料数据库管理子系统293和294中。通常，信息的起始状态 可以以不同方式获得，例如包括：在完成对不同FCB系统的放电操作之前， 对金属燃料卡上的这种初始化信息进行编码；在由相同的FCB系统执行的 最近的再充电操作期间，将这种初始化信息预先记录在金属燃料数据库管理 子系统297中；在金属燃料数据库管理子系统297中(在工厂中)，记录特定 类型金属燃料卡的每个道上通常预期的金属氧化物量，并当利用数据读取头 180(180’，180’’)读取金属燃料卡上的代码时，自动地对特定信息结构中 的这种信息进行初始化；利用上述金属氧化物检测组件连同阴极-电解质输 入端配置子系统178，或利用其他适用的技术实际测量每个金属燃料道上金 属氧化物的起始量。
在对所装载的燃料卡进行再充电操作之前，可通过以再充电子系统117 内的阴极-电解质输入端配置子系统178和数据获取和处理子系统299配置 上述金属氧化物检测(vapplied／iresponse)驱动电路，来执行上述“实际”测量技术。 利用这种配置，金属氧化物检测头可自动地获得有关再充电头组件中所装载 的每个标识的金属燃料卡上每个金属燃料道的“起始”状态的信息。这种信 息将包括在装载时刻(表示为t0)在每个道上出现的金属氧化物和金属燃料的 起始量。
以与参照图1的FCB系统描述的方式相类似的方式，通过自动地在金属 燃料的特定道上施加测试电压，并响应于所施加的测试电压来检测流过金属 燃料道部分的电流，来对所装载的卡的每个金属燃料道执行这种金属燃料／ 金属氧化物测量。表示在特定采样周期下所施加的电压(vapplied)和响应电流 (iresponse)的数据信号被数据获取和处理子系统299自动地检测，并被处理以产 生以适当的数值标度表示所施加的测试电压与响应电流之比值(vapplied／iresponse) 的数据要素。该数据要素自动地记录在链接到保持在金属燃料数据管理子系 统297中的信息结构中。由于该数据要素(v／i)提供的是对被测量的金属燃料 道电阻的直接测量，因此，它与标识的金属燃料道上出现的金属氧化物的测 得的“起始”量精确相关。
数据获取和处理子系统299然后量化所测起始金属氧化物量(可在起始瞬 间t0得到)，并将其指定为MOA0，用于记录在金属燃料卡放电和再充电子系 统115和117两者内金属燃料数据库管理子系统中保持的信息结构中。尽管 该初始化处理过程便于执行，但应理解的是，在有些应用中，可能更希望在 已对金属燃料卡进行已知的处理过程(例如，上述短路电阻测试)的前提下、 利用理论计算通过实验确定起始金属氧化物测量值。
在完成初始化过程之后，金属燃料卡再充电子系统117准备沿下面描述 的线路执行金属燃料管理功能。在该示例性实施例中，该方法涉及两个基本 步骤，这些步骤在再充电操作期间以循环方式执行。
该处理过程的第一步骤涉及的是，从起始金属氧化物量MOA0中减去对 应于当在时间间隔t0-t1之间进行的再充电期间产生的金属燃料量的计算出的 金属燃料估计值MFE0-1。在再充电操作期间，利用如下汇集到的放电参数来 计算金属燃料估计值MFE0-1：再充电电流iacr和时段(TR。
该处理过程的第二步骤涉及将计算出的测量值(MOA0-MFE0-1)加到对应 于在可在时间间隔t0-t1之间进行的任何放电期间产生的金属氧化物量的金属 氧化物估计值MOE0-1。要注意的是，在放电操作期间，利用如下汇集到的 放电参数(再充电电流iacd和其时段(T0-1)来计算金属氧化物估计值MOE0-1。 要注意的是，在刚好先前的放电操作期间(如果从t0执行这样一个操作的话)， 将预先计算金属氧化物估计值MOE0-1，并将其记录在金属燃料卡再充电子 系统115内的金属燃料数据库管理子系统中。因此，在该示例性实施例中， 必须在当前的再充电操作期间从放电子系统115的数据库子系统293中读取 该预先记录的信息要素。
上述计算操作的计算结果(即，MOA0-MFE0-1+MOE0-1)然后被记入在金属 燃料卡再充电子系统117的金属燃料数据库管理子系统297中，作为新的“当 前”金属燃料量(MOA1)，该金属燃料量将被用于接下来的金属氧化物出现 更新处理过程中。在再充电操作期间，对正被再充电的每个金属燃料道每ti- ti+1秒执行一次上述更新处理过程。
保持在每个金属燃料道上的这种信息可以以多种方式使用，例如：管理 沿金属燃料卡中的道的金属氧化物结构的出现；以及，在再充电操作期间以 最佳方式设置再充电参数。后面将对有关金属氧化物出现管理技术的细节进 行更详细描述。
再充电操作模式期间金属氧化物出现管理的使用
在再充电操作期间，在第i个再充电头上确定的、在沿任何特定金属燃 料道上出现的金属氧化物的计算量(即，MFT)可被用来计算从第i个再充电 头下游的第(i+1)、第(i+2)、或第(i+n)个再充电头上金属氧化物的出现。利用 这样计算出的测量值，金属燃料卡再充电子系统117中的系统控制器130’ 可实时地确定(即，预期)沿金属燃料卡的哪些金属燃料道包含需要再充电的 金属氧化物(如，氧化锌)、以及那些金属燃料道包含足够的金属燃料量而无 需再充电。对于需要再充电的这些金属燃料道，系统控制器130’能够电切 换到具有足够金属氧化物含量(如，淀积物)的这些金属燃料道的阴极-电解 质结构中，用于在再充电头组件175中转换成金属燃料。
这种金属氧化物管理能力的另一优点是，金属燃料卡再充电子系统117 中的系统控制器130’能够利用刚好在先前再充电和放电操作操作的期间在 金属燃料数据库管理子系统293和297中汇集和记录的信息来控制再充电操 作期间的再充电参数。
在再充电操作期间，所汇集到的信息可被用来计算在任何瞬间沿每个金 属燃料道存在的金属氧化物量的精确测量值。存储于在金属燃料数据库子系 统297中保持的信息存储结构中的该信息可由金属燃料卡放电子系统117的 系统控制器130’访问，以控制每个再充电头175的阴极-电解质结构上提 供的电流量。理想情况是，选择电流的幅度，从而保证将沿每个这种道的估 计量的金属氧化物(如，氧化锌)转换成其主要原金属(如，锌)，而不破坏金 属燃料薄膜的结构完整性和孔隙度。
在再充电模式期间使用在先前操作模式期间记录的信息
控制再充电参数的装置
在第一示例性实施例的FCB系统中，金属燃料卡再充电子系统117的系 统控制器130’能够利用在先前的再充电和放电操作期间汇集到的、并记录 在图1的FCB系统的金属燃料数据库管理子系统293和297中的信息来自 动地控制再充电参数。
在再充电操作期间，金属燃料再充电子系统117中的系统控制器130’ 能够访问存储在金属燃料数据库管理子系统297内的各种类型的信息。存储 在其中的一个重要的信息要素与在特定瞬间在沿每个金属燃料道上当前存在 的金属氧化物量(即，MOAt)有关。利用该信息，系统控制器130’可确定在 那些道上存在金属氧化物淀积物，从而能够利用阴极-电解质输入端配置子 系统178将相应阴极-电解质结构的输入端(在再充电头中)连接到再充电功 率控制子系统181，以便有效和快速地执行再充电操作。系统控制器130’ 可预料到进行再充电操作之前的这些金属氧化物状态。根据装载到放电头组 件内的“上游”燃料卡的金属氧化物状态，该示例性实施例的系统控制器130’ 可响应如下：(ⅰ)在长再充电期间，将金属氧化物“富裕”的道的阴极-电解 质结构连接到再充电功率调节子系统181中，而在相对较短的再充电操作期 间，从该子系统连接金属氧化物“贫化”的道的阴极-电解质结构；(ⅱ)在 再充电操作期间，增加从对应于沿其形成有厚的金属氧化物结构的道的阴极 支承结构的抽氧速率，并且在再充电操作期间，减少从对应于沿其形成薄的 金属氧化物结构的道的阴极支承结构的抽氧速率；(ⅲ)当所检测到的其温度 超过预定阈值时，控制再充电头的温度等。应理解的是，在本发明的替代实 施例中，系统控制器130’可响应于标识的燃料卡上特定道的检测到的状态 来以不同方式操作。
本发明金属空气FCB系统的第二示例性实施例
本发明金属空气FCB系统的第二示例性实施例示于图3至4B13中。如 图3、4A1和4A2所示，该FCB系统185包括多个子系统，即：金属燃料 卡放电(即，功率产生)子系统186，用于在放电操作模式期间从再充电的金 属燃料卡187产生电功率；金属燃料卡再充电子系统191，用于在再充电操 作模式期间以电化学方式再充电(即，还原)氧化的金属燃料卡187的各部分； 再充电的卡装载子系统189，用于自动地将一个或多个金属燃料卡187从再 充电存储箱188A装载到FCB系统的放电间；放电的卡卸载子系统192，用 于将一个或多个放电的金属燃料卡187从FCB系统的放电间卸载到放电的 金属燃料卡存储箱188B；放电的卡装载子系统192，用于自动地将一个或多 个放电的金属燃料卡从放电的金属燃料卡存储箱188B装载到金属燃料卡再 充电子系统191的再充电间；和再充电的卡卸载子系统193，用于自动地将 再充电的金属燃料卡从再充电子系统的再充电间卸载到再充电的金属燃料卡 存储箱188A。下面将描述有关这些子系统中的每个及它们如何协同操作的 细节。
如图3所示，由该FCB系统消耗的金属燃料材料以与图1的系统中使用 的卡112稍微不同的结构形式提供。如图3和4A12所示，每个金属燃料卡 178均具有矩形形状的壳体，包括多个电隔离的金属燃料部件(如，方块)195A 至195E。如将在后面更详细地描述的，当金属燃料卡178在放电模式期间 移动到其阴极支承板198与阳极支承板结构199之间的适当对准位置时，这 些部件用于与金属燃料卡放电子系统186中“多区域化”放电头197的阴极 部件196A至196D接触，如图4A4所示，并且当该燃料卡在再充电模式期 间移动到其阴极支承板198’与阳极支承板199’之间的适当对准位置时， 这些部件还用于与金属燃料卡再充电子系统191中再充电头197’的阴极部 件196A’至196D’接触，如图4B4所示。
在该示例性实施例中，本发明的燃料卡是“多区域化的”，以便能够从 “多区域”放电头197同时产生多个供电电压(如，1．2伏特)。如参照本发明 其他实施例描述的，这使得能够从该系统产生和提供宽范围的输出电压，适 于连接到该FCB系统的特定电负载的需求。
本发明第二示例性实施例的FCB系统操作模式的概述
该第二示例性实施例的FCB系统具有几种操作模式，即：再充电的卡装 载模式，在该模式期间，一个或多个金属燃料卡被自动地从再充电的金属燃 料卡存储箱188A装载到金属燃料卡放电子系统186的放电间中；放电的卡 装载模式，在该模式期间，一个或多个金属燃料卡被自动地从放电的金属燃 料卡存储箱装载到金属燃料卡再充电子系统191的再充电间中；放电模式， 在该模式期间，以电化学氧化方式从装载到金属燃料卡放电子系统186中的 金属燃料卡187产生电功率，并被提供给连接到该子系统输出端的电负载； 再充电模式，在该模式期间，被装载到金属燃料卡再充电子系统191中的金 属燃料卡被以电化学还原方式再充电；放电的卡卸载模式，在该模式期间， 一个或多个金属燃料卡被自动地从该系统的放电间卸载到其放电的金属燃料 卡存储箱188B中；和再充电的卡卸载模式，在该模式期间，一个或多个再 充电的金属燃料卡被自动地从金属燃料卡再充电子系统191的再充电间卸载 到再充电的金属燃料卡存储箱188A中。后面将更详细地描述这些模式。
第二示例性实施例的FCB系统中使用的多区域金属燃料卡
在图3的FCB系统中，每个金属燃料卡187具有多个燃料道(如，5个 区域)，如前述同时待审的美国专利申请No．08／944，507中所述。当利用这种 金属燃料卡设计时，可能希望将金属燃料卡放电子系统186中的每个放电头 197设计为“多区域化”的放电头。类似地，根据本发明的原理，其金属燃 料卡再充电子系统191中的每个再充电头197’应被设计成多区域化的再充 电头。如同时待审的美国专利申请No．08／944，507中详细所述，“多区域化” 的金属燃料卡187和多区域化的放电头197的使用能够同时产生可由最终用 户选择的多个输出电压(V1，V2，…Vn)。这些输出电压可被用来驱动连接到 金属燃料卡放电子系统的输出功率端201的各种电负载200。这可通过选择 性地配置在卡放电操作期间在放电头内的每个阳极-阴极结构上产生的各个 输出电压而实现。该系统的功能将在后面更详细描述。
一般来讲，多区域和单区域金属燃料卡187等可利用几种不同的技术制 成。最好，每个卡式装置187中包含的金属燃料部件利用锌制成，这是因为 这种金属便宜、对环境无害、并且易于工作。后面将描述用于制作本发明的 这一实施例的锌燃料部件几种不同技术。
例如，根据第一制造技术，将厚度为约0．1至约0．5微米的薄金属层(如 镍或黄铜)施加到低密度塑料材料(以卡式结构形式拉伸或切割的)的表面。塑 料材料应这样选择，即，它在存在诸如KOH的电解质时稳定。该薄金属层 的功能是在阳极表面保证汇集足够的电流。此后，将锌粉与粘结材料混合， 然后作为涂层(如，厚度为1至约500微米)加到薄材料层表面上。该锌层应 具有约50％的均匀的孔隙度，以便使离子导电介质中的离子(如，电解质离 子)在阴极和阳极结构之间以最小电阻流过。如后更详细说明，所得到的金 属燃料结构可安装在薄结构的电隔离罩中，以改善金属燃料卡187的结构完 整性，同时，当将卡装载到其卡存储隔间中时，给阳极结构提供放电头员道。 另外，也可给金属燃料卡的罩设置可滑动面板，当该卡由存储隔间接受并且 放电头被传送到进行放电操作的位置时，该面板可能接触金属燃料条。
根据第二制造技术，将厚度为约0．1至约0．5微米的薄金属层(如镍或黄 铜)加到低密度塑料材料(以卡式形式拉伸或切割的)的表面。塑料材料应这样 选择，即，它在存在诸如KOH的电解质时稳定。薄金属层的功能是在阳极 表面保证汇集足够的电流。此后，将锌电镀到薄金属层的表面。该锌层应具 有约50％的均匀的孔隙度，以便使离子导电介质(如电解质)中的离子在阴极 和阳极结构之间以最小电阻流过。如后更详细说明，所得到的结构可安装在 薄结构的电隔离罩中，以便提供具有适当结构完整性的金属燃料卡，同时， 当将卡装载到其卡存储隔间中时，给阳极结构提供放电头通道。另外，也可 给金属燃料卡的罩设置可滑动面板，当该卡由放电间113接受并且放电头被 传送到进行放电操作的位置时，该面板能够接触金属燃料条。
根据第三制造技术，将锌粉与低密度塑料基底材料混合，并拉伸成导电 塑料板。该低密度塑料材料应这样选择，即，它在存在诸如KOH的电解质 时稳定。每个导电板应具有约50％的均匀的孔隙度，以便使离子导电介质 (如，电解质)中的离子在阴极和阳极结构之间以最小电阻流过。此后，将厚 度为约1至约10微米的薄金属层(如镍或黄铜)加到导电板的表面上。该薄金 属层的功能是在阳极表面保证汇集足够的电流。如后更详细说明，所得到的 金属燃料结构可安装在薄结构的电隔离罩中，以提供具有适当的结构完整性 的金属燃料卡，同时，当将卡装载到其卡存储隔间中时，给阳极结构提供放 电头通道。该卡罩可由被设计成耐热和抗腐蚀的任何适当的材料制成。最好， 壳体材料不导电，以在卡放电和再充电期间为用户提供附加防护措施。
另外，上述制造金属燃料部件技术中的每一种能够容易地改进，以产生 “双面”金属燃料卡，其中在其利用的柔性的基底(即，衬底)的两侧均设置 单道或多道金属燃料层。金属燃料卡的这些实施例有助于在装载到FCB系 统的金属燃料卡的两侧均设置放电头的应用情况。当制造双面金属燃料卡 时，在大多数实施例中，必须在塑料衬底的两侧均形成(薄金属材料的)电流 收集层，从而能够从与不同阴极结构相关联的金属燃料卡的两侧收集电流。 当制造双面多道燃料卡时，可能希望或必须将两个金属燃料片层压在一起， 如上所述，每个片的衬底形体上接触。阅读了本发明公开的本领域内的普通 技术人员将容易理解利用上述方法来生产双面金属燃料卡。在本发明的这些 示例性实施例中，将改变每个放电头内的阳极接触结构，从而建立与在其利 用的金属燃料卡结构中形成的每个电隔离电流收集层的电接触。
本发明金属空气FCB的第二示例性实施例的卡装载／卸载子系统
如图4A1示意性所示，再充电卡装载子系统189的功能是自动地将多个 再充电的金属燃料卡从再充电的金属燃料卡存储箱188A中的再充电的一叠 金属燃料卡187的底部传送到金属燃料卡放电子系统182的放电间中。如图 4A2所示，放电的卡卸载子系统190的功能是自动地将多个氧化的金属燃料 卡187’从金属燃料卡的放电子系统186的放电间传送到放电的金属燃料卡 存储箱188B中的一叠放电的金属燃料卡的顶部。如图4B1所示，放电的卡 装载子系统192的功能是自动地将多个氧化的金属燃料卡从放电的金属燃料 卡存储箱191中的放电的金属燃料卡181的组的底部传送到金属燃料卡再充 电子系统191的再充电间。如图4B2所示，再充电的卡卸载子系统193的功 能是自动地将多个再充电的金属燃料卡197从金属燃料卡再充电子系统191 的再充电间传送到再充电的金属燃料卡存储箱188A中再充电的一叠金属燃 料卡的顶部。
如图4A1所示，再充电的卡装载子系统189能够以任何机电动机构实现， 该机构例如包括：电动机、辊、导板及其他部件，它们的配置方式为能够将 再充电的金属燃料卡顺序地从再充电的金属燃料卡存储箱188A中再充电的 一叠金属燃料卡的底部传送到金属燃料卡放电子系统的放电间中，其中配置 放电头197的阴极和阳极结构。该机电卡传送机构以可操作方式连接到系统 控制器203。
如图4A2所示，放电的卡装载子系统190能够以任何机电动机构实现， 该机构例如包括：电动机、辊、导板及其他部件，它们的配置方式为能够将 放电的金属燃料卡顺序地从金属燃料卡放电子系统的放电间传送到放电的金 属燃料卡存储箱188B中放电的一叠金属燃料卡的顶部，其中配置放电头197 的阴极和阳极结构。该机电卡传送机构连接到系统控制器203。
如图4B1所示，放电的卡装载子系统190能够以任何机电动机构实现， 该机构例如包括：电动机、辊、导板及其他部件，它们的配置方式为能够将 放电的金属燃料卡顺序地从放电的金属燃料卡存储箱188B中放电的一叠金 属燃料卡的底部传送到金属燃料卡再充电子系统的再充电间中，其中配置放 电头的阴极和阳极结构。该机电卡传送机构以可操作方式连接到系统控制器 203。
如图4B2所示，再充电的卡装载子系统190能够以任何机电动机构实现， 该机构例如包括：电动机、辊、导板及其他部件，它们的配置方式为能够将 再充电的金属燃料卡顺序地从金属燃料卡再充电子系统的再充电间传送到再 充电的金属燃料卡存储箱188A中再充电的一叠金属燃料卡的顶部，其中配 置放电头的阴极和阳极结构。该机电卡传送机构连接到系统控制器203。
本发明金属空气FCB系统第一示例性实施例的金属燃料卡放电子系统
如图4A3和4A4所示，本发明第三示例性实施例的金属燃料卡放电子 系统186包括多个子系统，即：多道放电(即，放电)头组件197，其每个均 包括具有可以下述方式连接的导电输出端的多部件阴极结构198和阳极接触 机构199；放电头传送子系统204，用于将放电头组件197的子部件传送到 装载到该系统中的金属燃料卡197或从其传送出；阴极-电解质输出端配置 子系统205，用于在系统控制器203的控制下，配置放电头的阴极和阳极接 触结构的输出端，使之保持由连接到金属燃料卡放电子系统186的特定电负 载116所需的输出电压；阴极-电解质电压监测子系统206A，连接到阴极 -电解质输出端配置子系统205，用于监测(即，采样)在每个放电头的阴极 和阳极结构上产生的电压，并产生表示检测到的电压值的(数字)数据；阴极 -电解质电流监测子系统206B，连接到阴极-电解质输出端配置子系统 205，用于监测(如，采样)在放电模式期间在每个放电头的阴极-电解质界面 上流过的电流，并产生表示检测到的电流值的数字数据信号；阴极氧气压力 控制子系统，包括系统控制器203、固态PO2传感器250、图2B7和2B8中 所示的真空腔(结构)207、真空泵208、电控气流控制装置209、歧管结构210、 和图2B3和2B4中所示的多腔管211，如图所示，它们被设置在一起用来检 测和控制每个放电头197的阴极结构中的pO2值；离子传送控制子系统， 包括系统控制器203、固态含水率传感器(比重计)212、增湿部件(如，微喷 淋部件)213，水泵215、蓄水池216、电控水流控制阀217、多腔结构28和 伸入到含水率提供结构213中的导管219，它们被如图所示地配置在一起用 以检测和改变FCB系统中的状态(如，在放电头阴极-电解质界面上的含水 率值或相对湿度)，从而在放电操作模式期间将阴极-电解质界界面处的离 子浓度保持在在最佳范围内，其中增湿部件213被实现为置入在阴极支承板 198(具有沿每个壁表面设置的出水孔214，如图2B6所示)的壁结构内的微喷 淋器；放电头温度控制子系统，包括系统控制器203、置入在其多阴极支承 结构198中的每个通道内的固态温度传感器(如、热敏电阻)305、和放电头冷 却装置306，响应于由系统控制器203产生的控制信号，用以在放电操作期 间，将每个放电通道的温度降低到最佳温度范围内；关联型金属燃料数据库 管理子系统(MFDMS)308，它利用局部系统总线309以可操作方式连接到系 统控制器203，被设计成接收从金属燃料带放电子系统186内的各个子系统 的输出中提取出的特定类型的信息；数据获取和处理子系统(DCPS)400，包 括数据读取头260(260’、260’’)和基于编程的微处理器的数据处理器， 其中，该读取头置入在或靠近地安装在每个放电头197的阴极支承结构，该 处理器用于接收从阴极-电解质电压监测子系统206A、阴极-电解质电流 监测子系统206B、阴极氧气压力控制子系统和其离子浓度控制子系统产生 的数据信号，并且能够(ⅰ)从所装载的金属燃料卡中读取金属燃料卡标识数 据，(ⅱ)利用局部系统总线401，在金属燃料数据库管理子系统308中记录检 测到的放电参数和所提取的计算出的金属氧化物指示数据，和(ⅲ)利用局部 系统总线309，读取存储在金属燃料数据库(MFDMS)308中的预先记录的再 充电参数和预先记录的金属燃料指示数据；放电(即，输出)功率调节子系统 223，它连接在阴极-电解质输出端配置子系统205的输出端和连接到金属 燃料卡放电子系统186的电负载200的输入端之间，用于调节送到电负载上 的输出功率(并调节由系统控制器203执行的放电功率控制方法所需的电压 和／或电流特性)；输入／输出控制子系统224，与系统控制器203连接，如图 4B14所示，借肋采样总系统总线402与金属燃料卡再充电子系统117中的 系统控制器203’联系，并具有利用远程或合成系统控制FCB系统的所有功 能的装置，其中包含FCB系统；和系统控制器203，用于在各种模式的系统 操作期间，管理上述子系统的操作。将在下面更详细地描述执行子系统。
金属燃料卡放电子系统中的多区域放电头组件
多区域放电头道组件197的功能是在放电操作模式期间当一个或多个金 属燃料卡187放电时在电负载上提供电功率。在该示例性实施例中，每个放 电(即，放电)头197包括：阴极部件支承板134，其具有多个隔离的槽224A 至224D，使氧气(O2)自由地通过在其底部形成的穿孔225；多个导电阴极部 件(如，条)196A至196D，用于分别插入这些槽224A至224D的下部中；多 个注入电解质的条226A至226D，用于放置在阴极条196A至196D上，并 且分别在槽225A至225D中支承，如图4A12所示；和图4A7所示的氧气 注入腔207，以如图4A12所示的密封方式安装在阴极部件支承板198的上(背) 表面之上。
如图4A3和4A4所示，每个氧气注入腔207具有多个子腔207A至207D， 它们分别与槽224A至224D形体上关联。每个真空子腔全部与所有其他子 腔隔离，并且在支承阴极部件和电解质注入部件的一个通道中进行流体交 流。如图所示，每个子腔被配置成与真空泵208经多腔管211的一个腔、歧 管组件210的一个通道和气流开关209的一个通道进行流体交流，这些操作 中的每个均受系统控制器203的控制。通过有选择地经歧管组件210中对应 气流通道泵出加压的空气，这种配置使得系统控制器203能够单独地将每个 氧气注入子腔207A至207D中的pO2值控制在最佳范围内。
如图4A8A所示，每个注入电解质的条226A至226D是通过向电解质吸 收载体条注入凝胶体型电解质而实现的。最好，该电解质吸收载体介质被实 现为由PET塑料制成的低密度、孔口泡沫材料的条。每个放电电池单元的 凝胶体电解质利用由碱性溶液、明胶材料、水、和本领域中已知的粘结剂组 成的配方制成。
如图4A8A所示，每个阴极条196A至196D利用涂有多孔碳材料、颗粒 状铂或其他接触剂229的镍丝网层228制成，以形成适于在金属空气FCB 系统中使用的阴极部件。用在空气-金属FCB系统中的阴极构造的细节公 开于美国专利No．4，894，296和No．4，129，633，这些专利引用于此，以资参考。 为了形成电流收集通路，开导电体(镍)230焊接到每个阴极条的下部丝网层 228，如图4A12示，附着到其阴极条的每个导电体230通过在阴极支承板198 的槽底面上形成的孔231，并连接到一导电体(如，线)，该导电体从其相应 的子腔伸出，在传统导体235A端接。在组装期间，阴极条被压入槽底面， 并将其固定。
如图4A6所示，每个槽224A至224D中的每个的底面具有形成在其中 的多个穿孔225，使得空气和氧气自由地通过阴极条196A至196D(按大气 温度和压力)。在该示例性实施例中，注入电解质的条226A至226D分别放 置在阴极条196A至196D之上，并采用粘结剂、夹持结构等固定在阴极支 承槽的上部。如图4A12所示，当将阴极条和薄电解质条安装在阴极支承板 198中它们的相应槽中时，每个注入电解质的条的外表面与限定各个槽的板 的上表面平齐放置。
阴极支承槽224A至224D的内表面上涂有疏水材料(如聚四氟乙烯，以 保证注入电解质的条226A至226D中的水排出，并从而将氧气最佳地传送 到阴极条上。疏水媒剂加到构成透氧气的阴极部件的碳材料上，以由其排出 水。最好，阴极支承板利用不导电材料、如本领域中熟知的聚氯乙烯(PVC) 塑料材料制成。阴极支承板可利用也在本领域中熟知的注模技术制造。
图4A7中，表示氧气注入腔207被实现为具有类似于阴极支承板198的 尺寸的尺寸的板状结构。如图4A7所示，当氧气注入腔207安装在阴极支 承板198的顶表面上时，该氧气注入腔具有四(4)个槽207A至207D，它们 分别空间上对应于并空间定位在阴极槽224A至224D中，如图4A12所示。 4个小的导管形成在开槽的板207中，即，在入口207E1和出口207A1之间； 在入口207E2和出口207B1之间；在入口207E3和出口207C1之间；和在 入口207E4和出口207D1之间。当开槽的板207安装到阴极支承板198上 时，在槽207A至207D与穿孔的阴极支承板198之间形成子腔207A至207D。 多腔管211的每个腔连接到4个入口207E1至207E4中的一个，并因而在放 电子系统186中配置与pO2控制子系统中的4个受控O2流通道进行流体交 流的子腔207A至207D。
装载到图3的FCB系统多道燃料卡287的结构示于图4A9和4A10中。 如图所示，该金属燃料卡包括：刚性结构的不导电阳极支承板228，其具有 多个其中形成的多个槽231A至231D和经每个槽的底面形成的中心孔230； 以及多个金属条(如，锌燃料)195A至195D，其每个均设置在阳极支承板228 内的槽中。要注意的是，每个金属燃料条的间隔和宽度被这样设计，即，利 用将使用燃料卡的系统放电头中的相应阴极条空间定位。通过在阳极支承板 中形成槽形状的锌条，然后将金属燃料条插入每个槽中，可制造上述金属燃 料卡。当插入阴极-电解质支承板228中的其相应的槽时，每个金属燃料条 与所有其他金属燃料条电隔离。
在图4A11中，示出了示例性金属燃料(阳极)接触结构(组件)199，结合 具有如图4A6中所示阴极支承板228的多道燃料卡187使用。如图4A11所 示，由金属燃料接触支承平台233支承导电杆形式的多个导电部件232A至 232D。这些导电杆的位置与阳极支承板228中槽229A至229D底面中形成 的孔230在空间上对应。如图所示，导电体234A至234D分别与导电杆232A 至232D电连接，沿阳极支承板的表面(如，在开槽的凹槽中)锚定，并端接 在类似于电连接器235A上的导体端的传统连接器235B中。该连接器与阴 极-电解质输出端配置子系统205电连接，如图4A3和4A4所示。阳极接 触支承板223的宽度和长度基本类似于阴极支承板198以及阳极(金属燃料) 支承板228的宽度和长度尺寸。
图4A12表示的是阳极接触支承板199、阴极支承板198、氧气注入腔板 207、和阳极(金属燃料)支承板(即，燃料卡)228当它们之间装载燃料卡187 时的空间关系。在该装载配置中，沿阴极支承板的每个阴极部件196A至196D 与相应金属燃料条(即，区域)195A至195D的前暴露面通过设置在之间的 电解质注入垫226A至226D建立离子接触。另外，在该装载的配置中，每 个阳极接触部件(如，导电杆)232A至232D从阳极接触支承板233伸出到形 成在阳极接触支承板199中每个槽的底面板中的中央孔230，并建立与相应 金属燃料条195A至195D的电接触，经本发明的单个空气金属燃料电池完 成了一电路。
金属燃料卡放电子系统中的放电头传送子系统
放电头传送子系统204的主要功能是将放电头组件197传送到已装载到 FCB系统中的金属燃料卡187周围，如图4A3所示。当正确地传送时，放 电头的阴极和阳极接触结构在放电模式操作期间与在系统中所装载的金属燃 料卡的金属燃料道(即区域形成)“离子导电”和“导电”接触。
放电头传送子系统204可利用多种机电动机构中的任何一种实现，该机 构能够将每个放电头197的阴极支承结构和阳极接触结构传送离开金属燃料 卡112，如图4A3所示，并且传送到金属燃料卡187周围，如图4A4所示。 如图所示，这些传送机构以可操作方式连接到系统控制器203，并根据由系 统控制器执行的系统控制程序由系统控制器203控制。
金属燃料卡放电子系统中的阴极-阳极输出端配置子系统
如图4A3和4A4所示，阴极-阳极输出端配置子系统205连接在放电 功率调节子系统233的输入端和放电头组件197内的阴极-电解质对的输出 端之间。系统控制器203以可操作方式连接到阴极-电解质输出端配置子系 统205，以便在放电操作模式期间提供用于执行其功能的控制信号。
阴极-电解质输出端配置子系统205的功能是自动地配置(串联或并联地) 金属燃料卡放电子系统186的放电头197中所选阴极-电解质对的输出端， 从而在卡放电操作期间，在连接到FCB系统的电负载200上产生所需输出 电压值。在该本发明示例性实施例中，阴极-电解质输出端配置子系统205 能够实现为利用晶体管受控技术的一个或多个电可编程电源转换电路，其 中，放电头197中的阴极和阳极接触部件连接到输出功率调节子系统223的 输入端。在系统控制器203的控制下执行这些转换操作，从而在连接到FCB 系统的放电功率调节子系统151的电负载上产生所需输出电压。
金属燃料卡放电子系统中的阴极-阳极电压监测子系统
如图4A3和4A4所示，阴极-电解质电压监测子系统206A连接到阴极 -电解质输出端配置子系统205，用于检测其中的电压值等。该系统也用于 连接到系统控制器，用于接收执行其功能所需的控制信号。在第一示例性实 施例中，阴极-电解质电压监测子系统206A具有两个主要功能：在放电模 式期间，自动地检测在与每个放电头内的每个金属燃料区域关联的阴极-电 解质结构上产生的瞬时电压值；和，产生指示检测到的电压的(数字)数据信 号，用于由数据获取和处理子系统400进行检测、分析和响应。
在本发明的第一示例性实施例中，阴极-电解质电压监测子系统206A 可利用检测电路来实现，该电路用于检测在与设置在金属燃料卡放电子系统 186的每个放电头197中的每个金属燃料区域相关联的阴极-电解质结构上 产生的电压值。响应于所检测到的电压值，该电路可被设计成产生指示检测 到的电压值的数字数据信号，用于由数据获取和处理子系统400进行检测和 分析。
金属燃料卡放电子系统中的阴极-阳极电流监测子系统
如图4A3和4A4所示，阴极-电解质电流监测子系统206B以可操作方 式连接到阴极-电解质输出端配置子系统205。阴极-电解质电流监测子系 统206B具有两个主要功能：在放电模式期间，自动地检测流过金属燃料卡 放电子系统186中每个放电头197内的每个金属燃料区域的阴极-电解质对 的电流幅度；产生指示检测到的电流的数字数据信号，用于由数据获取和处 理子系统400进行检测和分析。在本发明第一示例性实施例中，阴极-电解 质电流监测子系统206B能够利用电流检测电路来实现，该电路用于检测流 过每个放电头197内每个金属燃料区域的阴极-电解质对的电流，产生指示 检测到的电流的数字数据信号。如后更详细地解释的，这些检测到的电流值 被系统控制器203用来执行其放电功率调节方法，并创建放电的金属燃料卡 的每个区域的“放电状态历史”和金属燃料可用性记录。
金属燃料卡放电子系统的阴极氧气压力控制子系统
阴极氧气压力控制子系统的功能是检测每个放电头197的阴极结构的每 个通道的氧气压力(pO2)，并且，响应于此，通过调节这些阴极结构的腔中的 空气(O2)压力来控制(即，增大或还原)该压力。根据本发明，每个放电头的 阴极结构的每个通道中的氧分压(pO2)保持在最佳值上，以便在放电模式期间 在放电头中实现最佳氧气消耗。通过保持阴极结构中的pO2值，可用以可控 方式增大从放电头产生的功率输出。另外，通过监测PO2的变化并产生表示 它的数字数据信号，以由数据获取和处理子系统400进行检测和分析，给该 系统控制器203提供可控变量，用于在放电模式期间调节提供给电负载200 的电功率。
金属燃料卡放电子系统中的离子浓度控制子系统
为了在放电模式期间实现高能效，必须在金属燃料卡放电子系统186中 的每个放电头197的阴极-电解质界面上保持(所带电荷)离子的最佳浓度。 因此，该离子浓度控制子系统的主要功能是检测和调节FCB系统中的状态， 从而在放电操作模式期间将放电头中阴极-电解质界面处的离子浓度保持在 最佳范围内。
在该示例性实施例中，可以多种方式来实现离子浓度控制，即，将小型 固态湿度(或含水率)传感器212置入在阴极支承结构内的槽中(或尽可能靠近 阳极-阴极界面)，以便检测含水率状况，并且产生表示它的数字数据信号。 该数字数据信号被提供给数据获取和处理子系统400，进行检测和分析。在 含水率值掉落到在系统控制器203中的存储器(ROM)中设置的预定阈值以下 时，系统控制器自动地产生一控制信号，提供给增湿部件213，增湿部件213 可被实现为置入在阴极支承结构198的壁中的微喷淋器结构143。在该示例 性实施例中，阴极支承结构198的这些壁起送水导管的作用，当系统控制器 203启动水流阀217和泵215时，这些导管从与特定阴极部件相邻的孔214 中放出水珠。在这种状态下，水沿多腔管219经歧管218从蓄水池216泵出， 并从与需要增大含水率值的阴极部件相邻的孔214放出，该值可由含水率传 感器212检测。这些含水率值检测和控制操作保证了注入电解质的条226A 至226E中电解质中的KOH浓度保持为能够最佳地进行离子传送并因此产 生功率。
金属燃料卡放电子系统中的放电头温度控制子系统
如图4A3、4A4和4A7所示，本发明第一示例性实施例的设置在金属燃 料卡放电子系统186中的放电头温度控制子系统包括多个子部件，即：系统 控制器203；固态温度传感器(如，热敏电阻)305，置入在其多阴极支承结构 198的每个通道中，如图4A6所示；和放电头冷却装置306，它响应于由系 统控制器203产生的控制信号，用于在放电操作期间将每个放电通道的温度 降低到最佳温度范围内。放电头冷却装置306可利用多种热交换技术来实 现，包括热交换领域中所熟知的风冷、水冷、和／或制冷剂冷却。在本发明 的一些实施例中，当产生高数值的电功率时，可能希望在每个放电头周围提 供套管状结构，以便为了温度控制的目的而循环空气、水和制冷剂。
金属燃料带放电子系统中的数据获取和处理子系统
在图3的示例性实施例中，图4A3和4A4中所示的数据获取和处理子 系统(DCPS)400执行多种功能，例如包括：(1)在刚好在每个金属燃料卡装载 到放电头组件中的特定放电头197之前，标识每个金属燃料卡，并且产生表 示它的金属燃料卡标识数据；(2)在标识的金属燃料卡被装载到其放电头组件 中的时段期间，传感(即，检测)所存在的金属燃料卡放电子系统186中的各 种“放电参数”；(3)计算一个或多个参数，估计或测量在卡放电操作期间产 生的金属氧化物的量的值，并产生表示所计算出的参数、估计值和／或测量 值的“金属氧化物指示数据”；和(4)在金属燃料数据库管理子系统400(可由 系统控制器203和203’访问)中记录检测到的放电参数数据及计算出的金属 氧化物指示数据，这两者均与放电操作模式期间标识的对应的金属燃料区域 ／卡相关。如后面更清楚地看到的，由数据获取和处理子系统400保持在金 属燃料数据库管理子系统308中的这种记录的信息可以由系统控制器203以 各种方式使用，这些方式例如包括：在放电操作模式期间，以有效的方式优 化地对部分或完全氧化的金属燃料卡进行放电(即，从其产生电功率)；和在 再充电操作模式期间，以快速的方式优化地对部分或完全氧化的金属燃料卡 进行再充电。
在放电操作期间，数据获取和处理子系统400自动地对表示与构成上述 金属燃料卡放电子系统186的各种子系统关联的“放电参数”的数据信号进 行采样(或获取)。在放电模式期间，由这些子系统产生的数据信号中，这些 采样的数值被编码为信息。根据本发明的原理，卡型“放电参数”应包括但 不限于：在沿由例如阴极-电解质电压监测子系统206A监测到的特定金属 燃料道的阴极和阳极结构上产生的放电电压；在沿由例如阴极-电解质电流 监测子系统206B监测到的特定金属燃料道的阴极和阳极结构上产生的电 流；每个放电头197的阴极结构中的氧气饱和值(pO2d)，由阴极氧气压力控 制子系统(203、270、207、208、209、210、211)监测；在由例如离子浓度控 制子系统(203、212、213、214、215、216、217、218、219)监测的特定放电 头中沿特定金属燃料道的阴极-电解质界面上或附近的含水率(H2Od)值(或相 对湿度)；卡放电操作期间放电头的温度(Tr)；和上述标识的任何放电参数状 态的时段((Td)。
通常，数据获取和处理子系统400可在再充电操作模式期间记录卡型“放 电参数”的方式有多种。后面将对这些不同的方法进行描述。
根据图4B9所示的数据记录的第一方法，卡标识代码或标记(如，以区 域标识信息编码的小型条形码符号)240在卡制造期间以图形方式印刷在“光 学，，数据道241上，并可由置入在每个放电头中或其附近的光学数据读取器 260读取。光学数据读取器260利用本领域内熟知的光学扫描／解码技术(如， 激光扫描条形码符号读取器或光学解码器)实现。在该示例性实施例中，表 示这些唯一卡标识代码的信息在提供给数据获取和处理子系统400中的数据 信号中编码，接着在放电操作期间被记录在金属燃料数据库管理子系统308 中。
根据图4B9中所示的数据记录的第二方法，数字“卡标识”代码240’ 在卡制造期间磁记录在磁数据道241’上，并可利用置入在每个放电头中或 靠近其支承的磁读取头270’在放电操作期间读取。每个磁读取头260’可 利用本领域内熟知的磁信息读取技术(如，磁条读取设备)实现。在该示例性 实施例中，表示这些唯一卡标识代码的数字数据在提供给数据获取和处理子 系统400中的数据信号中编码，接着在放电操作期间被记录在金属燃料数据 库管理子系统308中。
根据图4B9所示的数据记录的第三方法，唯一数字“卡标识”代码240’’ 在卡制造期间记录为不透光数据道241’’中形成的一系列透光孔口，并可 由光学传感头260’’在放电操作期间读取，该光学传感头利用本领域内熟 知的光学传感技术实现。在该示例性实施例中，表示这些唯一区域标识代码 的数字数据在提供给数据获取和处理子系统400中的数据信号中编码，接着 在放电操作期间被记录在金属燃料数据库管理子系统308中。
根据用于数据记录的第四替代方法，标识的金属燃料卡上每个道的唯一 数字“卡标识”代码和一组放电参数两者均被记录在实现为附着到本发明金 属燃料卡表面的条的磁、光、或孔口的数据道中。有关特定金属燃料卡的信 息块在再充电操作模式期间被记录在数据道中，该数据道与容易地访问此记 录信息的相关的金属燃料区形体上相邻。通常，该信息块将包括金属燃料卡 标识号和一组放电参数，如图4A13示意性示出，当金属燃料卡装载到放电 头组件197中时，它们由数据获取和处理子系统400自动地检测。
与上述第三种方法相比，上述第一和第二数据记录方法具有几个优点。 具体地讲，当利用第一和第二方法时，沿金属燃料卡设置的数据道具有极低 的信息容量。这是因为，以唯一标识符(即，地址号或卡标识号)标记每个金 属燃料卡而需要记录的信息极少，对该卡所检测到的放电参数记录在金属燃 料数据库管理子系统308中。另外，根据第一和第二方法的数据道信息应不 昂贵，并且还提供用于读取沿该数据道记录的卡标识信息的设备。
金属燃料卡放电子系统的放电功率调节子系统
如图4A3和4A4所示，放电功率调节子系统223的输入端口以可操作 方式连接到阴极-电解质输入端配置子系统205的输出端口，而放电功率调 节子系统223的输出端口以可操作方式连接到电负载200的输入端。当放电 功率调节子系统223的主要功能是调节在其放电操作模式期间提供给(即， 由装载到其放电头中的放电的金属燃料卡产生的)电负载200的电功率时， 放电功率调节子系统223具有一编程操作模式，其中，加在电负载上的输出 电压以及流过阴极-电解质界面上的电流在放电操作期间调节。这些控制功 能由系统控制器203管理，并可以多种方式可编程地选择，以便根据本发明 的原理在多道和单道金属燃料卡放电时实现电负载200的最佳调节。
放电功率调节子系统223可利用在功率、电压和电流控制领域内所熟知 的固态功率、电压和电流控制电路实现。该电路可包括利用晶体管控制技术 的电可编程电源转换电路，其中，可将一个或多个可控电流源串联地连接到 阴极和阳极结构，以便响应于由执行特定放电功率控制方法的系统控制器203 产生的控制信号控制流过它的电流。这些电可编程电源转换电路还可包括晶 体管控制技术，其中，可将一个或多个可控电压源并联到阴极和阳极结构， 以便响应于由系统控制器产生的控制信号来控制其上的电压。该电路可由系 统控制器203组合并受其控制，以便在电负载200上提供恒定的功率(和／或 电压和／或电流)控制。
在本发明的这些示例性实施例中，放电功率调节子系统223的主要功能 是利用下列放电功率控制方法之一来对电负载200执行实时功率调节，即： (1)恒定输出电压／可变输出电流方法，其中，响应于负载状态，使电负载上 的输出电压保持恒定，而使其电流变化；(2)恒定输出电流／可变输出电压方 法，其中，响应于负载状态，使电负载上的输出电流保持恒定，而使其电压 变化；(3)恒定输出电压／恒定输出电流方法，其中向应于负载状态，使负载 上的电压和流入负载中的电流均保持恒定；(4)恒定输出功率方法，其中，响 应于负载状态，电负载上的输出功率保持恒定；(5)脉动输出功率方法，其中， 使电负载上的输出功率以根据预定条件保持的每个功率脉冲的占空比脉动； (6)恒定输出电压／脉动输出电流方法，其中，流入电负载中的输出电流保持 恒定，而流入负载的电流以特定占空比脉动；和(7)脉动输出电压／恒定输出 电流方法，其中，流入负载的输出功率脉动，而流入负载的电流保持恒定。
本发明的优选实施例中，七(7)种放电功率调节方法中的每一种均编程到 与系统控制器203相关的ROM中。这些功率调节方法可以多种不同方式选 择，这些方式例如包括，手动地启动系统壳体上的开关或按钮、自动地检测 在电负载与金属燃料卡放电子系统186之间的接口上建立或检测到的形体、 电学、磁或光学状态。
金属燃料卡放电子系统中的输入／输出控制子系统
在有些应用中，可能希望或必须组合两个或多个FCB系统或它们的金属 燃料卡放电子系统186，以便合成系统不仅仅由单独运行的这些子系统提供 其功能。考虑到这些应用，其金属燃料卡放电子系统186包括输入／输出控 制子系统224，它使其外部系统(例如，微计算机或微控制器)越权控制金属 燃料卡放电子系统186的功能，就象其系统控制器执行这些控制功能似的。 在该示例性实施例中，输入／输出控制子系统224被实现为标准的IEEE I／O 总线架构，为外部或远程计算机系统提供直接与金属燃料卡放电子系统186 的系统控制器203相接口的、并且直接地管理系统和子系统操作各方面的方 法和装置。
金属燃料卡放电子系统中的系统控制器
如上所述，系统控制器203执行各种操作，以便执行其放电模式中的FCB 系统的各种操作。在图3的FCB系统的优选实施例中，系统控制器203利 用在微计算机控制领域内所熟知的具有程序和数据存储器(如ROM、 EPROM、RAM等)及系统总线结构的编程的微控制器实现。在本发明的任 何特定实施例中，应理解的是，可组合两个或多个微控制器，以便执行由其 FCB系统执行的各组功能。所有这些实施例均是本发明系统的所考虑到的实 施例。
金属燃料卡放电子系统中使用的放电金属燃料卡
图4A51和4A52表示描述利用图4A3至4A4中所示金属燃料卡放电子 系统的放电金属燃料卡的基本步骤(即，由其产生电功率)的高级流程图。
如图4A51的块A所示，卡装载／卸载子系统189将4个金属燃料卡187 从再充电的金属燃料卡存储箱188A底部传送到金属燃料卡放电子系统186 的卡放电间，如图4A1所示。
如块B所示，放电头传送子系统204将金属燃料卡配置到金属燃料卡放 电子系统186的放电间中放电头的周围，从而离子导电介质设置在每个阴极 结构和所装载的金属燃料卡之间，如图4A2所示。
如块C所示，放电头传送子系统204然后配置每个放电头，从而其阴极 结构与所装载的金属燃料卡形成离子接触，而其阳极接触结构与其形成电接 触。
如图4A51中的块D所示，阴极-电解质输入端配置子系统205自动地 配置在所装载的金属燃料卡周围配置的每个放电头197的输出端，然后，系 统控制器203控制金属燃料卡放电子系统186，从而以所需输出电压和电流 值产生电功率，并将电功率提供给电负载200。
如图4A52中块E所示，当一个或多个金属燃料卡放电时，则放电的卡 卸载子系统190将放电的金属燃料卡传送到放电的金属燃料卡存储箱188B 中放电的各金属燃料卡顶部。此后，如块F所示，重复块A至E所述的操 作，以便将另外的再充电的金属燃料卡装载到放电间以进行放电。
本发明金属空气FCB系统第二示例性实施例的金属燃料卡再充电子系统
如图4B3和4B4所示，第二示例性实施例的金属燃料卡再充电子系统191 包括多个子系统，即：多道金属氧化物还原(即，再充电)头组件197’，它 们各具有其导电输入端可以下述方式连接的多部件阴极结构198’和阳极接 触结构199’；再充电头传送子系统204’，用于传送再充电头组件197’ 的子部件；输入电源子系统243，用于将从外部提供的AC功率信号转换成 DC电源信号，该信号具有适于对沿在金属燃料卡再充电子系统191的再充 电头内装载的燃料道的金属燃料卡进行再充电的电压；阴极-电解质输入端 配置子系统244，用于在系统控制器203’的控制下，将输入电源子系统243 的输出端(端口)连接到再充电头197’的阴极和阳极接触结构的输入端(端 口)，从而给其提供输入电压，用于在再充电操作模式期间将金属氧化物结 构电化学地转换成其原金属；阴极-电解质电压监测子系统206A’，连接 到阴极-电解质输入端配置子系统244，用于监测(即，采样)在每个再充电 头中每个道的阴极和阳极结构上施加的电压，并产生表示检测到的电压值的 (数字)数据；阴极-电解质电流监测子系统206B’，连接到阴极-电解质输 入端配置子系统244，用于监测(采样)在每个再充电头内每个道的阴极和阳 极结构流过的电流，并产生表示检测到的电流值的(数字)数据信号；阴极氧 气压力控制子系统，包括系统控制器203’、固态pO2传感器250’、图4B7 和4B8中所示的真空腔(结构)207’、真空泵208’、电控气流控制装置 209’、歧管结构210’、和图4B3和4B4中所示的多腔管211’，它们被 如图所示地设置在一起，用来检测和控制每个再充电头197’的阴极支承结 构每个通道中的pO2值；离子浓度控制子系统，包括系统控制器203’、固 态含水率传感器(比重计)212’、增湿部件(如，微喷淋部件)213’，水泵 215’、蓄水池216’、电控水流控制阀217’、歧管结构218’和伸入到含 水率提供结构213’中的多腔导管219’，它们被如图所示地配置在一起用 来检测和改变FCB系统中的状态(如，在再充电头197’阴极-电解质界面 上的含水率和湿度)，从而在再充电模式操作期间将其阴极-电解质界面处 的离子浓度保持在最佳范围内，以实现其最佳离子传送，其中增湿部件213’ 被实现为在阴极支承板198’(具有沿每个壁表面设置的出水孔214’，如图 4B6所示)的壁结构内置入的微喷淋器；再充电头温度控制子系统，包括系 统控制器203’、置入在其多阴极支承结构198’的每个通道内的固态温度 传感器(如、热敏电阻)305’、和再充电头冷却装置306’，响应于由系统控 制器203’产生的控制信号，在再充电操作期间，将每个再充电通道的温度 降低到最佳温度范围内；关联型金属燃料数据库管理子系统(MFDMS)404， 它利用局部系统总线405以可操作方式连接到系统控制器203’，被设计成 接收从金属燃料带再充电子系统191内的各个子系统的输出中提取出的特定 类型的信息；数据获取和处理子系统(DCPS)406，包括数据读取头270(270’、 270’’)和基于编程的微处理器的数据处理器，其中，该读取头置入在或靠 近地安装在每个再充电头197’的阴极支承结构，该数据处理器用于接收从 阴极-电解质电压监测子系统206A’、阴极-电解质电流监测子系统 206B’、阴极氧气压力控制子系统、再充电头温度控制子系统和离子浓度控 制子系统产生的数据信号，并且能够(ⅰ)从所装载的金属燃料卡中读取金属燃 料卡标识数据，(ⅱ)利用局部系统总线407，在金属燃料数据库管理子系统404 中记录检测到的再充电参数和所提取的计算出的金属燃料指示数据，和(ⅲ) 利用局部系统总线405，读取存储在金属燃料数据库404中的预先记录的放 电参数和预先记录的金属氧化物指示数据；输入／输出控制子系统224’，与 系统控制器203’连接，借助远程或合成系统控制FCB系统的所有功能，其 中包含FCB系统；和系统控制器203’，用于在各种系统操作模式期间管理 上述子系统的操作。将在下面更详细地描述这些子系统。
金属燃料卡再充电子系统的多区域再充电头组件
多区域再充电头道组件197’的功能是在再充电操作模式期间以电化学 方式还原沿装载到再充电头组件中的金属燃料卡的区域的金属氧化物结构。 在该示例性实施例中，每个再充电头197’包括：阴极部件支承板198’， 其具有带穿孔的底面板的多个隔离的槽231A’至231D’，使其氧气(O2)自 由地通过；多个导电阴极部件(如，条)196A’至196D’，用于分别插入这 些槽231A’至231D’的下部；多个注入电解质的条226A’至226D’，用 于分别放置在阴极条196A’至196D’上，并支承在这些槽中，如图4B6所 示；和抽氧腔207’，以密封方式安装在阴极部件支承板198’的上(背)表面 之上，如图4B12所示。
如图4B3和4B4所示，抽氧腔207’具有多个子腔207A’至207D’， 它们分别与槽231A’至231D’形体上关联。每个真空子腔207A’至207D’ 均与所有其他子腔隔离，并且与支承阴极部件和电解质注入部件的一个通道 进行流体交流。如图所示，每个子腔被配置成与真空泵208’经多腔管211’ 的一个腔、歧管组件210’的一个通道和气流开关209’的一个通道进行流 体交流，这些操作中的每个均受系统控制器203’的控制。通过有选择地经 歧管组件210中的对应气流通道从子腔抽出空气，这种配置使得系统控制器 203’能够单独地控制每个氧气抽出子腔207A’至207D’中的pO2值。
如图4所示，注入电解质的条226A’至226D’是通过给吸收电解质载 体介质注入凝胶体型电解质而实现的。最好，该电解质吸收载体介质被实现 为由PET塑料制成的低密度、孔口泡沫材料的条。放电电池单元的凝胶体 电解质利用由碱性溶液、明胶材料、水、和本领域中已知的粘结剂组成的配 方制成。
如图4A8A所示，每个阴极条196’A至196’D利用涂有多孔碳材料、 颗粒状铂或其他接触剂229’的镍丝网层228’制成，以形成适于在金属空 气FCB系统的再充电头中使用的阴极部件。空气金属FCB中使用的阴极构 造的细节公开于美国专利No．4，894，296和No．4，129，633，这些专利引用于此， 以资参考。为了形成电流收集通路，导电体(镍)230’焊接到每个阴极条的下 部丝网层228’。如图4B6所示，附着到其阴极条上的每个导电体230穿过 在阴极支承板的槽底面上形成的孔231’，并连接到阴极-电解质输入端配 置子系统244’，如图4B3和4B4所示。在组装期间，该阴极条被压入到槽 的下部中，以将其固定。
如图4B6所示，每个槽224A’至224D’的底面中形成有多个穿孔 225’，使得空气和氧气自由地从其通过分别到达阴极条196A’至196D’(以 大气温度和压力)。在该示例性实施例中，注入电解质的条226A’至226D’ 分别放置在阴极条196A’至196D’之上，并利用粘结剂、夹持结构固定在 阴极支承槽上部。如图4B12所示，当将阴极条和薄电解质条安装在阴极支 承板198’中它们的相应槽中时，每个注入电解质的条的外表面与阴极支承 板198’的上表面平齐放置。
阴极支承槽224A’至224D’的内表面涂有疏水材料(例如聚四氟乙 烯)245”，以保证注入电解质的条226A’至226D’中的水排出，并因此使 氧气最佳地传送到阴极条上。疏水媒剂加到构成透氧气的阴极部件的碳材 料，以由其排出水。最好，阴极支承板利用不导电材料、如本领域中熟知的 聚氯乙烯(PVC)塑料材料制成。阴极支承板可利用也在本领域中熟知的注模 技术制造。
图4B7中，表示氧气注入腔207’被实现为具有类似于阴极支承板198’ 的尺寸的尺寸的板状结构。如图所示，当氧气注入腔207’如图4B12所示 地安装在阴极支承板198’的顶表面上时，该氧气注入腔具有四(4)个槽 207A’至207D’，它们空间上分别对应于并空间定位在阴极槽224A’至 224D’中。4个小的导管形成在开槽的板207’中，即，在入口207E1’和 出口207A1’之间；在入口207E2’和出口207B1’之间；在入口207E3’ 和出口207C1’之间；和在入口207E4’和出口207D1’之间。当开槽的板 207’安装到阴极支承板198’上时，在槽207A’至207D’与穿孔的阴极支 承板198’的背面部分之间形成子腔207A’至207D’。多腔管211’的每 个腔连接到4个入口207E1’至207E4’中的一个，并因而在再充电子系统 191中配置子腔207A’至207D’与pO2控制子系统中的4个受控O2流通道 进行流体交流的。
部分氧化的组装的多道燃料卡187的结构示于图4B9中。尽管未输出， 当在放电操作期间，响应于电负载状态，沿每个阳极燃料条195A’至195D’ 形成金属氧化物图案。
在图4B11中，公开了一种示例性金属燃料(阳极)接触结构199’，结合 图4B6中所示具有阴极支承结构228’的多道燃料卡187使用。如图所示， 导电杆形式的多个导电部件232A’至232D’由与金属燃料支承平台233’ 支承。这些导电杆的位置与在阳极支承板228’内槽229A’至229D’底面 中形成的孔230’空间上相一致。如图所示，导电体234A’至234D’分别 与导电杆232A’至232D’电连接，沿阳极支承板的表面(如，在开槽的凹槽 中)锚定，并端接在类似于电连接器235A’上导体端的传统连接器235B中。 该连接器与阴极-电解质输入端配置子系统244电连接，如图4B3和4B4 所示。阳极接触支承板223的宽度和长度基本类似于阴极支承板198’以及 阳极(金属燃料)支承板228’的宽度和长度尺寸。
图4D表示的是阳极接触支承板233’、阴极支承板198’、氧气注入腔 板207’、和阳极(金属燃料)支承板(即，燃料卡)228当它们之间装载燃料卡 时的空间关系。在该装载配置中，沿阴极支承板的每个阴极部件196A’至 196D’与相应金属燃料条(即，区域)195A’至195D’的前暴露面通过设置 在之间的电解质注入垫226A’至226D’建立离子接触。另外，在该装载的 配置中，每个阳极接触部件(如，导电杆)232A’-232D’从阳极接触支承板 233’伸出到形成在阳极接触支承板199’中每个槽的底面板中的中央孔 230’，并建立与其中安装的相应金属燃料条的电接触，经本发明的单个空 气金属燃料电池完成了一电路。
金属燃料卡再充电子系统中的再充电头传送子系统
再充电头传送子系统204’的主要功能是将再充电头组件197’传送到 已装载到该子系统再充电间中的金属燃料卡周围，如图4B3和4B4所示。 当正确地传送时，再充电头的阴极和阳极接触结构在再充电模式操作期间与 所装载的金属燃料卡的金属燃料区域形成“离子导电”和“导电”接触。
再充电头传送子系统204’可利用多种机电动机构中的任何一种实现， 该机构能够将每个再充电头197’的阴极支承结构和阳极接触结构传送离开 金属燃料卡187，如图4B3所示，并且传送到金属燃料卡周围，如图4B4所 示。如图所示，这些传送机构以可操作方式连接到系统控制器203’，并根 据由其执行的系统控制程序由系统控制器203’控制。
金属燃料卡再充电子系统中的输入电源子系统
在该示例性实施例中，输入电源子系统243的主要功能是经绝缘的电源 线来接收标准的交流(AC)电源(如，以120或220伏特)作为输入，并在再充 电操作模式期间将该电源以金属燃料卡再充电子系统191的再充电头197’ 处所需的调节电压转换成调节的直流(DC)电源。对于锌阳极和碳阴极，为了 能够维持电化学还原，在再充电期间在每个阳极-阴极结构上所需的“开路” 电压Vacr为约2．2-2．3伏特。该子系统可利用本领域内所熟知的功率转换和调 节电路以多种方式实现。
金属燃料卡再充电子系统中的阴极-阳极输入端配置子系统
如图4B3和4B4所示，阴极-电解质输入端配置子系统244连接在再充 电功率调节子系统245的输入端和与再充电头197’的多道关联的阴极-电 解质对的输入端之间。系统控制器203’以可操作方式连接到阴极-电解质 输入端配置子系统244，以便在再充电操作模式期间提供用于执行其功能的 控制信号。
阴极-电解质输入端配置子系统244的功能是自动地配置(串联或并联地) 金属燃料卡再充电子系统191的再充电头中所选阴极-电解质对的输入端， 从而在需要再充电的金属燃料道的阴极-电解质结构上施加所需输入(再充 电)电压电平。在该本发明示例性实施例中，阴极-电解质输入端配置子系 统244能够实现为利用晶体管受控技术的一个或多个电可编程电源转换电 路，其中，再充电头197’中的阴极和阳极接触部件连接到输入功率调节子 系统245的输出端。在系统控制器203’的控制下执行这些切换操作，从而 在需要再充电的金属燃料道的阴极-电解质结构上施加由再充电功率调节子 系统245产生的所需输出电压。
金属燃料卡再充电子系统中的阴极-阳极电压监测子系统
如图4B3和4B4所示，阴极-电解质电压监测子系统206A’以可操作 方式连接到阴极-电解质输入端配置子系统244，用于检测连接到它的阴极 和阳极结构上的电压电平。该子系统也用于以可操作方式连接到系统控制器 203’，用于接收执行其功能所需的控制信号。在第一示例性实施例中，阴 极-电解质电压监测子系统206A’具有两个主要功能：在再充电模式期间， 自动地检测施加在装载到每个再充电头中的金属燃料区域关联的阴极-电解 质结构上的瞬时电压值；和，产生指示检测到的电压的(数字)数据信号，用 于由金属燃料卡再充电子系统191中的数据获取和处理子系统406进行检测 和分析。
在本发明的第一示例性实施例中，阴极-电解质电压监测子系统206A’ 可利用检测电路来实现，该电路用于检测施加到与金属燃料卡再充电子系统 191内每个再充电头中的每个金属燃料区域相关联的阴极-电解质结构上的 电压值。响应于所检测到的电压值，该电路可被设计成产生指示检测到的电 压值的数字数据信号，用于由数据获取和处理子系统406进行检测和分析。 如后面将更详细地描述的，该数据信号可被系统控制器203’用来在再充电 操作模式期间执行其再充电功率调节方法。
金属燃料卡再充电子系统中的阴极-阳极电流监测子系统
如图4B3和4B4所示，阴极-电解质电流监测子系统206B’以可操作 方式连接到阴极-电解质输入端配置子系统244。阴极-电解质电流监测子 系统206B’具有两个主要功能：在再充电模式期间，自动地检测沿金属燃 料卡再充电子系统191中的每个再充电头组件流过每个金属燃料道的阴极- 电解质对的电流幅度；产生指示检测到的电流的数字数据信号，用于由金属 燃料卡再充电子系统191中的数据获取和处理子系统406进行检测和分析。
在本发明第二示例性实施例中，阴极-电解质电流监测子系统206B’ 能够利用电流检测电路来实现，该电路用于检测沿每个再充电头组件流过每 个金属燃料道(即，条)的阴极-电解质对的电流，产生指示检测到的电流值 的数字数据信号。如后更详细地解释的，这些检测到的电流值被系统控制器 用来执行其再充电功率调节方法，并创建再充电的金属燃料卡的每个区域或 子区的“再充电状态历史”信息。
金属燃料卡再充电子系统的阴极氧气压力控制子系统
阴极氧气压力控制子系统的功能是检测再充电头175的阴极结构的每个 子通道的氧气压力(pO2)，并且，响应于此，通过调节每个再充电头197内这 些阴极结构的子通道中的空气(O2)压力来控制(即，增大或还原)该压力。根 据本发明，每个再充电头的阴极结构的每个子通道中的氧分压(pO2)保持在最 佳值上，以便在再充电模式期间从再充电头中实现最佳抽氧。在再充电模式 期间，通过降低阴极结构的每个通道中的PO2值(通过抽出)，可通过最佳地 使用提供给再充电头的输入功率来完全恢复沿金属燃料卡的金属氧化物。另 外，通过监测PO2的变化产生表示它的数字数据信号，以由数据获取和处理 子系统406进行检测和分析，并由系统控制器203’最终响应。因此，系统 控制器203’被提供有可控变量，用于在再充电模式期间调节提供给放电的 燃料道的电功率。
金属燃料卡再充电子系统中的离子浓度控制子系统
在图3所示的示例性实施例中，通过在阴极支承板121’中(或尽可能靠 近阳极-阴极界面)如图4B6所示地置入小型固态湿度(或含水率)传感器 212’来实现每个再充电头197’中的离子浓度控制，以便检测其中的含水 率或湿度状态，并产生指示它的数字数据信号。该数字数据信号被提供给数 据获取和处理子系统406，进行检测和分析。在含水率值或相对湿度掉落到 在系统控制器中的存储器(ROM)中设置的预定阈值以下时，监测金属燃料数 据库管理子系统404中的信息的系统控制器203’自动地产生一控制信号， 提供给增湿部件213’，该增湿部件可被实现为置入在阴极支承结构198’ 的壁中的微喷淋器结构。在该示例性实施例中，这些壁器有输水导管的功能， 其从微型尺寸的孔214’中放出水珠，其方式与在放电头197中阴极支承结 构198中执行的方式类似。因此，水泵215’、蓄水池216’、水流控制阀 217’、歧管组件218’和多腔管219’的功能分别与水泵215、蓄水池216、 水流控制阀217、歧管组件218和多腔管219类似。
这种操作将增大(或降低)阴极支承结构通道内部的含水率值或相对湿 度，从而在卡再充电操作期间对离子传送保证最佳地保持在其中支承的注入 电解质的条的电解质中的KOH浓度，并因此还原金属氧化物。
金属燃料带再充电子系统中的数据获取和处理子系统
在图3的示例性实施例中，图4B3和4B4中所示的数据获取和处理子系 统(DCPS)406执行多种功能，例如包括：(1)在刚好在每个金属燃料卡装载到 再充电头组件197’中的特定再充电头之前，标识每个金属燃料卡，并且产 生表示它的金属燃料卡标识数据；(2)在标识的金属燃料卡被装载到其再充电 头组件中的时段期间，传感(即，检测)所存在的金属燃料卡再充电子系统191 中的各种“再充电参数”；(3)计算一个或多个参数，估计或测量在卡再充电 操作期间产生的金属燃料的量，并产生表示所计算出的参数、估计值和／或 测量值的“金属燃料指示数据”；和(4)在金属燃料数据库管理子系统404(可 由系统控制器203’访问)中记录检测到的再充电参数数据及计算出的金属燃 料指示数据，这两者均与再充电操作模式期间标识的其对应的金属燃料道／ 卡相关。如后面更清楚地看到的，由数据获取和处理子系统406保持在金属 燃料数据库管理子系统404中的这种记录的信息可以由系统控制器203’以 各种方式使用，这些方式例如包括：在再充电操作模式期间，以快速方式优 化地对部分或完全氧化的金属燃料卡进行再充电。
在再充电操作期间，数据获取和处理子系统406自动地对表示与构成上 述金属燃料卡再充电子系统191的各种子系统关联的“再充电参数”的数据 信号进行采样(或获取)。在再充电模式期间，由这些子系统产生的数据信号 中，这些采样的数据被编码为信息。根据本发明的原理，卡型“再充电参数” 应包括但不限于：在沿由例如阴极-电解质电压监测子系统206A’监测到 的特定金属燃料区域的阴极和阳极结构上产生的电压；流过沿由例如阴极- 电解质电流监测子系统206B’监测到的特定金属燃料道的阴极和阳极结构 的电流；每个再充电头197’的阴极结构中的氧气饱和值(pO2)，它由阴极氧 气压力控制子系统(203’、250’、208’、209’、210’、211’)监测；在 由例如离子浓度控制子系统(203’、212’、214’、215’、216’、217’、 218’、219’)监测的特定再充电头中沿特定金属燃料道的阴极-电解质界 面上或附近的含水率(H2O)值(或相对湿度)；卡再充电操作期间再充电头197’ 的温度(Tr)；和上述标识的再充电参数状态的时段((Tr)。
通常，数据获取和处理子系统可在再充电操作模式期间记录卡型“再充 电参数”的方式有多种。后面将对这些不同的方法进行描述。
根据图4B9所示的数据记录的第一方法，以图形方式印刷在“光学”数 据道241上的卡标识代码或标记(如，以区域标识信息编码的小型条形码符 号)240，可由利用光学技术(如，激光扫描条形码符号读取器或光学解码器) 实现的光学数据读取器270读取。在该示例性实施例中，表示这些唯一卡标 识代码的信息在提供给数据获取和处理子系统406中的数据信号中编码，接 着在再充电操作期间被记录在金属燃料数据库管理子系统404中。
根据图4B9中所示的数据记录的第二方法，磁记录在磁数据道241’上 的数字“卡标识”代码240’，可由利用本领域内熟知的磁信息读取技术实 现的磁读取器270’读取。在该示例性实施例中，表示这些唯一卡标识代码 的数字数据在提供给数据获取和处理子系统406中的数据信号中编码，接着 在再充电操作期间被记录在金属燃料数据库管理子系统404中。
根据图4B9所示的数据记录的第三方法，记录为不透光数据道241’’ 中的一系列透光孔口240’’的数字“卡标识”代码，可由利用本领域内熟 知的光学传感技术实现的光学传感头270’’读取。在该示例性实施例中， 表示这些唯一区域标识代码的数字数据在提供给数据获取和处理子系统406 中的数据信号中编码，接着在再充电操作期间被记录在金属燃料数据库管理 子系统404中。
根据用于数据记录的第四个另外的方法，标识的金属燃料卡上每个道的 唯一数字“卡标识”代码和再充电参数组均被记录在实现为附着到本发明金 属燃料卡表面的条的磁、光、或孔口的数据道中。有关特定金属燃料卡的信 息块可在再充电操作模式期间被记录在数据道中，该数据道与容易地访问此 记录信息的相关的金属燃料区形体上相邻。通常，该信息块将包括金属燃料 卡标识号和一组再充电参数，如图4B13示意性示出，当金属燃料卡装载到 再充电头组件197’中时，它们由数据获取和处理子系统406自动地检测。
与上述第三种方法相比，上述第一和第二数据记录方法具有几个优点。 具体地讲，当利用第一和第二方法时，沿金属燃料卡设置的数据道具有极低 的信息容量。这是因为，以唯一标识符(地址号或卡标识号)标记每个金属燃 料卡所需记录的信息极少，对此，所检测到的再充电参数记录在金属燃料数 据库管理子系统404中。另外，根据第一和第二方法的数据道信息应极便宜， 并且还提供用于读取沿该数据道记录的卡标识信息的设备。
金属燃料卡再充电子系统中的输入／输出控制子系统
在有些应用中，可能希望或必须组合两个或多个FCB系统或它们的金属 燃料卡再充电子系统191，以便合成系统不仅仅由单独运行的这些子系统提 供其功能。考虑到这些应用，其金属燃料卡再充电子系统191包括输入／输 出控制子系统224’，它使其外部系统(例如，微计算机或微控制器)越权控 制金属燃料卡放电子系统的的各方面，就象其系统控制器203’执行这些控 制功能似的。在该示例性实施例中，输入/输出控制子系统224’被实现为标 准的IEEE I／O总线架构，为外部或远程计算机系统提供直接与金属燃料卡 再充电子系统191的系统控制器203’相接口的、并且直接地管理系统和子 系统操作各方面的方法和装置。
金属燃料卡再充电子系统的再充电功率调节子系统
如图4B3和4B4所示，再充电功率调节子系统245的输入端口以可操作 方式连接到阴极-电解质输入端配置子系统244的输入端口，而再充电功率 调节子系统245的输入端口以可操作方式连接到输入电源243的输出端口。 虽再充电功率调节子系统245的主要功能是调节在再充电操作模式期间提供 给金属燃料卡的电功率时，再充电功率调节子系统245还可调节在再充电操 作期间提供到金属燃料道的阴极-电解质结构上的电压以及流过其阴极-电 解质界面的电流。这些控制功能由系统控制器203’管理，并可以多种方式 可编程地选择，以便最佳地实现对本发明多道和单道金属燃料卡的最佳再充 电。
再充电功率调节子系统245可利用在功率、电压和电流控制领域内所熟 知的的固态功率、电压和电流控制电路实现。该电路可包括利用晶体管控制 技术的电可编程电源转换电路，其中，可将一个或多个可控电流源串联地连 接到阴极和阳极结构，以便响应于由执行特定再充电功率控制方法的系统控 制器产生的控制信号控制流过的电流。这些电可编程电源转换电路还可包括 晶体管控制技术，其中，可将一个或多个可控电压源并联到阴极和阳极结构， 以便响应于由系统控制器产生的控制信号来控制其上的电压。该电路可由系 统控制器203’组合并受其控制，以便在金属燃料卡187的阴极电解质结构 提供恒定的功率(和／或电压和／或电流)控制。
在本发明的这些示例性实施例中，再充电功率调节子系统245的主要功 能是利用下列再充电功率控制方法之一来对金属燃料卡187的阴极／阳极结 构执行实时功率调节：(1)恒定输入电压／可变输入电流方法，其中，响应于 由再充电卡上金属氧化物结构表示的负载状态，使加到每个阴极-电解质结 构上的输入电压保持恒定，而使其流过它的电流变化；(2)恒定输入电流／可 变输入电压方法，其中，响应于负载状态，使流入每个阴极-电解质上的电 流保持恒定，而使其其上的输出电压变化；(3)恒定输入电压／恒定输入电流 方法，其中响应于负载状态，在再充电期间加到每个阴极-电解质结构上的 电压和流入每个阴极-电解质结构中的电流均保持恒定；(4)恒定输入功率方 法，其中，响应于负载状态，使加到每个阴极-电解质结构上的输入功率保 持恒定；(5)脉动输入功率方法，其中，在再充电期间加到每个阴极-电解质 结构上的输入功率以根据预定或动态状态保持的每个功率脉冲的占空比脉 动；(6)恒定输入电压／脉动输入电流方法，其中，使在再充电期间流入每个 阴极-电解质结构中的电流保持恒定，而流入阴极-电解质结构的电流以特 定占空比脉动；和(7)脉动输入电压／恒定输入电流方法，其中，使在再充电 期间加到每个阴极-电解质结构上的的输入功率脉动，而流入每个阴极-电 解质结构中的的电流保持恒定。
本发明的优选实施例中，七(7)种再充电功率调节方法中的每一种均预编 程到与系统控制器203’相关的ROM中。这些功率调节方法可以多种不同 方式选择，这些方式例如包括，手动地启动系统壳体上的开关或按钮、自动 地检测在金属燃料卡装置与金属燃料卡再充电子系统191之间的界面上建立 或检测到的形体、电学、磁或光学状态。
金属燃料卡再充电子系统中的系统控制器
如上详细描述中所述，系统控制器203’执行各种操作，以便执行其放 电模式中的FCB系统的各种操作。在图3的FCB系统的优选实施例中，用 来实现金属燃料卡再充电子系统191中的系统控制器203’的子系统与用来 实现金属燃料卡放电子系统186中的系统控制器203的子系统相同。但是， 应理解的是，在放电和再充电子系统186和191中所利用的系统控制器可以 实现为单独的子系统，每个均利用一个或多个编程的微控制器，以便执行由 其FCB系统执行的各组功能。在这两种情况下，这些子系统中的一个的输 入／输出控制子系统可以被设计成主输入/输出控制子系统，利用该子系统， 一个或多个外部子系统(如，管理子系统)可被连接为能够进行其FCB系统内 执行的外部和／或远程管理功能。
金属燃料卡再充电子系统中使用的再充电金属燃料卡
图4B51和4B52表示利用图4B3和4B4中所示金属燃料卡再充电子系 统191的再充电金属燃料卡的基本步骤的高级流程图。
如图4B51所示的块A所示，放电卡装载子系统192将4个放电的金属 燃料卡187从放电的金属燃料卡存储箱188B的底部传送到金属燃料卡再充 电子系统191的卡再充电间，如图4B1所示。
如块B所示，再充电头传送子系统204’在装载到金属燃料卡再充电 子系统191的再充电间中的金属燃料卡的周围配置再充电头197’，从而离 子导电介质设置在每个阴极结构和装载的金属燃料卡之间。
如块C所示，再充电头传送子系统204’然后配置每个再充电头197’， 从而其阴极结构与所装载的金属燃料卡形成离子接触，而其阳极接触结构与 其形成电接触。
如图4B51中的块D所示，阴极-电解质输入端配置子系统244自动地 配置配置在所装载的金属燃料卡周围配置的每个再充电头197’的输入端， 然后，系统控制器203’控制金属燃料卡再充电子系统191，从而以进行优 化再充电所需的电压和电流给金属燃料卡的金属燃料区域提供电功率。
如图4B52中的块E所示，当一个或多个金属燃料卡再充电时，则卡卸 载子系统193自动地将再充电的金属燃料卡传送到再充电的金属燃料卡存储 箱188B内再充电的各金属燃料卡顶部，如图4B2所示。此后，如块F所示， 重复块A至E所示的操作，以便将另外的放电的金属燃料卡装载到再充电 间进行再充电。
管理本发明金属空气FCB系统的第二示例性实施例中的金属燃料可用性 和金属氧化物的出现
放电模式期间
在图6所示第二示例性实施例的FCB系统中，提供了用于在放电操作期 间自动地管理金属燃料卡放电子系统186中的金属燃料可用性的装置。后面 将更详细地描述该系统的能力。
如图4B14所示，表示放电参数(如，iacd、vacd、…、pO2d、H2Od、Tacd、vacr／iacr) 的数据信号自动地被作为输入提供给金属燃料卡放电子系统186中的数据获 取和处理子系统400。在采样和获取之后，这些数据信号被处理并被转换成 相应的数据要素，然后被写入例如如图4A13所示的信息结构409。每个信 息结构409包括一组数据要素，该组数据被“标记时间”，并且和与特定金 属燃料卡关联的唯一金属燃料卡标识符240(240’，240’’)相关。该唯一金 属燃料卡标识符由图4A6中所示的时间读取头260(260’，260’’)确定。然 后，每个被标记时间的信息结构被记录在金属燃料卡放电子系统186的金属 燃料数据库管理子系统308中，用于在将来的再充电和／或放电操作期间进 行保持、后续处理和／或访问。
如上所述，在放电模式期间，数据获取和处理子系统400对各种类型的 信息进行采样和汇集。该信息类型例如包括：(1)在特定放电头中特定阴极- 电解质结构上放电的电流量(iacd)；(2)每个这种阴极-电解质结构上产生的电 压；(3)每个放电头内每个子腔中的氧气浓度(pO2d)；(4)每个放电头中每个阴 极-电解质界面附近的含水率值(H2Od)；和(5)每个放电头的每个通道中的温 度(Tacd)。根据这些汇集到的信息，数据获取和处理子系统400能够快速地计 算(ⅰ)在特定放电头内的特定阴极-电解质结构上放电电流的时段((Td)。
由数据获取和处理子系统400产生的信息结构实时地存储在金属燃料卡 放电子系统186内的金属燃料数据库管理子系统308中，并可在放电操作期 间以各种方式使用。
例如，上述电流(iacd)和时间((Td)信息以传统方式分别以安培和小时测量。 由“AH”表示的这些测量值的乘积提供已从沿金属燃料卡的金属空气电池 组结构已“放电”的电荷(-Q)的近似测量值。因此，在放电操作期间，所计 算出的“AH”乘积提供了预期已在特定瞬间在标识(即，标记)的金属燃料卡 的特定道上形成的金属氧化物的精确量。
当利用有关金属氧化和还原处理的历史信息时，金属燃料卡放电和再充 电子系统186和191中的金属燃料数据库管理子系统308和404能够分别计 算或确定在从特定锌燃料卡放电(即，产生电功率)可利用多少金属燃料(如， 锌)，或者在还原时出现多少金属氧化物。因此，该信息极有助于执行包括 例如确定沿特定金属燃料区可用的金属燃料量等管理功能。
在该示例性实施例中，在金属燃料卡放电子系统186中利用下述金属燃 料可用性管理方法来管理金属燃料可用性。
放电操作期间金属燃料可用性管理的优选方法
根据本发明的原理，数据读取头260(260’，260’’)自动地标识装载到 放电组件197中的每个金属燃料卡，并产生指示它的卡标识数据，该数据被 提供给金属燃料卡放电子系统186中的数据获取和处理子系统中。当接收到 关于所装载的金属燃料卡的卡标识数据时，数据获取和处理子系统自动地创 建金属燃料数据库管理子系统中的卡的信息结构(即，数据文件)。如图4A13 所示的信息结构的功能是记录有关所检测到的放电参数、金属燃料可用性状 态、金属氧化物存在状态等当前(最新)的信息。当已对金属燃料数据库管理 子系统内的该特定金属燃料卡预先创建信息存储结构时，然后，访问该信息 文件，以进行更新。如图4A13所示，对于每个标识的金属燃料卡，在每第 i个采样瞬间ti对每个金属燃料区域(MFZj)保持信息结构409。
一旦已为一特定金属燃料卡187创建了一信息结构，便必须确定其上每 个金属燃料区域195A值195D的起始状态或条件，并且输入到金属燃料卡 放电子系统186内的金属燃料数据库管理子系统308中保持的信息结构中。
通常，装载到放电头组件197中的金属燃料卡将被部分或完全充电，并 因此包含沿其支承表面的金属燃料的特定量。为了精确地管理金属燃料，必 须确定所装载的卡中的起始金属燃料量(MFA)，然后将表示它的信息分别存 储在放电和再充电子系统186和191的金属燃料数据库管理子系统308和404 中。通常，信息的起始状态可以以不同方式获得，例如包括：在完成对不同 FCB系统的放电操作之前，对金属燃料卡上的这种初始化信息进行编码；在 由相同的FCB系统中执行的最近的放电操作期间，将这种初始化信息预先 记录在金属燃料数据库管理子系统308中；在金属燃料数据库管理子系统308 中(在工厂中)，记录特定类型金属燃料卡的每个道上出现的金属燃料的量， 并当利用数据读取头260(260’，260’’)读取金属燃料卡上的代码时，自动 地对特定信息结构中的这种信息进行初始化；利用上述金属氧化物检测组件 连同阴极-电解质输出端配置子系统205，或利用其他适用的技术实际测量 每个金属燃料道上金属燃料的起始量。
通过以金属燃料卡放电子系统186内的阴极-电解质输出端配置子系统 205和数据获取和处理子系统400配置上述的金属氧化物检测(vapplied／iresponse) 驱动电路，来执行上述实际测量技术。利用这种配置，金属氧化物检测头可 自动地获得有关放电头组件197中所装载的每个标识的金属燃料卡上每个金 属燃料道的“起始”状态的信息。这种信息将包括在装载时刻(表示为t0)在 每个区域(195A至195D)上出现的金属氧化物和金属燃料的起始量。
以与参照图1的FCB系统描述的方式相类似的方式，通过自动地给特定 金属燃料区域195A至195D施加测试电压，并响应于所施加的测试电压来 检测流过它的电流，来对所装载的卡187的每个金属燃料区域(MFZ)执行这 种金属燃料／金属氧化物测量。表示在特定采样周期下所施加的电压(vapplied) 和响应电流(iresponse)的数据信号被数据获取和处理子系统400自动地检测，并 被处理以产生以适当的数值标度表示所施加的测试电压与响应电流之比值 (Vapplied／iresponse)的数据要素。该数据要素自动地记录在链接到保持在金属燃料 数据库管理子系统308中的标识的金属燃料卡的信息结构。由于该数据要素 (v／i)提供的是对被测量的金属燃料区域上电阻的直接测量，因此，它与标识 的金属燃料区域上出现的金属氧化物的测得量精确相关。
数据获取和处理子系统400然后量化所测起始金属氧化物量(可在起始瞬 间t0得到)，并将其指定为MOA0，用于记录在信息结构中(如图4A13所示)。 然后，利用有关完全(再)充电时可在每个道上可用的金属燃料最大量的先前 信息，数据获取和处理子系统400计算对每个燃料道在时刻“t0”可在每个 道上得到的金属燃料的精确测量值，将每个测量值指定为MFA0，并将这些 用于标识的金属燃料卡的起始金属燃料测量值{MFA0}分别记录在金属燃料 卡放电和再充电子系统186和191两者的金属燃料数据库管理子系统中。尽 管该初始化处理过程便于执行，但应理解的是，在有些应用中，可能更希望 在已对金属燃料卡进行已知的处理过程(如，上述短路电阻测试)的前提下、 利用理论计算通过实验确定起始金属燃料测量值。
在完成初始化过程之后，金属燃料卡放电子系统186准备沿下面描述的 线路执行金属燃料管理功能。在该示例性实施例中，该方法涉及两个基本步 骤，这些步骤在放电操作期间以循环方式执行。
该处理过程的第一步骤涉及的是，从起始金属燃料量MFA0中减去对应 于当在时间间隔t0-t1之间进行的放电操作期间产生的金属氧化物量，计算出 的金属氧化物估计值MOE0-1。在放电操作期间，利用如下汇集到的放电参 数来计算金属氧化物估计值MOE0-1：放电电流iacd和时段(Td。
该处理过程的第二步骤涉及将计算出的测量值(MFA0-MOE0-1)加到对应 于在可在时间间隔t0-t1之间进行的任何再充电期间产生的金属氧化物量的金 属氧化物估计值MOE0-1。要注意的是，在放电期间，利用再充电电流iacr和 时段(T来计算金属氧化物估计值MOE0-1。要注意的是，在刚好先前的再充 电操作期间(如果执行这样一个操作的话)，将预先计算金属氧化物估计值 MOE0-1，并将其记录在金属燃料卡再充电子系统186内的金属燃料数据库管 理子系统中。因此，必须在电流再充电操作期间从再充电子系统191的数据 库中读取该预先记录的信息要素。
上述计算操作的计算结果(即，MFA0-MOE0-1+MFE0-1)然后被记入在金属 燃料卡放电子系统186的金属燃料数据库管理子系统400中，作为新的当前 金属燃料量(MFA1)，该金属燃料量将被用于接下来的金属燃料可用性更新处 理过程中。在放电操作期间，对正被放电的每个金属燃料道每ti-ti+1秒执行 一次上述更新处理过程。
保持在每个金属燃料道上的这种信息可以以多种方式使用，例如：管理 金属燃料的可用性，使之满足连接到FCB系统的电负载的电功率需求；以 及，在放电操作期间以最佳方式设置放电参数。后面将对有关金属燃料管理 技术的细节进行更详细描述。
放电操作模式期间金属燃料可用性管理的使用
在放电操作期间，在第i个放电头上确定的、在时刻t2在任何特定金属 燃料区域195A至195D上出现的金属燃料的计算估计值(即，MFTt1-t2)可被 用来计算从第j个放电头下游的第(j+1)、第(j+2)、或第(j+n)个放电头上金属 燃料的可用性。利用这样计算出的测量值，金属燃料卡放电子系统186中的 系统控制器203可实时地确定(即，预期)金属燃料卡上的哪个金属燃料区域 包含具有其量足以在放电操作期间加到金属燃料卡放电子系统186上的瞬间 电负载状态的金属燃料(如，锌)，并有选择地“接入”已知其上要出现金属 燃料的金属燃料区域。这种道切换操作可涉及暂时将其阴极-电解质结构的 输出端连接到阴极-电解质输出端配置子系统205的输入端的系统控制器 203，从而使载有可用的金属燃料含量(如，淀积物)的区域可容易地用于产生 电负载200所需的电功率。
这种金属燃料管理能力的另一优点是，金属燃料卡放电子系统115中的 系统控制器203能够利用刚好在再充电和放电操作之前的期间在金属燃料数 据库管理子系统308中汇集和记录的信息来控制放电操作期间的放电参数。
在放电模式期间使用在先前操作模式期间记录的信息
控制放电参数的装置
在第二示例性实施例的FCB系统中，金属燃料卡放电子系统186的系统 控制器203能够利用在先前的再充电和放电操作期间汇集到的、并记录在图 6的FCB系统的金属燃料数据库管理子系统中的信息来自动地控制放电参 数。
如图4B14所示，设置在放电和再充电子系统186和191中及之间的子 系统架构和总线能够使金属燃料卡放电子系统186中的系统控制器203访问 和使用记录在金属燃料卡再充电子系统191内金属燃料数据库管理子系统 404中的信息。类似地，设置在放电和再充电子系统186和191中及之间的 子系统架构和总线能够使金属燃料卡再充电子系统191中的系统控制器 203’访问和使用记录在金属燃料卡放电子系统186内金属燃料数据库管理 子系统308中的信息。下面将解释这种信息和子文件共享能力的优点。
在放电操作期间，系统控制器203能够访问存储在放电和再充电子系统 186和191内金属燃料数据库管理子系统内的各种类型的信息。一个重要的 信息要素与在特定瞬间在沿每个金属燃料区域195A至195D上当前可用的 金属燃料量(即，MFEt)有关。利用该信息，系统控制器203可确定沿特定道 是否有足够的金属燃料来满足当前的电功率需求。先前的放电操作结果是沿 金属燃料卡的一个或多个或全部燃料区域195A至195D的金属燃料可能基 本上消耗掉，并且因为是自最后的放电操作起而尚未再充电。系统控制器203 可预料到放电头内的这种金属燃料状态。根据“上游”燃料卡的金属燃料状 态，系统控制器203响应如下：(ⅰ)当在负载200上检测到高电负载状态时， 将金属燃料“富裕”的道的阴极-电解质结构连接到放电功率调节子系统 223，而当在放电在200上检测到低负载状态时，将金属燃料“贫化”的区 域的阴极-电解质结构连接到该子系统中；(ⅱ)当在标识的金属燃料区域上 出现薄的金属燃料时，增加注入相应阴极支承结构中的氧气量，而当在标识 的金属燃料区域中出现厚的金属燃料时，减少注入相应阴极支承结构中的氧 气量，以便保持从放电头197产生的功率；(ⅲ)当所检测到的其温度超过预 定阈值时，控制放电头197的温度等。应理解的是，在本发明的替代实施例 中，系统控制器203可响应于标识的金属燃料卡上特定区域的检测到的条件 来以不同方式操作。
再充电模式期间
在图6所示的第五示例性实施例的FCB系统中，提供了用于在再充电操 作期间自动地管理金属燃料卡再充电子系统191中出现的金属氧化物的装 置。下面将更详细地描述这种系统能力。
如图4B14所示，表示再充电参数(如，iacr，vacr，pO2r，H2Or，Tr，vacr／iacr)的 数据信号被自动地作为输入提供给金属燃料卡再充电子系统191中的数据获 取和处理子系统406中。在采样和获取之后，这些数据信号被处理和转换成 相应的数据要素，然后被写入例如如图4B13所示的信息结构410中。如在 放电参数汇集的情况，再充电参数的每个信息结构410包括一组数据要素， 该组数据要素被“标记时间”，并与唯一金属燃料卡标识符240(240’，240’’) 相关，该标识符与正被再充电的金属燃料卡相关联。该唯一金属燃料卡标识 符由数据读取头270(270’，270’’)确定，如图4B6所示。每个标记时间的 信息结构然后被记录在金属燃料卡再充电子系统191的金属燃料数据库管理 子系统404中，如图4B14所示，用于在将来的再充电和／或放电操作期间保 持、后续处理和／或访问。
如上所述，在再充电模式期间，数据获取和处理子系统406采样和汇集 各种类型的信息。这些信息类型例如包括：(1)加到每个再充电头197’内每 个此阴极-电解质结构上的再充电电压；(2)在每个再充电头197’内阴极- 电解质结构上提供的电流量(iacr)；(3)每个再充电头内每个子腔中的氧气浓度 (pO2r)值；(4)每个再充电头内每个阴极-电解质界面附近的含水率值(H2Or)； 和(5)每个再充电头197’的每个通道内的温度(Tacr)。根据所汇集到的信息， 数据获取和处理子系统406能够容易地计算系统的各种参数，例如包括将电 流提供给特定再充电头内特定阴极-电解质结构的时段((tr)。
在再充电操作期间，实时地在金属燃料卡再充电子系统191的金属燃料 数据库管理子系统404内产生和存储的信息结构可以多种方式使用。例如， 在再充电模式期间获得的上述电流(iacr)和时段((Tr)信息分别以传统方式以安 培和小时测量。这些测量值的乘积(AH)提供了在再充电期间加到沿金属燃料 卡的金属空气电池组结构的电荷(-Q)的精确测量值。因此，在再充电操作期 间，所计算出的“AH”乘积提供了预期已在特定瞬间在标识金属燃料区域 上产生的金属燃料的精确量。
当利用有关金属氧化和还原处理的历史信息时，金属燃料卡放电和再充 电子系统186和191中的金属燃料数据库管理子系统308和404能够分别用 来计算或确定在沿锌燃料卡应出现多少金属氧化物用于再充电(即，从氧化 锌转换成锌)。因此，该信息极有助于执行包括例如确定在再充电期间沿每 个金属燃料区域195A至195D出现金属氧化物量等的金属燃料管理功能。
在该示例性实施例中，在金属燃料卡再充电子系统191中利用下述方法 来管理金属氧化物出现过程。
再充电操作期间金属氧化物出现管理的优选方法
根据本发明的原理，数据读取头270(270’，270’’)自动地标识装载到 再充电组件197’中的每个金属燃料卡，并产生指示它的卡标识数据，该数 据被提供给金属燃料卡再充电子系统191中的数据获取和处理子系统中。当 接收到所装载的金属燃料卡的卡标识数据时，数据获取和处理子系统自动地 在金属燃料数据库管理子系统中创建卡的信息结构(即，数据文件)。该信息 结构的功能是记录有关所检测到的再充电参数、金属燃料可用性状态、金属 氧化物出现状态等的信息，如图4B13所示。当已在金属燃料数据库管理子 系统404内对该特定金属燃料卡预先创建信息存储结构(即数据文件)时，该 信息文件被访问，以进行更新。如图4B13所示，对于每个标识的金属燃料 区域，在每个采样的瞬间ti对每个金属燃料区域(MFZj)195A至195D保持信 息结构410。一旦已为一特定金属燃料卡创建了一信息结构，便必须确定其 上每个金属燃料区域的起始状态或条件，并且分别输入到在放电和再充电子 系统186和191的金属燃料数据库管理子系统308和404中保持的信息结构 中。
通常，装载到再充电头组件197中的金属燃料卡将被部分或完全充电， 并因此包含沿其燃料区域的特定量的金属氧化物，用于转换成其原金属。为 了精确地管理金属燃料，必须确定所装载的卡中的这些起始金属氧化物量 (MOA)，然后将表示它的信息分别存储在放电和再充电子系统186和191的 金属燃料数据库管理子系统中。通常，信息的起始状态可以以不同方式获得， 例如包括：在完成对不同FCB系统的放电操作之前，对金属燃料卡上的这 种初始化信息进行编码；当在相同的FCB系统中执行最近的再充电操作期 间，将这种初始化信息预先记录在金属燃料数据库管理子系统404中；在金 属燃料数据库管理子系统404中(在工厂中)，记录特定类型金属燃料卡的每 个区域上预期的金属氧化物量，并当利用数据读取头270(270’，270’’)读 取金属燃料卡上的代码时，自动地对特定信息结构中的这种信息进行初始 化；利用上述金属氧化物检测组件连同阴极-电解质输入端配置子系统244， 或利用其他适用的技术实际测量每个金属燃料区域上金属氧化物的起始量。
可通过以再充电子系统191内的阴极-电解质输入端配置子系统244和 数据获取和处理子系统406配置金属氧化物检测驱动电路(示于图2A15中)， 来执行上述“实际”测量技术。利用这种配置，金属氧化物检测头可自动地 获得有关再充电头组件197’中所装载的每个标识的金属燃料卡上每个金属 燃料道的“起始”状态的信息。这种信息将包括在装载时刻(表示为t0)在每 个道上出现的金属氧化物和金属燃料的起始量。
以与参照图1和3的FCB系统描述的方式相类似的方式，通过自动地在 金属燃料的特定区域上施加测试电压，并响应于所施加的测试电压来检测流 过的电流，来对所装载的卡的每个金属燃料区域执行这种金属燃料／金属氧 化物测量。表示在特定采样周期下所施加的电压(vapplied)和响应电流(iresponse)的 数据信号被数据获取和处理子系统406自动地检测，并被处理以产生以适当 的数值标度表示所施加的测试电压与响应电流之比值(vapplied／iresponse)的数据要 素。该数据要素自动地记录在链接到保持在金属燃料数据管理子系统404中 的标识的金属燃料卡的信息结构。由于该数据要素(v／i)提供的是对被测量的 金属燃料区域电阻的直接测量，因此，它与标识的金属燃料区域上出现的金 属氧化物的测得的“起始”量精确相关。
数据获取和处理子系统406然后量化所测起始金属氧化物量(可在起始瞬 间t0得到)，并将其指定为MOA0，用于分别记录在金属燃料卡放电和再充电 子系统186和191两者内金属燃料数据库管理子系统308和404中保持的信 息结构中。尽管该初始化处理过程便于执行，但应理解的是，在有些应用中， 可能更希望在已对金属燃料卡进行已知的处理过程(例如，上述短路电阻测 试)的前提下、利用理论计算通过实验计算起始金属氧化物测量值。
在完成初始化过程之后，金属燃料卡再充电子系统191准备沿下面描述 的线路执行金属燃料管理功能。在该示例性实施例中，该方法涉及两个基本 步骤，这些步骤在再充电操作期间以循环方式执行。
该处理过程的第一步骤涉及的是，从起始金属氧化物量MFA0中减去对 应于当在时间间隔t0-t1之间进行的再充电期间产生的金属燃料量的计算出的 金属燃料估计值MFE0-1。在再充电操作期间，利用如下放电参数来计算金属 燃料估计值MFE0-1：再充电电流iacr和时段(Tr。
该处理过程的第二步骤涉及将计算出的测量值(MOA0-MFE0-1)加到对应 于在可在时间间隔t0-t1之间进行的任何放电期间产生的金属氧化物量的金属 氧化物估计值MOE0-1。要注意的是，在放电操作期间，利用汇集到的如下 放电参数(再充电电流iacd和其时段(T0-1)来计算金属氧化物估计值MOE0-1。 要注意的是，在刚好先前的放电操作期间(如果从t0执行这样一个操作的话)， 将预先计算金属氧化物估计值MOE0-1，并将其记录在金属燃料卡放电子系 统186内的金属燃料数据库管理子系统308中。因此，必须在当前再充电操 作期间从放电子系统186的数据库子系统308中读取该预先记录的信息要 素。
上述计算操作的计算结果(即，MOA0-MFE0-1+MOE0-1)然后被记入在金属 燃料卡再充电子系统191的金属燃料数据库管理子系统404中，作为新的“当 前”金属燃料量(MOA1)，该金属燃料量将被用于接下来的金属氧化物出现 更新处理过程中。在再充电操作期间，对正被再充电的每个金属燃料区域每 ti-ti+1秒执行一次上述更新处理过程。
保持在每个金属燃料区域上的这种信息可以以多种方式使用，例如：管 理沿金属燃料卡区域的金属氧化物结构的出现；以及，在再充电操作期间以 最佳方式设置再充电参数。后面将对有关金属氧化物出现管理技术的细节进 行更详细描述。
再充电操作模式期间金属氧化物出现管理的使用
在再充电操作期间，在第i个再充电头197’上确定的、在沿任何特定 金属燃料道上出现的金属氧化物的计算量(即，MFT)可被用来计算从第i个 再充电头197’下游的第(i+1)、第(i+2)、或第(i+n)个再充电头上金属氧化物 的出现。利用这样计算出的测量值，金属燃料卡再充电子系统191中的系统 控制器203’可实时地确定(即，预期)沿金属燃料卡的哪些金属燃料道包含 需要再充电的金属氧化物(如，氧化锌)、以及哪些金属燃料道包含无需再充 电的金属燃料。对于需要再充电的这些金属燃料区域，系统控制器203’能 够电方式接到具有足够金属氧化物含量(如，淀积物)的这些金属燃料区域的 阴极-电解质结构，用于在再充电头组件197’中转换成金属燃料。
这种金属氧化物管理能力的另一优点是，金属燃料卡再充电子系统191 中的系统控制器203’能够利用在刚好先前的再充电和放电操作期间在金属 燃料数据库管理子系统404中汇集和记录的信息来控制再充电操作期间的再 充电参数。
在再充电操作期间，所汇集到的信息可被用来计算在任何瞬间沿每个金 属燃料区域915A至195D存在的金属氧化物量的精确测量值。存储于在金 属燃料数据库子系统404中保持的信息存储结构中的该信息可由金属燃料卡 放电子系统186的系统控制器203’访问，以控制每个再充电头197’的阴 极-电解质结构上提供的电流量。理想情况是，选择电流的幅度，从而保证 将沿每个这种区域的金属氧化物的估计量(如，氧化锌)转换成其主要源金属 (如，锌)。
在再充电模式期间使用在先前操作模式期间记录的信息的
控制再充电参数的装置
在第二示例性实施例的FCB系统中，金属燃料卡再充电子系统191的系 统控制器203’能够利用在先前的再充电和放电操作期间汇集到的、并记录 在图3的FCB系统的金属燃料数据库管理子系统308和404中的信息来自 动地控制再充电参数。
在再充电操作期间，金属燃料再充电子系统191中的系统控制器203’ 能够访问存储在金属燃料数据库管理子系统404内的各种类型的信息。存储 在其中的一个重要的信息要素与在特定瞬间在沿每个金属燃料区域上当前存 在的金属氧化物量(即，MOAt)有关。利用该信息，系统控制器203’可确定 在那些区域上存在大量金属氧化物淀积物，从而能够利用阴极-电解质输入 端配置子系统244将相应阴极-电解质结构的输入端(在再充电头中)连接到 再充电功率控制子系统245，以便有效和快速地执行再充电操作。系统控制 器203’可预料到进行再充电操作之前的这些金属氧化物条件。根据装载到 放电头组件内的“上游”燃料卡的金属氧化物条件，该示例性实施例的系统 控制器203’可响应如下：(ⅰ)在长再充电期间，将金属氧化物“富裕”的区 域的阴极-电解质结构连接到再充电功率调节子系统245中，而在相对较短 的再充电操作期间，从该子系统连接金属氧化物“耗尽”的区域的阴极-电 解质结构；(ⅱ)在再充电操作期间，增加从对应于沿其形成厚的金属氧化物 结构的区域的阴极支承结构的氧气抽出速率，并且在再充电操作期间，减少 从对应于沿其形成薄的金属氧化物结构的区域的阴极支承结构的氧气抽出速 率；(ⅲ)当所检测到的其温度超过预定阈值时，控制再充电头197’的温度 等。应理解的是，在本发明的替代实施例中，系统控制器203’可响应于标 识的燃料卡上特定区域的检测到的状态来以不同方式操作。
本发明金属空气FCB系统的第三示例性实施例
金属空气FCB系统的第三示例性实施例示于图5至5A中。该实施例中， 给该FCB系统以包含在盘盒类盒式装置中的金属燃料卡(或片)形式提供金属 燃料，该装置中具有分隔的内部空间，用于将(再)充电的和放电的金属燃料 卡存储在单独的存储隔间中。该金属燃料供料设计具有多个优点，即：明显 减少了用于存储(再)充电的和放电的金属燃料卡所需的形体空间量；通过将 预填充的盘状盘盒滑动到系统壳体的料盘接受端口中，可将新供料的预充电 的金属燃料卡快速提供给系统；和，通过将单个盘盒从壳体移出并插入新的 盘盒，可将旧的放电卡供料从该系统快速移出。
如图10至10A所示，FCB系统500包括多个子系统，即：金属燃料卡 放电(即，功率产生)子系统186，用于在放电操作模式期间从再充电的金属 燃料卡187产生电功率；金属燃料卡再充电子系统191，用于在再充电操作 模式期间以电化学方式再充电(即，还原)氧化的金属燃料卡的各部分；再充 电的卡装载子系统189’，用于自动地将一个或多个充电的(再充电的)金属 燃料卡187从盒式料盘／盘盒502中的再充电的卡存储隔间501A装载到放电 子系统186的放电间；放电的卡卸载子系统190’，用于将一个或多个放电 的金属燃料卡187从放电子系统186的放电间卸载到放电的金属燃料卡存储 隔间501B，该存储隔间位于卡存储隔间501A之上，并由配置在盘盒壳体504 中的平台503分隔，以将其内部空间分隔近似相等的子空间；放电的卡装载 子系统192’，用于自动地将一个或多个放电的金属燃料卡从放电的金属燃 料卡存储箱501B装载到金属燃料卡再充电子系统191的再充电间；和再充 电的卡卸载子系统193’，用于自动地将再充电的金属燃料卡从再充电子系 统的再充电间卸载到再充电的金属燃料卡存储隔间501A。
由该FCB系统消耗的金属燃料以金属燃料卡187的形式提供，其结构可 类似于图2的系统中所使用的卡或图4A3的系统中所使用的卡187的结构。 在这两种情况下，放电和再充电头将被设计和构成为适应于卡或片状结构上 金属燃料的形体放置。最好，该FCB系统中所使用的每个金属燃料卡将是 “多区域的”或“多道的”，以便能够从“多区域的”或“多道的”放电头 中同时产生多个供电电压(如，1．2伏特)。如上详细地所述，本发明的特征为 能够从该系统产生和提供宽范围的输出电压，适用于连接到FCB系统的特 定电负载的需求。
尽管上述实施例的金属燃料输送机构与本发明的其他描述的实施例不 同，但是，金属燃料卡放电子系统186和金属燃料卡再充电子系统191可基 本上相同，或按照需要进行修改，以满足该FCB系统设计的任何特定实施 例的需求。
本发明金属空气FCB系统的第四示例性实施例
金属空气FCB系统的第四示例性实施例示于图6至6A中。该实施例中， 将FCB系统设置有金属燃料卡放电子系统，而不设置金属燃料卡再充电子 系统，从而以包含在盘盒类盒式装置中的金属燃料卡(或片)形式提供了更简 化设计的金属燃料，该装置中具有分隔的内部空间，用于将(再)充电的和放 电的金属燃料卡存储在单独的存储隔间中。该金属燃料供料设计具有多个优 点，即：明显减少了用于存储(再)充电的和放电的金属燃料卡所需的形体空 间量；通过简单地将预填充的盘状盘盒滑动到系统的壳体接受端口中，可将 新供料的预充电的金属燃料卡快速提供给系统；和，通过将单个盘盒从壳体 移出并插入新的盘盒，可将旧的放电头料从该系统快速移出。
如图所示，该FCB系统600包括多个子系统，即：金属燃料卡放电(即， 功率产生)子系统186，用于在放电操作模式期间从再充电的金属燃料卡187 产生电功率；金属燃料卡再充电子系统191，用于在再充电操作模式期间以 电化学方式再充电(即，还原)氧化的金属燃料卡的各部分；再充电的卡装载 子系统189’，用于自动地将一个或多个充电的(再充电的)金属燃料卡187 从盒式料盘／盘盒502中的再充电的卡存储隔间501A装载到放电子系统186 的放电间；放电的卡卸载子系统190’，用于将一个或多个放电的金属燃料 卡187从放电子系统186的放电间卸载到放电的金属燃料卡存储隔间501B， 该存储隔间位于卡存储隔间501A之上，并由配置在盘盒壳体504中的平台 503分隔，以将其内部空间分隔近似相等的子空间；放电的卡装载子系统 192’，用于自动地将一个或多个放电的金属燃料卡从放电的金属燃料卡存 储箱501B装载到金属燃料卡再充电子系统191的再充电间；和再充电的卡 卸载子系统193’，用于自动地将再充电的金属燃料卡从再充电子系统的再 充电间卸载到再充电的金属燃料卡存储隔间501A。
由该FCB系统消耗的金属燃料以金属燃料卡187的形式提供，其结构可 类似于图2的系统中所使用的卡112或图4A3的系统中所使用的卡187的结 构。在这两种情况下，放电和再充电头将被设计和构成为适应于卡或片状结 构上金属燃料的形体放置。最好，该FCB系统中所使用的每个金属燃料卡 将是“多区域的”或“多道的”，以便能够从“多区域的”或“多道的”放 电头中同时产生多个供电电压(如，1．2伏特)。如上详细地所述，本发明的特 征为能够从该系统产生和提供宽范围的输出电压，适用于连接到FCB系统 的特定电负载的需求。
尽管上述示例性实施例的金属燃料提供机构与本发明的其他描述的实施 例不同，但是，金属燃料卡放电子系统186和金属燃料卡再充电子系统191 可基本上相同，或按照需要进行修改，以满足该FCB系统设计的任何特定 实施例的需求。
本发明金属空气FCB系统的各附加实施例
在上述FCB系统中，多个放电头和多个再充电头已具有这些特征所提供 的所述优点。但应理解的是，本发明的FCB系统被给制成仅单个放电头， 或该单个放电头与一个或多个再充电头组合，或者，被制成为仅单个再充电 头，或该单个再充电头与一个或多个放电头组合。
在上述FCB系统中，放电头和再充电头的阴极结构如图所示为平面或大 致平面结构，这些结构相对于阳极接触电极或部件基本上静止，而金属燃料 (即，阳极)材料或者(ⅰ)相对于上述本发明金属燃料卡实施例中的阴极结构静 止；或者(ⅱ)相对于上述本发明金属燃料卡实施例中的阴极结构移动。
但是，应理解的是，本发明的金属空气FCB系统设计不限于利用平面静 止阴极结构，而是可以利用一个或多个柱形阴极结构另外构成，适于在放电 和／或再充电操作期间旋转、或与金属燃料卡形成离子接触，同时还执行阴 极结构必须能够在金属空气FCB系统中执行的所有电化学功能。要注意的 是，可利用与用来构成上述平面静止阴极结构的技术相同的技术容易地适应 于柱形状的阴极结构，这些结构被实现为由电动机驱动的中空的透气支承 管，并承载通常设置阴极结构的相同电荷收集子结构，如上所述。
在本发明的这些替换实施例中，设置在柱形旋转阴极结构和被传送的金 属燃料卡之间的离子导电介质能够以多种不同方式实现，例如(1)附加到旋转 的阴极的外表面上的固态离子注入凝胶体或其他介质；(2)附着到配置为与旋 转的柱形阴极结构形成离子接触的传送的金属燃料卡表面上的固态离子注入 凝胶体或其他介质；(3)带状结构，包括包含固体离子导电介质的柔性多孔衬 底；可在放电和／或再充电操作期间相对于旋转的柱形阴极结构和移动的金 属燃料卡传送；或(4)液体型离子导电介质(如，电解质)，设置在旋转的阴极 结构和传送的金属燃料卡之间，以便能够在放电和再充电操作期间在阴极和 阳极结构之间进行离子电荷传送。
金属空气FCB功率产生模块及其中使用的金属燃料卡和阴极料盘
上面仅描述了几个本发明示例性实施例。可预期多个其他实施例。本发 明的几个替代实施例示于图7至14A中。通常，图1至6A所示系统实施例 中包含的设计、结构和发明原理可被用来创建适于插入电子设备、系统、装 置等中的电池存储隔间中的各种金属空气FCB功率产生(即，发生)模块。这 些FCB功率产生模块的示例一般包括：模块壳体；放电头，包装在模块壳 体中，其中可滑进一个或多个金属燃料卡用于放电；并且，其中该模块壳体 具有一对电端子，用于当将模块壳体装载到主机系统的电池存储隔间时接触 主机系统的功率端。在任何特定应用中的模块总体尺寸不必大于要安装在其 中的电池隔间。其中可装载金属空气FCB功率产生模块的主机系统可以是 需要以特定电压范围输入电功率进行其操作的任何类型的家电、电子装置、 电子系统或电／光电仪器。本发明的这些金属空气FCB功率产生模块的细节 将在下面加以描述。
图7中，示出了手持蜂窝电话610，在其电池存储隔间612中包含金属 空气FCB功率产生模块611。如图7和7A所示，在粘连附着在电池隔间盖 面板615的外表面上的存储隔间(卡保持器)614中保持多个额外的金属燃料 卡613。在图7A中，电池存储隔间盖面板614取出(即，打开)，并将金属空 气GCB功率产生模块(装有金属燃料卡)插入电池存储隔间614中(或从其拉 出)。在本发明的特替代实施例中，存储隔间614可以集成地形成在功率消 耗装置中。如后所述，在放电操作期间，该FCB产生模块利用周围空气(O2) 对阴极结构的被动扩散，而不利用主动强制的或其他受控气流。这种方法简 化了图7A所示FCB功率产生模块的结构并降低了其成本，同时兼顾了其在 已经设计了该模块的低功率设备中的性能。
如图8A所示，FCB功率产生模块包括：上壳体部分616A(可卸地)，可 从下壳体部分616B卸下；4部件阴极结构(即，子模块或盘盒)617，可卸地 插入形成在下壳体部分616B中的槽中，并端接在第一电连接器618；透气 面板619，形成在下壳体部分616B的底侧面中，用于使周围空气流过设置 在阴极结构621中的阴极部件620A至620D；4部件阳极接触结构622，集 成地形成在上壳体部分，包括多个弹簧偏置的电触点622A至622D，它们利 用类似于图4A11中所示的技术的多个电连接器电连接到并端接与第二电连 接器623中；第一印刷电路(PC)板624，安装在下壳体部分中，用于承载必 需的电路来实现图7A的被动扩散空气型FCB模块所需的图2A3中所示的 各种子系统，并提供电连接器，用于与第一和第二电连接器618和623建立 电接触，这些第一和第二电连接器与阴极盒617和阳极接触结构622相关联； 第二PC板625，用于支承一对输出功率端626和为实现图2A3中所示输出 端再配置子系统、输出功率控制子系统和其他子系统所必需的电路；一对输 出功率端口627A，用于经下壳体部分伸出第二PC电路板625上的输出功率 端626；柔性电路628，用于当上和下壳体部分卡扣配合在一起时在第一和 第二PC板624和265与单面金属燃料卡613之间建立电连接，用于在超薄 框或支承结构628上承载多个金属燃料部件627A至627D，并具有孔口628A 至628D，当金属燃料卡滑入形成在阳极接触结构c和阴极盒w之间的槽中 时，这些孔口使得多个弹簧偏置的电触点622A至622D接合各个金属燃料 部件627A至627D，如图7A和9所示；
如图8C所示，阴极盒617包括具有各具有穿孔的底支承表面的多个槽 630的支承框621，如图4A6所示，使得被动空气扩散。设置在其上的每个 阴极部件620A-620D和电解质注入垫631A至631D可如上所述地构成。 当将阴极盒可滑动连接地(或落入)插入到形成在金属空气FCB功率产生模块 上的第一存储槽中时，阴极盒上的边缘定位的导电部件618接合与设置在第 一PC板624上的第一连接器关联的各个导电部件，如图8A所示。
如图8C所示，每个金属燃料卡613包括支承在多个槽中的多个金属燃 料部件627A至627D，这些槽形成在类似于图4A9中所示衬底的超薄衬底628 中。当上和下壳体部分以卡扣配合方式合在一起时，衬底628中的每个槽上 形成有一孔口，以使得，与阳极接触结构关联的弹簧偏置的电触点628A- 628D由于金属燃料卡滑入形成在阴极盒和阳极接触结构之间形成的第二槽 中而建立与金属燃料部件的电接触，如图9所示。
最好，当将盘盒和卡装载到模块壳体中时，阴极盒金属燃料卡的外边缘 部分623A(和623B)每个均适于与模块壳体形成气密封，如图7A所示。这 将避免电解质在放电操作之前挥发。可选的是，可将由水或电解质补充溶液 的小储存器封装在阴极盒617的支承板中，并经沿子结构形成的微型导管分 布到电解质垫。在电解质供料接触金属燃料卡的侧面可从阴极盒表面凸起， 从而，当将金属燃料卡装载到FCB模块上时，金属燃料卡给该凸起施加力。 该凸起结构类似于设置在用于通过对施药器的挤压动作将含盐溶液点入并到 人眼中的传统装置中的球形结构。当在放电操作期间消耗电解质时，通过由 装载到FCB模块中的金属燃料卡对阴极结构施加的压力，将另外的电解质 自动地从阴极盒中的电解质储存器抽出。但是，应理解的是，在FCB模块 中在每个阴极部件和金属燃料部件之间设置离子导电介质的方式有多种。这 些替代技术可包括离子导电聚合物，它们具有设计的循环使用寿命约20次 以后才需替换的金属燃料卡。即使是在这些实施例中，可能希望在阳极和离 子导电介质之间的界面上提供足够量的H2O。上述流体散布技术可用于这些 情况下。
由于图7A和8A的FCB功率产生模块利用多部件阴极／阳极结构，因此， 能够产生受其输出端再配置子系统控制的不同输出电压范围的电功率。在该 优选实施例中，通过位于模块壳体外部的多位置开关235选择FCB产生模 块的输出电压，如图7A和9所示。
如图10至11B所示，在包装/机械化操作以及售后存储和使用期间，可 将(单个)替换阴极盒217和多个金属燃料卡613保持在存储装置636中。在 图10所示的第一示例性实施例中，存储装置被实现为盒状结构的形式，该 盒状结构具有多个槽，用于可滑动地接受和保持单个(替换)阴极盒617和多 个(充电的)金属燃料卡613，以在图7A的FCB功率产生模块中使用。存储 容器636可由塑料或其他不导电材料制成。每个金属燃料卡可被封装在不导 电箔等封装材料中，以防止在装载到FCB模块之前氧化和与外部环境接触。 类似地，替换阴极盒可被封装在类似的材料中，以防止阴极结构中的电解质 注剂挥发。
在图11A和11B中，另一种类型的金属燃料和保持器被表示为皮夹状结 构638，该结构具有多个袋子，用于接受／保持阴极盒617和多个金属燃料卡 613。该卡保持器可如图11B所示地折叠，并携带于口袋、公文包或背包中。
图7A至11B中所示的部件构成用于产生在各种装置中使用的产生电功 率新的系统和方法。根据本发明的原理，将金属(如，锌)燃料卡613从其保 持器取出，并将其插入FCB功率产生模块，从而它设置在阴极盒617和与 模块的上壳体部分关联的阳极接触结构之间。此后，将FCB功率产生模块 放置在功率消耗装置如图7和7A所示的移动电话的电池隔间中。当金属燃 料卡放电时，将FCB功率产生模块从电话取出，并取出金属燃料卡放电。 然后，将另一金属燃料卡从其存储容器或保持器取出，如图10至11B所示， 并插入FCB模块中，该FCB模块然后再插入到电话的电池隔间。每当金属 燃料卡供料耗尽时，便取出该FCB功率产生模块，金属燃料卡放电，并且 安装新的金属燃料卡。如有必要，则还将新的阴极盒和金属燃料卡一道插入 模块中。希望在需要替换阴极盒之前该阴极盒的寿命能够持续使用至少20 或更多的金属燃料卡。本发明的金属燃料卡可被封装在它们的保持器或存储 容器中，并以方便的10至20个部件连同易用的FCB功率产生模块(和／或替 代阴极盒)一同出售，从而完全不再需要庞大的、不便使用的再充电器和昂 贵的附加电池。
在图12中，表示了在稍高功率消耗装置(如，具有显示面板639A、键盘 639B等的膝上型计算机系统639)FCB功率产生模块的另一应用。图12和12A 中所示的金属空气FCB功率产生模块640被设计成插入膝上型计算机系统 的电池存储隔间639C中，当然，也可以装入更多的其他类型的功率消耗装 置中。除了尺寸之外，图12A所示的FCB模块与图7A和9所示的FCB模 块之间的主要区别是图12A的FCB模块利用了双面金属燃料卡641，该金 属燃料卡插入一对阴极盒624A和624B之间。另外，阳极接触结构被安装 在每个金属燃料卡内部，而不是在其外部，如图8A所示。下面将更详细地 描述图12A的FCB模块。
如图12所示，多个额外的金属燃料卡641被保持在粘连附着附着在掌 上型或膝上型计算机的电池存储隔间的外表面上的存储隔间643中。在本发 明的替代实施例中，该存储隔间643可被集成地形成在功率消耗装置中。如 将在下面所述的，在放电操作期间，该FCB产生模块利用周围空气(O2)对阴 极结构的被动扩散，而不利用对它的主动强制或其他受控气流。这种方法简 化了图12A所示FCB功率产生模块的结构并降低了其成本，同时兼顾了其 在已经设计了该模块的电源设备中的性能。
如图13所示，FCB功率产生模块640包括：上壳体部分644A(可卸地)， 可从下壳体部分644B卸下；第一4部件阴极结构(即，子模块或盘盒)642B， 可卸地插入形成在下壳体部分616B中的第一槽中，并端接在第一电连接器 645；第二4部件阴极结构(即，子模块或盘盒)642A，可卸地插入形成在上 壳体部分644A中的第二槽中，并端接在第二电连接器646；第一透气面板 647，形成在下壳体部分644B的底侧面中，用于使周围空气流过设置在第一 阴极结构642B中的阴极部件648A至648D；第二透气面板649，形成在上 壳体部分644A的底侧面中，用于使空气流过设置在第二阴极结构642A中 的阴极部件650A至650D；双面金属燃料卡641，包括(ⅰ)第一组金属燃料部 件652A-652D和(ⅱ)第二组652A’-652D’，其中：第一组金属燃料部件 652A-652D设置在第一组阳极接触结构653A至653D上，该第一组阳极接 触结构653A至653D安装在一组槽654A至654D中，利用类似于图4A11 所示的技术的多个电连接器，该组槽654A至654D分别形成于薄尺寸的电 隔离支承结构655的第一表面中，而以电端接于第三电连接器656中，第二 组金属燃料部件652A’-652D’设置在第二组阳极接触结构653A’至 653D上’，该第二组阳极接触结构653A’至653D’安装在第二组槽654A’ 至654D’中，利用类似于图4A11所示的技术的多个电连接器，第二组槽 654A’至654D’分别形成于电隔离支承结构655的第二表面中，而以电方 式端接于第四电连接器657中；第一印刷电路(PC)板650，安装在下壳体部 分中，用于承载必需的电路来实现图12的被动扩散空气型FCB模块所需的 图2A3中所示的各种子系统，并提供电连接器661A-661D，用于分别与第 一、第二、第三和第四电连接器645、646、656和657建立电接触，这些电 连接器与该对阴极盒及双面金属燃料卡相关联；第二PC板662，用于支承 一对输出功率端663和为实现图2A3中所示输出端再配置子系统、输出功 率控制子系统和其他子系统所必需的电路；一对输出功率端口664A和 664B，用于经下壳体部分伸出第二PC电路板662上的输出功率端663；和 柔性电路628，用于在第一和第二PC板660和662之间建立电连接。
如图13所示，第一阴极盒642B包括具有多个槽的支承框，每个槽均具 有穿孔的底支承表面，如图4A6所示。安装在槽中的每个阴极部件和电解 质注入垫可如上所述地构成。当将阴极盒可滑动地连接(或落入)插入到形成 在金属空气FCB功率产生模块中的下壳体部分中的第一存储槽中时，阴极 盒642B上与第一连接器645关联的的边缘定位的导电部件接合与设置在第 一PC板660上的第一连接器661A关联的各个导电部件。类似地，第二阴 极盒642A包括具有多个槽的支承框，每个槽均具有穿孔的底支承表面，如 图4A6所示。安装在槽中的每个阴极部件和电解质注入垫可如上所述地构 成。当将第二阴极盒可滑动地连接(或落入)插入到形成在金属空气FCB功率 产生模块中的上壳体部分中的第二存储槽中时，阴极盒642A上与第二连接 器646关联的的边缘定位的导电部件接合与设置在第一PC板660上的第二 连接器661B关联的各个导电部件。
最好，当将盘盒和金属燃料卡装载到模块壳体中时，阴极盒的外边缘部 分666A和金属燃料卡的外边缘部分666B每个均适于与模块壳体形成气密 封，如图12所示。这将避免电解质在放电操作之前挥发。可选的是，可将 由水或电解质制成的溶液的小储存器封装在每个阴极盒642A和642B的支 承板中，并经沿阴极盒子结构形成的微型导管分布到电解质垫。在电解质供 料接触金属燃料卡的侧面可从阴极盒表面凸起，从而，当将金属燃料卡装载 到FCB模块中时，金属燃料卡给该凸起施加力。该凸起结构类似于设置在 通过对施药器的挤压动作时将含盐溶液点入并散布到人眼中的传统装置中的 球形结构。当在放电操作期间消耗电解质时，通过由装载到FCB模块中的 金属燃料卡对阴极结构施加的压力，将另外的电解质自动地从阴极盒中的电 解质储存器抽出。但是，应理解的是，在FCB模块中在每个阴极部件和金 属燃料部件之间设置离子导电介质的方式有多种。这些替代技术可包括离子 导电聚合物，它们具有设计循环使用寿命约20次以后才需替换的金属燃料 卡。即使是在这些实施例中，可能希望在阳极和离子导电介质之间的界面上 提供足够量的H2O。上述流体散布技术可用于这些情况下。
由于图12的FCB功率产生模块利用多部件阴极/阳极结构，因此，能够 产生受其输出端再配置子系统控制的不同输出电压范围的电功率。在该优选 实施例中，通过位于模块壳体外部的多位置开关668选择FCB产生模块的 输出电压，如图7A和9所示。
尽管未示出，但是在包装／机械化操作以及售后存储和使用期间，可将(一 对)替换阴极盒642A和642B和多个金属燃料卡641保持在存储装置中。类 似于在图10所示的结构，存储装置被实现为盒状结构的形式，或如图11A 中所示的文件夹。保持装置将具有多个槽，用于可滑动地接受和保持该对(替 换)阴极盒和多个(充电的)金属燃料卡，以在图12A的FCB功率产生模块中 使用。存储容器可由塑料或其他不导电材料制成。每个金属燃料卡可被封装 在不导电箔等封装材料中，以防止在装载到FCB模块之前氧化和与外部环 境接触。类似地，替换阴极盒可被封装在类似的材料中，以防止阴极结构中 注入的电解质挥发。
在每个上述FCB功率产生模块中，金属燃料卡已经被装到形成于模块的 阳极接触结构或阴极结构之间的槽中(经模块壳体中的孔口)，并类似于计算 领域内所使用的PCMCIA卡利用摩擦力保持在其位置。应理解的是，可利 用其他机构来将金属燃料卡保持在模块中(如，铰接壳体设计、夹紧结构、 弹簧偏置回伸缩机构等)。
在图14中，表示了可再充电金属空气FCB功率产生模块670，用于更 高功率应用，此时，可能希望能够使用户在需要时选择对金属燃料卡再充电， 或取出放电的燃料卡(以用于将来的再充电操作或放电)，然后用充电的金属 燃料卡替换这些卡。要注意的是，对金属燃料卡再充电或替换它们的决定取 决于当时的情况。
通常，图14的FCB模块包括坚固的壳体，该壳体包括下壳体部分671A 和可铰接地连接到下壳体部分或滑动地连接到下壳体部分的上／盖壳体部分 671B。该壳体的盖部分具有几个透气面板672A、672B和672C，用于使周 围空气自由地扩散到壳体内部以由阴极结构消耗，同时最好阻止含水率流到 外部环境中。可利用各种类型的阻挡／透气材料如TYVEK材料来构成这些面 板。
在图14的示例性实施例中，将5个混合放电／再充电头结构组件可拆卸 地安装在沿壳体的下部的底面形成的快速卡扣轨道(snap-in track)673中。每 个放电／再充电头结构组件包括一对阴极盒642A和642B及单个双面金属燃 料卡641，它们设置在图12A的FCB模块中。阴极盒642A和642B与也被 安装在与阴极结构和金属燃料卡垂直的壳体下部中的PC板676上的电连接 器相互连接。该PC板还支承为结合放电和再充电操作模式实现图2A3和2B3 中所示各种子系统所必需的电路。另外，双面金属燃料卡641与设置在所示 PC板676上的电连接器677相互连接。可利用简单插接操作取出每个阴极 结构和金属燃料卡，该操作类似于将随机存取存储器(RAM)安装在个人计算 机中的操作。各对间隔的支架179A和179B保证了在PC板676与PC板676 之间的盘盒中的插入卡的的对准。
如图14和14A所示，一对输出功率端680设置在PC板676上并通过 孔681延伸到模块壳体的外侧，以连接到需要按规定输出电压的电源装置。 输出功率端680的形体结构可适合于当时的特定应用。通过安装在模块壳体 外部的多位置开关685可以选择在输出功率端上的电压。
还将一对输入功率端683设置在PC板676上，并经孔口684伸出到模 块壳体的外侧，以连接到以特定输入电压提供DC电源的再充电电源(未示 出)。通常，再充电电源利用本领域内所熟知的AC-DC转换器实现。可选 的是，如果有应用场合需求，则该AC-DC转换器可直接包含在图14的FCB 功率产生模块中，从而利用110伏特(AC)执行再充电操作，而不利用外部AC -DC转换器。输入功率端的形体配置可适用于当前的特定应用。当希望对 装载到FCB功率产生模块中的金属燃料卡进行再充电时，用户仅手动简单 地选择位于外部的开关(未示出)，并给输入功率端683提供电功率，从而能 够进行再充电模式操作。可设置指示灯来表示在任何瞬间金属燃料卡的再充 电程度。
在替代实施例中，可改变图14的FCB模块，以利用图8C所示的单面 金属燃料卡。这就不必使用每个金属燃料卡的一对阴极盒，以便增大FCB 模块的输出功率容量。
上述金属空气FCB功率产生模块可直接应用于便携式电子设备，如蜂窝 电话和笔记本计算机。对于笔记本计算机，该模块能够连续操作的时间为24 小时，而在便携式电话情况下，则更长。以不同的设计和几何构造，该锌空 气技术能够完全按比例缩放，从毫瓦手表电池和便携式电子设备电源，到电 动工具、电动车辆、公共电站中的几千千瓦应用。该技术便宜、安全并可更 新，使用范围广。
本发明FCB子系统的应用
通常，任何上述FCB系统可与其他子系统集成在一起，以便提供电功率 产生系统(或电站)，其中利用系统内的金属燃料卡的实时管理，来满足AC 和／或DC电负载的峰值功率要求，同时不牺牲可靠性或工作效率。
为了解释，本发明的电功率产生系统700表示于图15A中，它被置入在 电动运输系统或车辆701中，它被实现为电动汽车、火车、卡车、摩托车或 任何其他类型的利用一个或多个本领域内所公知的AC和／或DC供电的负载 (例如，电动机)车辆。在图15中，显示出电功率产生系统700被实现为固定 电站。在每种配置情况下，显示出功率产生系统700具有连接到它的辅助和 混合电源702、703和704(704’)。一般，电功率产生系统700可被配置成 产生DC功率，以提供给如图15A中所示的一个或多个DC型电负载702， 或产生AC功率，以提供给图15B中所示的一个或多个AC型电负载。下面 将描述这些系统实施例中的每个实施例。
如图16A所示，电功率产生系统700的第一实施例包括：输出DC电力 母线结构，用于将DC电功率提供给多个所连接的电负载707A-707D；金 属空气FCB(子)系统网络708A至708D，其每个利用其输出功率控制子系统 151(图2A3中所示)以可操作方式连接到DC电力母线结构706，从而能够给 DC电力母线结构提供DC电功率；输出电压控制子系统709式以可操作方 式连接到DC电力母线结构706，应用控制(调节)其输出电压；负载检测电 路710，连接到输出DC电力母线结构706，用于检测沿DC电力母线的实 时负载状态，并产生表示沿DC电力母线结构的负载状态的输入信号；网络 控制子系统(例如，RAM／ROM／EPROM)711，用于控制该网络中每个FCB子 系统的操作(例如，分别通过在放电／再充电操作模式期间控制放电／再充电参 数，并实时地从特定FCB子系统汇集金属燃料和金属氧化物指示数据)；FCB 子系统控制总线结构712，它通过其输入／输出子系统152以可操作方式连接 到每个FCB子系统708A至708H，并用于将金属燃料指示数据从FCB子系 统传送到网络控制子系统711，并且在功率产生操作期间，将控制信号从网 络控制子系统711传送到FCB子系统；基于网络的金属燃料管理子系统(例 如，关联型数据库管理系统)713，以可操作方式连接到网络控制子系统711， 用于存储表示沿连接在该系统中的总线(母线)结构706和712之间的每个FCB 子系统中每个金属燃料道的每个区域出现的金属燃料(和金属氧化物)的量； 输入DC电力母线结构714，用于在再充电期间将从辅助和混合电源702、 703、704和704’产生的DC功率提供给FCB子系统707A-707H；和输入 电压控制子系统715，用于控制沿输入DC电力母线结构714的输入电压。
通常，可将这里所公开的任何一种FCB子系统接入到上述电源网络。通 过将其输入／输出子系统(图2A3中所示的152)连接到FCB子系统控制总线 结构712，并将其输出功率控制子系统(图2A3中所示的151)连接到DC电 力母线结构706，可简单地实现每个FCB子系统的接入。另外，每个FCB 子系统包括金属燃料再充电子系统117，用于在网络控制子系统711的总体 控制下，对金属燃料道再充电。
图16B中表示了本发明电功率产生系统的一替代实施例。在该替代实施 例中，在输出DC电力母线结构706与输出AC电力母线结构717之间设置 一DC-DC功率转换子系统716，以可操作方式，将多个AC型电负载707A 和707D连接到该子系统。在这种本发明替代实施例中，提供给DC电力母 线结构706的DC功率被转换成AC电源，该电源又被提供给AC电力母线 结构717。为了沿AC电力母线结构171控制输出电压，设置输出电压控制 单元709。输送给AC母线结构717的AC功率被提供给连接到它的AC电 负载。
在该优选实施例中，金属燃料管理子系统713包括一关联数据库管理系 统，它包括用于保持多个数据表格的装置，这些数据表格包含表示沿电功率 产生系统中每个FCB子系统内的每个金属燃料道的每个区域的可用金属燃 料(金属氧化物出现)量的信息。在图16C中，示意性地描述了这些数据表格。 当从各个FCB子系统产生电功率时，在放电模式期间，在每个子系统中自 动地产生金属燃料指示数据，而在再充电操作模式期间产生金属氧化物出现 数据。该数据被发送到基于网络的金属燃料管理子系统713。这些表格的信 息字段的细节示于图2A15中，如上所述。
在许多应用中，可能希望管理每个FCB子系统707A至707D中金属燃 料的消耗，从而这些FCB子系统中的每个在每一瞬间具有基本上相同量的 可用金属燃料。该金属燃料均衡原理是由网络控制子系统711通过这些下述 功能来实现的：(1)使负载检测子系统710检测沿DC电力母线结构的实际负 载状态；(2)响应于所检测到的负载状态，使特定FCB子系统(708A-708B) 产生电功率，并将该电功率提供给输出DC电力母线结构706；(3)利用基于 网络的金属燃料管理(数据库)子系统713，管理这些FCB子系统中金属燃料 的可用性和金属氧化物的出现；和(4)有选择地对所选FCB子系统中的金属 燃料道进行放电(并且，另外对其金属氧化物有选择地再充电)，从而按照平 均时间基本上均衡每个FCB子系统内的金属燃料可用性。可利用计算领域 内所公知的直接方式编程技术来实现该方法。
可参照图17以示例方式来最佳地理解使网络控制子系统711执行对每 个FCB子系统的“金属燃料均衡”所带来的优点。
通常，由其电源系统产生的电功率量取决于连接到该系统的电负载所需 的电功率量。根据本发明，通过在编程的网络控制子系统711的控制下使附 加的金属空气FCB子系统产生电功率并将该电功率提供给输出电力母线结 构706(或在AC负载情况下的717)，来实现从该系统输出的电功率增大。例 如，考虑电源系统在其DC电力母线结构706和FCB子系统控制总线结构712 之间连接有8个FCB子系统的情况。在该示例中，将每个FCB子系统707A 至708D隐喻地视为能够作功的动力装置内的“动力缸”是有益的。因此， 考虑到本发明的电功率产生系统(或电站)的情况，其中配置在一起的8个FCB 子系统(即，动力缸)被包含在电动汽车等车辆中的结构中，如图15A所示。 在这种情况下，能够在任何瞬间产生电功率的FCB子系统(即，动力缸)的数 目取决于加到安装在汽车701上的发电站设备上的电负载。因此，当汽车沿 一平坦竖直的路面移动或行进在下坡路上时，可理解网络控制子系统711仅 启动一个或几个FCB子系统(即，动力缸)，而当行进在上坡路或超过另一辆 汽车时，子系统启动多个或全部FCB子系统(即，动力缸)，以便满足由这些 运行条件所确定的需求。不管加在车辆上的电功率产生系统的负载状态如 何，根据上述金属燃料均衡原理，每个金属空气FCB子系统708A至708H 中的金属燃料平均消耗率将按照平均时间基本上相等。从而，按照平均时间， 网络控制子系统711将在每个FCB子系统708A至708H中可用于放电的金 属燃料量保持为基本相等。
在该替代实施例中，网络控制总线该11执行控制处理(即，算法)，它被 设计成接收各种输入参数，并产生各种输出参数，从而本发明的控制过程自 动地执行。控制过程中的输入参数关于：(ⅰ)由安装在电动车辆上的负载检测 子系统710或其他传感器检测到的负载状态(如，电动机的RPM、车速等)； (ⅱ)沿每个金属空气FCB子系统内金属燃料的每个区域的可用金属燃料量；(ⅲ) 沿每个金属空气FCB子系统内金属燃料的每个区域的金属氧化物出现量；(ⅳ) 与每个金属空气FCB子系统关联的放电参数；和(ⅴ)与每个金属空气FCB子 系统关联的再充电参数(当其中设有再充电模式时)。该控制过程中的输出参 数包括的参数用于控制：(ⅰ)在放电操作期间的任何瞬间应启动哪组金属空气 FCB子系统；(ⅱ)在任何瞬间，在所启动的金属空气FCB子系统中哪些金属 燃料区域应放电；(ⅲ)在任何瞬间，如何在每个启动的金属空气FCB子系统 中应如何放电参数；(ⅳ)在再充电操作的任何瞬间，应启动哪组金属空气FCB 子系统；(ⅴ)在任何瞬间，在所启动的金属空气FCB子系统中哪些金属燃料 区域应再充电；和(ⅵ)，在任何瞬间，在每个启动金属空气FCB子系统中， 应如何控制再充电参数。网络控制子系统711可利用被编程为以直接方式执 行上述功能的微计算机来实现。网络控制子系统可以简单方式置入在主机系 统(如，车辆701)中。
要注意的是，在图15A至16B中所示的示例性实施例中，每个金属空气 FCB子系统708A至708H具有放电模式操作和再充电模式操作。因此，当 相应的金属空气FCB子系统不在其放电(功率产生)模式操作期间启动时，本 发明的电功率产生系统(即，电站)能够对金属燃料(卡)的所选区域再充电。 根据本发明的该方面，可利用图15A和15B中所示的辅助电源(如，交流发 电机，固定电源的电源等)702、703和／或混合型发电装置电(如，光电池、 热电池装置等)704、704’，来产生提供给图16A中所示的系统的输入DC 电力母线结构714的电功率。要注意的是，当在所启动的FCB子系统的再 充电期间，输入DC电力母线结构714被设计成从辅助或混合型电源702、 703、704和704’接收DC电功率，并将其提供给置入在所启动的金属空气 FCB子系统708A至708H中的金属燃料再充电子系统117，以进行放电操 作，而主机系统(如，汽车)711处于运动或静止状态，按情况而定。当对金 属燃料卡再充电而车辆静止时，由固定电源(如，电源插座)的电功率可被作 为输入提供给输入DC电力母线结构714，用于对所启动的FCB子系统中的 金属燃料再充电。
尽管上面已详细描述了本发明的各个方面，当应理解的是，本领域内的 普通技术人员将根据本发明公开易于来对这些示例性实施例进行修改。所有 这些修改和变化均被认为落入由所附本发明权利要求书限定的本发明范围和 构思内。
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