[发明专利]高倍率可充电电池组

说明书

发明背景

本发明涉及可充电的电池组(battery)；包括多个电化学电池(cell)、继电器(relay) 和电池组控制器，产生用于为现代中等尺寸汽车中的电气马达供电1500km的高倍率 (high-rate)容量(capacity)。所述电池组可以充电500次。电化学技术的现状不包括释 放在电解过程中所储存电能的高效方法。

质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种最有希望的技术。由于极少数但非常严重的 原因，PEMFC技术不太可能找到其市场化的途径。对于PEMFC来说所要求的工作寿命 为5,000小时。该燃料电池中金属部件的电化学腐蚀发生在比5,000工作小时要早得多的 阶段。低的耐腐蚀性排除了使用大多数未包覆(uncoated)金属。当使用大多数包覆的金 属时离子化作用太低。用于双极PEMFC板的耐腐蚀性合金覆层(coating)和聚合物覆层 还未曾达到可以商业化任何进展的水平。一些科学家宣称已经开发了可靠的方法，但是仍 存在很多未回答的问题。从迄今已知的来看，仍存在在电解过程中需要的腐蚀和电化学材 料性质要求，它们未曾得到完全解决。然而，最严重的问题是爆炸的危险。5000psi(磅/ 平方英尺)的氢(一些公司正在设计并且计划制造10000psi的氢罐)是高度爆炸性的，难 于储存/配送，并且可能是非常危险的。如果使用的话，第一台PEMFC供电的汽车在高冲 击性碰撞中爆炸只是时间问题，其结果是一个或更多个个体会瞬间死亡。不管在PEMFC 供电的汽车中设计多少安全防范装置，该情况无可避免。当公众知悉该第一起事故时，消 费者将决定不再购买PEMFC供电的汽车。如果传统汽车中的汽油罐由于高冲击性碰撞的 结果而开始燃烧时，在多数情况下驾驶者和乘客只有短的时间在第一次爆破最终发生之前 脱离该汽车。对于整合到常规汽车中来说，金属氢化是一种太过复杂的化学过程。其他已 知用于氢的储存方法不具有足够的储存容量。PEMFC供电的汽车对于平均消费者来说还 将太过昂贵。PEMFC电池要求不是容易可获得的氢。使用转化装置(reformer)来将烃或 醇转变为氢的操作产生热和其他会污染环境的气体。PEMFC在汽车中为电气马达功能的 总体效率仅为约25％到31％，这是非常低的。PEMFC受到了公共媒体太多不应该的关注。 该信息未澄清产生氢的高能耗、高成本、公共安全以及这样的常规过程将如何污染环境。

电池组供电的电气汽车(BEA)具有非常高的效率。电池组为约90％的效率，并且电 气马达/逆变器(inverter)为约80％的效率。这给出约72％的总体效率，这与任何其他替 换方案相比是杰出的。在具有垂直取向的堆叠(stacked)阳极和阴极板的传统铅酸电池组 设计中，当水(H₂O)在电池组箱的底部区域结集(build up)时，硫酸(H₂SO₄)集中在 顶部区域，在不同的水平电池层次上导致不同的电池性能。在铅酸电解放电过程期间发生 数种不同的化学反应。很多人相信，铅/氧化铅和浆料(paste)之间的腐蚀是更重要的化 学反应之一。总之，大的板规格促成深循环(deep-cycle)容量，窄的板规格组合大的板 表面积增加高倍率容量。当电池放电时，硫酸铅(PbSO₄)在两种电极板(grid)上结集， 而水在酸中结集。在放电期间，电池容量快速降低。铅酸电池组未曾被整合到汽车中的技 术现状是因为该电池类型不具有用于现代汽车的足够容量。