DE69118393T2

DE69118393T2 - Elektrisches energiesystem

Info

Publication number: DE69118393T2
Application number: DE69118393T
Authority: DE
Inventors: Arnold Goldman
Original assignee: Electric Fuel EFL Ltd
Current assignee: Electric Fuel EFL Ltd
Priority date: 1991-08-07
Filing date: 1991-08-07
Publication date: 1996-09-05
Anticipated expiration: 2011-08-08
Also published as: EP0557287A1; DE69118393D1; EP0557287B1; US5121044A; WO1993003532A1; EP0557287A4

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrisches Energiesystem im allgemeinen und im besonderen ein elektrisches Energiesystem, das Metall-Luft-Batterien beinhaltet.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Über die Jahre sind verschiedene Vorschläge für elektrisch betriebene Fahrzeuge gemacht worden. Aus einer Anzahl von Gründen haben elektrische Fahrzeugsysteme die kommerzielle Stufe für Stadt- und Autobahneinsatz noch nicht erreicht.
Es sind Vorschläge zur Entwicklung von Zink-Luft-Batterien für einen Stadtfahrzeugantrieb gemacht worden. Ein Beispiel ist die folgende Veröffentlichung:
Verbesserte Zink-Luft-Suspensionssysteme als Batterien für einen Stadtfahrzeugantrieb von P. C. Foller, Journal for Applied Electrochemistry 16 (1986), 527-543.
Metall-Luft-Batterie-Konstruktionen sind in den folgenden Veröffentlichungen beschrieben:
US-Patent Nr. 4,842,963 mit dem Titel "Zinkelektrode und nachladbare Zink-Luft-Batterie"; US-Patent Nr. 4,147,839 mit dem Titel "Elektrochemische Zelle mit umgerührter Suspension";
US-Patent Nr. 4,908,281 mit dem Titel "Metall-Luft-Batterie mit Umlaufelektrolyt";
US-Patent Nr. 3,847,671 mit dem Titel "Hydraulisch nachtankbares depolarisiertes Metall-Gasbatterie-System";
US-Patent Nr. 4,925,744 mit dem Titel "Primäre Aluminium- Luft-Batterie";
US-Patent Nr. 3,716,413 mit dem Titel "Nachladbare elektrochemische Energieversorgung";
US-Patent Nr. 4,925,714 mit dern Titel "Primäre Aluminium- Luft-Batterie";
Elektrische Energiespeichersysteme sind in den folgenden Veröffentlichungen beschrieben:
US-Patent Nr. 4,843,251 mit dem Titel "Energiespeicher- und Versorgungssystem";
"Energy on Call" von John A. Casazza et al., IEEE Spectrum, Juni 1976, 5. 44-47;
US-Patent Nr. 4,275,310 mit dem Titel "Höchstleistungserzeugung";
US-Patent Nr. 4,124,805 mit dem Titel "Verschmutzungsfreie Leistungserzeugung und Spitzenleistungsladesystem";
US-Patent Nr. 4,797,56G mit dem Titel "Energiespeichereinrichtung";
IEEE-Transactions on Industry Applications, Band 1A-20, Nr. 3, Mai/Juni 1984 auf Seite 484 "Studie über Streckenenergiespeichersysteme (WESS) zur Eisenbahnelektrifizierung" beschreibt die Einrichtung von Streckenenergiespeichersystemen (WESS) als Schnittstelle zwischen einer Versorgungsanlage und einer Lokomotive, wobei die Lokomotive an das WESS angeschlossen und die Versorgungszufuhr davon versorgt wird und das WESS gegebenenfalls aufgeladen wird durch von der Lokomotive oder der Versorgungsanlage wiedergewonnene (Brems-) Energie.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung soll ein verbessertes elektrisches Energiesystem schaffen, welches durch die synergetische Kombination von zwei verschiedenartigen Aktivitäten, nämlich einer Energiespeichereinrichtung und dem Betrieb eines elektrischen Fahrzeuges, von denen jede derzeit unökonomisch ist, eine ökonomische elektrische Versorgungsanlage bereitstellt mit Energiespeicherung außerhalb der Spitzenzeiten, einem Schutz gegen Überschuß und einem ökonomisch realisierbaren elektrischen Fahrzeugsystem.
Somit wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein elektrisches Energiesystem vorgesehen, das die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die elektrische Energiespeichereinrichtung Überschußschalteinrichtungen auf, durch die die elektrische Energiespeichereinrichtung nicht benötigten Leistungsüberschuß von der elektrischen Versorgungsanlage nach Bedarf absorbieren kann.
Die elektrische Energiespeichereinrichtung kann ferner herkömmliche Batterien, z.B. Blei-Säure-Batterien aufweisen.
Zusätzlich ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine elektrische Batterienachladestation vorgesehen mit einer Vorrichtung zur Entnahme entladener Suspension aus den Metall-Luft-Batterien und ihrer Zuführung zu einer Speichereinrichtung, um Zeiten geringer Energienachfrage abzuwarten, und einer Einrichtung zum Zuführen nachgeladener Suspension von der elektrischen Energiespeichereinrichtung zu den Batterien.
Im US-Patent Nr. 4,894,764 von Meyer et al. wird ein System beschrieben, das in der Lage ist, eine elektrische Last auszugleichen, und eine Anzahl von Moduln aufweist und wobei jedes Modul wie eine "Wechselstrom-Batterie" funktioniert.
Meyer beschreibt eine herkömmliche Blei-Säure-Batterie, bei der die aktive Masse, welche die elektrische Energie in der Batterie speichert, permanent in den Batterieplatten fixiert ist. Bei der vorliegenden Metall-Luft-Supensions-Battene legt die aktive Masse, welche die elektrische Energie in der Batterie speichert, in der Form einer Metallsupension vor, die nach Entladung der Batterie aus der Batterie mechanisch entnommen wird zur externen Nachladung, Speicherung und/oder Weiterleitung der aufgeladenen Suspension zu derselben oder einer anderen Batterie und nachfolgender Entladung. Meyer offenbart eine modulare Wechselstrom-Batterie (einzelne Einheiten von Batterie/Konverter) in einer Speicheranordnung. Die vorliegende Erfindung schlägt nicht nur das Nachladen einer Batterie vor, sondern auch die Entnahme verbrauchter Suspension aus der Batterie, die externe Vorbereitung frisch geladener Suspension und deren Aufbewahrung oder Verwendung entweder in einer Batterie eines elektrischen Fahrzeugs oder in einer Batterie der Versorgungsanlage.
Die Erfindung wird nun anhand bestimmter bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die folgenden erläuternden Figuren beschrieben, damit sie vollständiger verstanden wird.
Mit besonderer Bezugnahme auf die Einzelheiten der Figuren wird betont, daß die in Form von Beispielen und zum Zwecke der Erläuterung der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gezeigten Einzelheiten lediglich aus dern Grund dargestellt werden, um anzugeben, was als die zweckvollste und klar verständliche Beschreibung der Prinzipien und konzeptionellen Aspekte der Erfindung angesehen wird. Diesbezüglich wurde kein Versuch unternommen, die strukturellen Einzelheiten der Erfindung detaillierter zu zeigen als für ein grundsätzliches Verständnis der Erfindung notwendig, so daß die Beschreibung zusammen mit den Zeichnungen dem Fachmann deutlich macht, wie einige Ausführungsformen der Erfindung in der Praxis ausgebildet werden können.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die vorliegende Erfindung wird besser verständlich und gewürdigt aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen:
Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, das ein elektrisches Energiesystem zeigt, das in Konstruktion und Arbeitsweise einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entspricht;
Fig. 2 ist ein detaillierteres Blockdiagramm des Systems von Fig. 1;
Fig. 3 ist eine schematische Darstellung eines Untersystems zum Nachladen von elektrischen Batterien, das einen Teil des Systems von Fig. 1 und 2 bildet;
Fig. 4 ist ein bildliches Blockdiagramm einer elektrolytischen Wiedergewinnungseinrichtung, das einen Teil des Systems von Fig. 1 und 2 bildet;
Fig. 5 ist ein Flußdiagramm der Arbeitsweise der Wiedergewinnungseinrichtung von Fig. 4;
Fig. 6 und 7 sind allgemeine schematische Darstellungen zweier Typen von elektrischen Fahrzeugen, bei denen die Batterien des Systems von Fig. 1 und 2 verwendet werden;
Fig. 8A, 8B und 8C sind schematische Darstellungen des Fahrzeugs von Fig. 7 von der Seite, von oben bzw. von hinten, die die allgemeine Position der wichtigen Funktionssysteme darin zeigen;
Fig. 9 ist eine teilweise aufgeschnittene Darstellung der Installation einer Zink-Luft-Batterie in einem Fahrzeug vom in Fig. 6 dargestellten Typ;
Fig. 10 und 11 sind jeweils Ansichten zweier Variationen einer Zink-Luft-Batterie, die zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet sind;
Fig. 12 ist eine schematische Darstellung eines Untersystems zur thermischen Steuerung, das in den Fahrzeugen der Fig. 6 und 7 verwendbar ist;
Fig. 13 ist eine schematische Darstellung einer Mehrzellen-Meß-Pump-Anordnung, wie sie im System der Fig. 1 und 2 verwendet wird;
Fig. 14 ist eine Explosionsdarstellung einer Zink-Luft- Batteriezelle zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung;
Fig. 15 ist eine teilweise Schnittansicht der Anordnung der Batteriezelle in Fig. 14;
Fig. 16 ist eine perspektivische Ansicht der Batteriezelle von Fig. 14;
Fig. 17 ist eine Explosionsansicht der Anordnung der Batteriezelle von Fig. 14;
Fig. 18 ist eine perspektivische Ansicht einer Zink-Luft- Batterie einer Speichereinrichtung, wie sie im System der Fig. 1 und 2 verwendet wird;
Fig. 19 ist eine schematische Darstellung der Verbindung der Batterie von Fig. 18 an ihre Arbeitsumgebung;
Fig. 20 ist ein Blockdiagramm, das die Hauptfunktionskomponenten der Batterie von Fig. 19 darstellt;
Fig. 21 ist ein Flußdiagramm zur Darstellung der Batterielade funktion einer Energieversorgungsanlage.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG EINER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Es wird nun auf Fig. 1 Bezug genommen, die ein verallgemeinertes Blockdiagramm eines elektrischen Systems darstellt, das in Konstruktion und Arbeitsweise einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entspricht und eine elektrische Versorgungsanlage aufweist mit einer Stromerzeugungsvorrichtung und Verteilungsleitungen, einer Anzahl von elektrischen Metall-Luft-Batterien und einer elektrischen Energiespeichereinrichtung, die die elektrische Energie von der elektrischen Versorgungsanlage empfängt und die elektrische Energie an die Anzahl von elektrischen Metall-Luft-Batterien liefert.
In Fig. 1 ist eine wechselstromübertragungsleitung 10 dargestellt, die zur Übertragung von Energie über eine Energiekonvertereinheit 12 mit einer Speicherbatteriepackung 14 und einer Packung von elektrolytischen Zellen 16 vorgesehen ist. Die elektrolytischen Zellen 16 bewirken die elektrische Aufladung einer Energiespeichersuspension, z.B. einer Mischung aus entladenem Zinkgranulat und einer alkalischen Kaliumhydroxid-Lösung, wodurch Energie darin gespeichert wird.
Bei der dargestellten Ausführungsform wird die entladene Suspension in einer Speichereinrichtung 18 für die entladene Suspension vorgehalten und über geeignete Pumpen (nicht gezeigt) den elektrolytischen Zellen 16 zugeführt. Die aufgeladene Suspension wird in einer Einrichtung 20 aufgefangen und dann in einer Speicherbattene 14 gesammelt oder an die elektrischen Fahrzeuge 22 weitergeleitet.
An der Einrichtung 18 wird die entladene Suspension von den elektrischen Fahrzeugen 22 und von der Speicherbattene 14 aufgenommen. Wenn notwendig oder ökonomisch, versorgt die Speicherbattene 14 die Übertragungsleitung 10 über die Konvertereinheit 12 mit elektrischer Energie.
Der Fachmann erkennt, daß die vorliegende Erfindung durch die synergetische Kombination von zwei gattungsfremden Aktivitäten, nämlich einer Energiespeichereinrichtung und dern Betrieb eines elektrischen Fahrzeuges, von denen jede derzeit unökonomisch ist, eine ökonomische elektrische Versorgungsanlage mit Energiespeicherung zu Zeiten geringen Energiebedarfs und ein ökonomisch realisierbares elektrisches Fahrzeugsystem bereitstellt.
Es wird nun auf Fig. 2 Bezug genommen, die das System von Fig. 1 in vergrößertem Detail darstellt. Wie in Fig. 2 gezeigt, ist die Wechselstrom-Übertragungsleitung der Versorgungsanlage, hier durch das Bezugszeichen 30 bezeichnet, über den Umwandler 32 an den Stromleitungs-Konditionierer 34 angeschlossen, der Gleichstrom-/Wechselstrom- oder Wechselstrom-/Gleichstrom-Konverter hoher Kapazität beinhaltet. Reaktions- und andere Leitungssteuerungs-Einrichtungen 36, z.B. Spitzenwert-Einschalt-Detektoren, können mit dern Stromleitungs-Konditionierer 34 verbunden sein.
Ein Gleichstromausgang des Konditionierers 34 kann über einen Steuerungsschaltkreis 38 zur Suspensionswiederherstellung an eine Suspensionswiederherstellungseinrichtung 40 angeschlossen sein. Der Gleichstromausgang des Konditionierers 34 kann ebenso über einer Ladungssteuerungseinheit 42 an eine Packung von Blei-Säure-Batterien 44 angeschlossen sein.
Die Suspensionswiederherstellungseinrichtung 40 bewerkstelligt die Versorgung mit geladener Suspension über die Suspensionspumpvorrichtung 46 an die elektrische Batterie- Nachfüllstation 48, um die elektrischen Fahrzeuge zu versorgen. Die Einrichtung 40 bewirkt auch die Zufuhr geladener Suspension über die Suspensionspumpvorrichtung 46 an einer Zink-Luft-Batterie 50. Die geladene Suspension aus der Einrichtung 40 kann ferner in einem Speichertank 52 für geladene Suspension gelagert werden.
Von elektrischen Fahrzeugen entnommene entladene Suspension wird von der elektrischen Batterie-Nachfüllstation 48 in einen Speichertank 54 für entladene Suspension geleitet und durch die Suspensionspumpvorrichtung 46 zu geeigneten Zeiten der Einrichtung 40 zugeführt. Normalerweise wird das Wiederaufladen der Suspension durch die Einrichtung 40 während den Zeiten durchgeführt, in denen der Bedarf an Versorgungsanlage zugeführter Elektrizität gering ist.
Wenn nötig, wird elektrische Energie aus der Batterie 44 bezogen und über die Entladungssteuerungs-Schaltung 58, den Stromleitungskonditionierer 34 und den Umwandler 32 an die Versorgungsanlage über die Stromleitung 30 zugeführt. Normalerweise findet der Energieübertrag zwischen der Batterie 44 und der Stromleitung 30 der Versorgungsanlage statt, um die kurzzeitigen Spitzen und Tiefen der Nachfrage zu absorbieren, die typischerweise eine Zeitkonstante von weniger als einer halben Stunde haben.
Es wird nun auf Fig. 3 Bezug genommen, die eine schematische Darstellung einer elektrischen Batterie-Nachfüllstation ist wie die Station 48 (Fig. 2). Wie in Fig. 3 gezeigt, beinhaltet die Nachfüllstation eine Anzahl von Abflußeinheiten 60, die das Entnehmen entladener Suspension aus den elektrischen Fahrzeugen 62 bewerkstelligen. Die entladene Suspension wird dem Speichertank 54 für entladene Suspension zugeführt (Fig. 2).
Die automatisch beweglichen Transportstrecken 64 sind vorzugsweise vorgesehen, um die elektrischen Fahrzeuge 62 von den Abflußeinheiten 60 zu den Versorgungseinheiten 66 mit aufgeladener Suspension zu bewegen, die die geladene Suspension vom Speichertank 52 für geladene Suspension den elektrischen Fahrzeugen 62 zuführen.
Es wird nun auf Fig. 4 Bezug genommen, die ein elektrolytisches Wiederaufbereitungs-Subsystem darstellt, das in Fig. 1 im ganzen mit dern Bezugszeichen 16 bezeichnet wird. Die entladene Suspension ist hier zusammengesetzt aus: unverbrauchtem Zinkgranulat, Zinkoxid und alkalische Kaliumhydroxidlösungen, vorgehalten in Tanks 74, wird einer Reihe von elektrolytischen Bädern 78 zugeführt, z.B. modifizierten alkalischen Zinkplattenbädern mit Schabern zur periodischen Entfernung der Zinkablagerung darauf. Die Bäder 78 empfangen einen elektrischen Eingang von der Leistungskonvertiereinheit 12 (Fig. 1).
Das frisch erzeugte Zink, gemischt mit einer alkalischen Kahumhydroxidlösung wird aus den elektrolytischen Bädern 78 in eine Zinkbehandlungseinrichtung 80 gepumpt, z.B. einem Sortierer nach Partikelgröße, der die Abgabe von gereinigtem Zink an einen Speichertank 82 bewirkt. Das Kaliumhydroxid (KOH) wird in den elektrolytischen Bädern 78 aufgefangen und einem Aufbewahrungstank 84 zugeführt. Die Inhalte der Tanks 82 und 84 werden einem Mischungstank 86 zugeführt, in welchem sie miteinander vermengt werden, um eine nachgeladene Suspension zu ergeben. Die nachgeladene Suspension wird in einem Speichertank 88 aufbewahrt.
Es wird nun auf Fig. 5 Bezug genommen, die die Arbeitsweise der Vorrichtung von Fig. 4 beschreibt. Es ist zu erkennen, daß die entladene elektrolytische Suspension, die Zn, ZnO, ZnO&sub2; und KOH enthält, in ihrer Konzentration durch die Zugabe von KOH eingestellt wird. Danch wird der entladene Elektrolyt mit vorgegebener Konzentration einer Trennung und einer Reduktion unterzogen, wobei das entnommene KOH einem KOH-Speichertank, nämlich dem Tank 86 (Fig. 4), und die Festkörper einer Zink-Speichereinrichtung, nämlich dem Tank 82 (Fig. 4), zugeführt werden. Das Zink wird einer Mischungseinrichtung zugeführt, nämlich dern Tank 84 (Fig. 4), in dern das KOH und andere Additive dern Zink zugegeben werden, um eine regenerierte Suspension zu gewinnen, die im Tank 88 (Fig. 4) aufbewahrt wird.
Es wird nun auf Fig. 6 Bezug genommen, die ein typisches elektrisches Fahrzeug mit einer Zink-Luft-Batterie 100 darstellt. Wie in der vergrößerten Darstellung in Fig. 9 zu sehen, ist die Zink-Luft-Batterie 100 typischerweise entlang der Längsachse des Fahrzeugs zentral angeordnet und an den Rahmenstreben 102 befestigt. Vorgesehen sind ein Schlauch 104 zum Abtropfen destillierten Wassers und ein Kanal 105 für einen abgestreiften Luftstrom in einem luftdichten Gehäuse 108, das die Batteriezellen 110 umgibt. Die Umhüllung 108 ist typischerweise mit einer thermischen und akustischen Isolierung 112 bedeckt. Der Aufbau der Batterie und deren Arbeitsweise basiert auf bekannten Prinzipien und Konstruktionen, die u.a. in den im obigen Abschnitt über den Hintergrund der Erfindung genannten Veröffentlichungen dargelegt sind, deren Beschreibungen hiermit durch die Bezugnahme mit aufgenommen werden.
Es wird nun auf die Fig. 7, 8A, 8B und 8C Bezug genommen, die den verallgemeinerten Aufbau eines durch elektrische Batterie betriebenen Kleinlastwagens gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt. Wie in Fig. 7 zu sehen, ist der Kleinlastwagen mit zwei Zink-Luft-Batteriepackungen 120 und 122 auf gegenüberliegenden Seiten des Fahrzeugs ausgestattet. Außerdem ist vorzugsweise eine zusätzliche Blei-Säure-Batterie 124 vorgesehen. Eine Leistungssteuerung 126 regelt die Zufuhr der Energie zu und von den verschiedenen Batterien.
Die Fig. 8A, 8B und 8C zeigen auch die bevorzugten Positionen einer 12-Volt-Batterie 128 der Fahrzeugversorgungsanlage, des Antriebsmotors und des Getriebes 130, einer Kabinenheizung 132 und eines DMS (Fahrleitsystem) 134.
Es wird nun auf Fig. 10 Bezug genommen, die eine Ausführungsform einer zum Antreiben eines elektrischen Fahrzeuges geeigneten Zink-Luft-Batterie darstellt. Die Batterie beinhaltet eine Anzahl von Zellen 140, die jeweils mit einem Suspensionseinfüllanschluß 142, einem Suspensionsabflußanschluß 144 sowie mit Kühlmitteleinlässen 146 und -auslässen 148 und Reaktionslufteinlässen 150 und -auslässen 152 verbunden sind.
Eine alternative Batteneanordnungist in Fig. 11 dargestellt und beinhaltet eine Vielzahl von Zellen 160, die jeweils mit einem Suspensionseinfüllanschluß 162, einem Suspensionsabflußanschluß 164 sowie Kühlmitteleinlässen 166 und auslässen 168 und Reaktionslufteinlässen 170 und -auslässen 172 verbunden sind.
Fig. 12 stellt ein thermisches Leitsystem dar für eine elektrische Fahrzeugbatterie des in den Fig. 10 und 12 dargestellten Typs. Die Batterie wird durch das Bezugszeichen 180 bezeichnet. Durch sie fließt ein Kühlmittel, wie mit den durchgezogenen Linien angedeutet. Temperaturgeber 182 und 184 sind jeweils an den Kühlmitteleinlässen und -auslässen der Batterie 180 angeordnet.
Aufgeheiztes Kühlmittel aus der Batterie 180 wird über eine Umwälzpumpenanordnung 186, über ein Kabinenheizungssystem 188 zur Heizung des Fahrzeuginnenraumes je nach Bedarf über eine Ventilanordnung 190 zur Kühlung des Kühlmittels geleitet.
Die Tätigkeit des gesamten Systems wird durch eine geeignete thermische Batteriesteuerungseinheit geregelt, die die Eingangssignale von den Temperaturgebern 182 und 184 sowie von dem mit dern Kabinenheizungssystem 188 verbundenen Temperaturgeber 196 empfängt und ein Steuerungssignal an den Ventilatormotor 198 des Kabinenheizungssystems und an den Ventilatormotor 200 des Kühlers abgibt, sowie ein Steuerungssignal an den Treibstofferhitzer 194, die Pumpe 196, das Eingangsventil 202 des Kabinenheizungssystems und an das Eingangsventil 204 des Kühlers abgibt.
Es wird nun auf Fig. 13 Bezug genommen, die eine typische Anordnung zur Messung der Zufuhr und Abfuhr von Suspension in eine Batteneeinheit darstellt. Die in Fig. 13 gezeigte Anordnung weist einen Tank 206 für nachgeladene Suspension auf, die in einen Verteiler 212 mit einer Vielzahl von Auslässen 214 mündet, von denen jeder mit einem Einwegventil 216 ausgestattet und mit einer Batteriezelle 218 verbunden ist. Das Ablassen von Suspension aus den Batteriezellen 218 geschieht über eine Verteilungsvorrichtung 220 mit Einwegventilen 222 für jede Zelle. Für die Entnahme der entladenen Suspension ist eine Gesamtabflußleitung 224 vorgesehen.
Es wird nun auf die Fig. 14, 15, 16 und 17 Bezug genommen, die den Aufbau einer modularen Zink-Luft-Batterie gemäß der vorliegenden Erfindung beschreiben. Es ist zu erkennen, daß jede Zelle aufweist einen Kunststoffrahmen 250, ein typischerweise aus einem Nickelgitter gebildeten Stromkollektor 252, eine typischerweise wasserfeste Luftelektrode 254, eine auf einem Nickelgitter gebildete katalysierte Kohlenstoffschicht, eine typischerweise aus ungewebtem porösem Nylon gebildete Trennschicht 256, einen Kunststoffrahmen 258, einen typischerweise aus nickelplattiertem Kupfer gebildeten zentralen Stromkollektor 260, einen Kunststoffrahmen 262, eine typischerweise aus ungewebtem porösem Nylon gebildete Trennschicht 264, eine typischerweise wasserfeste Luftelektrode 266, eine auf ein Nickelgitter aufgetragene katalysierte Kohlenstoffschicht, einen typischerweise aus einem Nickelgitter gebildeten Stromkollektor 268 und einen typischerweise aus Polypropylen gebildeten Kunststoffrahmen 270.
Fig. 15 zeigt einen Schnitt durch die Schmalseite einer einzelnen Zelle. Fig. 16 zeigte eine solche Zelle in einer teilweise aufgeschnittenen Darstellung und Fig. 17 zeigt den Aufbau einer Zelle in Explosionsdarstellung.
Es wird nun auf die Fig. 18, 19 und 20 Bezug genommen, die den allgemeinen Aufbau einer Speicherbattene für eine Zink-Luft-Versorgungsanlage darstellen. Es ist zu bemerken, daß die Batterie eine Anzahl von Zellen 300 aufweist, von denen jede in Serie geschaltet unter anderem eine Luftelektrode 301 und einen Stromabnehmer 303 aufweist. Durch ein Gebläse 302 wird Luft aus der Umgebung über einen CO&sub2;-Filter 304 zugeführt.
Über Pumpen 306 wird die Suspension zu und aus den Zellen 300 gepumpt. Ein thermisches Leitsystem 308 sowie ein Wasserbefeuchter 310 sind vorgesehen. Das System 308 stellt unabhängig von lokalen Einflüssen die optimale Betriebstemperatur für die Batterie sicher und gleicht die während der Entladung der Batterie entstehende Reaktionswärme aus. Der Befeuchter 310 bewirkt eine Steuerung der Feuchtigkeit der in die Batterie einströmenden Luft und verhindert ein Austrocknen der Suspension.
Es wird nun auf Fig. 21 Bezug genommen, die die Arbeitsweise der Batterieversorgungsanlage während des Ladevorgangs darstellt. Während des Ladens wird der Batterie aus der Wechselstromleitung über einen Umwandler 320, einen Gleichrichter 322 und eine Steuerungseinheit 324 Energie zugeführt. Die elektrische Energiespeichereinrichtung weist ferner Überschußschalter 323, 325 auf, durch die die elektrische Energiespeichereinrichtung unerwünschten Leistungsüberschuß von der elektrischen Versorgungsanlage nach Bedarf absorbieren kann.
Es ist für den Fachmann offensichtlich, daß die Erfindung nicht auf die Details der oben beschriebenen Ausführungsformen begrenzt ist und daß die vorliegende Erfindung auf eine andere spezifische Weise ausgeführt werden kann, ohne von dem Erfindungsgedanken oder dessen wesentlichen Attributen abzuweichen. Die vorliegenden Ausführungsformen sind deshalb in jeder Beziehung als erläuternd und nicht als begrenzend anzusehen, und der Umfang der Erfindung wird durch die beigefügten Ansprüche und nicht die vorangehende Beschreibung definiert.

Claims

1. Elektrisches Energiesystem mit

einer elektrischen Versorgungsanlage mit einer Stromerzeugungsvorrichtung und Verteilungsleitungen (10, 30);

elektrischen Energiespeichereinrichtungen (14, 44, 50) zum Speichern von aus der elektrischen Versorgungsanlage empfangener elektrischer Energie, wobei die elektrischen Energiespeichereinrichtungen die elektrische Leistung über eine Leistungskonvertereinheit (12) von der elektrischen Versorgungsanlage außerhalb der Spitzenzeiten empfängt und Energie an die elektrische Versorgungsanlage zu Spitzennachfragezeiten liefert,

einer Anzahl von elektrischen Fahrzeugen (22), die durch Metall-Luft-Batterien versorgt werden, die mittels einer geladenen Zinksuspension betrieben werden, die außerhalb der Batterien nachgeladen wird;

Mitteln (18, 48, 54) zur Entnahme von verbrauchter Suspension aus den Batterien und

Mitteln (16, 40), die eine elektrische Zufuhr von der Leistungskonvertereinheit (12) empfangen, zum Nachladen der von der Entnahmeeinrichtung empfangenen verbrauchten Suspension außerhalb der Batterien.

2. System nach Anspruch 1, bei dem die elektrische Energiespeichereinrichtung eine Überschußschalteinrichtung (36) aufweist, durch die die elektrische Energiespeichereinrichtung unerwünschten Leistungsüberschuß von der elektrischen Versorgungsanlage nach Bedarf absorbieren kann.

3. System nach Anspruch 1, bei dem die elektrische Energiespeichereinrichtung ferner Blei-Säure-Batterien (44) aufweist.

4. System nach Anspruch 1, bei dern die Mittel zur Entnahme verbrauchter Suspension aus den Fahrzeugen Teil einer elektrischen Batterienachladestation ist zusammen mit Mitteln zum Zuführen der Suspension zu einer Speichereinrichtung zum Warten auf ein Nachladen zu Zeiten niedrigerer Leistungsnachfrage sowie Mittel zum Zuführen nachgeladener Suspension zur Batterie aus der elektrischen Energiespeichereinrichtung ist.