(57)【要約】  特に、生成ガスの外部への適切な排出と、迅速な給水を行うことが可能な金属空気電池を提供することを目的とする。本発明の金属空気電池は、複数個の金属空気電池セルを有するユニット本体（２）と、前記ユニット本体の天面に設けられた、各金属空気電池セルに共通の給水スペース（１６）と、前記給水スペースと通じ、前記金属空気電池セルの電極に接続される配線を引き出す配線口（２７ａ）と、を有することを特徴とする。配線口（２７ａ）を備えた筒状部（２７）が、前記ユニット本体の天面から突き出している。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個の金属空気電池セルを有するユニット本体と、
前記ユニット本体の天面に設けられた、各金属空気電池セルに共通の給水スペースと、
前記給水スペースと通じ、前記金属空気電池セルの電極に接続される配線を引き出す配線口と、
を有することを特徴とする金属空気電池。
【請求項２】
前記配線口を備えた筒状部が、前記ユニット本体の天面から突き出していることを特徴とする請求項１記載の金属空気電池。
【請求項３】
前記配線口は、前記給水スペースに供給される満水時の電解液よりも高い位置とされることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の金属空気電池。
【請求項４】
前記ユニット本体の天面には、電池出力を制御する電気系統スペースが設けられ、前記配線口は、前記電気系統スペースの底面よりも高い位置とされることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の金属空気電池。
【請求項５】
前記給水スペース及び電池出力を制御する電気系統スペースは、一体の上ケース、或いは、別体の上ケースに設けられていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の金属空気電池。
【請求項６】
前記電気系統スペースが配置された前記上ケースの一面には、外部接続用端子の配置領域が設けられていることを特徴とする請求項５記載の金属空気電池。
【請求項７】
前記金属空気電池セル及び、前記上ケースが個別に設けられており、各金属空気電池セルが組み立てられて前記ユニット本体が構成され、前記ユニット本体の天面に、前記上ケースが、装着されることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の金属空気電池。
【請求項８】
前記上ケースの上面には、少なくとも前記給水スペースの一部が露出するように蓋体が設けられることを特徴とする請求項５から請求項７のいずれかに記載の金属空気電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の金属空気電池セルを備えた金属空気電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属空気電池では、正極である空気極において、大気中の酸素を正極活物質として利用し、当該酸素の酸化還元反応が行われる。一方、負極である金属極において、金属の酸化還元反応が行われる。金属空気電池のエネルギー密度は高く、災害時等における非常用電源等の役割として期待されている。この非常用電源等の役割として期待される金属空気電池は、一般的に所望の電気出力に応じて、複数の金属空気電池セルから構成されており、電解液を各金属空気電池セルに注入することで発電が開始される。【０００３】
複数の金属空気電池セルを連結しユニット化することで、所望の出力を得ることが出来る。下記に挙げた特許文献には、電池ユニットの構造について記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−２１４４７２号公報
【特許文献２】特開２０１３−２１４４７３号公報
【特許文献３】特開昭６２−１７７８７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、電池反応の際、水素等の生成ガスを生じることがあり、この生成ガスがセル内部に滞留することによる電池反応の阻害に基づく出力の低下や、多量の生成ガスが発生した際にはセル内部の圧力が上昇し金属空気電池セルの破損が懸念される。したがって、生成ガスを適切に外部へ排出する構成が必要とされた。【０００６】
また、従来の複数の金属空気電池セルを備えた金属空気電池は、各金属空気電池セルに給水する必要があり、各金属空気電池セルに対する給水を、迅速に行うことができる構成が必要とされた。すなわち、金属空気電池は、災害時等の緊急を要する状況での使用が予測されるため、できる限り簡単且つ迅速に、複数の金属空気電池セルに電解液を供給可能な構成が求められた。【０００７】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、特に、生成ガスの外部への適切な排出と、迅速な給水を行うことが可能な金属空気電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明における金属空気電池は、複数個の金属空気電池セルを有するユニット本体と、前記ユニット本体の天面に設けられた、各金属空気電池セルに共通の給水スペースと、前記給水スペースと通じ、前記金属空気電池セルの電極に接続される配線を引き出す配線口と、を有することを特徴とする。【０００９】
本発明では、前記配線口を備えた筒状部が、前記ユニット本体の天面から突き出していることが好ましい。【００１０】
また本発明では、前記配線口は、前記給水スペースに供給される満水時の電解液よりも高い位置とされることが好ましい。【００１１】
また本発明では、前記ユニット本体の天面には、電池出力を制御する電気系統スペースが設けられ、前記配線口は、前記電気系統スペースの底面よりも高い位置とされることが好ましい。【００１２】
また本発明では、前記給水スペース及び電池出力を制御する電気系統スペースは、一体の上ケース、或いは、別体の上ケースに設けられていることが好ましい。【００１３】
また本発明では、前記電気系統スペースが配置された前記上ケースの一面には、外部接続用端子の配置領域が設けられていることが好ましい。【００１４】
また本発明では、前記金属空気電池セル及び、前記上ケースが個別に設けられており、各金属空気電池セルが組み立てられて前記ユニット本体が構成され、前記ユニット本体の天面に、前記上ケースが、装着されることが好ましい。【００１５】
また本発明では、前記上ケースの上面には、少なくとも前記給水スペースの一部が露出するように蓋体が設けられることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の金属空気電池によれば、電池反応にて発生した水素等の生成ガスの外部への排出と、迅速な給水を行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態における、金属空気電池の斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態における、金属空気電池の分解斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態における、金属空気電池の平面図である。
【図４】図１に示す蓋体を取り外した本発明の実施の形態における、金属空気電池の斜視図である。
【図５】金属空気電池の断面を簡略化して示した模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の一実施の形態（以下、「実施の形態」と略記する。）について、詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。
【００１９】
図１は、本発明の実施の形態における、金属空気電池の斜視図である。図２は、本発明の実施の形態における、金属空気電池の分解斜視図である。図３は、本発明の実施の形態における、金属空気電池の平面図である。図４は、図１に示す蓋体を取り外した本発明の実施の形態における、金属空気電池の斜視図である。なお、図４の斜視図は、図１から蓋体を取り外し、水平方向に１８０度回転させた方向から見ている。
【００２０】
図１に示すように、金属空気電池１は、複数個の金属空気電池セル４をセル台座８上に配置したユニット本体２を備える。図１に示す構成では、金属空気電池セル４の数が３個であるが、数を限定するものではない。所望の電気出力に応じて、連結する金属空気電気セル４の数を規定することが出来る。図１に示すように、各金属空気電池セル４は、空間４ａを介して並設されている。
【００２１】
図１に示す実施の形態では、両側に位置する金属空気電池セル４の外面には、プロテクタ１５が配置されている。そして、金属空気電池セル４とプロテクタ１５との間にも空間４ａが設けられている。
【００２２】
金属空気電池セル４の内部構造について図５を用いて説明する。なお図５は、図１に示す金属空気電池セル４を簡略化して示したものであり、形状やサイズ等については、図１と図５とで一致するものでない。
【００２３】
図５に示すように、各金属空気電池セル４は、正極（空気極）３１と負極（金属極）３２とを有して構成される。正極３１と負極３２の間には所定の間隔（ギャップ）が設けられる。図５に示すように、負極３２は、正極３１の内側に配置される。そして、正極３１は、各金属空気電池セル４の外面に露出している。なお、図５では、各金属空気電池セル４に、正極３１が２枚と負極３２が１枚配置されているが、これは一例であり、各電極の枚数を限定するものではない。
【００２４】
図５に示すように、正極３１と負極３２とは電解液３３を介して対向している。正極３１と負極３２とは互いに電解液３３に接触している。
【００２５】
図１に示す空間４ａが設けられることで、各金属空気電池セル４の両側に配置された正極３１を空気と触れさせることが可能になる。なお、ユニット本体２の両側に、プロテクタ１５を設けない構成とすることも可能である。ただしプロテクタ１５を設けることで、両側に配置された各金属空気電池セル４の外面に位置する正極３１をプロテクタ１５により保護することが可能である。
【００２６】
なお、本実施の形態における金属空気電池セル４の構成は、特に限定されず、正極及び負極を備えた公知の形態を適用することが出来る。
【００２７】
図１に示すように、ユニット本体２の天面２ａには、上ケース５が装着されている。図２、図３、及び、図４に示すように、上ケース５は、底面５ａと、底面５ａの各辺から立設された側面５ｂとを、有して構成される。上ケース５の上面は開口している。
【００２８】
上ケース５には、各金属空気電池セル４に電解液を供給する給水スペース１６と、各金属空気電池セル４の正極３１及び負極３２に電気的に接続し電池出力を制御する電気系統スペース２２と、が設けられる。
【００２９】
図２、図３、図４に示すように、給水スペース１６と、電気系統スペース２２との間には、底面５ａから壁２５が立設されている。壁２５の高さは、例えば、側面５ｂの高さと同程度である。壁２５が設けられることで、給水スペース１６に供給された電解液が、電気系統スペース２２側に流れるのを防止することが出来る。
【００３０】
＜給水スペース＞
図３、及び、図４に示すように、給水スペース１６の底面には、複数の給水孔３０が形成されている。図５に示すように、これら給水孔３０は、各金属空気電池セル４の上面４ｂに形成された給水ポート３４（図２も参照）に接続されている。
【００３１】
このように、給水スペース１６は、各金属空気電池セル４に対する複数の給水孔３０を含む共通の給水スペースである。したがって、各金属空気電池セル４に電解液の一括給水が可能である。このように本実施の形態では、各金属空気電池セル４に一括給水が可能であるため、各金属空気電池セル４に同時に且つ略同量の電解液３３を注入できる。したがって、所望の電気出力を安定且つ持続的に得ることが出来る。また、従来の金属空気電池セルに夫々給水する方法と比較して一括給水により、災害時等の緊急を要する状況でも簡単に素早く給水を行うことが出来る。
【００３２】
＜配線口＞
図２に示すように、各金属空気電池セル４の上面４ｂには、正極３１及び負極３２が配置されるセル内部に貫通する筒状部２７が突出している。そして筒状部２７の上面が、配線口２７ａである。各配線口２７ａから、正極３１及び負極３２に接続された配線が、外部に引き出される。
【００３３】
配線口２７ａは、給水スペース１６に通じている。すなわち、給水スペース１６に設けられた給水孔３０から、給水ポート３４、正極３１及び負極３２を備えるセル内部（図５参照）、及び、配線口２７ａを備える筒状部２７にまで繋がっている。このため、給水スペース１６へ電解液を供給すると、配線口２７ａが通気口となり、セル内部の空気を、配線口２７ａから逃がすことができ、これにより、各金属空気電池セル４内に迅速な給水が可能となる。
【００３４】
なお、本実施の形態では、配線口２７ａの数＝正極３１の数となっているが、配線口２７ａの数を限定するものではない。例えば、各金属空気電池セル４にて配線をまとめて、各金属空気電池セル４に対して一つの配線口２７ａから配線を外部に引き出すこともできる。
【００３５】
図２に示すように、上ケース５の底面５ａには、配線口２７ａを備える筒状部２７と対向する位置に、複数の穴５ｃが形成されている。そして、上ケース５を、ユニット本体２の天面２ａに装着した際、各筒状部２７が、各穴５ｃを貫通して、図３、図４に示すように上ケース５内に現れる。図４に示すように、上ケース５内における筒状部２７の高さは、上ケース５の側面５ｂよりもやや低くされている。
【００３６】
本実施の形態によれば、配線口２７ａは、正極３１及び負極３２の配線を引き出すだけでなく、電池反応による水素等の生成ガスを外部に排出させるための排出口としても機能している。すなわち、電池反応により水素等の生成ガスがセル内部に留まらずに、セル内部から配線口２７ａへ通じる空間を通って生成ガスを外部へと排出させることが可能である。
【００３７】
以上により、本実施の形態では、配線口２７ａが、各金属空気電池セル４を構成する正極３１及び負極３２の配線を引き出すための開口として機能するのみならず、給水スペース１６から各金属空気電池セル４への迅速な給水を促進させるとともに、電池反応による生成ガスを外部に排出する役割を担っている。
【００３８】
したがって本実施の形態によれば、簡単且つ迅速に、複数の金属空気電池セル４に電解液を一括給水することができるとともに、生成ガスによる電池反応の阻害による出力の低下や多量の生成ガスが発生した際、セル内部の圧力が上昇することによる金属空気電池セル４の破損を抑制することができ、本実施の形態の金属空気電池１を、災害時等における非常用電源等として有効に適用することが出来る。
【００３９】
本実施の形態では、配線口２７ａは、給水スペース１６に供給された満水時の電解液３３の水位よりも高い位置とされることが好ましい。なお、「満水」とは、給水スペース１６に電解液３３を供給した際に、最も水位が高い状態を意味する（図５参照）。このように、配線口２７ａを、給水スペース１６に供給した電解液３３の水位よりも高く設定することで、電解液３３が、配線口２７ａから入らないようにすることが出来る。また、誤って、電解液３３を給水スペース１６に入れすぎた場合でも、電解液３３の水位よりも配線口２７ａの位置が高ければ、電解液３３が配線口２７ａから溢れ出て、電気系統スペース２２に配置された基板等の電気系統に悪影響を及ぼすのを適切に防止することが出来る。
【００４０】
また、配線口２７ａは、電気系統スペース２２の底面よりも高い位置に配置されることが好ましい。図４に示すように、筒状部２７は、上ケース５内にて突出しており、電気系統スペース２２の底面よりも高い位置にある。これにより、電池反応にて生成された水素等の生成ガスが、配線口２７ａから外部に排出された際に、生成ガスが電気系統スペース２２内に留まるのを抑制でき、電気系統への影響を低減することが出来る。
【００４１】
＜電気系統スペース＞
図２、図３及び図４に示すように、上ケース５には電気系統スペース２２が設けられている。なお、本実施の形態では、電気系統スペース２２は、給水スペース１６と同じ上ケース５に一体的に設けられているが、電気系統スペース２２と給水スペース１６とを別体の上ケースに設けることも出来る。
【００４２】
電気系統スペース２２は、例えば、各金属空気電池セル４から引き出された配線を収納する配線スペース２１と、電池出力を制御する基板を設置する基板スペース２０と、を有する構成とすることができる。配線スペース２１に収納された配線は、基板スペース２０に設置される基板に電気的に接続される。
【００４３】
図３、図４に示すように配線スペース２１と基板スペース２０との間には、底面から立設した壁２８が設けられている。例えば、この壁２８には、図４に示すように、複数の挿通穴２８ａが設けられており、各配線口２７ａから引き出した配線を、挿通穴２８ａから基板スペース２０へ通し、基板スペース２０に設置された基板に接続することができる。なお、配線スペース２１から基板スペース２０への配線の引き出し方は、上記に限定されるものでなく、挿通穴２８ａを設ける以外に、配線スペース２１と基板スペース２０との間に壁を間欠的に設けて、壁の間から配線を通したり、壁に凹部を設け、凹部に配線を通したり、壁の高さを低くして、その壁の上から配線を通すことが可能である。
【００４４】
本実施の形態では、配線スペース２１と基板スペース２０とを一体の上ケース５に設けているが、配線スペース２１と基板スペース２０とを、夫々、別の上ケースに設けても良い。
【００４５】
＜外部接続孔＞
図１、図４に示すように上ケース５の側面５ｂには、外部接続孔２６が設けられている。この外部接続孔２６を通して、電池出力を外部へ供給する外部接続用端子（図示せず）が設置される。そして、携帯機器等の外部機器を外部接続用端子に接続することで、外部機器の充電等を簡単に行うことが出来る。外部接続孔２６は、上ケース５のうち、電気系統スペース２２の側面に、外部接続用端子の配置領域として設けられる。外部接続用端子の配置領域は、孔でなくてもよく、外部接続用端子を適切に支えることができ、外部機器との接続に適した構成であればよい。ただし孔とすれば、外部接続用端子を孔に嵌め込むことで、適切に外部接続用端子を上ケース５に支持できるとともに、外部接続用端子を上ケース５の側面から外部に露出させることができ、外部機器との接続に適した構成とすることができる。
【００４６】
図４では、外部接続孔２６は、５つ設けられているが、数を限定するものではない。外部接続孔２６は、複数であってもよいし、１つであってもよい。外部接続孔２６を複数とすると、複数の外部接続用端子を設置することができ、複数の外部機器に対して同時に充電等を行うことができる。外部接続孔２６の数は、外部接続用端子に要求される電気出力に応じて適宜設定することができる。
【００４７】
＜蓋体＞
図１に示すように、蓋体７が上ケース５上に被せられる。図１に示すように、上ケース５は蓋体７で完全に覆われておらず、給水スペース１６の一部が空いている。したがって、この空いた給水スペース１６から給水を行うことが出来る。また、給水スペース１６と電気系統スペース２２との間に壁２５（図３、図４参照）を設けるとともに、蓋体７を被せることで、電解液が、電気系統スペース２２側に流れるのを阻止することが出来る。
【００４８】
また蓋体７は、電気系統スペース２２上を覆っており、電気系統を外部から適切に保護することが出来る。
【００４９】
蓋体７には、図１、図２に示すように、複数の通気孔３６が形成されている。また、図４に示すように、配線口２７ａを備えた筒状部２７の高さは、上ケース５の側面５ｂよりもやや低い。このため、配線口２７ａから排出された水素等の生成ガスは、電気系統スペース２２に留まったり、或いは、セル内部に戻ることがなく、蓋体７の通気孔３６を通して、金属空気電池１の外部に適切に放出される。
【００５０】
＜組立＞
本実施の形態では、図２に示すように、複数の金属空気電池セル４が個別に形成されている。各金属空気電池セル４にはその上面４ｂに給水ポート３４や配線口２７ａを有する筒状部２７が設けられている。また各金属空気電池セル４間の対向周部には、凹凸嵌合部等の接続部が設けられており、これら金属空気電池セル４及びプロテクタ１５を、接続部を介して組み立ててセル台座８上に設置することができる。これにより、ユニット本体２を簡単に構成することが出来る。
【００５１】
また、ユニット本体２の天面２ａに、各金属空気電池セル４に対して共通の上ケース５を装着し、更に蓋体７を上ケース５上に装着することで、図１に示す金属空気電池１を完成させることが出来る。このように、金属空気電池セル４を個別に形成し、更に、各金属空気電池セル４に共通の上ケース５及び蓋体７を形成する。これにより、金属空気電池セル４の接続個数の自由度が高く、また各金属空気電池セル４に共通の給水スペース１６及び電気系統スペース２２を簡単に、ユニット本体２の天面２ａに配置することが出来る。
【００５２】
なお、上記では、配線口２７ａを備える筒状部２７が、各金属空気電池セル４の上面４ｂに設けられているが、例えば、各金属空気電池セル４の側面等に設けられてもよい。係る場合、配線口２７ａが上方を向くように筒状部２７を斜め上方に向けて、或いは途中で上方に向くように折り曲げて形成すると共に、配線口２７ａを、給水スペースに供給される満水時の電解液よりも高い位置となるように形成することが好ましい。ただし、配線口２７ａを備える筒状部２７を、各金属空気電池セル４の上面４ｂに設けるほうが、簡単な構成にて、適切に生成ガスの排出と、一括給水を促進させることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明の金属空気電池によれば、電池反応による水素等の生成ガスを適切に外部に排出できるとともに、複数の金属空気電池セルに対して迅速に電解液の一括給水が可能である。したがって、本発明の金属空気電池を、災害時等における非常用電源等として有効に適用することが出来る。【００５４】
本出願は、２０１６年３月１日出願の特願２０１６−０３９１２５に基づく。この内容は全てここに含めておく。
【図１】
2017149797.tif 000003
【図２】
2017149797.tif 000004
【図３】
2017149797.tif 000005
【図４】
2017149797.tif 000006
【図５】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年5月12日(2017.5.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個の金属空気電池セルを有するユニット本体と、
前記ユニット本体の天面に設けられた、各金属空気電池セルに共通の給水スペースと、
前記給水スペースと通じ、前記金属空気電池セルの電極に接続される配線を引き出す配線口と、
を有し、
前記ユニット本体の天面には、上ケースが設けられており、
前記上ケースには、前記給水スペースが設けられるとともに、前記配線口が、前記給水スペースとは壁を隔てて現れることを特徴とする金属空気電池。
【請求項２】
前記配線口を備えた筒状部が、前記ユニット本体の天面から突き出し、前記上ケースに現れることを特徴とする請求項１記載の金属空気電池。
【請求項３】
前記配線口は、前記給水スペースに供給される満水時の電解液よりも高い位置とされることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の金属空気電池。
【請求項４】
前記上ケースには、前記給水スペースとともに、前記壁を隔てて、電池出力を制御する電気系統スペースが設けられ、前記配線口は、前記電気系統スペースの底面よりも高い位置とされることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の金属空気電池。
【請求項５】
前記給水スペース及び電池出力を制御する電気系統スペースは、一体の上ケース、或いは、別体の上ケースに設けられていることを特徴とする請求項４記載の金属空気電池。
【請求項６】
前記電気系統スペースが配置された前記上ケースの一面には、外部接続用端子の配置領域が設けられていることを特徴とする請求項５記載の金属空気電池。
【請求項７】
前記金属空気電池セル及び、前記上ケースが個別に設けられており、各金属空気電池セルが組み立てられて前記ユニット本体が構成され、前記ユニット本体の天面に、前記上ケースが、装着されることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の金属空気電池。
【請求項８】
前記上ケースの上面には、少なくとも前記給水スペースの一部が露出するように蓋体が設けられることを特徴とする請求項５から請求項７のいずれかに記載の金属空気電池。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
本発明における金属空気電池は、複数個の金属空気電池セルを有するユニット本体と、前記ユニット本体の天面に設けられた、各金属空気電池セルに共通の給水スペースと、前記給水スペースと通じ、前記金属空気電池セルの電極に接続される配線を引き出す配線口と、を有し、前記ユニット本体の天面には、上ケースが設けられており、前記上ケースには、前記給水スペースが設けられるとともに、前記配線口が、前記給水スペースとは壁を隔てて現れることを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
本発明では、前記配線口を備えた筒状部が、前記ユニット本体の天面から突き出し、前記上ケースに現れることが好ましい。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
また本発明では、前記上ケースには、前記給水スペースとともに、前記壁を隔てて、電池出力を制御する電気系統スペースが設けられ、前記配線口は、前記電気系統スペースの底面よりも高い位置とされることが好ましい。
【国際調査報告】
2017149797.tif 000008
2017149797.tif 000009
2017149797.tif 000010
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