(57)【要約】【課題】注液型空気電池を起動させる際の最初の注液に要する時間を短縮することができる注液型電池システムを提供する。【解決手段】注液型電池システムは、注液型空気電池と、圧力調整手段とを備える。注液型空気電池は、負極と、正極と、負極と正極との間に位置し、かつ、電解液を保持する電解液保持部と、正極の電解液保持部側と反対側に位置し、かつ、酸化剤として利用される空気を流通させる空気流通部とを有する。圧力調整手段は、注液型空気電池を起動させるために電解液、若しくは電解液保持部内で電解液を調製するための液体、を供給するときに、空気流通部内の圧力を調整する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
負極と、正極と、該負極と該正極との間に位置し、かつ、電解液を保持する電解液保持部と、該正極の該電解液保持部側と反対側に位置し、かつ、酸化剤として利用される空気を流通させる空気流通部とを有する注液型空気電池と、
上記注液型空気電池を起動させるために上記電解液、若しくは上記電解液保持部内で上記電解液を調製するための液体、を供給するときに、上記空気流通部内の圧力を調整する圧力調整手段と、を備えたことを特徴とする注液型電池システム。
【請求項２】
上記圧力調整手段が、上記空気流通部の空気流入側及び空気流出側のいずれか一方の開口部又は外部流路に設けられる開閉可能な弁と、他方の開口部又は外部流路に設けられる送風機とを有することを特徴とする請求項１に記載の注液型電池システム。
【請求項３】
上記注液型空気電池を起動させるために上記電解液、若しくは上記電解液保持部内で上記電解液を調製するための液体、を供給するときである、該液体の供給開始時から該液体の供給終了時までの間、上記圧力調整手段が、上記弁を閉塞状態とすると共に、上記空気流通部内の圧力を負圧とするため空気を引き出す方向で上記送風機を作動させる、ことを特徴とする請求項２に記載の注液型電池システム。
【請求項４】
上記注液型空気電池を起動させるために上記電解液、若しくは上記電解液保持部内で上記電解液を調製するための液体、を供給するときである、該液体の供給開始直前から該液体の供給開始時までの間、上記圧力調整手段が、上記弁を閉塞状態とすると共に、上記空気流通部内の圧力を正圧とするため空気を押し入れる方向で上記送風機を作動させる、ことを特徴とする請求項２又は３に記載の注液型電池システム。
【請求項５】
上記圧力調整手段が、上記電解液保持部に設けられた開口部又は外部流路に空気逃がし弁を有し、
上記注液型空気電池を起動させるために上記電解液、若しくは上記電解液保持部内で上記電解液を調製するための液体、を供給するときである、上記空気を押し入れる方向で上記送風機を作動開始させる直前から上記液体の供給開始時までの間、上記圧力調整手段が、上記空気逃がし弁を開放状態とする
ことを特徴とする請求項４に記載の注液型電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、注液型電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電解液の枯渇が防止され、電池寿命の低下を抑えることができる空気電池が提案されている（特許文献１参照。）。
【０００３】
この空気電池は、筐体と、該筐体内に備えられる発電部及び電解液と、該電解液の消費量を算出する、電解液消費量算出手段と、該電解液消費量算出手段により算出された電解液消費量に基づき、前記筐体内の電解液量を調整する、電解液量調整手段と、を備えるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２４４７３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１においては、充放電を繰り返した際の電解液の枯渇を防止するための構成が記載されているのみであり、空気電池を起動させる際の最初の注液に関しては何ら記載されておらず、空気電池を起動させる際の最初の注液に要する時間が長くなるおそれがあるという問題点があった。
【０００６】
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものである。そして、本発明は、注液型空気電池を起動させる際の最初の注液に要する時間を短縮することができる注液型電池システム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】
【０００７】
本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた。そして、その結果、所定の注液型空気電池と、注液型空気電池を起動させる際の最初の注液の際に、注液型空気電池の空気流通部内の圧力を調整する圧力調整手段とを備えた構成とすることにより、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
すなわち、本発明の注液型電池システムは、注液型空気電池と、圧力調整手段とを備えたものである。そして、注液型空気電池は、負極と、正極と、負極と正極との間に位置し、かつ、電解液を保持する電解液保持部と、正極の電解液保持部側と反対側に位置し、かつ、酸化剤として利用される空気を流通させる空気流通部とを有するものである。また、圧力調整手段は、注液型空気電池を起動させるために電解液、若しくは電解液保持部内で電解液を調製するための液体、を供給するときに、空気流通部内の圧力を調整するものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、負極、正極、負極と正極との間に位置し、かつ、電解液を保持する電解液保持部、及び正極の電解液保持部側と反対側に位置し、かつ、酸化剤として利用される空気を流通させる空気流通部を有する注液型空気電池と、注液型空気電池を起動させるために電解液、若しくは電解液保持部内で電解液を調製するための液体、を供給するときに、空気流通部内の圧力を調整する圧力調整手段と、を備えた構成とした。そのため、注液型空気電池を起動させる際の最初の注液に要する時間を短縮することができる注液型電池システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、第１の形態に係る注液型電池システムの概略を示す説明図である。
【図２】図２は、第２の形態に係る注液型電池システムの概略を示す説明図である。
【図３】図３は、第３の形態に係る注液型電池システムの概略を示す説明図である。
【図４】図４は、第４の形態に係る注液型電池システムの概略を示す説明図である。
【図５】図５は、第４の形態に係る注液型電池システムにおける処理フローの一例を説明するフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の一形態に係る注液型電池システムについて図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の形態で引用する図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。なお、図１中において、太線の矢印は流路において液体や空気の流れを示し、細線の線分は流路において液体や空気が流れていないことを示す。
【００１２】
＜第１の形態＞
まず、第１の形態に係る注液型電池システムについて図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、第１の形態に係る注液型電池システムの概略を示す説明図である。図１に示すように、注液型電池システム１は、注液型空気電池１０と、圧力調整手段２０とを備える。そして、注液型空気電池１０は、負極１１と、正極１２と、負極１１と正極１２との間に位置し、かつ、電解液Ｌ２を保持する電解液保持部１３と、正極１２の電解液保持部１３側と反対側に位置し、かつ、酸化剤として利用される空気を流通させる空気流通部１４とを有する。また、本形態において、注液型空気電池１０は、電解液Ｌ２を調製するための液体Ｌ１を貯留する貯留容器３０と、弁３１が配設された液体供給流路３２により接続されている。なお、図中の１５は空気流通部を形成する構造部材を示す（注液型空気電池の筐体であってもよい。）。そして、注液型電池システム１においては、注液型空気電池１０を起動させるために電解液Ｌ２を調製するための液体Ｌ１を供給するときに、圧力調整手段２０が、空気流通部１４内の圧力を加圧や減圧して調整する。
【００１３】
これにより、注液型電池システムにおいて、注液型空気電池を起動させる際の最初の注液に要する時間を短縮することができる。
【００１４】
本発明においては、「注液型空気電池を起動させるために電解液を調製するための液体を供給するとき」の一例として「液体の供給開始時から液体の供給終了時までの間」を挙げることができる。これは、例えば、液体の供給を開始するために液体供給流路に配設された弁を開放状態とする時から液体の供給を終了するために液体供給流路に配設された弁を閉塞状態とする時までの間とすればよい。なお、「液体の供給開始時から液体の供給終了時までの間」には、「液体の供給開始時」や「液体の供給終了時」を含めてもよく、含めなくてもよい。また、本発明においては、これに限定されるものではない。すなわち、注液型空気電池への液体供給が実際に開始された時から注液型空気電池への液体供給が実際に終了した時までの間としてもよい。
【００１５】
また、本発明においては、「注液型空気電池を起動させるために電解液を調製するための液体を供給するとき」の他の一例として、「液体の供給開始直前から液体の供給開始時までの間」を挙げることができる。これは、例えば、空気流通部の圧力を正圧や負圧に調整したときに、正極に代表される電池の内部構成部材へ損傷を及ばさない程度の時点から上述した液体の供給開始時までの間とすればよい。なお、「液体の供給開始直前から液体の供給開始時までの間」には、「液体の供給開始直前」や「液体の供給開始時」を含めてもよく、含めなくてもよい。なお、「空気流通部の圧力を正圧や負圧に調整したときに、正極に代表される電池の内部構成部材へ損傷を及ばさない程度の時点」は、調整する圧力の差圧や正極に代表される内部構造部材の仕様などによっても異なり、予備試験などによって測定して決定しておくことができる。
【００１６】
更に、本発明においては、「注液型空気電池を起動させるために電解液を調製するための液体を供給するとき」の更に他の一例として、詳しくは後述するが、「空気を押し入れる（加圧）方向で送風機を作動開始させる直前から液体の供給開始時までの間」を挙げることができる。これは、例えば、空気流通部の圧力を正圧に調整したときに、正極に代表される電池の内部構成部材へ損傷を及ばさない程度の時点から上述した液体の供給開始時までの間とすればよい。但し、詳しくは後述するが、空気逃がし弁を有さない場合や空気逃がし弁を開放状態としない場合は、空気逃がし弁を開放状態とする場合と比較して、空気流通部の圧力を正圧に調整できる時間が短い。
【００１７】
ここで、各構成について詳細に説明する。
【００１８】
負極１１は、負極活物質を含む。負極活物質としては、空気電池に適用される従来公知の材料を適用することができる。水系電解液を用いる空気電池に好適な負極活物質としては、例えば亜鉛（Ｚｎ）、鉄（Ｆｅ）、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、マンガン（Ｍｎ）、ケイ素（Ｓｉ）、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、バナジウム（Ｖ）などを含む金属単体又は合金を挙げることができる。しかしながら、これらに限定されるものではなく、非水系電解液を用いる空気電池に好適なリチウムなどの負極活物質を適用してもよい。
【００１９】
また、正極１２は、例えば、触媒成分、及び触媒成分を担持する導電性の触媒担体を含む。以下、触媒担体に触媒成分が担持されてなる複合体を「電極触媒」とも称する。触媒成分としては、具体的には、白金（Ｐｔ）、ルテニウム（Ｒｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、オスミウム（Ｏｓ）、タングステン（Ｗ）、鉛（Ｐｂ）、鉄（Ｆｅ）、クロム（Ｃｒ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、バナジウム（Ｖ）、モリブデン（Ｍｏ）、ガリウム（Ｇａ）、アルミニウム（Ａｌ）などを含む金属単体又は合金を挙げることができる。触媒担体としては、触媒成分を所望の分散状態で担持させるための比表面積を有し、充分な電子伝導性を有しているものであればよく、主成分がカーボンであることが好ましい。触媒担体としては、具体的には、カーボンブラック、活性炭、コークス、天然黒鉛、人造黒鉛などからなるカーボン粒子が挙げられる。なお、「主成分がカーボンである」とは、主成分として炭素原子を含むことをいい、炭素原子のみからなる、実質的に炭素原子からなる、の双方を含む概念である。なお、「実質的に炭素原子からなる」とは、２〜３質量％程度以下の不純物の混入が許容され得ることを意味する。しかしながら、これらに限定されるものではなく、空気電池に適用される従来公知の材料を適用することができる。更に、図示しないが、正極は、電解液保持部側と反対側の空気流通部側の面に液密通気部材を有していてもよい。液密通気部材は、例えば、撥水性多孔質樹脂から構成されている。撥水多孔質樹脂としては、ポリオレフィンやフッ素樹脂、これらの少なくとも１種を含む樹脂などを好適例として挙げることができる。
【００２０】
更に、電解液保持部１３は、負極と正極との間に電解液を保持して介在させることができれば、特に限定されるものではないが、例えば、電解液を含むことができるセパレータを有していてもよい。このようなセパレータとしては、例えば撥水処理を行っていないグラスペーパー、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィンからなる微多孔膜を挙げることができる。しかしながら、これらに限定されるものではなく、空気電池に適用される従来公知の材料を適用することができる。
【００２１】
また、空気流通部１４は、酸化剤として利用される空気を流通させることができれば、特に限定されるものではなく、従来公知の空気電池に適用される構成を適宜採用することができる。
【００２２】
なお、液体Ｌ１としては、支持塩を溶解する溶媒を適用しても、電解液自体を適用してもよい。また、図示しないが、支持塩を予め電解液保持部に配設してもよく、支持塩を貯蔵容器に別途貯蔵して、適宜供給するようにしてもよい。更に、図示しないが、圧力調整手段や液体供給流路に設けられた弁は図示しない制御装置により制御されていてもよい。
【００２３】
＜第２の形態＞
次に、第２の形態に係る注液型電池システムについて図面を参照しながら詳細に説明する。なお、上記の形態において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略する。図２は、第２の形態に係る注液型電池システムの概略を示す説明図である。図２に示すように、注液型電池システム１Ａは、注液型空気電池１０と、圧力調整手段２０とを備える。そして、注液型空気電池１０は、負極１１と、正極１２と、負極１１と正極１２との間に位置し、かつ、電解液を保持する電解液保持部１３と、正極１２の電解液保持部１３側と反対側に位置し、かつ、酸化剤として利用される空気を流通させる空気流通部１４とを有する。また、本形態において、注液型空気電池１０は、電解液Ｌ２を調製するための液体Ｌ１を貯留する貯留容器３０と、弁３１が配設された液体供給流路３２により接続されている。更に、本形態において、圧力調整手段２０は、空気流通部１４の空気流入側の外部流路２１に設けられる開閉可能な弁２２と、空気流通部１４の空気流出側の外部流路２３に設けられる送風機２４とを有する。なお、図中の１５は空気流通部を形成する構造部材を示す（注液型空気電池の筐体であってもよい。）。そして、注液型電池システム１においては、注液型空気電池１０を起動させるために電解液Ｌ２を調製するための液体Ｌ１を供給するとき、具体的には液体の供給開始時から液体の供給終了時までの間、圧力調整手段２０が、弁２２を閉塞状態とすると共に、空気流通部１４内の圧力を負圧とするため空気を引き出す（減圧）方向で送風機２４を作動させる。
【００２４】
これにより、注液型電池システムにおいて、電解液保持部における空気を空気流通部側から排出することができるため、注液型空気電池を起動させる際の最初の注液に要する時間を短縮することができる。また、圧力調整手段を単純な構成で構築することができるという利点もある。更に、性能低下の原因となる気泡の混入を抑制できるという副次的な効果を得ることもできる。
【００２５】
なお、図示しないが、圧力調整手段を構成する弁及び送風機や、液体供給流路に設けられた弁は図示しない制御装置により制御されていてもよい。
【００２６】
＜第３の形態＞
次に、第３の形態に係る注液型電池システムについて図面を参照しながら詳細に説明する。なお、上記の形態において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略する。図３は、第３の形態に係る注液型電池システムの概略を示す説明図である。図３に示すように、注液型電池システム１Ｂは、注液型空気電池１０と、圧力調整手段２０とを備える。そして、注液型空気電池１０は、負極１１と、正極１２と、負極１１と正極１２との間に位置し、かつ、電解液を保持する電解液保持部１３と、正極１２の電解液保持部１３側と反対側に位置し、かつ、酸化剤として利用される空気を流通させる空気流通部１４とを有する。また、本形態において、注液型空気電池１０は、電解液Ｌ２を調製するための液体Ｌ１を貯留する貯留容器３０と、弁３１が配設された液体供給流路３２により接続されている。更に、本形態において、圧力調整手段２０は、空気流通部１４の空気流入側の外部流路２１に設けられる開閉可能な弁２２と、空気流通部１４の空気流出側の外部流路２３に設けられる送風機２４とを有する。なお、図中の１５は空気流通部を形成する構造部材を示す（注液型空気電池の筐体であってもよい。）。そして、注液型電池システム１においては、注液型空気電池１０を起動させるために電解液Ｌ２を調製するための液体Ｌ１を供給するとき、具体的には液体の供給開始直前から液体の供給開始時までの間、圧力調整手段２０が、弁２２を閉塞状態とすると共に、空気流通部１４内の圧力を正圧とするため空気を押し入れる（加圧）方向で送風機２４を作動させる。
【００２７】
これにより、注液型電池システムにおいて、空気流通部側から電解液保持部側に正極を押して撓ませる（図３参照。）ことができ、電解液保持部の体積を減らして余分な空気を排出することができるため、注液型空気電池を起動させる際の最初の注液に要する時間を短縮することができる。また、圧力調整手段を単純な構成で構築することができるという利点もある。更に、液体の供給開始時から液体の供給終了時までの間、圧力調整手段が、弁を閉塞状態とすると共に、空気流通部内の圧力を負圧とするため空気を引き出す（減圧）方向で送風機を作動させてもよい。これにより、注液型電池システムにおいて、電解液保持部における空気を空気流通部側から排出することができるため、注液型空気電池を起動させる際の最初の注液に要する時間を短縮することができる。更に、性能低下の原因となる気泡の混入を抑制できるという副次的な効果を得ることもできる。
【００２８】
なお、図示しないが、圧力調整手段を構成する弁及び送風機や、液体供給流路に設けられた弁は図示しない制御装置により制御されていてもよい。
【００２９】
＜第４の形態＞
次に、第４の形態に係る注液型電池システムについて図面を参照しながら詳細に説明する。なお、上記の形態において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略する。図４は、第４の形態に係る注液型電池システムの概略を示す説明図である。図４に示すように、注液型電池システム１Ｃは、注液型空気電池１０と、圧力調整手段２０とを備える。そして、注液型空気電池１０は、負極１１と、正極１２と、負極１１と正極１２との間に位置し、かつ、電解液を保持する電解液保持部１３と、正極１２の電解液保持部１３側と反対側に位置し、かつ、酸化剤として利用される空気を流通させる空気流通部１４とを有する。また、本形態において、注液型空気電池１０は、電解液Ｌ２を調製するための液体Ｌ１を貯留する貯留容器３０と、弁３１が配設された液体供給流路３２により接続されている。更に、本形態において、圧力調整手段２０は、空気流通部１４の空気流入側の外部流路２１に設けられる開閉可能な弁２２と、空気流通部１４の空気流出側の外部流路２３に設けられる送風機２４と、電解液保持部１３が有する外部流路２５に設けられた空気逃がし弁２６とを有する。なお、図中の１５は空気流通部を形成する構造部材を示す（注液型空気電池の筐体であってもよい。）。そして、注液型電池システム１においては、注液型空気電池１０を起動させるために電解液Ｌ２を調製するための液体Ｌ１を供給するとき、具体的には空気を押し入れる（加圧）方向で送風機２４を作動開始させる直前から液体の供給開始時までの間、圧力調整手段２０が、空気逃がし弁２６を開放状態とする。
【００３０】
これにより、空気流通部側から電解液保持部側に正極を押してより撓ませる（図４参照。）ことができ、電解液保持部の体積を減らして余分な空気を排出することができるため、注液型空気電池を起動させる際の最初の注液に要する時間を短縮することができる。また、圧力調整手段を単純な構成で構築することができるという利点もある。更に、液体の供給開始時から液体の供給終了時までの間、圧力調整手段が、弁を閉塞状態とすると共に、空気流通部内の圧力を負圧とするため空気を引き出す（減圧）方向で送風機を作動させてもよい。これにより、注液型電池システムにおいて、電解液保持部における空気を空気流通部側から排出することができるため、注液型空気電池を起動させる際の最初の注液に要する時間を短縮することができる。更に、性能低下の原因となる気泡の混入を抑制できるという副次的な効果を得ることもできる。
【００３１】
なお、図示しないが、圧力調整手段を構成する弁、空気逃がし弁及び送風機や、液体供給流路に設けられた弁は図示しない制御装置により制御されていてもよい。
【００３２】
ここで、注液型電池システムにおける処理フローについて図面を用いて説明する。図５は、第４の形態に係る注液型電池システム（図４参照。）における処理フローの一例を説明するフロー図である。
【００３３】
図５に示すように、操作者（車両の場合は運転手である。）から注液型空気電池の起動の指示が出た場合、処理フローを開始する。
【００３４】
ステップ１（図中では「Ｓ１」と記載する。以下同様。）においては、注液型空気電池１０を起動するか否かを判断する。Ｓ１において起動すると判断した場合には、Ｓ２に進む。一方、Ｓ１において起動しないと判断した場合には、Ｓ１２に進む。なお、Ｓ１２においては、待機して、Ｓ１に戻る。
【００３５】
Ｓ２においては、弁２２を閉塞状態として、Ｓ３に進む。
【００３６】
Ｓ３においては、空気逃がし弁２６を開放状態として、Ｓ４に進む。
【００３７】
Ｓ４においては、送風機２４を空気を押し入れる（加圧）方向に作動させて、Ｓ５に進む。
【００３８】
Ｓ５においては、空気逃がし弁２６を閉塞状態として、Ｓ６に進む。
【００３９】
Ｓ６においては、弁３１を開放状態として注液型電池への液体の供給を開始して、Ｓ７に進む。
【００４０】
Ｓ７においては、送風機２４を空気を引き出す（減圧）方向に作動させて、Ｓ８に進む。
【００４１】
Ｓ８においては、弁３１の開閉状態や電解液保持部１３の図示しない液面センサから検知結果などによって液体の供給が終了か否かを判断する。Ｓ８において終了したと判断した場合には、Ｓ９に進む。一方、Ｓ８において終了していないと判断した場合には、Ｓ７に戻る。
【００４２】
Ｓ９においては、弁２２を開放状態として、Ｓ１０に進む。
【００４３】
Ｓ１０においては、送風機２４を送風可能なように作動させて、Ｓ１１に進む。
【００４４】
Ｓ１１においては、注液型空気電池１０を起動させて、処理フローを終了する。
【００４５】
以上、本発明を若干の形態によって説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。
【００４６】
すなわち、上述した各形態の注液型電池システムに記載した構成は、各形態毎に限定されるものではなく、例えば、各形態の構成を上述した各形態以外の組み合わせにしたり、構成の細部を変更したりすることができる。
【符号の説明】
【００４７】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ  注液型電池システム
１０  注液型空気電池
１１  負極
１２  正極
１３  電解液保持部
１４  空気流通部
１５  構造部材
２０  圧力調整手段
２１，２３，２５  外部流路
２２，３１  弁
２４  送風機
２６  空気逃がし弁
３０  貯留容器
３２  液体供給流路
Ｌ１  液体
Ｌ２  電解液
【図１】
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【図２】
2015032499.tif 000004
【図３】
2015032499.tif 000005
【図４】
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【図５】
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