CN104160548A - 电池组 - Google Patents

Abstract

一种电池组(C1)，具备在水平方向上排列的多个空气电池(1)和多个连接流路(7)。各空气电池(1)在正极(3)和金属负极(4)之间具有收纳电解液的收纳部(6)。各连接流路(7)使相互邻接的空气电池(1)的收纳部(6)连通。在各连接流路(7)的内部封入有将相互邻接的空气电池(1)的电解液之间进行电绝缘的绝缘流体(8)。

Description

电池组

技术领域

本发明涉及将利用氧作为正极活性物质的多个空气电池排列而成的电池组。

背景技术

作为现有的空气电池，具有例如专利文献1记载的注水式空气－锌电池。专利文献1记载的空气电池采用如下结构，即，通过隔板将在相互对向的电池槽的两侧面安装有两个空气极的电池槽内划分为两个分割室，在各分割室夹插有锌极。在形成于隔板的两侧面的凹部，填充、固化有熔融碱。这样，在电池槽的内部形成有一对电池。而且，当向电池槽内注入水时，固体碱板进行溶解，生成规定浓度的碱电解液，进行发电。

专利文献1：(日本)实公昭59－29330号公报

但是，现有的空气电池由于在一个电池槽内形成有一对电池，因此，在注入水后，两电池有可能经由碱电解液而产生短路(液体短路)。

另外，近年来，用作汽车等移动体的主电源或辅助电源的空气电池的研究开发正在进展。在使用空气电池作为移动体的主电源或辅助电源的情况下，需要将多个空气电池组合而构成电池组，因此，防止如上所述的短路至为重要。

发明内容

本发明是鉴于上述课题而创立的，其目的在于，提供一种将多个空气电池排列而成的电池组，其能够防止相互邻接的空气电池的电解液短路。

本发明的一方式的电池组的特征为，具备：在水平方向上排列的两个以上的空气电池；具有使相互邻接的空气电池的收纳部连通的一个以上的连接流路的连接流路部件，各空气电池在正极与金属负极之间具有收纳电解液的收纳部，在所述连接流路部件的内部封入有将相互邻接的空气电池的电解液之间进行电绝缘的绝缘流体。

附图说明

图1是对本发明第一实施方式的电池组的结构进行说明的剖面图；

图2A是表示本发明第二实施方式的电池组中的电解液的注入状态的剖面图；

图2B是表示本发明第二实施方式的电池组中的绝缘流体的注入状态的剖面图；

图3是对本发明第二实施方式的第一变形例的电池组的结构进行说明的剖面图；

图4是对本发明第二实施方式的第二变形例的电池组的结构进行说明的剖面图；

图5A是对本发明第三实施方式的电池组的结构进行说明的剖面图；

图5B是表示本发明第三实施方式的电池组的电解液罐的剖面图；

图6是对本发明第三实施方式的第一变形例的电池组的结构进行说明的剖面图；

图7是对本发明第三实施方式的第二变形例的电池组的结构进行说明的剖面图；

图8A是用于对本发明第四实施方式的电池组的结构进行说明的表示电池组的分解状态的立体图；

图8B是表示本发明第四实施方式的电池组的组装状态的立体图；

图9A是表示图8B所示的电池组的电解液的注入状态的立体图；

图9B是表示图8B所示的电池组的绝缘流体的注入状态的立体图；

图9C是表示图8B所示的电池组的电解液及绝缘流体的注入完成状态的立体图。

符号说明

C1～C8  电池组

1   空气电池

3   正极

4   金属负极

5   电解液

6   收纳部

7   连接流路

8   绝缘流体

10  电解液供给机构

11  电解液供给路

14  分支管

15A 外部电极

15B 外部电极

25  外装饰板

19  供给控制单元

20  绝缘检测单元

21  倾斜检测单元

22  注入部

具体实施方式

(第一实施方式)

图1是对第一实施方式的电池组C1的结构进行说明的剖面图。图1所示的电池组C1为将多个(在本实施方式中为三个)空气电池1在水平方向上排列的结构。各空气电池1在扁平壳体2的内部装具备正极(空气极)3和金属负极4，并在正极3和金属负极4之间具有收纳电解液5的收纳部6。在电池组C1中，在使多个空气电池1立起的状态下，相互邻接的空气电池1经由连接流路7串联连接。

电池组C1具备使相互邻接的空气电池1的收纳部6连通的多个连接流路7。在本实施方式中，在立起姿势下的多个空气电池1的下端部间设有多个连接流路7。因此，通过各连接流路7，相互邻接的空气电池1的收纳部6在电解液5的液面下而依次连通。在各连接流路7的内部封入有将相互邻接的空气电池1的电解液5之间进行电绝缘的绝缘流体8。

在此，空气电池1的正极3由正极部件和配置于壳体2的最外层的液密透气部件构成。正极部件含有例如催化剂成分及担载催化剂成分的导电性的催化剂载体。

作为催化剂成分，具体而言，可从铂(Pt)、钌(Ru)、铱(Ir)、铑(Rh)、钯(Pd)、锇(Os)、钨(W)、铅(Pb)、铁(Fe)、铬(Cr)、钴(Co)、镍(Ni)、锰(Mn)、钒(V)、钼(Mo)、镓(Ga)及铝(Al)等金属及将这些金属任意地组合的合金等中选择所期望的金属或合金。催化剂成分的形状及大小没有特别限定，可采用与现有公知的催化剂成分同样的形状及大小。但是，催化剂成分的形状优选为粒状。催化剂粒子的平均粒径优选为1～30nm。当催化剂粒子的平均粒径为1～30nm的范围内的值时，能够适当控制电化学反应进展的有效电极面积相关的催化剂利用率和担载的简便度之间的平衡。

催化剂载体作为用于担载上述的催化剂成分的载体及催化剂成分和其他物质之间的与电子转移有关的电子传递路径而发挥功能。作为催化剂载体，只要是具有用于使催化剂成分以所期望的分散状态进行担载的比表面积，且具有充分的电子传递性的催化剂载体即可，优选主要成分为碳。作为催化剂载体，具体地可举出由炭黑、活性炭、焦炭、天然石墨或人造石墨等构成的碳粒子。催化剂载体的尺寸也没有特别限定，但从将担载的简便度、催化剂利用率、催化剂层的厚度控制在适当的范围内等观点出发，可以将催化剂载体的平均粒径设为5～200nm左右，优选设为10～100nm左右。

在正极部件中，催化剂成分的担载量相对于正极部件的总量而言，优选为10～80质量％，更优选为30～70质量％。但是，并不限于这些，可应用空气电池所应用的现有公知的材料。

液密透气部件相对于电解液5具有液密性(水密性)，且相对于氧具有透气性。液密透气部件使用聚烯烃或氟树脂等疏水膜，以阻止电解液5泄漏到外部，且具有许多微孔，以向正极部件供给氧。

金属负极4含有由标准电极电位比氢还低的金属单体或合金构成的负极活性物质。作为标准电极电位比氢还低的金属单体，例如可举出：锌(Zn)、铁(Fe)、铝(Al)、镁(Mg)、锰(Mn)、硅(Si)、钛(Ti)、铬(Cr)或钒(V)等。另外，作为合金，可举出在这些金属元素中添加有一种以上的金属元素或非金属元素的合金。但是，并不限于这些，可应用空气电池所应用的现有公知的材料。

此外，金属负极4不限于上述的物质，特别是作为能量密度高的金属负极，可举出铝(Al)。在该情况下，能够使金属负极4进而使空气电池1整体薄壁化，因此，在将多个空气电池1层叠而构成电池组时，能够减小排列间距，能够实现电池组的容量增大或小型轻量化。

作为电解液5，可使用例如氯化钾、氯化钠、氢氧化钾等水溶液。但是，不限于这些，可使用空气电池所应用的现有公知的电解液。电解液5的量可考虑空气电池1的放电时间、放电时产生的金属盐的析出量及可维持一定组成的流通量等来确定。

绝缘流体8是具有电绝缘性的液体或气体。作为绝缘流体8，可使用例如绝缘油、硅油、氢氟醚、空气及适当的气体，但不限于这些。

在如上所述构成的电池组C1中，由于在使相互邻接的空气电池1的收纳部6连通的各连接流路7的内部封入有绝缘流体8，因此，能够防止相互邻接的空气电池1的电解液5短路。另外，在电池组C1中，由于通过各连接流路7，使相互邻接的空气电池1的收纳部6在电解液5的液面下进行连通，因此，能够从电池组C1的一个部位将电解液5注入到各空气电池1的收纳部6。因此，能够容易进行电解液5的注入，而且，能够将均匀量的电解液5注入到所有收纳部6。由此，所有空气电池1的发电性能也均匀。

(第二实施方式)

图2A及2B是对第二实施方式的电池组C2的结构进行说明的剖面图。此外，在本实施方式中，在与第一实施方式相同的构成部位标注同一符号，省略详细的说明。

图2A所示的电池组C2具备用于向各空气电池1的收纳部6供给电解液5的电解液供给机构10、使电解液供给机构10与至少一个空气电池1的收纳部6连通的电解液供给路11。在本实施方式中，电解液供给路11与排列端部(图中，右端部)的空气电池1的收纳部6连接。另外，在电池组C2中，用于将绝缘流体8注入到连接流路7的注入部22设置于各连接流路7。

电解液供给机构10具备储存电解液5的电解液罐12、泵等电解液压力输送单元(图示略)。另外，在连接流路7的注入部22上，可使用仅能够进行从外部向内部的流通的单向阀等。

如图2A所示，如上所述构成的电池组C2通过电解液供给机构10，将电解液罐11内的电解液5从电解液供给路11注入到排列端部的空气电池1的收纳部6。由此，能够将均匀量的电解液5注入到所有空气电池1的收纳部6。在注入了电解液5以后，通过注入器13，将绝缘流体8从注入部22到注入各连接流路7内。由此，能够防止相互邻接的空气电池1的电解液5短路。

此外，由于电池组C2是注液式电池，因此，例如可在排列端部的空气电池1和电解液供给路11之间夹装可结合分离的连接器，能将空气电池1侧作为盒而进行使用。在这种情况下，在使用电池组C2时，通过连接器，将排列端部的空气电池1和电解液供给路11结合，依次进行电解液5及绝缘流体8的注入。

(第一变形例)

在图3所示的电池组C3中，各连接流路7以形成倒U字形状的方式向上弯曲形成，绝缘流体8是具有比电解液5的密度低的密度的流体。由此，在电池组C3中，绝缘流体8被保持在各连接流路7的上部，因此，能够防止相互邻接的空气电池1的电解液5短路。

(第二变形例)

在图4所示的电池组C4中，各连接流路7以形成U字形状的方式向下弯曲形成，绝缘流体8是具有比电解液5的密度高的密度的流体。由此，在电池组C3中，绝缘流体8被保持在各连接流路7的下部，因此，能够防止相互邻接的空气电池1的电解液5短路。

此外，在如图3及图4所示的电池组C3、C4那样将各连接流路7弯曲形成的情况下，不限于如上所述的倒U字形状或U字形状，也可制成M字形状或W字形状而将可与其他连接流路连接的分支部设置于连接流路7。另外，也可以在各连接流路7内形成用于使绝缘流体8停留在一定位置的凸部或凹部。

(第三实施方式)

图5A所示的电池组C5具备用于使相互邻接的连接流路7连通的分支管14。连接流路7和分支管14一体或分体地构成，形成连接流路部件。在分支管14的内部封入有绝缘流体8。绝缘流体8也可以从分支管14封入到各连接流路7的一部分。分支管14配置在各空气电池1的上方。在分支部14连接有与各空气电池1的收纳部6连接的多个连接流路7。由此，相互邻接的空气电池1的收纳部6通过连接流路7和分支管14相互连通。

另外，电池组C5具备：用于将绝缘流体8注入到分支管14的注入部22、电解液供给机构10、使电解液供给机构10和分支管14连通的电解液供给路11。

如上所述构成的电池组C5能够得到与第一、二实施方式同样的作用及效果，并且具备分支管14，因此，电解液5可同时注入到所有空气电池1的收纳部6。因此，能够在短时间内将均匀量的电解液5注入到所有空气电池1的收纳部6。另外，在电池组C5中，从分支管14的注入部22注入绝缘流体8。分支管14配置在空气电池1的上方，因此，作为绝缘流体8，可使用具有比电解液5的密度低的密度的液体或空气。由此，能够防止相互邻接的空气电池1的电解液5短路。

进而，在电池组C5中，电解液供给机构10也可以兼作绝缘流体8的供给机构。在该情况下，在将电解液罐12内的电解液5经由电解液供给路11、分支管14及多个连接流路7注入到所有空气电池1的收纳部6之后，再从电解液供给路11将绝缘流体8注入分支管14内。由此，可省略分支管14的注入部22。

进而，在电池组C5中，在使用具有比电解液5的密度低的密度的液体即绝缘流体8的情况下，如图5B所示，能够在电解液罐5中以分离状态来储存电解液5和绝缘流体8。这时，电解液5及绝缘流体8的量以对应于各空气电池1及各路径的容积的方式进行设定。在该情况下，由于电解液5及绝缘流体8的注入是连续进行的，因此，能够在短时间内注入电解液5及绝缘流体8。由此，能够防止相互邻接的空气电池1的电解液5短路。

(第一变形例)

图6所示的电池组C6采用与图5A所示的电池组C5同等的结构，且具备用于将注入后的电解液5电分解的外部电极15A、15B和电源16。外部电极15A、15B安装于分支管14。

在电池组C6中，在将电解液5注入各空气电池1的收纳部6时，在分支管14内也充满电解液5，之后，通过外部电极15A、15B进行通电而将分支管14内的电解液5电分解。通过电解液5的电分解，在分支管14内产生的气体成为绝缘流体8。

在如上所述构成的电池组C6中，不需要另外准备绝缘流体，且能够可靠地将绝缘流体8封入分支管14内。由此，能够防止相互邻接的空气电池1的电解液5短路。

(第二变形例)

图7所示的电池组C7采用与图5A所示的电池组C5同等的结构，电解液供给机构10具备：电解液罐12、电解液供给路11、设置于电解液供给路11的中途的泵17、设置于泵17的下游的开关阀18。

另外，电池组C7具备：进行电解液供给机构10的动作控制的供给控制单元19、对封入在分支管14的绝缘流体8的绝缘状态进行检测的绝缘检测单元20、检测电池组C7的倾斜状态的倾斜检测单元21。此外，在本实施方式中，在分支管14内封入有绝缘流体8。

供给控制单元19对电解液供给机构10的泵17及开关阀18的动作进行控制。供给控制单元19具有在绝缘检测单元20的检测结果为不良时进行绝缘流体8的供给的功能、在由倾斜检测单元21检测出的倾斜为规定值以上时使电解液5的供给停止的功能。

绝缘检测单元20具备：安装于分支管14的一电极20A、安装于排列端部(图中左端部)的空气电池1的金属负极4侧的另一电极20B、检测器20C。绝缘检测单元20将来自检测器20C的信号输入到供给控制单元19。倾斜检测单元21是例如公知的倾斜传感器，将检测值输入到供给控制单元19。

供给控制单元19将开关阀18打开，将电解液5注入到各空气电池1的收纳部6。另外，由于当电解液5的注入完成时，在电解液罐12内，电解液供给路11的端部就成为打开状态，因此，供给控制单元19使泵17工作而将空气导入电解液供给路11。即，供给控制单元19将空气作为绝缘流体注入到分支管14。然后，供给控制单元19使泵17停止，并且关闭开关阀18，将绝缘流体8封入到分支管14内。

在如上所述构成的电池组C7中，不需要另外准备绝缘流体，且能够接着电解液5的注入，将空气作为绝缘流体8迅速地注入到分支管14内。由此，能够防止相互邻接的空气电池1的电解液5短路。

另外，在电池组C7中，除进行电解液5的注入以外，还进行供给控制单元19的控制。在由绝缘检测单元20检测出的绝缘状态为不良的情况下，判断为分支管14的内部的绝缘流体8不足，然后供给控制单元19使泵17工作，进行绝缘流体8的供给。进而，在由倾斜检测单元21检测出的倾斜为规定值以上的情况下，电池组C7的倾斜较大，注入到所有空气电池1的收纳部6的电解液5的量不均匀，因此，供给控制单元19将开关阀18关闭，停止电解液5的供给。

这样，由于电池组C7具备供给控制单元19、绝缘检测单元20及倾斜检测单元21，因此，能够自动地调节电解液5及绝缘流体8的注入状态，能够可靠地将适量的绝缘流体8注入。另外，电池组C7由于在倾斜较大的情况下，停止电解液5的供给，因此，能够阻止在各空气电池1的电解液5的量不适当的状态下开始发电这种事态而防患于未然。

此外，在如图5A～图7所示的电池组C5、C6、C7那样将绝缘流体8封闭在分支管14内的结构中，也可以将分支管14配置在空气电池1的电解液5的液面的下位侧，例如，配置在空气电池1的从液面到中间部的范围内。

(第四实施方式)

在图8A～图9C所示的电池组C8中，各空气电池1在外周部装具备外装饰板25。此外，在图8A～图9C中，为了易判别电解液5或绝缘流体8的注入，省略正极3，将收纳部6表示于表面。

外装饰板25可设置于空气电池1的外周部的至少一部分。外装饰板25的主体部的厚度最好为一定，但外装饰板25的形状可进行各种各样地变更。另外，外装饰板25的材料没有特别限定。例如，在外装饰板25由塑料制作的情况下，可将空气电池1的壳体2和外装饰板25一体地成形，能够容易地大量生产电池组C8。进而，在将多个空气电池1排列而组装电池组C8时，也可在相互邻接而接触的外装饰板25的部位设置外部端子等。

如图8A所示，在电池组C8中，在相互邻接的空气电池1的外装饰板25上一体地形成有在该空气电池1接合时相互连通的连接流路7。连接流路7具备：形成在外装饰板25的厚度方向上的贯通孔7A、从贯通孔7A向下方延长且在中途进行折返并折返到收纳部6的下部的主流路7B。如图8B所示，在相互邻接的空气电池1接合时，经由密封件(图示略)，相互邻接的外装饰板25的贯通孔7A相互连通，因此，该外装饰板25的连接流路7相互连通。

在电池组C8中，例如，与图7所示的电池组C7相同，通过图9A所示的电解液供给机构10将电解液5供给到各空气电池1的收纳部6。即，在电池组C8中，电解液供给机构10的电解液供给路11与排列端部的空气电池1的连接流路7的贯通孔7A连接，电解液5经由各连接流路7被注入到各空气电池1的收纳部6。

在注入电解液5后，如图9B所示，从连接流路7注入绝缘流体8。本实施方式的绝缘流体8为空气。在注入绝缘流体8时，多余的绝缘流体8往往成为气泡而进入收纳部6内，但该绝缘流体8通过可透气的正极3而排出到外部。

而且，在电池组C8中，如图9C所示，在连接流路7的贯通孔7A及主流路7B内封入绝缘流体8之后，用盖26将排列端部的空气电池1的贯通孔7A堵塞，电解液5及绝缘流体8的注入完成。

如上所述构成的电池组C8可得到与第一～三实施方式同样的作用及效果，并且空气电池1的操作简单，仅将相互邻接的空气电池1接合，就能够得到电解液7及绝缘流体8的公共的流通路径。因此，电解液7及绝缘流体8的注入作业非常容易。另外，由于能够大量生产具有连接流路7的外装饰板25，因此，可实现电池组的低成本化。

进而，在电池组C8中，由于将相互邻接的空气电池1直接接合，因此，电池组的构造简单，而且，能够减小相互邻接的空气电池1的排列间距，能够实现小型轻量化。另外，在电池组C8中，由于能够自由地增减空气电池1的数量，因此，能够容易地应对电池组的小型轻量化及要领的增大等。

进而，在电池组C8中，能够容易地从电解液供给机构10分离而将空气电池1侧盒装化。此时，也可以采用以规定枚数的空气电池1作为一个单元而制成盒，且将多个单元的盒接合的结构。

在第一～四实施方式中说明的电池组C1～C8能够防止相互邻接的空气电池1的电解液5短路，而且，能够使注入到所有空气电池1的电解液5的量同等，使发电性能均匀。另外，由于电解液5或绝缘流体8的供给路径可采用简单的结构，因此，能够容易进行电解液5或绝缘流体8的注入。因此，电池组C1～C8作为例如汽车等移动体的主电源或辅助电源非常适合，特别是，由具有外装饰板25的多个空气电池1构成的电池组C8除具有上述效果以外，还由于各空气电池1的操作容易，能够容易增减空气电池1的数量，且外装饰板25的大量生产及空气电池1的盒装化也容易，因此，用作车载用的电源时极其有效。

本发明的电池组不限于上述的实施方式，在不脱离本发明的精神的范围内，可适当变更各部位的形状、个数及材料等。

本申请基于2012年3月8日申请的日本国专利申请第2012－051670号及2013年2月28日申请的日本国专利申请第2013－39171号主张优先权，在此引用这些申请的全部内容。

Claims (14)

1.一种电池组，其特征在于，具备：

两个以上的空气电池，其在水平方向上排列，各空气电池在正极与金属负极之间具有收纳电解液的收纳部；

连接流路部件，其具有使相互邻接的空气电池的收纳部连通的一个以上的连接流路，

在所述连接流路部件的内部封入有将相互邻接的空气电池的电解液之间进行电绝缘的绝缘流体。

2.如权利要求1所述的电池组，其特征在于，

在各连接流路的内部封入有所述绝缘流体。

3.如权利要求2所述的电池组，其特征在于，

各连接流路使相互邻接的空气电池的收纳部在收纳于所述收纳部的电解液的液面下连通。

4.如权利要求2或3所述的电池组，其特征在于，

还具备用于向各空气电池供给电解液的电解液供给机构，

所述电解液供给机构具备使所述电解液供给机构和至少一个空气电池的收纳部连通的电解液供给路。

5.如权利要求2～4中任一项所述的电池组，其特征在于，

各连接流路具备用于将所述绝缘流体注入的注入部。

6.如权利要求2～5中任一项所述的电池组，其特征在于，

各连接流路向上弯曲形成，

所述绝缘流体是具有比电解液的密度低的密度的流体。

7.如权利要求2～5中任一项所述的电池组，其特征在于，

各连接流路向下弯曲形成，

所述绝缘流体是具有比电解液的密度高的密度的流体。

8.如权利要求1所述的电池组，其特征在于，

连接流路的数量为两个以上，

所述连接流路部件还具有使所述两个以上的连接流路相互连通的分支管，

在所述分支管的内部封入有所述绝缘流体。

9.如权利要求8所述的电池组，其特征在于，

还具备用于向各空气电池供给电解液的电解液供给机构，

所述电解液供给机构具备使所述电解液供给机构和所述分支管连通的电解液供给路。

10.如权利要求9所述的电池组，其特征在于，

所述电解液供给机构兼作所述绝缘流体的供给机构。

11.如权利要求8或9所述的电池组，其特征在于，

所述分支管具备用于对所述分支管内的电解液进行电分解的外部电极。

12.如权利要求10所述的电池组，其特征在于，还具备：

进行所述电解液供给机构的动作控制的供给控制单元；

对封入所述分支管内的绝缘流体的绝缘状态进行检测的绝缘检测单元，

在所述绝缘检测单元的检测结果为不良的情况下，所述供给控制单元进行所述绝缘流体的供给。

13.如权利要求9～11中任一项所述的电池组，其特征在于，还具备：

进行所述电解液供给机构的动作控制的供给控制单元；

对所述电池组的倾斜状态进行检测的倾斜检测单元，

在由所述倾斜检测单元检测出的倾斜为规定值以上的情况下，所述供给控制单元停止所述电解液的供给。

14.如权利要求1或2所述的电池组，其特征在于，

各空气电池在外周部具备外装饰板，

在各外装饰板一体地形成有各连接流路，

在将相互邻接的空气电池接合的状态下，形成于一空气电池的外装饰板的连接流路与形成于另一空气电池的外装饰板的连接流路连通。