CN110870131B - 电池系统和移动体 - Google Patents

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Abstract

已知一种锂空气电池，其使用空气中的氧气作为正极活性物质，并使用锂作为负极活性物质，但期望能够提供一种可高效利用氧气的电池系统。提供一种电池系统，其具备：锂氧电池；氧气压缩部，对从锂氧电池释放的氧气进行压缩；储存部，储存由氧气压缩部压缩后的氧气；以及氧气供给部，将储存于储存部中的氧气供给到锂氧电池。

Description

电池系统和移动体
技术领域
本发明涉及电池系统和移动体。
背景技术
已知一种使用空气中的氧气作为正极活性物质并使用锂作为负极活性物质的锂空气电池(例如参照专利文献1)。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2015/115480号
发明内容
要解决的技术问题
期望能够提供一种可高效地利用氧气的电池系统。
一般性公开
根据本发明的第一方面，提供一种电池系统。电池系统可以具备锂氧电池。电池系统可以具备对从锂氧电池释放的氧气进行压缩的氧气压缩部。电池系统可以具备储存由氧气压缩部压缩后的氧气的储存部。电池系统可以具备将储存于储存部中的氧气供给到锂氧电池的氧气供给部。
上述电池系统可以还具备密闭上述锂氧电池的密闭壳体，上述氧气压缩部和上述氧气供给部可以与上述密闭壳体连结。上述氧气供给部可以将储存于上述储存部中的氧气供给到上述密闭壳体，上述电池系统可以还具备供气扇，供气扇配置在上述密闭壳体内，将由上述氧气供给部供给的氧气送向上述锂氧电池。
上述电池系统可以还具备：内压测量部，测量上述密闭壳体的内压；以及内压调整部，将上述密闭壳体的内压维持在预定的范围内。上述内压调整部在上述密闭壳体的内压高于预定的阈值的情况下，可以使上述氧气压缩部对上述密闭壳体内的氧气进行压缩，在上述密闭壳体的内压低于预定的阈值的情况下，可以使上述氧气供给部将储存于上述储存部中的氧气供给到上述密闭壳体。上述氧气供给部可以是压缩机，上述内压调整部可以通过调整上述压缩机的转速来维持上述密闭壳体的内压。上述内压调整部可以通过控制调整储存于上述储存部中的氧气向上述密闭壳体的供给量的阀来维持上述密闭壳体的内压。
上述电池系统可以还具备：温度测量部，测量上述密闭壳体内的温度；以及温度调整部，将上述密闭壳体内的温度维持在预定的范围内。上述温度调整部可以通过对从上述氧气供给部向上述密闭壳体供给的氧气进行加热，从而来调整上述密闭壳体内的温度。上述温度调整部可以通过用设置在上述密闭壳体内的加热器对上述密闭壳体内进行加热，从而来调整上述密闭壳体内的温度。上述密闭壳体可以具有保温效果。上述密闭壳体可以具有隔热材料。
上述氧气压缩部可以是压缩机。上述氧气供给部可以是上述压缩机。上述压缩机可以使用上述锂氧电池的电力对氧气进行压缩。上述压缩机可以利用储存于上述储存部中的压缩后的氧气的膨胀力进行发电。
上述电池系统可以具备向上述锂氧电池供给电力来对上述锂氧电池进行充电的电力供给部，上述氧气压缩部可以对通过上述电力供给部对上述锂氧电池进行充电而从上述锂氧电池释放的氧气进行压缩。上述电力供给部可以将通过太阳能发电所发的电力供给到上述锂氧电池。
按照本发明的第二方面，提供一种移动体，其具备上述电池系统和使用上述锂氧电池的电力来执行移动控制的移动控制部。
按照本发明的第三方面，提供一种移动体，其具备上述电池系统和使用上述锂氧电池的电力来执行无线通信的无线通信部。
按照本发明的第四方面，提供一种上述移动体，其能够飞行，并作为平流层平台发挥功能。
需要说明的是，上述的发明内容并非列举本发明的全部必要特征。另外，这些特征组的子组合也能够构成发明。
附图说明
图1示意性示出电池系统100的一个例子。
图2示意性示出电池系统100的另一个例子。
图3示意性示出锂氧电池110的一个例子。
图4示意性示出移动体200的一个例子。
具体实施方式
以下，通过发明的实施方式对本发明进行说明，但以下的实施方式并不限定权利要求书所涉及的发明。此外，在实施方式中说明的特征的组合未必全部都是发明的解决方案所必须的。
图1示意性示出电池系统100的一个例子。电池系统100具备：锂氧电池110、密闭锂氧电池110的密闭壳体102、电力供给部130、压缩机140、压缩机控制部142和压缩氧气罐150。
密闭壳体102密闭地收容氧气和至少一个锂氧电池110。图1例示出密闭壳体102收容有八个锂氧电池110的情况。
锂氧电池110可以是使用氧气作为正极活性物质并使用锂作为负极活性物质的电池。锂氧电池110也可以是使用空气中的氧气作为正极活性物质的所谓的锂空气电池。
在锂氧电池110放电的情况下，负极的锂溶解，在正极侧析出过氧化锂。在对锂氧电池110进行充电的情况下，正极的过氧化锂分解，在负极析出锂并释放氧气。
希望在放电时能够再利用充电时从锂氧电池110释放的氧气。在本实施方式涉及的电池系统100中，对从锂氧电池110释放的氧气进行压缩并储存。然后，电池系统100在锂氧电池110放电时向锂氧电池110供给所储存的氧气。
这样，通过使密闭壳体102内的氧气再循环，从而能够高效地利用氧气。此外，与采用利用空气中的氧气的方式的情况相比，能够仅将氧气供给到锂氧电池110，还能够实现电池的高性能化。此外，通过对氧气进行压缩并储存，从而与不对氧气进行压缩的情况相比，能够大幅缩减氧气的储存空间。于是，由此能够实现电池系统100的小型化。在将电池系统100搭载于车、飞机等移动体的情况下，电池系统100的小型化有助于移动体的小型化等。
如上所述，本实施方式涉及的电池系统100与以往那样利用周边空气中的氧气进行放电并在充电时向大气中释放氧气的情况相比，通过在密闭壳体102内使氧气再循环，从而能够起到下述效果中的至少任一种效果：能够实现电池的高性能化的效果；即使在例如平流层等低气压下也能够进行利用的效果；以及即使在潜水艇、航空器和车等空间有限的环境中也能够得到充分的能量的效果。即，与以往相比，起到能够提供体积与电力容量的比高的电池系统的效果。
电力供给部130向锂氧电池110供给电力，对锂氧电池110进行充电。电力供给部130可以将利用任意的发电系统所发的电力供给到锂氧电池110。例如，电力供给部130将通过太阳能发电所发的电力供给到锂氧电池110。
压缩机140对从锂氧电池110释放的氧气进行压缩。压缩机140可以对通过电力供给部130对锂氧电池110进行充电而从锂氧电池110释放的氧气进行压缩。压缩机140可以是氧气压缩部的一个例子。
压缩机140可以与密闭壳体102连结，可以对密闭壳体102内的氧气进行压缩。压缩机140可以经由管而与密闭壳体102连结。压缩机140可以将压缩后的氧气储存于压缩氧气罐150中。压缩氧气罐150可以是储存部的一个例子。
压缩机140可以将储存于压缩氧气罐150中的氧气供给到锂氧电池110。压缩机140可以是氧气供给部的一个例子。压缩机140可以与密闭壳体102连结，可以将储存于压缩氧气罐150中的氧气供给到密闭壳体102。
压缩机控制部142控制压缩机140。压缩机控制部142在使压缩机140进行氧气的压缩、或将储存于压缩氧气罐150中的氧气供给到锂氧电池110的情况下，可以使用从电力供给部130供给的电力。此外，压缩机控制部142在使压缩机140进行氧气的压缩、或将储存于压缩氧气罐150中的氧气供给到锂氧电池110的情况下，可以使用由锂氧电池110提供的电力。
压缩机控制部142可以利用储存于压缩氧气罐150中的压缩后的氧气的膨胀力使压缩机140发电。即，压缩机140可以利用储存于压缩氧气罐150中的压缩后的氧气的膨胀力进行发电。
压缩机140可以具有压缩/膨胀部和驱动/发电部。压缩/膨胀部使氧气压缩、膨胀。驱动/发电部驱动压缩/膨胀部对氧气进行压缩。例如，在压缩机140是容积型的情况下，驱动/发电部通过利用电机等驱动活塞、螺杆转子而对氧气进行压缩。此外，驱动/发电部使储存于压缩氧气罐150中的压缩后的氧气膨胀并利用该膨胀力进行发电。例如，在压缩机140是容积型的情况下，驱动/发电部将通过膨胀力而施加于活塞、螺杆转子的力转换为电力。驱动/发电部可以使用其它任意的方法，利用膨胀力进行发电。压缩机控制部142也可以通过将由压缩机140所发的电力供给到锂氧电池110而对锂氧电池110进行充电。
如图1所示，密闭壳体102也可以包括供气扇122。如图1所示，密闭壳体102可以包括与多个锂氧电池110各自对应的多个供气扇122。此外，密闭壳体102也可以包括与多个锂氧电池110对应的、数量比锂氧电池110的数量少的供气扇122。
供气扇122可以配置在密闭壳体102内，将由压缩机140向密闭壳体102供给的氧气送向锂氧电池110。供气扇122可以送氧气到达锂氧电池110的正极。
需要指出，在图1中，例示了储存于压缩氧气罐150中的氧气经由压缩机140供给到密闭壳体102的例子，但并不限定于此。储存于压缩氧气罐150中的氧气也可以不经由压缩机140而供给到密闭壳体102。例如，可以连结压缩氧气罐150和密闭壳体102，将储存于压缩氧气罐150中的氧气直接供给到密闭壳体102。在这种情况下，例如可以在压缩氧气罐150和密闭壳体102之间配置阀，通过阀的开关来控制氧气的供给/不供给。
图2示意性示出电池系统100的另一个例子。在图2中说明电池系统100除了在图1中所说明的构成以外还具备内压测量部160、内压调整部162、温度测量部170、温度调整部172、加热器174、风量调整部180和环境调整部190的情况。需要指出，电池系统100既可以不具有全部这些构成，也可以仅具有一部分。
内压测量部160测量密闭壳体102的内压。内压测量部160例如是配置在密闭壳体102内的、测量密闭壳体102内的气压的任意的压力传感器。
内压调整部162调整密闭壳体102的内压。内压调整部162可以将密闭壳体102的内压维持在预定的范围内。预定的范围可以由实验确定。例如，可以通过进行一面使密闭壳体102的内压变化，一面测量锂氧电池110的性能变化的实验，从而将锂氧电池110的性能超过阈值的密闭壳体102的内压范围确定为预定的范围。
在由内压测量部160测量出的密闭壳体102的内压高于预定的阈值的情况下，内压调整部162可以使压缩机140对密闭壳体102内的氧气进行压缩。此外，在由内压测量部160测量出的密闭壳体102的内压低于预定的阈值的情况下，内压调整部162可以使压缩机140将储存于压缩氧气罐150中的氧气供给到密闭壳体102。
内压调整部162可以通过调整压缩机140的转速来调整密闭壳体102的内压。例如，内压调整部162进一步提高压缩机140的转速，以使密闭壳体102的内压进一步下降。
电池系统100可以还具备调整储存于压缩氧气罐150中的氧气向密闭壳体102的供给量的阀，内压调整部162可以通过控制该阀来调整密闭壳体102的内压。
内压测量部160和内压调整部162可以使用由锂氧电池110提供的电力。此外，内压测量部160和内压调整部162也可以使用由电力供给部130供给的电力。
温度测量部170测量密闭壳体102内的温度。温度测量部170例如是配置在密闭壳体102内的、测量密闭壳体102内的温度的任意的温度传感器。
温度调整部172调整密闭壳体102内的温度。温度调整部172可以将密闭壳体102内的温度维持在预定的范围内。预定的范围可以通过实验确定。例如，可以通过进行一面使密闭壳体102内的温度变化，一面测量锂氧电池110的性能变化的实验，从而将锂氧电池110的性能超过阈值的密闭壳体102内的温度范围确定为预定的范围。
温度调整部172可以通过使用设置于连结密闭壳体102和压缩机140的管的加热器174对从压缩机140向密闭壳体102供给的氧气进行加热，从而来调整密闭壳体102内的温度。
温度调整部172也可以通过使用设置在密闭壳体102内的未图示的加热器对密闭壳体102内进行加热，从而来调整密闭壳体102内的温度。
密闭壳体102可以由能够维持内压的任意的材质形成。此外，密闭壳体102可以具有保温效果。密闭壳体102可以具有隔热材料。作为隔热材料，可以采用纤维类隔热材料、发泡类隔热材料和真空隔热材料等。作为纤维类隔热材料的具体例，可以列举玻璃棉、岩棉、纤维素纤维、碳化软木和羊毛隔热材料等。作为发泡类隔热材料的具体例，可以列举聚氨酯泡沫、酚醛泡沫、聚苯乙烯泡沫、可发性聚苯乙烯(EPS)、挤塑聚苯乙烯泡沫(XPS)和发泡橡胶等。
需要指出，在此举例说明了使用加热器的例子，但并不限定于此。温度调整部172也可以通过对从压缩机140向密闭壳体102供给的氧气或密闭壳体102内进行冷却，从而来调整密闭壳体102内的温度。例如，温度调整部172通过使用设置于连结密闭壳体102和压缩机140的管的未图示的珀尔帖元件等对从压缩机140向密闭壳体102供给的氧气进行冷却，或者通过使用设置在密闭壳体102内的珀尔帖元件等对密闭壳体102内进行冷却，从而调整密闭壳体102内的温度。温度调整部172也可以通过控制从压缩机140向密闭壳体102供给的氧气或密闭壳体102内的加热和冷却，来调整密闭壳体102内的温度。
压缩机控制部142也可以根据电池系统100的动作模式来控制压缩机140。作为动作模式，可以包括：普通模式、使电力供给量比普通模式增加的动力模式和使电力供给量比普通模式减少的节能模式等。动作模式也可以仅由电力供给量不同的两种模式构成，还可以包括四种以上的模式。
例如，在选择了动力模式的情况下，压缩机控制部142使储存于压缩氧气罐150中的氧气向密闭壳体102的供给量增加。此外，在选择了节能模式的情况下，压缩机控制部142可以使储存于压缩氧气罐150中的氧气向密闭壳体102的供给量减少。压缩机控制部142例如可以通过控制压缩机140的转速和调整储存于压缩氧气罐150中的氧气向密闭壳体102的供给量的阀，来调整供给量。
环境调整部190调整锂氧电池110的环境。环境调整部190可以通过控制密闭壳体102的内压、密闭壳体102内的温度和供气扇122的送风量中至少任一方，来调整锂氧电池110的环境。
环境调整部190可以根据电池系统100的动作模式来调整锂氧电池110的环境。例如，在选择了动力模式的情况下，环境调整部190使内压调整部162提高密闭壳体102的内压，使温度调整部172提高密闭壳体102内的温度，或者使风量调整部180增加供气扇122的送风量，以使锂氧电池110的放电量增加。环境调整部190既可以仅进行上述三者中的一者，也可以进行两者以上。
此外，例如在选择了节能模式的情况下，环境调整部190使内压调整部162降低密闭壳体102的内压，使温度调整部172降低密闭壳体102内的温度，或者使风量调整部180减少供气扇122的送风量，以使锂氧电池110的放电量减少。环境调整部190既可以仅进行上述三者中的一者，也可以进行两者以上。
此外，在选择了动力模式的情况下，环境调整部190也可以综合控制密闭壳体102的内压、密闭壳体102内的温度和供气扇122的送风量，来使锂氧电池110的放电量增加。即，环境调整部190也可以通过任意组合密闭壳体102的内压的上升或下降、密闭壳体102内的温度的上升或下降、以及供气扇122的送风量的增加或减少而使锂氧电池110的放电量增加。
此外，在选择了节能模式的情况下，环境调整部190也可以综合控制密闭壳体102的内压、密闭壳体102内的温度和供气扇122的送风量，来使锂氧电池110的放电量减少。即，环境调整部190也可以通过任意组合密闭壳体102的内压的上升或下降、密闭壳体102内的温度的上升或下降、以及供气扇122的送风量的增加或减少而使锂氧电池110的放电量减少。
图3示意性示出锂氧电池110的一个例子。图3所示的锂氧电池110具有：被封装111覆盖的多孔性集电体113、多孔性碳正极114、隔膜116和锂金属负极118。在由吸入氧气的材料构成的多孔性集电体113的两面配置多孔性碳正极114，并且并列配置隔膜116和锂金属负极118，由此构成层叠体。密闭壳体102内的氧气经由形成于封装111的通气口112而供给到层叠体，并且氧气经由多孔性集电体113供给到多孔性碳正极114，由此发生放电反应。
供气扇122可以将氧气送向通气口112。由此，可以提高多孔性碳正极114吸附氧气的概率。
需要指出，图3所示的锂氧电池110的构成是一个例子，锂氧电池110也可以具备其它构成。例如，锂氧电池110不具有层叠结构而由一组多孔性碳正极114、隔膜116和锂金属负极118构成。此外，锂氧电池110也可以具有与图3所示的构成不同的层叠结构。
图4示意性示出移动体200的一个例子。移动体200具备电池系统100、移动控制部210、通信控制部220和发电部230。移动体200不一定必须具备全部这些构成。
移动控制部210使用锂氧电池110的电力来执行移动体200的移动控制。在移动体200是汽车等车辆的情况下，移动控制部210控制移动体200的行驶。例如，电池系统100可以用作电动汽车的电池。在移动体200是飞行体的情况下，移动控制部210控制移动体200的飞行。
通信控制部220使用锂氧电池110的电力来执行无线通信。通信控制部220例如通过对移动电话等无线通信终端与核心网进行中继，从而向无线通信终端提供无线通信服务。例如，在移动体200是汽车等车辆的情况下，移动体200可以作为移动基站车发挥功能。此外，例如在移动体200是飞行体的情况下，移动体200可以作为平流层平台发挥功能。
发电部230进行发电。发电部230例如通过太阳能发电进行发电。发电部230可以将所发的电力供给到电池系统100的电力供给部130。电力供给部130可以将从发电部230接收到的电力供给到锂氧电池110和压缩机控制部142等。
发电部230也可以将所发的电力供给到移动控制部210。此外，发电部230也可以将所发的电力供给到通信控制部220。
以上，利用实施方式对本发明进行了说明，但本发明的技术范围并不限定于上述实施方式中所记载的范围。对本领域技术人员来说显而易见的是能够在上述实施方式中追加各种变更或改良。根据权利要求书的记载可知，实施了各种变更或改良的方式也可以包含在本发明的技术范围之内。
附图标记说明
100电池系统，102密闭壳体，110锂氧电池，111封装，112通气口，113多孔性集电体，114多孔性碳正极，116隔膜，118锂金属负极，122供气扇，130电力供给部，140压缩机，142压缩机控制部，150压缩氧气罐，160内压测量部，162内压调整部，170温度测量部，172温度调整部，174加热器，180风量调整部，190环境调整部，200移动体，210移动控制部，220通信控制部，230发电部

Claims (22)

1.一种电池系统，具备：
锂氧电池；
密闭壳体，密闭所述锂氧电池；
氧气压缩部，与所述密闭壳体连结，对从所述锂氧电池释放的氧气进行压缩；
储存部，储存由所述氧气压缩部压缩后的氧气；
氧气供给部，将储存于所述储存部中的氧气供给到所述锂氧电池；
温度测量部，测量所述密闭壳体内的温度；
加热器，能够对所述密闭壳体内进行加热；以及
温度调整部，使用所述加热器将所述密闭壳体内的温度维持在预定的范围内，
所述温度调整部通过使用设置于连结所述密闭壳体和所述氧气供给部的管的所述加热器对从所述氧气供给部向所述密闭壳体供给的氧气进行加热，从而来调整所述密闭壳体内的温度。
2.一种电池系统，具备：
锂氧电池；
密闭壳体，密闭所述锂氧电池；
氧气压缩部，与所述密闭壳体连结，对从所述锂氧电池释放的氧气进行压缩；
储存部，储存由所述氧气压缩部压缩后的氧气；
氧气供给部，将储存于所述储存部中的氧气供给到所述锂氧电池；
温度测量部，测量所述密闭壳体内的温度；
加热器，能够对所述密闭壳体内进行加热；以及
温度调整部，使用所述加热器将所述密闭壳体内的温度维持在预定的范围内，
所述温度调整部通过用设置在所述密闭壳体内的所述加热器对所述密闭壳体内进行加热，从而来调整所述密闭壳体内的温度。
3.根据权利要求1或2所述的电池系统，其中，
所述氧气供给部将储存于所述储存部中的氧气供给到所述密闭壳体，
所述电池系统还具备供气扇，所述供气扇配置在所述密闭壳体内，将由所述氧气供给部供给的氧气送向所述锂氧电池。
4.根据权利要求1或2所述的电池系统，其中，所述电池系统具备：
内压测量部，测量所述密闭壳体的内压；以及
内压调整部，将所述密闭壳体的内压维持在预定的范围内。
5.根据权利要求4所述的电池系统，其中，
在所述密闭壳体的内压高于预定的阈值的情况下，所述内压调整部使所述氧气压缩部对所述密闭壳体内的氧气进行压缩，在所述密闭壳体的内压低于预定的阈值的情况下，所述内压调整部使所述氧气供给部将储存于所述储存部中的氧气供给到所述密闭壳体。
6.根据权利要求4所述的电池系统，其中，
所述氧气供给部是压缩机，
所述内压调整部通过调整所述压缩机的转速来维持所述密闭壳体的内压。
7.根据权利要求4所述的电池系统，其中，
所述内压调整部通过控制阀来维持所述密闭壳体的内压，所述阀调整储存于所述储存部中的氧气向所述密闭壳体的供给量。
8.根据权利要求1、2、5至7中任一项所述的电池系统，其中，
所述密闭壳体具有保温效果。
9.根据权利要求8所述的电池系统，其中，
所述密闭壳体具有隔热材料。
10.根据权利要求3所述的电池系统，其中，所述电池系统还具备：
风量调整部，调整所述供气扇的送风量；
内压测量部，测量所述密闭壳体的内压；
内压调整部，调整所述密闭壳体的内压；
温度测量部，测量所述密闭壳体内的温度；以及
温度调整部，调整所述密闭壳体内的温度。
11.根据权利要求10所述的电池系统，其中，
所述电池系统还具备环境调整部，所述环境调整部通过控制所述风量调整部对所述送风量的调整、所述内压调整部对所述密闭壳体的内压的调整和所述温度调整部对所述密闭壳体的温度的调整中至少任一方，来调整所述锂氧电池的环境。
12.根据权利要求11所述的电池系统，其中，
所述环境调整部根据所述电池系统的动作模式来调整所述锂氧电池的环境。
13.根据权利要求1、2、7、9、10、11、12中任一项所述的电池系统，其中，
所述氧气压缩部是压缩机。
14.根据权利要求13所述的电池系统，其中，
所述氧气供给部是所述压缩机。
15.根据权利要求13所述的电池系统，其中，
所述压缩机使用所述锂氧电池的电力对氧气进行压缩。
16.根据权利要求13所述的电池系统，其中，
所述压缩机利用储存于所述储存部中的压缩后的氧气的膨胀力进行发电。
17.根据权利要求1、2、5、6、7、9、10、11、12、14、15、16中任一项所述的电池系统，其中，
所述电池系统具备电力供给部，所述电力供给部向所述锂氧电池供给电力，对所述锂氧电池进行充电，
所述氧气压缩部对通过所述电力供给部对所述锂氧电池进行充电而从所述锂氧电池释放的氧气进行压缩。
18.根据权利要求17所述的电池系统，其中，
所述电力供给部将通过太阳能发电所发的电力供给到所述锂氧电池。
19.一种移动体，具备：
权利要求1至18中任一项所述的电池系统；以及
移动控制部，使用所述锂氧电池的电力来执行移动控制。
20.根据权利要求19所述的移动体，其中，
所述移动体能够飞行，并作为平流层平台发挥功能。
21.一种移动体，具备：
权利要求1至18中任一项所述的电池系统；以及
无线通信部，使用所述锂氧电池的电力来执行无线通信。
22.根据权利要求21所述的移动体，其中，
所述移动体能够飞行，并作为平流层平台发挥功能。
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