JP2015026466A - 移動体用空気電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】移動体の航続距離を増加させるとともに、重量の大幅な増加を回避できるようにする。【解決手段】本発明に係る移動体用空気電池システムは、複数種の電解液を貯留した複数の電解液タンク１０，１１と、これらの電解液タンク１０，１１に貯留された電解液Ｗ１，Ｗ２を注入されることにより発電するものであり、外部からの要求出力が規定量を超えるか否かを判定する要求出力判定手段Ｃ１と、要求出力の判定結果に基づいて、使用に係る電解液を選択する電解液選択手段Ｃ２と、選択された電解液の必要量を算出する電解液量算出手段Ｃ３と、選択された電解液を算出した必要量だけ空気電池に送給する電解液送給手段Ｃ４とを有している。【選択図】図１

Description

本発明は、車両等の移動体に搭載されて用いられる移動体用空気電池システムに関する。

この種の移動体用空気電池システムの関連技術として、特許文献１に「電気走行車のバッテリー管理システム」とした名称において開示されたものがある。
特許文献１に開示された電気走行車のバッテリー管理システムは、バッテリー残電気量表示装置と、ナビゲーション装置と、バッテリー残電気量警告装置と、送受信装置とを有する車載端末と、メインバッテリーと、取付型バッテリーとを選択的に使用可能な電源ユニットとを具備する電気走行車と、この電気走行車の車載端末からの情報を受信し、給電スタンドや取付型バッテリーのショップに関する情報を送信し、バッテリーの充電を案内する電気走行車バッテリー管理センターとを具備したものである。

特開２０００−１０２１０３号公報

しかしながら、上記従来の電気走行車のバッテリー管理システムにおいては、電気走行車の航続距離が短いという問題がある。
一方、航続距離を長くするためにメインバッテリーを増設すると、高いコストとともに重量の大幅な増加を回避できない。

そこで本発明は、移動体の航続距離を増加させるとともに、重量の大幅な増加を回避できる移動体用空気電池システムの提供を目的としている。

上記課題を解決するための本発明に係る移動体用空気電池システムは、種類の異なる電解液を貯留した複数の電解液タンクと、これらの電解液タンクに貯留された電解液を注入されることにより発電する空気電池とを有する構成のものである。
本発明においては、外部からの要求出力が規定量を超えるか否かを判定する要求出力判定手段と、要求出力の判定結果に基づいて、使用に係る電解液を選択する電解液選択手段と、選択された電解液の必要量を算出する電解液量算出手段と、選択された電解液を算出した必要量だけ空気電池に送給する電解液送給手段とを有している。

本発明によれば、外部からの要求出力が規定量を超えるか否かを判定し、要求出力の判定結果に基づいて、使用に係る電解液を選択している。そして、選択された電解液の必要量を算出して、選択された電解液を算出した必要量だけ空気電池に送給しているので、移動体の航続距離を増加させるとともに、重量の大幅な増加を回避することができる。

本発明の第一の実施形態に係る移動体用空気電池システムの構成を示すブロック図である。 同上の第一の実施形態に係る移動体用空気電池システムの動作を示すフローチャートである。 本発明の第二の実施形態に係る移動体用空気電池システムの構成を示すブロック図である。 同上の第二の実施形態に係る移動体用空気電池システムの動作を示すフローチャートである。

以下に、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の第一の実施形態に係る移動体用空気電池システムの構成を示すブロック図である。
本発明の第一の実施形態に係る移動体用空気電池システムＡ１は、互いに種類の異なる電解液を貯留した二つの電解液タンク１０，１１、空気電池２０、及びコントローラＣを主要の構成としている。

「移動体」は例えば電気自動車であり、これに搭載されたメインバッテリによって走行用モータ（いずれも図示しない）を駆動するようになっており、空気電池２０は、上記メインバッテリに接続されている。

二つの電解液タンク１０，１１のうち、一方の電解液タンク１０には、アルカリ電解液Ｗ１を貯留している。また、他方の電解液タンク１１には、中性塩電解液Ｗ２が貯留されている。
空気電池１０は、電解液タンク１０，１１に貯留されている電解液を注入されることにより発電をするものであり、必要に応じて着脱できるカートリッジの形態になっている。

各電解液タンク１０，１１と、装着された空気電池２０とは流通パイプ３０を介して連結されている。
流通パイプ３０は、主パイプ３１、電解液タンク１０から主パイプ３１に至る分岐パイプ３２、電解液タンク１１から上記主パイプ３１に至る分岐パイプ３３からなる。

分岐パイプ３２には開閉バルブ４０が配設されているとともに、その開閉バルブ４０は、後述するコントローラＣの出力側に接続されている。
また、分岐パイプ３３には開閉バルブ４１が配設されているとともに、その開閉バルブ４１は、後述するコントローラＣの出力側に接続されている。

主パイプ３１には開閉バルブ４２と、この開閉バルブ４２の上流側に流量計４３が配設されている。開閉バルブ４２は、後述するコントローラＣの出力側に接続され、また、流量計４３は、そのコントローラＣの入力側に接続されている。

コントローラＣは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、インターフェース回路及びメモリ（いずれも図示しない）等からなるものであり、そのメモリに記憶されている所要のプログラムの実行により、次の各機能を発揮する。
上記メモリには、装着される各空気電池の仕様等をデータベース化して記憶している。

（１）外部からの要求出力が規定量（規定の出力電力）を超えるか否かを判定する機能。この機能を「要求出力判定手段Ｃ１」という。
本実施形態においては、外部からの要求出力に基づいて、空気電池２０の仕様によって定まる規定量（規定の出力電力）を超えるか否かを判定している。
「外部からの要求出力」は、移動体側からの要求出力である。
「仕様」は、上記空気電池１０に必要な規定量（規定の出力電力）、電解液の収容量等である。
なお、上記した空気電池の仕様の他、移動体の移動条件に基づき使用に係る電解液を選択するようにしてもよい。
「移動体の移動条件」は、例えば現在地から目的地までの距離、高度差、移動速度、メインバッテリーの残量等である。

（２）要求出力の判定結果に基づいて、使用に係る電解液を選択する機能。この機能を「電解液選択手段Ｃ２」という。
外部からの要求出力が規定量（規定の出力電力）を超えると判定されれば、比較的高い出力を得られるアルカリ電解液を選択し、規定量（規定の出力電力）を超えないときには、比較的低い出力を得られる中性塩電解液を選択する。

（３）選択された電解液の必要量を算出する機能。この機能を「電解液量算出手段Ｃ３」という。
電解液の必要量は、装着された空気電池２０の仕様に基づいて、図示しない上記メモリに記憶させているデータベースに基づいて算出している。

（４）選択された電解液を算出した必要量だけ空気電池に送給する機能。この機能を「電解液送給手段Ｃ４」という。
開閉バルブ４０，４１を選択的に開駆動し、かつ、開閉バルブ４２を開駆動することにより、選択した電解液Ｗ１又はＷ２を算出した必要量だけ空気電池２０に送給する。本実施形態においては、流量計４３で計測した電解液の流量が上記算出した流量に達したときに送給を停止する。
なお、流量計４３を用いることなく、予め設定した時間だけ開閉バルブ４０又は４１を開駆動するようにしてもよい。

以上の構成からなる移動体用空気電池システムＡ１の動作について、図２を参照して説明する。図２は、第一の実施形態に係る移動体用空気電池システムの動作を示すフローチャートである。

ステップ１（図２中、Ｓ１と略記する。以下同様。）：装着された空気電池２０の仕様を確認して、ステップ２に進む。なお、図２においては、空気電池２０をカートリッジと表記している。

ステップ２：外部からの要求出力を確認する。
ステップ３：要求出力が規定量（規定の出力電力）を超えているか否かを判定し、超えていればステップ４に進み、そうでなければステップ６に進む。

ステップ４：選択されたアルカリ電解液の必要量を算出する。
ステップ５：開閉バルブ４０を開駆動して、算出した必要量のアルカリ電解液を空気電池２０に送給し、流量計４３で計測した電解液の流量が上記算出した流量に達したときに送給を停止する。
ステップ６：選択された中性塩電解液の必要量を算出する。
ステップ７：開閉バルブ４１を開駆動して、算出した必要量の中性塩電解液を空気電池２０に送給し、流量計４３で計測した電解液の流量が上記算出した流量に達したときに送給を停止する。

以上の構成からなる移動体用空気電池システムＡ１によれば、次の効果を得ることができる。
・外部からの要求出力が規定量を超えるか否かを判定し、要求出力の判定結果に基づいて、使用に係る電解液を選択している。そして、選択された電解液の必要量を算出して、選択された電解液を算出した必要量だけ空気電池に送給しているので、移動体の航続距離を増加させるとともに、重量の大幅な増加を回避することができる。

・種類の異なる電解液を電解液タンクに貯留しておき、外部からの要求出力が規定量を超えるか否かを判定し、その判定結果に基づいて、使用に係る上記電解液を選択しているので、要求出力に応じた電解液の選択を行うことができる。
そして、選択された電解液の必要量を算出して、選択された電解液を算出した必要量だけ空気電池に送給しているので、移動体の航続距離を増加させるとともに、重量の大幅な増加を回避することができる。

次に、第二の実施形態に係る移動体用空気電池システムについて、図３，４を参照して説明する。図３は、本発明の第二の実施形態に係る移動体用空気電池システムの構成を示すブロック図、図４は、その第二の実施形態に係る移動体用空気電池システムの動作を示すフローチャートである。なお、上述した実施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。

第二の実施形態に係る移動体用空気電池システムＡ２は、溶媒タンク１２、電解質貯留カートリッジ５０，５１、空気電池２０、及びコントローラＣを主要の構成としている。

溶媒タンク１２には、溶媒である所要量の水Ｗ３が貯留されている。
溶媒タンク１２と、装着された空気電池２０とは流通パイプ３０を介して連結されている。
流通パイプ３０には、これの上流側から下流側にかけて、開閉バルブ４４、混合部４５，４６、流量計４３、開閉バルブ４２が配設されている。

混合部４５，４６には、上記電解質貯留カートリッジ５０，５１を装着するためのカートリッジ受４５ａ，４６ａと、本体４５ｂ，４５ｂとを有して構成されている。
これら混合部４５，４６において、溶媒タンク１２に貯留されている水Ｗ３と、電解質貯留カートリッジ５０，５１内に貯留されている電解質とを混合して電解液を生成するものである。

上記した開閉バルブ４２，４４、混合部４５，４６は、後述するコントローラＣの出力側に接続されて開閉駆動され、また、流量計４３は、そのコントローラＣの入力側に接続されて電解液の流量を計測できるようにしている。

電解質貯留カートリッジ５０，５１のうち、電解質貯留カートリッジ５０には、アルカリ電解質が、また、電解質貯留カートリッジ５１には、中性電解質がそれぞれ貯留されている。

コントローラＣは、これのメモリに記憶されている所要のプログラムの実行により、次の各機能を発揮する。
上記メモリに、装着される各空気電池の仕様等をデータベース化して記憶していることは、上記実施形態と同様である。

（５）外部からの要求出力が規定量（規定の出力電力）を超えるか否かを判定する機能。この機能を「要求出力判定手段Ｃ１」という。
本実施形態においては、外部からの要求出力に基づき、空気電池２０の仕様によって定まる規定量（規定の出力電力）を超えるか否かを判定している。

（６）要求出力の判定結果に基づいて、使用に係る電解質を選択する機能。この機能を「電解質選択手段Ｃ５」という。
具体的には、外部からの要求出力が規定量（規定の出力電力）を超えると判定されれば、比較的高い出力を得られるアルカリ電解質を選択し、規定量（規定の出力電力）を超えないときには、比較的低い出力を得られる中性塩電解質を選択する。

（７）選択された電解質及び水（溶媒）の必要量を算出する機能。この機能を「溶媒・電解質量算出手段Ｃ６」という。
電解質及び水の必要量は、装着された空気電池２０の仕様に基づいて、図示しない上記メモリに記憶させているデータベースに基づいて算出している。
電解質及び水の混合割合により、生成する電解液の濃度を適宜調整することができる。

（８）算出量の溶媒（水）と電解質とを混合して必要濃度からなる所要量の電解液を生成電解液を生成する機能。この機能を「電解液生成手段Ｃ７」という。
本実施形態においては、空気電池２０の仕様又は移動体の移動条件若しくはそれら双方に基づき、必要の濃度の電解液を生成している。

（９）生成した電解液を算出した必要量だけ空気電池に送給する機能。この機能を「電解液送給手段Ｃ８」という。
開閉バルブ４４を開駆動するとともに、混合部４５，４６を選択的に駆動することにより、所要濃度の電解液を算出した必要量だけ空気電池２０に送給する。本実施形態においては、流量計４３で計測した電解液の流量が上記算出した流量に達したときに送給を停止する。

以上の構成からなる移動体用空気電池システムＡ２の動作について、図４を参照して説明する。図４は、第二の実施形態に係る移動体用空気電池システムの動作を示すフローチャートである。

ステップ１（図４中、Ｓａ１と略記する。以下同様。）：装着された空気電池２０の仕様を確認して、ステップ２に進む。なお、図２においては、空気電池をカートリッジと表記している。

ステップ２：外部からの要求出力を確認する。
ステップ３：要求出力が規定量（規定の出力電力）を超えているか否かを判定し、超えていればステップ４に進み、そうでなければステップ６に進む。

ステップ４：水とアルカリ電解質の必要量を算出する。
ステップ５：算出した量の水とアルカリ電解質を混合して必要濃度の電解液を生成し、生成した電解液を空気電池２０に送給し、流量計４３で計測した電解液の流量が上記算出した流量に達したときに送給を停止する。
ステップ６：水と中性塩電解液の必要量を算出する。
ステップ７：算出量の水と中性塩電解質を混合して必要濃度の電解液を生成し、生成した電解液を空気電池２０に送給し、流量計４３で計測した電解液の流量が上記算出した流量に達したときに送給を停止する。

以上の構成からなる移動体用空気電池システムＡ２によれば、次の効果を得ることができる。
・要求出力に応じた電解質の選択と、電解液の濃度調整を行うことができるとともに、移動体の移動距離を増加させることができる。
・移動体の移動状況に応じた電解質を使用することができるので、電解質を無駄なく供給することができる。これにより、ランニングコストを低減させることができる。

なお、本発明は上述した実施形態に限るものではなく、次のような変形実施が可能である。
上記した各実施形態において、図２，４に示す注液後の処理を行う際、次のような機能実現手段を設けるとよい。

・空気電池の放電開始後において、その空気電池の出力電力を検知する機能。この機能を「出力検知手段Ｃ９」という。
この場合、空気電池の出力端子に電圧計を設け、上記したコントローラの入力側に接続する。

・空気電池の出力電力が規定値よりも低下したか否かを判定する機能。この機能を「空気電池出力判定手段Ｃ１０」という。
・空気電池の出力電力が規定値よりも低下したと判定したときには、その空気電池に対して電解液の補給を行う機能。この機能を「電解液補給手段Ｃ１１」という。
これにより、空気電池の放電に伴って出力電力が低下したときにも、電解液を補給することができ、出力電力が低下している空気電池の出力電力を高めることができる。

１０，１１ 電解液タンク
１２ 溶媒タンク
２０ 空気電池
５０，５１ 電解質貯留カートリッジ
Ａ１，Ａ２ 移動体用空気電池システム
Ｃ１ 要求出力判定手段
Ｃ２ 電解液選択手段
Ｃ３ 電解液量算出手段
Ｃ４ 電解液送給手段
Ｃ５ 電解質選択手段
Ｃ６ 溶媒・電解質量算出手段
Ｃ７ 電解液生成手段
Ｗ１，Ｗ２ 電解液
Ｗ３ 電解質

Claims (5)

1. 種類の異なる電解液を貯留した複数の電解液タンクと、これらの電解液タンクに貯留された電解液を注入されることにより発電する空気電池とを有する移動体用空気電池システムであって、
   外部からの要求出力が規定量を超えるか否かを判定する要求出力判定手段と、
   要求出力の判定結果に基づいて、使用に係る電解液を選択する電解液選択手段と、
   選択された電解液の必要量を算出する電解液量算出手段と、
   選択された電解液を算出した必要量だけ空気電池に送給する電解液送給手段とを有することを特徴とする空気電池システム。
2. 電解液選択手段は、空気電池の仕様又は移動体の移動条件若しくはそれら双方に基づいて電解液を選択する請求項１に記載の移動体用空気電池システム。
3. 種類の異なる電解質を貯留した複数の電解質貯留カートリッジと、溶媒を貯留した溶媒タンクと、それら電解質と溶媒とを混合して生成した電解液を注入されることにより発電する空気電池とを有する移動体用空気電池システムであって、
   外部からの要求出力が規定量を超えるか否かを判定する要求出力判定手段と、
   要求出力の判定結果に基づいて、使用に係る電解質を選択する電解質選択手段と、
   選択された電解質及び溶媒の必要量を算出する溶媒・電解質量算出手段と、
   選択された電解質と溶媒とを混合して所要濃度からなる電解液を生成する電解液生成手段と、
   生成した電解液を算出した必要量だけ空気電池に送給する電解液送給手段とを有することを特徴とする移動体用空気電池システム。
4. 電解液生成手段は、空気電池の仕様又は移動体の移動条件若しくはそれら双方に基づき、必要の濃度の電解液を生成する請求項３に記載の移動体用空気電池システム。
5. 空気電池の放電開始後において、その空気電池の出力電力を検知する出力検知手段と、
   空気電池の出力電力が規定値よりも低下したか否かを判定する空気電池出力判定手段と、
   空気電池の出力電力が規定値よりも低下したと判定したときには、その空気電池に対して電解液の補給を行う電解液補給手段とを有する請求項１〜４のいずれか１項に記載の移動体用空気電池システム。

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