JP6077969B2 - Air battery system - Google Patents
Air battery system Download PDFInfo
- Publication number
- JP6077969B2 JP6077969B2 JP2013183925A JP2013183925A JP6077969B2 JP 6077969 B2 JP6077969 B2 JP 6077969B2 JP 2013183925 A JP2013183925 A JP 2013183925A JP 2013183925 A JP2013183925 A JP 2013183925A JP 6077969 B2 JP6077969 B2 JP 6077969B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- air
- electrolyte
- cell assembly
- battery system
- liquid
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Secondary Cells (AREA)
- Hybrid Cells (AREA)
Description
本発明は、単セルを複数配列した構造を有するセル集積体と、このセル集積体に対する空気の流通系とを備えた空気電池システムに関するものである。 The present invention relates to an air battery system including a cell assembly having a structure in which a plurality of single cells are arranged, and an air circulation system for the cell assembly.
この種の空気電池システムとしては、特許文献1に記載されたものがある。特許文献1に記載の空気電池システムは、金属極、空気極及び電解液部を含む金属空気電池と、金属空気電池の空気極に空気を供給する供給通路を有する空気供給部を備えている。そして、空気電池システムは、供給通路の中間に空気供給源としての空気ポンプを配置し、金属空気電池に対して空気を加圧供給する。
As this type of air battery system, there is one described in
ところが、上記したような従来の空気電池システムでは、空気電池に対して空気を加圧供給する構成であったため、その空気の圧力により、イオン化していないガス状の酸素が空気極側から電池内部に浸入して、空気極触媒と電解液とイオン化した酸素との三相界面を減少させてしまい、結果として放電出力が低下するという問題点があり、このような問題点を解決することが課題であった。 However, since the conventional air battery system as described above is configured to supply air to the air battery under pressure, the oxygen pressure causes gaseous oxygen that is not ionized to flow into the battery from the air electrode side. The three-phase interface between the air electrode catalyst, the electrolyte and the ionized oxygen is reduced, resulting in a decrease in discharge output, and there is a problem in solving such a problem. Met.
本発明は、上記従来の課題に着目して成されたもので、ガス状の酸素が電池内部に浸入するのを防止して放電出力の低下を防ぐことができる空気電池システムを提供することを目的としている。 The present invention has been made paying attention to the above-described conventional problems, and provides an air battery system that can prevent gaseous oxygen from entering the battery and prevent a decrease in discharge output. It is aimed.
本発明に係る空気電池システムは、空気極、電解質収容部及び金属負極を有する単セルを複数配列し且つ単セル同士の間に空気極に対する空気流路を形成したセル集積体と、セル集積体を収納するケース本体に対して空気の導入部及び排出部を有する分配ケースを備えている。そして、空気電池システムは、前記導入部と接続する空気流通路の上流側に配置された空気フィルタと、前記排出部若しくは前記排出部と接続する空気流通路の下流側に配置され且つ分配ケースの内部に負圧を付与することにより前記導入部から空気を導入するためのブロワと、ブロワを制御するシステム制御手段を備え、前記セル集積体の内部、空気の導入部、及び空気の排出部のうちの少なくとも一つに温度センサを設け、前記システム制御手段が、セル集積体に対する要求出力から目標放電電流値を決定して、目標放電電流値からセル集積体の発熱量を推算し、推算した発熱量、予め設定したセル集積体の冷却性能検出値、及び温度センサの測定値に基づいてブロワの回転数を制御する手段である構成としており、上記構成をもって従来の課題を解決するための手段としている。
An air battery system according to the present invention includes a cell assembly in which a plurality of single cells each having an air electrode, an electrolyte container, and a metal negative electrode are arranged, and an air flow path for the air electrode is formed between the single cells. A distribution case having an air introduction part and a discharge part with respect to the case main body. The air battery system includes an air filter disposed on the upstream side of the air flow passage connected to the introduction portion, and a downstream side of the air flow passage connected to the discharge portion or the discharge portion, and a distribution case. A blower for introducing air from the introduction part by applying a negative pressure to the inside; and a system control means for controlling the blower, and the inside of the cell assembly, the air introduction part, and the air discharge part At least one of them is provided with a temperature sensor, and the system control means determines a target discharge current value from a required output for the cell integrated body, and estimates and calculates a heat generation amount of the cell integrated body from the target discharge current value. heating value, and a configuration is a means for controlling the rotational speed of the blower based cooling performance detection value of the cell stack previously set, and the measurement value of the temperature sensor, the slave with the structure And a means for solving the problems.
なお、上記構成において、電解質収容部は、予め電解質を収容した状態でも良いし、電解質を未収容にした状態でも良く、いずれにしても放電時には電解質を収容した状態にする。また、空気電池システムは、電解質収容部を未収容の状態にした場合には、注液式の空気電池となり、ここで用いる電解質用液体は、電解液そのものや、電極構造体の内部に混入させた電解質用溶質材を溶融するための液体(水)などを含むものである。 In the above configuration, the electrolyte container may be in a state in which the electrolyte is stored in advance, or may be in a state in which the electrolyte is not stored. In any case, the electrolyte is stored in the state during discharge. In addition, the air battery system is a liquid injection type air battery when the electrolyte container is not accommodated, and the electrolyte liquid used here is mixed into the electrolyte itself or the inside of the electrode structure. In addition, liquid (water) for melting the solute material for electrolyte is included.
本発明に係わる空気電池システムは、上記構成を採用したことから、空気流路を負圧にすることで、ガス状の酸素がセル内部に浸入するのを防止して放電出力の低下を防ぐことができ、とくに、空気流路を狭くして小型化を図った構造にした場合でも良好な放電出力を維持することができる。 Since the air battery system according to the present invention employs the above-described configuration, it is possible to prevent the gaseous oxygen from entering the cell and to prevent the discharge output from decreasing by setting the air flow path to a negative pressure. In particular, it is possible to maintain a good discharge output even when the air flow path is narrowed to achieve a miniaturized structure.
<第1実施形態>
図1(A)に示す空気電池システムは、空気電池ユニットCと、この空気電池ユニットCの内部を流路の一部とする空気流通路31を備えている。空気流通路31には、空気電池ユニットCの上流側(図中で右側)に配置した空気フィルタ32と、空気電池ユニットCの下流側に配置したブロワ33が設けてある。また、空気流通路31には、空気フィルタ32と空気電池ユニットCとの間を開閉する上流側バルブ34と、空気電池ユニットCとブロワ33との間を開閉する下流側バルブ35が設けてある。
<First Embodiment>
The air battery system shown in FIG. 1A includes an air battery unit C and an
さらに、空気電池システムは、ブロワ33を制御するシステム制御手段36を備えており、この実施形態では、システム制御手段36が、上流側及び下流側のバルブ34,35の開閉動作を制御する機能も備えている。
Further, the air battery system includes system control means 36 for controlling the
空気電池ユニットCは、図1及び図2に示すように、単セル1を複数配列した構造を有するセル集積体Sと、セル集積体Sを収容する分配ケース2を備えている。また、空気電池ユニットCは、単セル1が予め電解質を収容した状態になっていて、分配ケース2に収容したセル集積体Sに対する空気の流通を遮断する封止フィルム3と、封止フィルム3による遮断を解除する封止解除手段9を備えている。ここで、説明の都合上、図1及び図2中に示す矢印Pを空気流通方向とし、後記する実施形態も同様とする。
As shown in FIGS. 1 and 2, the air battery unit C includes a cell integrated body S having a structure in which a plurality of
単セル1は、とくに図2(B)に示すように、平板状の空気極1Aと、同じく平板状の金属負極1Bとの間に、電解質収容部1Cを形成したものであり、複数枚の単セル1と、これらを保持するセルフレームFによってセル集積体Sを構成している。セル集積体Sは、空気流通方向Pに直交する方向に所定間隔をおいて単セル1を配列し、隣接する単セル1同士の間に空気極1Aに対する空気流路Afを形成している。各空気流路Afには、隣接する単セル1同士を電気的に接続する集電体(図示略)を配置する。このようなセル集積体Sは、組電池やカートリッジと称することもある。
As shown in FIG. 2B, the
フレームFは、各単セル1の上端部及び下端部、空気流通方向Pの前後端部、並びに隣接する単セル1同士の上端部間を液密的(水密的)に閉塞している。また、フレームFは、上端部の中央に、各単セル1の電解質1Cへの注液口Hが設けてある。この注液口Hは、電解質の充填後にキャップ4により水密的に閉塞してある。さらに、フレームFは、その上端部において、空気流通方向Pの上流側及び下流側の少なくとも一方側に、単セル1の内部で発生した水素ガスを外部に排出する水素排出孔1Dを有している。
The frame F closes the upper and lower ends of each
単セル1を構成する空気極1Aは、詳細な図示を省略したが、例えば多孔質材料から成る正極部材と、最外層に配置した液密通気部材で構成してある。正極部材は、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ものである。
The
正極用触媒成分としては、公知のものを使用することができる。触媒担体は、上述した触媒成分を担持するための担体、及び触媒成分と他の部材との間での電子の授受に関与する電子伝導パスとして機能するもので、公知のカーボンを使用することができる。 A well-known thing can be used as a catalyst component for positive electrodes. The catalyst carrier functions as a carrier for supporting the above-described catalyst component and an electron conduction path involved in the exchange of electrons between the catalyst component and other members, and a known carbon can be used. it can.
液密通気部材は、電解質に対して液密性を有し、且つ酸素に対して通気性を有する部材である。この液密通気部材は、電解質が外部へ漏出するのを阻止し得るように、ポリオレフィンやフッ素樹脂などの撥水膜を用いており、一方、正極部材に酸素を供給し得るように多数の微細孔を有している。 The liquid-tight ventilation member is a member having liquid-tightness with respect to the electrolyte and air-permeable with respect to oxygen. This liquid-tight ventilation member uses a water-repellent film such as polyolefin or fluororesin so that the electrolyte can be prevented from leaking to the outside, and on the other hand, a large number of microscopic members can supply oxygen to the positive electrode member. It has a hole.
単セル1を構成する金属負極1Bは、標準電極電位が水素より卑な金属単体又は合金から成る負極活物質を含むものであり、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。
The metal
電解質は、電解液である場合には、例えば塩化カリウム、塩化ナトリウム、水酸化カリウムなどの水溶液を適用することができるが、これらに限定されるものではなく、空気電池に適用する従来公知の電解液を用いることができる。 When the electrolyte is an electrolytic solution, for example, an aqueous solution of potassium chloride, sodium chloride, potassium hydroxide or the like can be applied, but the electrolyte is not limited thereto, and is a conventionally known electrolytic solution applied to an air battery. A liquid can be used.
分配ケース2は、セル集積体S及び封止解除手段9を収容する上方開口のケース本体2Aと、ケース本体2Aの上部を気密的に塞ぐ蓋体2Bを備えている。蓋体2Bは、空気流通方向Pの上流側に空気の導入部2Cを有すると共に、下流側に空気の排出部2Dを有している。これにより、分配ケース2は、セル集積体Aを収容するケース本体2Aに対して空気の導入部2C及び排出部2Dを有するものとなっている。
The
ブロワ33は、上記の分配ケース2の内部に負圧を付与するためのものであって、分配ケース2の排出部2D若しくはその下流側において、出口方向に送風を行うように配置されている。
The
また、分配ケース2内において、セル集積体Sは、その底部をケース本体2Aの底部に接触させて配置してあり、空気流通方向Pの上流側及び下流側に、導入部2C及び排出部2Dに夫々通じる上流側空間2E及び下流側空間2Fを形成している。これにより、隣接する単セル1同士の間の各空気流路Afは、上流側空間2Eから下流側空間2Fに至る一方向(空気流通方向P)に連通している。
Further, in the
さらに、分配ケース2内においては、図2(B)に示すように、セル集積体Sの中央の空気流路Afに温度センサTSが設けてある。この温度センサTSは、図示例のようなセル集積体Sの内部、空気の導入部2C、及び空気の排出部2Dのうちの少なくとも一つに設けることができ、その測定値を前記システム制御手段36に入力する。
Further, in the
封止フィルム3は、二酸化炭素、酸素及び水の遮断性能が高く、且つ水素ガスの透過性を有する単層又は多層のフィルムを用いることができる。具体的には、ポリエチレン、ポリプロピレン及びポリスルホンから成る群より選択される材料から成る公知のフィルムを使用することができ、その材料がとくに限定されるものではない。
As the
また、この実施形態の封止フィルム3は、空気流路Afを密閉する状態で、セル集積体Sの上流側及び下流側の端面に対して、夫々剥離可能に貼り付けてあり、これにより、分配ケース2に収容したセル集積体Sに対する空気の流通を遮断している。この際、封止フィルム3は、セル集積体SのフレームFに形成した水素排出孔1Dの外側を閉塞しているが、水素ガスの透過性を有するので、水素ガスを排出することができる。
Further, the sealing
封止解除手段9は、この実施形態では、分配ケース2内において、蓋体2Bとセル集積体Sとの間に配置してあり、セル集積体Sの上流側及び下流側の端面に貼り付けた夫々の封止フィルム3,3に対して、同一構成のものを備えている。
In this embodiment, the seal release means 9 is disposed between the
封止解除手段9は、封止フィルム3の剥離開始端部である下端部に連結した一対の連結索5,5と、両連結索5,5の末端を固定した巻取り用軸6と、巻取り用軸6を回転駆動する駆動源7を備えている。さらに、封止解除手段9は、巻取り用軸6及び同巻取り用軸6に巻取った封止フィルム3を収納するカバー部材8を備えている。
The sealing release means 9 includes a pair of connecting
連結索5は、その材料がとくに限定されるものではないが、変形自在であると共に、封止フィルム3を剥離し得る充分な強度を有し、図1(C)に示すように、封止フィルム3の下端部両側に連結してある。巻取り用軸6は、図2(A)に示すように、分配ケース2によって両端部が回転自在に保持してある。駆動源7は、例えばモータであって、分配ケース2の外側に配置され、巻取り用軸6を回転させる。
The material of the connecting
カバー部材8は、図1(B)に示すように、巻取り用軸6を中心に配置した断面コ形状の部材であり、図1(C)に示すように、竪面に、連結索5及び封止フィルム2を通過させるスリット8Aを有している。このカバー部材8は、スリット8Aを有する竪面が、分配ケース2内の上流側空間2E及び下流側空間2Fの内面の一部を形成している。
As shown in FIG. 1B, the
上記構成を備えた空気電池システムは、例えば、自動車の補助電源として車載される。空気電池ユニットCは、不使用時(保存時)においては、封止フィルム3によってセル集積体Sに対する空気の流通を遮断しているので、放電をしない状態を維持している。このとき、各単セル1の電解質1Cにおいて水素ガスが発生することがある。その水素ガスは、水素排出孔1Dから排出され、さらに、封止フィルム3を透過して外側へ排出される。したがって、当該空気電池ユニットCは、セル集積体Sの内部に水素ガスが溜まるような心配がない。
The air battery system having the above-described configuration is mounted on a vehicle as an auxiliary power source for an automobile, for example. When the air battery unit C is not used (stored), the air flow to the cell assembly S is blocked by the sealing
次に、空気電池システムは、使用する際には、例えば運転席周辺に配置したスイッチ類を操作して、封止解除手段9の駆動源7、ブロワ33、上流側及び下流側のバルブ34,35を作動させる。これら作動順序は、システム制御手段36にプログラミングしておくことで実行することができ、とくに限定されないが、例えば、下流側バルブ35を開放すると共に、封止解除手段9の駆動源7を動作させ、その後、ブロワ33の動作及び上流側バルブ34の開放を行う。
Next, when the air battery system is used, for example, by operating switches arranged around the driver's seat, the
空気電池ユニットCでは、駆動源7により巻取り用軸6が回転駆動され、この巻取り用軸6に連結索5を巻取るのに伴って、セル集積体Sの端面に貼り付けた封止フィルム3を下端部から剥離させていき、最終的には、封止フィルム3を全て巻取り用軸6に巻取ることとなる。このようにして、空気電池ユニットCは、封止フィルム3による空気流通の遮断を解除する。
In the air battery unit C, the winding
そして、空気電池ユニットCは、ブロワ33により分配ケース2の内部に負圧を付与し、これにより、空気フィルタ32を通して空気を導入部2Cから分配ケース2に導入する。導入された空気は、上流側空間2Eから各空気流路Afに均等に分配され、個々の単セル1の空気極1Bに供給されると共に、各単セル1を冷却する。その後、空気は、下流側空間2Fから排出部2D及びブロワ33を経て外部に排出される。
The air battery unit C applies a negative pressure to the inside of the
上記の空気電池システムは、セル集積体Sと、分配ケース2と、ブロワ33と、システム制御手段36を備えて、起動時には、ブロワ33により分配ケース2の内部に負圧を付与することで空気を導入し、その導入空気を各単セル1の空気極1Aに供給するようにしたので、イオン化されていないガス状の酸素がセル内部に浸入するのを防止することができる。これにより、単セル1において、空気極触媒と電解液とイオン化した酸素との三相界面が良好に維持され、放電出力の低下を防ぐことができる。
The air battery system includes the cell assembly S, the
また、空気電池システムは、空気流路Af内を負圧にするので、空気極1Aに残存する空気を強制的に排出させて正極触媒層の電解質(液)の濡れ性を向上させることができ、空気流路Afを狭くして小型化を図った構造にした場合でも、ガス状の酸素がセル内部に浸入するのを防止して、良好な放電出力を維持することができる。しかも、単セル1が加圧されないので、その内部の電解質(液)が構成部材の隙間等から漏れるような心配も全くない。
Further, since the air cell system makes the inside of the air flow path Af have a negative pressure, the air remaining in the
さらに、空気電池システムは、セル集積体Sの冷却効率が向上する。例えば、セル集積体の導入側にブロワを配置して空気を圧縮すると、ブロワ出口の空気温度がブロワ損失に応じて上昇する。これに対して、空気電池システムでは、空気流路Afに負圧を付与することにより、セル集積体Sに供給する空気が昇温しないので、少ない空気流量でもセル集積体Sを効率良く冷却することができる。 Further, in the air battery system, the cooling efficiency of the cell assembly S is improved. For example, when a blower is arranged on the introduction side of the cell assembly and the air is compressed, the air temperature at the blower outlet rises according to the blower loss. On the other hand, in the air battery system, since the air supplied to the cell assembly S does not rise in temperature by applying a negative pressure to the air flow path Af, the cell assembly S is efficiently cooled even with a small air flow rate. be able to.
さらに、空気電池システムは、単セル1の電解質収容部1Cが電解質(液)を収容した状態であって、封止フィルム3と、その封止解除手段9を採用したことにより、簡単な構成で起動の自動化を容易に実現し得るものとなり、自動車用の補助電源等に使用した場合には、走行中であっても速やかに起動させることができる。
Furthermore, the air battery system is in a state in which the
ここで、空気電池システムは、より好ましい実施形態として、システム制御手段36が、セル集積体Sに対する要求出力から目標放電電流値を決定して、目標放電電流値からセル集積体Sの発熱量を推算し、推算した発熱量、予め設定したセル集積体の冷却性能検出値、及び温度センサTSの測定値(セル集積体Sの温度・電池温度Tc)に基づいてブロワ33の回転数を制御する手段としても良い。その具体例を図3に示す。
Here, in the air battery system, as a more preferred embodiment, the
図3(A)は放電モードを説明するフローチャートである。
すなわち、放電時には、ステップS1において、セル集積体Sに対する要求出力に基づいて目標放電電流値Acを決定し、ステップS2において、目標放電電流値Acからセル集積体Sの発熱量Qcを推算し、ステップS3において、温度センサTSにより電池温度Tcを検出する。
FIG. 3A is a flowchart for explaining the discharge mode.
That is, at the time of discharge, in step S1, a target discharge current value Ac is determined based on a required output for the cell assembly S, and in step S2, a heat generation amount Qc of the cell assembly S is estimated from the target discharge current value Ac. In step S3, the battery temperature Tc is detected by the temperature sensor TS.
次に、ステップS4において、電池温度Tcが目標電池温度TcOであるか否かを判定し、電池温度Tcが目標電池温度TcOである場合(Yes)には、ステップS3に戻り、電池温度Tcが目標電池温度TcOではない場合(No)には、ステップS5に移行して冷却性能検出値T1を検出する。この冷却性能検出値T1は、分配ケース2の導入部2Cや空気流路Afの入口での空気温度、若しくはセル集積体Sの温度変化率などの実測値を用いることができる。つまり、温度センサTSの測定値を利用することができる。
Next, in step S4, it is determined whether or not the battery temperature Tc is the target battery temperature TcO. If the battery temperature Tc is the target battery temperature TcO (Yes), the process returns to step S3, and the battery temperature Tc is If it is not the target battery temperature TcO (No), the process proceeds to step S5 to detect the cooling performance detection value T1. As the cooling performance detection value T1, an actual value such as an air temperature at the
そして、ステップS6において、冷却性能検出値T1、推算した発熱量Qc、及び温度センサTSの測定値(電池温度Tc)に基づいて、目標空気流量が得られるようにブロワ33の回転数R2を算出する。続いて、ステップS7においてブロワ33の回転数を調整し、ステップS8において放電電圧Vcを検出する。その後、ステップS9において、放電電圧Vcが停止閾値電圧Vth2以下であるか否かを判定し、放電電圧Vcが停止閾値電圧Vth2を超えている場合(No)には、ステップS1に戻り、放電電圧Vcが停止閾値電圧Vth2以下である場合(Yes)には、図3(B)に示す停止モードに移行する
In step S6, the rotational speed R2 of the
停止時には、ステップS10において放電を停止すると、ステップS11においてブロワ33を停止モード回転数R3にし、ステップS12において温度センサTSで電池温度温度Tcを検出する。そして、ステップS13において、電池温度Tcが停止閾値温度Tth以下であるか否かを判定し、電池温度Tcが停止閾値温度Tthを超えている場合(No)には、ステップS11に戻り、電池温度Tcが停止閾値温度Tth以下である場合(Yes)には、ステップS14に移行してブロワ33を停止させる。
At the time of stop, when the discharge is stopped in step S10, the
この種の空気電池では、目標放電電流値に基づいて、反応に必要な空気流量を決定する制御が一般的である。これに対して、この実施形態の空気電池システムでは、目標放電電流値Acから推算した発熱量Qc、冷却性能検出値T1及び温度センサTSの測定値(電池温度Tc)に基づいて、ブロワ33の回転数を制御して空気流量を決定する。 In this type of air battery, control for determining an air flow rate required for a reaction based on a target discharge current value is common. On the other hand, in the air battery system of this embodiment, based on the calorific value Qc estimated from the target discharge current value Ac, the cooling performance detection value T1, and the measurement value (battery temperature Tc) of the temperature sensor TS, The air flow rate is determined by controlling the rotation speed.
そして、上記のシステム制御手段36を含む空気電池システムでは、分配ケース2内の空気流路Afを負圧にすることで、空気流路Afの内圧に対する出力変動感度を無視できる状態になるので、外気温や要求電力の変動時において、セル集積体Sの温度を安定させるために空気流量が変動しても、目標出力からのずれが小さく、出力制御が容易である。
In the air battery system including the system control means 36 described above, since the air flow path Af in the
<第2実施形態>
図4及び図5は、本発明に係わる空気電池システムの第2実施形態を示す図である。なお、第1実施形態と同一の構成部位は、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
この実施形態の空気電池ユニットCでは、セル集積体Sが、上部に各単セル1の電解質収容部1Cへの注液口Hを開放状態で有すると共に、各単セル1の電解質収容部1Cが、電解質を未収容にした状態である。つまり、この実施形態の単セル1は、注液式の空気電池である。
Second Embodiment
4 and 5 are views showing a second embodiment of the air battery system according to the present invention. Note that the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
In the air battery unit C of this embodiment, the cell assembly S has the liquid injection port H to the
また、空気電池ユニットCは、セル集積体Sの上側に配置され且つ電解質用液体12を貯留した貯液タンクTと、貯液タンクTの下部を開放して電解質用液体12を注液口Hから電解質収容部1Cに注液するためのタンク開放手段と、貯液タンクTとセル集積体Sとを接続するマニホルド13を備えている。さらに、空気電池ユニットCは、貯液タンクが、筐体14に変形可能な内部タンク15を収容した構造を有しており、14筐体が、その内部を大気圧に保持するタンク圧調整口16を有している。
In addition, the air battery unit C is disposed above the cell assembly S and has a liquid storage tank T in which the
この実施形態のセル集積体Sは、上部に傾斜を有しており、図示例では、空気流通方向Pの上流側を下位側とし且つ下流側を上位側とする傾斜である。そして、セル集積体Sは、傾斜の下位側に夫々の電解質収容部1Cへの注液口Hを有すると共に、傾斜の上位側に夫々の電解質収容部1Cへの液戻り口Rを有している。電解質用液体12は、電解液そのものや、単セル1の内部に混入させた固体の電解質を溶融するための液体(水)などを含むものである。
The cell assembly S of this embodiment has a slope at the top, and in the example shown in the drawing, the slope is such that the upstream side in the air flow direction P is the lower side and the downstream side is the higher side. The cell assembly S has a liquid inlet H to each
貯液タンクTを構成する筐体14は、やや扁平な直方体形状であって、底面に、フレームFの注液口H群の上側に相対向する開口部14Cを有し、この開口部14Cに、タンク開放手段を構成する可動板17が組み付けてある。開口部14Cは、筐体14の底面の幅方向(空気流通方向Pに直交する方向)にわたる水平部と、筐体14の両側面に連続する垂直部を有している。
The
他方、可動板17は、開口部14Cの幅に対応する幅寸法と、筐体14の底面の幅よりも長い長手寸法を有する板部材であり、中央に、スリット17Aを有している。この可動板17は、開口部14Cの両側の垂直部で上方移動が規制され、図4(B)に示すように、筐体14の底部を貫通した状態になる。
On the other hand, the
内部タンク15は、例えば樹脂製の袋体である。この場合、使用する樹脂は、自在に変形可能なものであれば特に制限はないが、電解質用液体(電解液)12がアルカリ水溶液である場合には、少なくとも電解質用液体12と接触する部分に耐アルカリ性樹脂を用いる必要がある。この内部タンク15は、変形した際に破けて液漏れが起きるような材質であってはならない。
The
この実施形態の内部タンク15は、電解質用液体12を貯留すると共に、図4(B)に示すように、筐体14の開口部14Cに組み付けた可動板17により、部分的に持ち上げられた状態で筐体14に収容されている。また、内部タンク15は、例えば、ベローズ状に成形したり適当な折り目を設けたりして収縮変形し易い構成にし、収縮変形した際に容積が極力小さくなる構成であることが非常に有効である。なお、上記の内部タンク15の収縮変形とは、その容積を減少させるように変形することであり、伸縮性を有する素材を必須要件としたものではない。
The
タンク開放手段は、この実施形態では、主として、貯液タンクTの内部タンク15の下部を開放する手段であって、前記可動板17、一対の電磁アクチュエータ18,18、及び複数の開封口金19により構成してある。電磁アクチュエータ18,18は、図4(C)及び図5(A)に示すように、空気流通方向Pに対して筐体14の左右両側に固定してあり、下向きにした出力軸を可動板17の端部に連結して、可動板17を上昇限に保持している。
In this embodiment, the tank opening means is mainly means for opening the lower portion of the
開封口金19は、図5(B)〜(D)に示すように、角筒状の部材であり、上端部に鋸刃状の切刃19Aを有している。開封口金19は、セル集積体SのフレームFの上面において、可動板17のスリット17Aに対応する範囲内に複数個(図示例では5個)が直列配置してある。ここで、スリット17Aは、先述した筐体14の開口部14Cと可動板17との位置関係により、フレームFの注液口H群の範囲内にある。また、開封口金19は、切刃19Aが可動板17の上面よりも下位側に位置している。この際、内部タンク15は、先述の如く可動板17により部分的に持ち上げられているので、開封口金19の切刃19Aとは離間している。なお、図4(C)には、一部の開封口金19のみを拡大して図示している。
As shown in FIGS. 5B to 5D, the
上記の空気電池システムにおいて、タンク開放手段は、内部タンク15の底部を部分的に持ち上げて保持する可動板17と、可動板17を下降させる電磁アクチュエータ18と、マニホルド13内に配置され且つ可動板17とともに下降した内部タンク15の底部を切断開放する開封口金19を備えた構成である。
In the above air battery system, the tank opening means includes a
マニホルド13は、貯液タンクTとセル集積体Sとを液密的に接続する変形自在な環状体であり、電解質用液体12に対する耐性を確保するために、内部タンク15と同じ材料で形成することができる。
The manifold 13 is a deformable annular body that liquid-tightly connects the liquid storage tank T and the cell assembly S, and is formed of the same material as the
より具体的には、マニホルド13は、その上端部が、タンク開放手段による貯液タンクTの開放部を包囲する部分、すなわち内部タンク15の底面において開封口金19との相対向部を包囲する部分に対して液密的に接着してある。また、マニホルド13は、同じく上端部が、可動板17の上面にも接着してあり、この際、内部タンク15の底部とともに可動板17の上面に接着してある。このマニホルド13は、中間部が、可動板17のスリット17Aの内側を通過している。
More specifically, the manifold 13 has an upper end portion that surrounds the opening portion of the liquid storage tank T by the tank opening means, that is, a portion that surrounds the facing portion of the
さらに、マニホルド13は、下端部が、セル集積体Sの注液口H群及び液戻り口R群を包囲する部分に対して液密的に接着してある。この実施形態では、マニホルド13は、下端部全周に枠部13Aを有し、この枠部13Aをセル集積体Sの上端部全周に接着固定している。このようにして、マニホルド13は、タンク開放手段による貯液タンクTの開放部からセル集積体Sの各注液口Hに至る間に注液用の閉空間を形成している。タンク開放手段による貯液タンクTの開放部は、筐体14の開口部14Cの位置で形成される。
Furthermore, the manifold 13 is liquid-tightly bonded to the portion surrounding the liquid injection port H group and the liquid return port R group of the cell assembly S at the lower end. In this embodiment, the manifold 13 has a
この実施形態の分配ケース2は、ケース本体2Aに、貯液タンクT及びセル集積体Sを上下に重ねて収納すると共に、このセル集積体Sを間にして、空気の導入部2C及び排出部2Dを有している。そして、排出部2D若しくはその下流側に、分配ケース2の内部に負圧を付与するためのブロワ33が配置されている。
The
タンク圧調整口16は、パイプから成るもので、分配ケース2の上部、及び貯液タンクTの筐体14の上部を夫々貫通した状態で固定してあり、外部と筐体14の内部を連通状態にしている。
The tank
上記構成を備えた空気電池システムは、起動するに際し、起動指令の入力によりブロワ33を動作させ、次に、タンク開放手段を動作させた後、上流側バルブ34を開放して空気を導入する起動方法を採用することが望ましい。以下、図6のフローチャートに基づいて、空気電池ユニットCの動作とともに起動方法を説明する。この起動方法は、システム制御手段36により実行させることができる。
When the air battery system having the above-described configuration is activated, the
すなわち、ステップS21において起動指示を検出すると、ステップS22において、下流側バルブ35を開放し、ブロワ33を起動モード回転数R1で動作させる。次に、ステップS23において、貯液タンクTのタンク開放手段を動作させる。タンク開放手段の動作は以下のとおりである。
That is, when an activation instruction is detected in step S21, the
空気電池ユニットCは、両電磁アクチュエータ18を作動させると、両電磁アクチュエータ18の出力軸が下方に移動して可動板17が下降する。すると、可動板17とともに内部タンク15の底部が下がり、可動板17の下降動作に相対してスリット17Aから開封口金19が突出し、内部タンク15の底部を開封口金19の切刃19Aにより切断して開放する。この際、開封口金19は、角筒状であるから、電解質用液体12の流通を何ら妨げることはない。
In the air battery unit C, when both
これにより、空気電池ユニットCは、内部タンク15内の電解質用液体12がマニホルド13内を流下して、フレームFの各注液口Hから各単セル1の電解質収容部1Cへの注液が開始される。この際、マニホルド13は、貯液タンクTの底部の一カ所から流出した電解質用液体12を各単セル1の電解質収容部1Cに分配する機能、電解質用液体12の液漏れや飛散を阻止する機能を有する。
As a result, in the air battery unit C, the
上記の如くタンク開放手段を動作させて、各単セル1の電解質収容部1Cに電解質用液体12の供給を開始すると、ステップS24において、ブロワ33の動作開始後の時間が所定の経過時間t1以上であるか否かを判定し、動作開始後の時間が所定の経過時間t1未満である場合(No)には、ステップS22に戻り、動作開始後の時間が所定の経過時間t1以上である場合(No)には、ステップS25に移行して上流側バルブ34を開放する。
When the tank opening means is operated as described above to start supplying the
このとき、空地電池システムでは、上流側バルブ34の開放前に、ブロワ33及びタンク開放手段を動作させているので、分配ケース2の内部が減圧された状態になる。これにより、空気電池ユニットCにおいて、空気極1Aに残存する空気が強制的に排出されると同時に、電解質用液体12の注液が速やかに行われる。
At this time, in the open cell battery system, the
その後、空気電池ユニットCは、上流側バルブ34を開放することで、導入部2Cから分配ケース2の空気流路Afに空気を導入し、各単セル1の空気極1Aに空気を供給して放電を継続し、且つまた導入空気によりセル集積体Sの冷却も行うこととなる。また、空気電池ユニットCは、図5(E)に示すように、電解質用液体12の注液とともに貯液タンクTの内部タンク15が潰れるように変形し、その変形に伴って、タンク圧調整口16から筐体14の内部に外気が導入される。
Thereafter, the air battery unit C opens the
さらに、空気電池システムは、ステップS26において、セル集積体の開放端電圧OCVを検出し、ステップS27において、開放端電圧OCVが予め設定した電圧V1以上であるか否かを判定する。ここで、開放端電圧OCVが予め設定した電圧V1未満である場合(No)には、ステップS28に移行して予備放電を一定時間行ってから、ステップS26に戻る。また、開放端電圧OCVが予め設定した電圧V1以上である場合(Yes)には、そのまま放電モードに移行する。このように予備放電を行うことにより、空気極1Aの電極表面と電解質用液体12とを濡れを促進させることができる。
Further, the air battery system detects the open end voltage OCV of the cell integrated body in step S26, and determines in step S27 whether or not the open end voltage OCV is equal to or higher than a preset voltage V1. Here, when the open-circuit voltage OCV is less than the preset voltage V1 (No), the process proceeds to step S28, the preliminary discharge is performed for a predetermined time, and then the process returns to step S26. Further, when the open end voltage OCV is equal to or higher than the preset voltage V1 (Yes), the operation proceeds to the discharge mode as it is. By performing preliminary discharge in this way, wetting of the electrode surface of the
上記の空気電池システム及びその起動方法は、とくに、注液式の単セル1から成るセル集積体Sを備えた構成において、分配ケース2の内部に負圧を付与することで、ガス状の酸素がセル内部に浸入するのを防止して放電出力の低下を防ぐことができ、とくに、空気流路Afを狭くして小型化を図った構造にした場合でも良好な放電出力を維持することができる。
In the air battery system and the starting method thereof, in particular, in the configuration including the cell assembly S composed of the injection type
また、上記の空気電池システム及びその起動方法は、上流側バルブ34の開放前にブロワ33やタンク開放手段を動作させることで、正極触媒層の電解質(液)の濡れ性を向上させると共に、注液時間並びに起動時間を短縮することができる。しかも、電解質用液体12が貯液タンクT側に逆流するような心配も全く無い。
In addition, the air battery system and the starting method thereof improve the wettability of the electrolyte (liquid) of the positive electrode catalyst layer by operating the
さらに、上記の空気電池システムは、注液式の単セル1とし、貯液タンクT及びタンク開放手段(17,18,19)を採用したことから、電解質用液体12の注液の自動化が容易であり、振動、傾斜及び加速度が作用するような状況下であっても、液漏れを生じることなく注液を確実に行うことができ、速やかに発電を開始し得る。したがって、空気電池システムは、自動車用の補助電源等に使用した場合、走行中でも確実に注液を行うことができ、しかも、液漏れを確実に阻止し得るので、強アルカリ性の電解質用液体12を用いる高出力の空気電池への適用に非常に有効である。
Furthermore, since the air battery system described above is a liquid injection type
さらに、上記の空気電池システムは、筐体14に変形可能な内部タンク15を収容した構造の貯液タンクTと、筐体14の内部を大気圧に保持するタンク圧調整口16を採用したことにより、注液に伴って内部タンク15をその容積が減少するように円滑に変形させることができ、注液動作をより円滑にする。
Further, the air battery system described above employs the liquid storage tank T having a structure in which the deformable
本発明に係わる空気電池システムは、その構成が上記の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各部位の形状、個数及び材料などの構成の細部を適宜変更することが可能である。また、電解質である電解液の水分補給や濃度調整のために、電解液を循環させる機構を具備しなシステムにすることもできる。 The configuration of the air battery system according to the present invention is not limited to the above-described embodiments, and details of the configuration such as the shape, number, and material of each part are appropriately selected within the scope not departing from the gist of the present invention. It is possible to change. Further, a system without a mechanism for circulating the electrolytic solution can be provided for replenishing water and adjusting the concentration of the electrolytic solution, which is an electrolyte.
Af 空気流路
H 注液口
S セル集積体
T 貯液タンク
TS 温度センサ
1 単セル
1A 空気極
1B 金属負極
1C 電解質収容部
2 分配ケース
2A ケース本体
2C 導入部
2D 排出部
3 封止フィルム
9 封止解除手段
12 電解質用液体
16 タンク圧調整口
17 可動板(タンク開放手段)
18 アクチュエータ(タンク開放手段)
19 開封口金(タンク開放手段)
33 ブロワ
34 上流側バルブ
36 システム制御手段
Af Air flow path H Injection port S Cell aggregate T Liquid storage tank
18 Actuator (Tank opening means)
19 Opening cap (tank opening means)
33
Claims (6)
セル集積体を収納するケース本体に対して空気の導入部及び排出部を有する分配ケースと、
前記導入部と接続する空気流通路の上流側に配置された空気フィルタと、
前記排出部若しくは前記排出部と接続する空気流通路の下流側に配置され且つ分配ケースの内部に負圧を付与することにより前記導入部から空気を導入するためのブロワと、
ブロワを制御するシステム制御手段を備え、
前記セル集積体の内部、空気の導入部、及び空気の排出部のうちの少なくとも一つに温度センサを設け、
前記システム制御手段が、セル集積体に対する要求出力から目標放電電流値を決定して、目標放電電流値からセル集積体の発熱量を推算し、推算した発熱量、予め設定したセル集積体の冷却性能検出値、及び温度センサの測定値に基づいてブロワの回転数を制御する手段であることを特徴とする空気電池システム。 A cell assembly in which a plurality of single cells each having an air electrode, an electrolyte container, and a metal negative electrode are arranged and an air flow path for the air electrode is formed between the single cells;
A distribution case having an air introduction part and a discharge part with respect to a case main body for housing the cell assembly;
An air filter disposed upstream of an air flow passage connected to the introduction portion;
And blower for introducing air from the inlet portion by applying a negative pressure to the inside of and the transfer case is disposed on the downstream side of the air flow passage which connects to the discharge portion or the discharge portion,
System control means for controlling the blower ,
A temperature sensor is provided in at least one of the inside of the cell assembly, the air inlet, and the air outlet,
The system control means determines a target discharge current value from a required output for the cell assembly, estimates a heat generation amount of the cell assembly from the target discharge current value, and calculates an estimated heat generation amount, cooling of the cell integration body set in advance. An air battery system, which is means for controlling the rotational speed of a blower based on a performance detection value and a measurement value of a temperature sensor .
分配ケースに収容したセル集積体に対する空気の流通を遮断する封止フィルムと、
封止フィルムによる遮断を解除する封止解除手段を備えたことを特徴とする請求項1に記載の空気電池システム。 The electrolyte storage part is in a state of storing the electrolyte in advance,
A sealing film that blocks the flow of air to the cell assembly accommodated in the distribution case;
The air battery system according to claim 1, further comprising a sealing release unit that releases the blocking by the sealing film.
セル集積体の上側に配置され且つ電解質用液体を貯留した貯液タンクと、
貯液タンクの下部を開放して電解質用液体を注液口から電解質収容部に注液するためのタンク開放手段を備えたことを特徴とする請求項1に記載の空気電池システム。 The cell assembly has a liquid inlet to the electrolyte storage part of each single cell at the top, and the electrolyte storage part is in a state where the electrolyte is not stored,
A liquid storage tank disposed on the upper side of the cell assembly and storing the electrolyte liquid;
2. The air battery system according to claim 1, further comprising tank opening means for opening the lower part of the liquid storage tank and injecting the electrolyte liquid from the injection port into the electrolyte container.
筐体が、その内部を大気圧に保持するタンク圧調整口を有していることを特徴とする請求項3に記載の空気電池システム。 The liquid storage tank has a structure that houses a deformable internal tank in the housing,
The air battery system according to claim 3, wherein the casing has a tank pressure adjusting port for maintaining the inside thereof at atmospheric pressure.
システム制御手段が、上流側バルブの開閉動作を制御する機能を備えていることを特徴とする請求項4に記載の空気電池システム。 The distribution case has an upstream valve that opens and closes the air inlet,
5. The air battery system according to claim 4, wherein the system control means has a function of controlling the opening / closing operation of the upstream side valve.
起動指令の入力によりブロワを動作させ、次に、タンク開放手段を動作させた後、上流側バルブを開放して空気を導入することを特徴とする空気電池システムの起動方法。 In starting the air battery system according to claim 5,
A method for starting an air battery system, comprising: operating a blower in response to an input of a start command; then operating a tank opening means; then opening an upstream valve and introducing air.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013183925A JP6077969B2 (en) | 2013-09-05 | 2013-09-05 | Air battery system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013183925A JP6077969B2 (en) | 2013-09-05 | 2013-09-05 | Air battery system |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2015053122A JP2015053122A (en) | 2015-03-19 |
JP6077969B2 true JP6077969B2 (en) | 2017-02-08 |
Family
ID=52702021
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2013183925A Active JP6077969B2 (en) | 2013-09-05 | 2013-09-05 | Air battery system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6077969B2 (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2019031311A1 (en) * | 2017-08-07 | 2019-02-14 | シャープ株式会社 | Metal-air cell, and method for manufacturing metal-air cell |
JP7052578B2 (en) * | 2018-06-12 | 2022-04-12 | トヨタ自動車株式会社 | Power storage device |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101188299A (en) * | 2006-11-23 | 2008-05-28 | 林益泉 | Powdered fuel cell |
CN102334228B (en) * | 2009-03-06 | 2014-01-29 | 丰田自动车株式会社 | Air cell |
-
2013
- 2013-09-05 JP JP2013183925A patent/JP6077969B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2015053122A (en) | 2015-03-19 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101838358B1 (en) | Method of discharging water from fuel cell and fuel cell system | |
JP6225886B2 (en) | Fuel cell system and method for discharging fluid in the system | |
JP5744094B2 (en) | Control method of fuel cell system | |
JP6326440B2 (en) | Fuel cell system and operation method thereof | |
WO2013058035A1 (en) | Fluid injection-type air battery | |
JP6015525B2 (en) | Fuel cell system | |
JP6077969B2 (en) | Air battery system | |
JP5484963B2 (en) | Direct alcohol fuel cell power generation control device | |
JP5999316B2 (en) | Air battery | |
JP6772467B2 (en) | Fuel cell system | |
JP5999317B2 (en) | Air battery | |
WO2014155799A1 (en) | Liquid-injection-type air cell | |
JP2005276669A (en) | Fuel cell system | |
JP2005197156A (en) | Fuel cell system | |
JP2014186884A (en) | Air battery unit | |
JP2019129141A (en) | Fuel cell system | |
JP7028741B2 (en) | Fuel cell system | |
WO2017022313A1 (en) | Tank-type power generation device capable of producing high-pressure hydrogen and fuel-cell vehicle | |
JP5222018B2 (en) | COOLING SYSTEM, REFRIGERANT FILLING METHOD AND EJECTING METHOD | |
JP6213718B2 (en) | Injection system for injection type air battery | |
US20120077063A1 (en) | Electrical system | |
JP2005310548A (en) | Gas supply and exhaust system | |
JP2006073312A (en) | Fuel cell generator | |
JP6087106B2 (en) | Fuel supply system | |
CN112928300A (en) | Cooling system for fuel cell |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20151224 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20161011 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20161012 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20161129 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20161219 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20170113 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6077969 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313117 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |