JP6183040B2 - 空気電池システム - Google Patents
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Description
本発明は、空気電池システムに関する。
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として、筐体と、筐体内に備えられる発電部及び電解液と、電解液の消費量を算出する電解液消費量算出手段と、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が提案されている（特許文献１参照。）。また、特許文献１においては、電池から得られた電気容量等により算出された電解液の消費量に基づき筐体内の電解液量を調整することが記載されている。
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における電解液の枯渇を防止することが記載されているのみであり、放電中の電解液の液枯れが防止できておらず、依然として空気電池を安定的に作動させることができていないという問題点があった。
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、放電中の電解液の液枯れを抑制ないし防止して、空気電池を安定的に作動させる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する。
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。その結果、電解液量測定器及び出力電圧測定器から入力される電解液量データ及び出力電圧データに基づいて、溶媒や電解液を電解液保持部へ供給する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。
すなわち、本発明の空気電池システムは、空気電池と、供給手段と、電解液量測定器と、出力電圧測定器と、制御手段とを備える。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を有する。供給手段は、溶媒及び電解液の少なくとも一方を電解液保持部へ供給する機能を有する。電解液量測定器は、電解液保持部における電解液量を測定する。出力電圧測定器は、空気電池における出力電圧を測定する。制御手段は、電解液量測定器から入力される電解液量データ及び出力電圧測定器から入力される出力電圧データに基づいて、溶媒及び電解液の少なくとも一方を電解液保持部へ供給するために供給手段を制御して、出力電圧測定器から入力される出力電圧データを予め取得してある空気電池における規定出力電圧データにする機能を有する。
本発明によれば、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を有する空気電池と、溶媒及び電解液の少なくとも一方を電解液保持部へ供給する機能を有する供給手段と、電解液保持部における電解液量を測定する電解液量測定器と、空気電池における出力電圧を測定する出力電圧測定器と、電解液量測定器から入力される電解液量データ及び出力電圧測定器から入力される出力電圧データに基づいて、溶媒及び電解液の少なくとも一方を電解液保持部へ供給するために供給手段を制御して、出力電圧測定器から入力される出力電圧データを予め取得してある空気電池における規定出力電圧データにする機能を有する制御手段とを備える構成とした。そのため、放電中の電解液の液枯れを抑制ないし防止して、空気電池を安定的に作動させることができる空気電池システムを提供することができる。
以下、本発明の若干の形態に係る空気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。
＜第１の形態＞
まず、第１の形態に係る空気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の形態に係る空気電池システムの構成を示す説明図である。図１に示すように、本形態の空気電池システム１Ａは、空気電池１０と、供給手段２０と、電解液量測定器３０と、出力電圧測定器４０と、制御手段の一例である演算制御装置５０とを備える。そして、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ＥＳを保持する電解液保持部１３とを有する。なお、空気電池１０は、正極１２の電解液保持部１３側と反対側に酸素含有ガス流通部（図示せず。）を有する。また、供給手段２０は、溶媒Ｓ（又は電解液ＥＳ）を電解液保持部１３へ供給する機能を有するものであればよく、本形態においては、溶媒Ｓ（又は電解液ＥＳ）を収容する容器２１Ａ（又は２１Ｂ）と、容器２１Ａ（又は２１Ｂ）と電解液保持部１３とを接続する供給路２２Ａと、供給路２２Ａに配設された弁２３Ａ（又は２３Ｂ）とからなる。更に、電解液量測定器３０は、電解液保持部１３における電解液量を測定するものであればよく、本形態においては、例えば、電解液の液面を計測する従来公知の液面センサを適用することができる。液面センサの変位と変位方向に直交する断面積とから減少した電解液量を算出することができる。また、出力電圧測定器４０は、空気電池１０における出力電圧を測定するものであればよく、本形態においては、例えば、負極１１と正極１２との間の電圧を測定する従来公知の電圧計を適用することができる。更に、制御手段の一例である演算制御装置５０は、電解液量測定器３０から入力される電解液量データ及び出力電圧測定器４０から入力される出力電圧データに基づいて、溶媒Ｓ（又は電解液ＥＳ）を容器２１Ａ（又は２１Ｂ）から電解液保持部１３へ供給するために供給路２２Ａに配設された弁２３Ａ（又は２３Ｂ）の開閉を制御する。なお、図示しないが、演算制御装置は、図示しない給電対象から要求出力が入力されるようになっていてもよい。
まず、第１の形態に係る空気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の形態に係る空気電池システムの構成を示す説明図である。図１に示すように、本形態の空気電池システム１Ａは、空気電池１０と、供給手段２０と、電解液量測定器３０と、出力電圧測定器４０と、制御手段の一例である演算制御装置５０とを備える。そして、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ＥＳを保持する電解液保持部１３とを有する。なお、空気電池１０は、正極１２の電解液保持部１３側と反対側に酸素含有ガス流通部（図示せず。）を有する。また、供給手段２０は、溶媒Ｓ（又は電解液ＥＳ）を電解液保持部１３へ供給する機能を有するものであればよく、本形態においては、溶媒Ｓ（又は電解液ＥＳ）を収容する容器２１Ａ（又は２１Ｂ）と、容器２１Ａ（又は２１Ｂ）と電解液保持部１３とを接続する供給路２２Ａと、供給路２２Ａに配設された弁２３Ａ（又は２３Ｂ）とからなる。更に、電解液量測定器３０は、電解液保持部１３における電解液量を測定するものであればよく、本形態においては、例えば、電解液の液面を計測する従来公知の液面センサを適用することができる。液面センサの変位と変位方向に直交する断面積とから減少した電解液量を算出することができる。また、出力電圧測定器４０は、空気電池１０における出力電圧を測定するものであればよく、本形態においては、例えば、負極１１と正極１２との間の電圧を測定する従来公知の電圧計を適用することができる。更に、制御手段の一例である演算制御装置５０は、電解液量測定器３０から入力される電解液量データ及び出力電圧測定器４０から入力される出力電圧データに基づいて、溶媒Ｓ（又は電解液ＥＳ）を容器２１Ａ（又は２１Ｂ）から電解液保持部１３へ供給するために供給路２２Ａに配設された弁２３Ａ（又は２３Ｂ）の開閉を制御する。なお、図示しないが、演算制御装置は、図示しない給電対象から要求出力が入力されるようになっていてもよい。
このように、電解液量測定器から入力される電解液量データ及び出力電圧測定器から入力される出力電圧データに基づいて、溶媒や電解液を電解液保持部へ供給するようにしたため、放電中の電解液の液枯れを抑制ないし防止して、空気電池を安定的に作動させることができる。
また、本形態の空気電池システム１Ａにおいては、制御手段の一例である演算制御装置５０が、予め取得してある電解液保持部１３における規定電解液量データ及び空気電池１０における規定出力電圧データと、電解液量測定器３０から入力される電解液量データ及び出力電圧測定器４０から入力される出力電圧データとをそれぞれ対比して得られた結果に基づいて、溶媒Ｓ又は電解液ＥＳを電解液保持部１３へ供給するために供給路２２Ａに配設された弁２３Ａ（又は２３Ｂ）の開閉を制御することが好ましい。
ここで、本発明において、「予め取得してある電解液保持部における規定電解液量データ」とは、所期の性能を満足するように設定される電解液保持部の電解液量データであって、電解液量測定器の測定方法に応じて適宜設定し得るものである。
また、本発明において、「予め取得してある空気電池における規定出力電圧データ」とは、所期の性能を満足するように設定される空気電池の出力電圧データである。但し、電解液の仕様に応じて適宜設定し得るものである。また、本発明においては、給電対象からの要求に応じて、空気電池の作動中、安定的な作動を阻害しない範囲で電解液の仕様を適宜変更することができる。そのため、規定出力電圧データ自体も適宜変更することができる。これらは、マップデータとして上記データと共に演算制御装置の記憶領域に格納しておけばよい。
このように、制御手段が、予め取得してある電解液保持部における規定電解液量データ及び空気電池における規定出力電圧データと、電解液量測定器から入力される電解液量データ及び出力電圧測定器から入力される出力電圧データとをそれぞれ対比して得られた結果に基づいて、溶媒又は電解液を電解液保持部へ供給するようにしたため、放電中の電解液の液枯れを抑制ないし防止すると共に、溶媒や電解液の過剰供給を防止して、空気電池を更に安定的に作動させることができる。
なお、図示しないが、本形態においては、２種以上の溶媒を収容する単数又は複数の容器を有していてもよく、２種以上の電解液を収容する単数又は複数の容器を有していてもよい。要求される出力電圧に応じて、溶媒や電解液の種類を適宜変更して、所望の出力電圧が得られる電解液を調製することができる。例えば、空気電池システムを車載した場合には、走行状態や目的地までの距離などに応じて、溶媒や電解液の種類を適宜変更して、所望の出力電圧が得られる電解液を調製することができる。例えば、中性電解液とアルカリ性電解液とを使い分けることによって、低コスト化が可能であり、低出力使用時の放電ロスを軽減することができる。
ここで、空気電池の構成について更に詳細に説明する。
上記負極１１は、例えば、負極活物質からなるものを適用することができる。負極活物質としては、例えば、リチウム（Ｌｉ）、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）などを適用することができる。また、これらを含む合金を適用することもできる。しかしながら、これらに限定されるものではなく、従来公知の空気電池における負極活物質を適用することができる。なお、合金とは、一般に金属元素に１種以上の金属元素又は非金属元素を加えたものであって、金属的性質をもっているものの総称である。具体的には、上述の金属元素に１種以上の金属元素又は非金属元素を加えたものを挙げることができる。また、合金の組織には、成分元素が別個の結晶となるいわば混合物である共晶合金、成分元素が完全に溶け合い固溶体となっているもの、成分元素が金属間化合物又は金属と非金属との化合物を形成しているものなどがあり、本発明ではいずれであってもよい。更に、上記負極１１としては、例えば、負極集電体層と、電解液保持部１３側に形成される負極活物質含有層とを含む積層構造を有するものを適用することができる。また、負極集電体層は、導電性を有し、電解液保持層の電解液が外部に漏出するのを阻止し得るものであればよく、例えば、ステンレスや銅（合金）、金属材料の表面に耐食性を有する金属をメッキしたものなどを適用することができる。しかしながら、これらに限定されるものではなく、従来公知の空気電池における負極集電体層を適用することができる。更に、負極活物質含有層としては、例えば、上述の負極活物質と、例えばフッ素系樹脂やオレフィン系樹脂などのバインダとを含むものを適用することができる。しかしながら、これらに限定されるものではなく、従来公知の空気電池における負極活物質含有層を適用することができる。つまり、本発明に適用する負極は、これらに限定されるものではなく、従来公知の空気電池における負極を適用することができる。
また、上記正極１２は、例えば、触媒と、導電性の触媒担体と、触媒を結着するバインダとを含み、多孔質構造が形成されているものを適用することができる。触媒としては、例えば、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）等の金属、これらの合金などを適用することができる。また、導電性の触媒担体としては、例えば、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を適用することができる。更に、バインダとしては、例えば、フッ素系樹脂やオレフィン系樹脂を適用することができる。しかしながら、これらに限定されるものではなく、従来公知の空気電池における触媒、導電性の触媒担体、バインダを適用することができる。また、上記正極１２としては、例えば、このような多孔質構造を有する触媒含有層と、酸素含有ガス流通部側に形成される液密通気層とを含む積層構造を有するものを適用することが好ましい。更に、上記正極１２としては、例えば、正極集電体層と、上述の多孔質構造を有する触媒含有層と、酸素含有ガス流通部側に形成される液密通気層とを含む積層構造を有するものを適用することも好ましい。また、正極集電体層は、導電性を有し、酸素含有ガス又は電解液を透過し得るものであればよく、例えば、ステンレスや銅（合金）、金属材料の表面に耐食性を有する金属をメッキしたものなどを適用することができる。更に、液密通気層は、酸素含有ガスを透過させると共に、電解液の透過を抑制ないし防止するものであればよく、例えば、電解液が水系である場合には、撥水膜を適用することができる。しかしながら、これらに限定されるものではなく、従来公知の空気電池における液密通気層を適用することができる。つまり、本発明に適用する正極は、これらに限定されるものではなく、従来公知の空気電池における正極を適用することができる。
上記電解液保持部１３は、例えば、電解液ＥＳ、必要に応じて、図示しない多孔質のセパレータを含む。電解液ＥＳ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電解質と水などの水系溶媒とを含む水系電解液や種々の電解質と有機溶媒とを含む非水系電解液を適用することができる。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電解液を適用することができる。なお、本発明を溶媒として水を含む水系電解液を用いた空気電池に適用すると、比較的蒸発しやすい水を用いた場合の液枯れを抑制ないし防止することができるため特に顕著な効果を得ることができる。また、セパレータには水系電解液や非水系電解液を保持するため、微細な孔が所定の割合で形成されている。また、セパレータは、水系電解液に対しては、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好適に用いることができる。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。なお、電解液がセパレータに含浸されて膨潤し、ゲル状体を形成している場合も本発明の範囲に含まれる。
上記電解液量測定器３０としては、上述した液面センサに限定されるものではなく、例えば、電解液保持部の側面にのぞき窓及び液面確認用のチューブを設け、カメラなどで液面を測定するようにしてもよい。この場合も液面変位と変位方向に直交する断面積とから減少した電解液量を算出することができる。また、例えば、空気電池全体の重量を測定しておき、放電により増加する酸素重量分を加味して、初期重量との差を測定するようにしてもよい。更に、酸素含有ガス流通部の導入側と排出側のガスの湿度差を測定し、その差を積算することによって減少した電解液量を算出してもよい。
＜第２の形態＞
次に、第２の形態に係る空気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。また、図示せずに説明した構成例も、本形態に適用可能であれば、そのまま又は適宜変形させて適用してもよく、その説明は省略する。図２は、第２の形態に係る空気電池システムの構成を示す説明図である。図２に示すように、本形態の空気電池システム１Ｂは、供給手段２０が、電解質Ｅを電解液保持部１３へ供給する機能を更に有し、制御手段の一例である演算制御装置５０が、電解液量測定器３０から入力される電解液量データ及び出力電圧測定器４０から入力される出力電圧データに基づいて、電解質Ｅを電解液保持部１３へ供給するために供給手段２０を制御する機能を更に有する構成が、上記の形態の空気電池システム１Ａと相違している。すなわち、本形態の空気電池システム１Ｂにおいては、供給手段２０は、溶媒Ｓ（又は電解液ＥＳ）及び電解質Ｅを電解液保持部１３へ供給する機能を有するものであればよく、本形態においては、溶媒Ｓ（又は電解液ＥＳ）を収容する容器２１Ａ（又は２１Ｂ）と、電解質Ｅを収容する容器２１Ｃと、容器２１Ａ（又は２１Ｂ），及び容器２１Ｃと電解液保持部１３とを接続する供給路２２Ｂと、供給路２２Ｂに配設された弁２３Ａ（又は２３Ｂ），２３Ｃとからなる。更に、制御手段の一例である演算制御装置５０は、電解液量測定器３０から入力される電解液量データ及び出力電圧測定器４０から入力される出力電圧データに基づいて、溶媒Ｓ（又は電解液ＥＳ）を容器２１Ａ（又は２１Ｂ）から電解液保持部１３へ供給するために供給路２２Ｂに配設された弁２３Ａ（又は２３Ｂ）の開閉を制御し、電解質Ｅを容器２１Ｃから電解液保持部１３へ供給するために供給路２２Ｂに配設された弁２３Ｃの開閉を制御する。なお、電解質Ｅとしては、粉末状のものを挙げることができるが、これに限定されるものではない。すなわち、電解液保持部１３で使用されるよりも高濃度の電解液を適用してもよい。
次に、第２の形態に係る空気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。また、図示せずに説明した構成例も、本形態に適用可能であれば、そのまま又は適宜変形させて適用してもよく、その説明は省略する。図２は、第２の形態に係る空気電池システムの構成を示す説明図である。図２に示すように、本形態の空気電池システム１Ｂは、供給手段２０が、電解質Ｅを電解液保持部１３へ供給する機能を更に有し、制御手段の一例である演算制御装置５０が、電解液量測定器３０から入力される電解液量データ及び出力電圧測定器４０から入力される出力電圧データに基づいて、電解質Ｅを電解液保持部１３へ供給するために供給手段２０を制御する機能を更に有する構成が、上記の形態の空気電池システム１Ａと相違している。すなわち、本形態の空気電池システム１Ｂにおいては、供給手段２０は、溶媒Ｓ（又は電解液ＥＳ）及び電解質Ｅを電解液保持部１３へ供給する機能を有するものであればよく、本形態においては、溶媒Ｓ（又は電解液ＥＳ）を収容する容器２１Ａ（又は２１Ｂ）と、電解質Ｅを収容する容器２１Ｃと、容器２１Ａ（又は２１Ｂ），及び容器２１Ｃと電解液保持部１３とを接続する供給路２２Ｂと、供給路２２Ｂに配設された弁２３Ａ（又は２３Ｂ），２３Ｃとからなる。更に、制御手段の一例である演算制御装置５０は、電解液量測定器３０から入力される電解液量データ及び出力電圧測定器４０から入力される出力電圧データに基づいて、溶媒Ｓ（又は電解液ＥＳ）を容器２１Ａ（又は２１Ｂ）から電解液保持部１３へ供給するために供給路２２Ｂに配設された弁２３Ａ（又は２３Ｂ）の開閉を制御し、電解質Ｅを容器２１Ｃから電解液保持部１３へ供給するために供給路２２Ｂに配設された弁２３Ｃの開閉を制御する。なお、電解質Ｅとしては、粉末状のものを挙げることができるが、これに限定されるものではない。すなわち、電解液保持部１３で使用されるよりも高濃度の電解液を適用してもよい。
このように、電解液量測定器から入力される電解液量データ及び出力電圧測定器から入力される出力電圧データに基づいて、溶媒又は電解液と電解質とを電解液保持部へ供給するようにしたため、放電中の電解液の液枯れを抑制ないし防止して、空気電池を更に安定的に作動させることができる。また、運転状態に応じた電解質を供給可能であるという利点もある。更に、別途収容する電解質を適宜添加する、すなわち電解質濃度を適宜調整することができるため、要求出力に応じて電解質の供給を調整することが可能となり、ランニングコストを低減することができる。
また、本形態の空気電池システム１Ｂにおいては、制御手段の一例である演算制御装置５０が、予め取得してある電解液保持部１３における規定電解液量データ及び空気電池１０における規定出力電圧データと、電解液量測定器３０から入力される電解液量データ及び出力電圧測定器４０から入力される出力電圧データとをそれぞれ対比して得られた結果に基づいて、溶媒Ｓ（又は電解液ＥＳ）及び電解質Ｅを電解液保持部１３へ供給するために供給路２２Ｂに配設された弁２３Ａ（又は２３Ｂ）、２３Ｃの開閉を制御することが好ましい。
このように、制御手段が、予め取得してある電解液保持部における規定電解液量データ及び空気電池における規定出力電圧データと、電解液量測定器から入力される電解液量データ及び出力電圧測定器から入力される出力電圧データとをそれぞれ対比して得られた結果に基づいて、溶媒又は電解液と電解質とを電解液保持部へ供給するようにしたため、放電中の電解液の液枯れを抑制ないし防止すると共に、溶媒や電解液の過剰供給を防止して、空気電池を更に安定的に作動させることができる。また、運転状態に応じた電解質を無駄なく供給可能であるという利点もある。更に、別途収容する電解質を適宜添加する、すなわち電解質濃度を適宜調整することができるため、要求出力に応じて電解質の供給を調整することが可能となり、ランニングコストを更に低減することができる。
なお、図示しないが、本形態においては、２種以上の電解質を収容する単数又は複数の容器を有していてもよい。要求される出力電圧に応じて電解質の種類を適宜変更して、所望の出力電圧が得られる電解液を調製することができる。例えば、空気電池システムを車載した場合には、走行状態や目的地までの距離などに応じて、電解質の種類を適宜変更して、所望の出力電圧が得られる電解液を調製することができる。例えば、中性電解液とアルカリ性電解液とを使い分けることによって、低コスト化が可能であり、低出力使用時の放電ロスを軽減することができる。
＜第３の形態＞
次に、第３の形態に係る空気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。また、図示せずに説明した構成例も、本形態に適用可能であれば、そのまま又は適宜変形させて適用してもよく、その説明は省略する。図３は、第３の形態に係る空気電池システムの構成を示す説明図である。図３に示すように、本形態の空気電池システム１Ｃは、供給手段２０が、溶媒Ｓ、電解液ＥＳ及び電解質Ｅを電解液保持部１３へ供給する機能を有し、制御手段の一例である演算制御装置５０が、電解液量測定器３０から入力される電解液量データ及び出力電圧測定器４０から入力される出力電圧データに基づいて、溶媒Ｓや電解液ＥＳ、電解質Ｅを電解液保持部１３へ供給するために供給手段２０を制御する機能を有する構成が、上記の形態の空気電池システム１Ａと相違している。すなわち、本形態の空気電池システム１Ｃにおいては、供給手段２０は、溶媒Ｓ、電解液ＥＳ及び電解質Ｅを電解液保持部１３へ供給する機能を有するものであればよく、本形態においては、溶媒Ｓ、電解液ＥＳ及び電解質Ｅを収容する容器２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃと、容器２１Ａ，２１Ｂ２１Ｃと電解液保持部１３とを接続する供給路２２Ｃと、供給路２２Ｃに配設された弁２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃとからなる。更に、制御手段の一例である演算制御装置５０は、電解液量測定器３０から入力される電解液量データ及び出力電圧測定器４０から入力される出力電圧データに基づいて、溶媒Ｓ及び電解質Ｅを容器２１Ａ，２１Ｃから電解液保持部１３へ供給するために供給路２２Ｃに配設された弁２３Ａ，２３Ｃの開閉を制御するか、又は電解液ＥＳを容器２１Ｂから電解液保持部１３へ供給するために供給路２２Ｃに配設された弁２３Ｂの開閉をする。もちろん、溶媒Ｓ、電解液Ｅ及び電解液ＥＳの全ての供給を行ってもよい。
次に、第３の形態に係る空気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。また、図示せずに説明した構成例も、本形態に適用可能であれば、そのまま又は適宜変形させて適用してもよく、その説明は省略する。図３は、第３の形態に係る空気電池システムの構成を示す説明図である。図３に示すように、本形態の空気電池システム１Ｃは、供給手段２０が、溶媒Ｓ、電解液ＥＳ及び電解質Ｅを電解液保持部１３へ供給する機能を有し、制御手段の一例である演算制御装置５０が、電解液量測定器３０から入力される電解液量データ及び出力電圧測定器４０から入力される出力電圧データに基づいて、溶媒Ｓや電解液ＥＳ、電解質Ｅを電解液保持部１３へ供給するために供給手段２０を制御する機能を有する構成が、上記の形態の空気電池システム１Ａと相違している。すなわち、本形態の空気電池システム１Ｃにおいては、供給手段２０は、溶媒Ｓ、電解液ＥＳ及び電解質Ｅを電解液保持部１３へ供給する機能を有するものであればよく、本形態においては、溶媒Ｓ、電解液ＥＳ及び電解質Ｅを収容する容器２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃと、容器２１Ａ，２１Ｂ２１Ｃと電解液保持部１３とを接続する供給路２２Ｃと、供給路２２Ｃに配設された弁２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃとからなる。更に、制御手段の一例である演算制御装置５０は、電解液量測定器３０から入力される電解液量データ及び出力電圧測定器４０から入力される出力電圧データに基づいて、溶媒Ｓ及び電解質Ｅを容器２１Ａ，２１Ｃから電解液保持部１３へ供給するために供給路２２Ｃに配設された弁２３Ａ，２３Ｃの開閉を制御するか、又は電解液ＥＳを容器２１Ｂから電解液保持部１３へ供給するために供給路２２Ｃに配設された弁２３Ｂの開閉をする。もちろん、溶媒Ｓ、電解液Ｅ及び電解液ＥＳの全ての供給を行ってもよい。
このように、電解液量測定器から入力される電解液量データ及び出力電圧測定器から入力される出力電圧データに基づいて、溶媒及び電解質、又は電解液を電解液保持部へ供給するようにしたため、放電中の電解液の液枯れを抑制ないし防止して、空気電池を更に安定的に作動させることができる。また、本形態においては、例えば、収容する電解液に含まれる電解質と別途収容する電解質とは同種又は異種とすることができる。同種の電解質を収容する場合、電解液の濃度を容易に上げることができるため、小型化、低コスト化を図ることができる。また、異種の電解質を収容する場合、電解液のイオン電導性を容易に変更することができるため、小型化、低コスト化を図ることができる。
また、本形態の空気電池システム１Ｃにおいては、制御手段の一例である演算制御装置５０が、予め取得してある電解液保持部１３における規定電解液量データ及び空気電池１０における規定出力電圧データと、電解液量測定器３０から入力される電解液量データ及び出力電圧測定器４０から入力される出力電圧データとをそれぞれ対比して得られた結果に基づいて、溶媒Ｓ及び電解質Ｅ又は電解液ＥＳを電解液保持部１３へ供給するために供給路２２Ｃに配設された弁２３Ａ及び２３Ｃ又は弁２３Ｂの開閉を制御することが好ましい。
このように、制御手段が、予め取得してある電解液保持部における規定電解液量データ及び空気電池における規定出力電圧データと、電解液量測定器から入力される電解液量データ及び出力電圧測定器から入力される出力電圧データとをそれぞれ対比して得られた結果に基づいて、溶媒及び電解質又は電解液を電解液保持部へ供給するようにしたため、放電中の電解液の液枯れを抑制ないし防止すると共に、溶媒や電解液の過剰供給を防止して、空気電池を更に安定的に作動させることができる。また、運転状態に応じた電解質を無駄なく供給可能であるという利点もある。更に、別途収容する電解質を適宜添加する、すなわち電解質濃度を適宜調整することができるため、要求出力に応じて電解質の供給を調整することが可能となり、ランニングコストを更に低減することができる。
なお、図示しないが、本形態においても、２種以上の溶媒を収容する単数又は複数の容器を有していてもよく、２種以上の電解液を収容する単数又は複数の容器を有していてもよく、２種以上の電解質を収容する単数又は複数の容器を有していてもよい。要求される出力電圧に応じて、溶媒や電解液、電解質の種類を適宜変更して、所望の出力電圧が得られる電解液を調製することができる。例えば、空気電池システムを車載した場合には、走行状態や目的地までの距離などに応じて、溶媒や電解液の種類を適宜変更して、所望の出力電圧が得られる電解液を調製することができる。例えば、中性電解液とアルカリ性電解液とを使い分けることによって、低コスト化が可能であり、低出力使用時の放電ロスを軽減することができる。
ここで、空気電池システムにおける制御フローについて図面を用いて説明する。図４は、第２又は第３の形態に係る空気電池システム（図２又は図３参照。）における処理フローの一例を説明するフロー図である。
図４に示すように、空気電池の放電開始と共に制御フローを開始する。
ステップ１（図中では「Ｓ１」と記載する。また、以下同様に記載する。）においては、制御手段の一例である演算制御装置５０が、予め取得してある規定電解液量データと電解液量測定器３０から入力される電解液量データとを対比して、電解液量データが規定電解液量データ以上であるか否かを判断する。制御手段の一例である演算制御装置５０が、電解液量データが規定電解液量データ以上でないと判断したときは、Ｓ２に進む。一方、制御手段の一例である演算制御装置５０が、電解液量データが規定電解液量データ以上であると判断したときは、Ｓ６に進む。
Ｓ２においては、制御手段の一例である演算制御装置５０が、予め取得してある規定出力電圧データと出力電圧測定器４０から入力される出力電圧データとを対比して、出力電圧データが規定出力電圧データ以上であるか否かを判断する。制御手段の一例である演算制御装置５０が、出力電圧データが規定出力電圧データ以上であると判断したときは、Ｓ３に進む。一方、制御手段の一例である演算制御装置５０が、出力電圧データが規定出力電圧データ以上でないと判断したときは、Ｓ９に進む。
Ｓ３においては、制御手段の一例である演算制御装置５０が、電解液量データから規定電解液量データとなる溶媒の必要量を算出して、Ｓ４に進む。
Ｓ４においては、制御手段の一例である演算制御装置５０が、弁２３Ａの開閉を制御して、必要量の溶媒を供給して、Ｓ５に進む。これにより、
Ｓ５においては、制御手段の一例である演算制御装置５０が、放電を継続するか否かを判断する。制御手段の一例である演算制御装置５０が放電を継続しないと判断したときは、空気電池の放電終了と共に制御フローを終了する。一方、制御手段の一例である演算制御装置５０が、放電を継続すると判断したときは、Ｓ１に戻る。
Ｓ６においては、制御手段の一例である演算制御装置５０が、予め取得してある規定出力電圧データと出力電圧測定器４０から入力される出力電圧データとを対比して、出力電圧データが規定出力電圧データ以上であるか否かを判断する。制御手段の一例である演算制御装置５０が、出力電圧データが規定出力電圧データ以上でないと判断したときは、Ｓ７に進む。一方、制御手段の一例である演算制御装置５０が、出力電圧データが規定出力電圧データ以上であると判断したときは、Ｓ１に戻る。
Ｓ７においては、制御手段の一例である演算制御装置５０が、出力電圧データから規定出力電圧データとなる電解質の必要量を算出して、Ｓ８に進む。
Ｓ８においては、制御手段の一例である演算制御装置５０が、弁２３Ｂの開閉を制御して、必要量の電解質Ｅを供給して、Ｓ５に進む。
Ｓ９においては、制御手段の一例である演算制御装置５０が、電解液量データ及び出力電圧データから規定電解液液量データ及び規定出力電圧データとなる溶媒及び電解質の必要量を算出して、Ｓ１０に進む。
Ｓ１０においては、制御手段の一例である演算制御装置５０が、弁２３Ａ，２３Ｂの開閉を制御して、必要量の溶媒Ｓ及び電解質Ｅを供給して、Ｓ５に進む。
上述のように、制御手段が、空気電池が放電状態であり、かつ、該空気電池における電解液量データが当該空気電池における規定電解液量データ未満であり、かつ、該空気電池における出力電圧データが当該空気電池における規定出力電圧データ以上であると判断したときに、規定電解液量データとなる溶媒の必要量を算出し、供給手段に必要量の溶媒を電解液保持部へ供給させることにより、放電中の電解液の液枯れを抑制ないし防止すると共に、溶媒の過剰供給を防止して、空気電池を安定的に作動させることができる。
また、上述のように、制御手段が、空気電池が放電状態であり、かつ、該空気電池における電解液量データが当該空気電池における規定電解液量データ以上であり、かつ、該空気電池における出力電圧データが当該空気電池における規定出力電圧データ未満であると判断したときに、規定出力電圧データとなる電解質の必要量を算出し、供給手段に必要量の電解質を電解液保持部へ供給させることにより、運転状態に応じて無駄なく電解質を供給可能であり、放電中の電解液の液枯れを抑制ないし防止すると共に、溶媒の過剰供給を防止して、空気電池の出力を回復し、かつ、安定的に作動させることができる。
更に、上述のように、制御手段が、空気電池が放電状態であり、かつ、該空気電池における電解液量データが当該空気電池における規定電解液量データ未満であり、かつ、該空気電池における出力電圧データが当該空気電池における規定出力電圧データ未満であると判断したときに、規定電解液量データ以上となる溶媒の必要量及び規定出力電圧データとなる電解質の必要量を算出し、供給手段に必要量の溶媒及び電解質、又は電解液を電解液保持部へ供給させることにより、運転状態に応じて無駄なく電解質を供給可能であり、放電中の電解液の液枯れを抑制ないし防止すると共に、溶媒の過剰供給を防止して、空気電池の出力を回復し、かつ、安定的に作動させることができる。
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。
すなわち、上述した各形態の空気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。
また、本発明の空気電池システムに適用される空気電池は、複数の単セルが積層された構造を有し、かつ、複数の単セルが電気的に直列接続された構造を有するものであることが好ましい。このような空気電池は、各単セルの異常放電や発熱が他の単セルの性能に影響を及ぼしやすいためである。
更に、本発明の空気電池システムに適用される空気電池は、一次電池及び二次電池のいずれの用途にも適用することができるが、負極における負極活物質を使い切ろうとする一次電池の用途に適用されるものであることが好ましい。このような空気電池は、負極活物質の減少により、電解液保持部において負極の露出が起こりやすいためである。
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ 空気電池システム
１０ 空気電池
１１ 負極
１２ 正極
１３ 電解液保持部
２０ 供給手段
２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ 容器
２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ 供給路
２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ 弁
３０ 電解液量測定器
４０ 出力電圧測定器
５０ 制御手段（演算制御装置）
Ｓ 溶媒
ＥＳ 電解液
Ｅ 電解質
１０ 空気電池
１１ 負極
１２ 正極
１３ 電解液保持部
２０ 供給手段
２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ 容器
２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ 供給路
２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ 弁
３０ 電解液量測定器
４０ 出力電圧測定器
５０ 制御手段（演算制御装置）
Ｓ 溶媒
ＥＳ 電解液
Ｅ 電解質
Claims (6)
- 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を有する空気電池と、
溶媒及び電解液の少なくとも一方を電解液保持部へ供給する機能を有する供給手段と、
電解液保持部における電解液量を測定する電解液量測定器と、
空気電池における出力電圧を測定する出力電圧測定器と、
電解液量測定器から入力される電解液量データ及び出力電圧測定器から入力される出力電圧データに基づいて、溶媒及び電解液の少なくとも一方を電解液保持部へ供給するために供給手段を制御して、出力電圧測定器から入力される出力電圧データを予め取得してある空気電池における規定出力電圧データにする機能を有する制御手段と、を備える
ことを特徴とする空気電池システム。 - 供給手段が、電解質を電解液保持部へ供給する機能を有し、
制御手段が、電解液量測定器から入力される電解液量データ及び出力電圧測定器から入力される出力電圧データに基づいて、電解質を電解液保持部へ供給するために供給手段を制御する機能を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の空気電池システム。 - 制御手段が、予め取得してある電解液保持部における規定電解液量データ及び空気電池における規定出力電圧データと、電解液量測定器から入力される電解液量データ及び出力電圧測定器から入力される出力電圧データとをそれぞれ対比して得られた結果に基づいて、溶媒及び電解液の少なくとも一方、並びに電解質の少なくとも一方を電解液保持部へ供給するために供給手段を制御する機能を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の空気電池システム。
- 請求項３に記載の空気電池システムにおいて、
制御手段が、空気電池が放電状態であり、かつ、該空気電池における電解液量データが当該空気電池における規定電解液量データ未満であり、かつ、該空気電池における出力電圧データが当該空気電池における規定出力電圧データ以上であると判断したときに、規定電解液量データとなる溶媒の必要量を算出し、供給手段に必要量の溶媒を電解液保持部へ供給させる
ことを特徴とする空気電池システム。 - 請求項３又は４に記載の空気電池システムにおいて、
制御手段が、空気電池が放電状態であり、かつ、該空気電池における電解液量データが当該空気電池における規定電解液量データ以上であり、かつ、該空気電池における出力電圧データが当該空気電池における規定出力電圧データ未満であると判断したときに、規定出力電圧データとなる電解質の必要量を算出し、供給手段に必要量の電解質を電解液保持部へ供給させる
ことを特徴とする空気電池システム。 - 請求項３〜５のいずれか１つの項に記載の空気電池システムにおいて、
制御手段が、空気電池が放電状態であり、かつ、該空気電池における電解液量データが当該空気電池における規定電解液量データ未満であり、かつ、該空気電池における出力電圧データが当該空気電池における規定出力電圧データ未満であると判断したときに、規定電解液量データ以上となる溶媒の必要量及び規定出力電圧データとなる電解質の必要量を算出し、供給手段に必要量の溶媒及び電解質、又は電解液を電解液保持部へ供給させる
ことを特徴とする空気電池システム。
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