TWI473325B - Air battery pack and air battery system - Google Patents
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Description
本發明係有關搭載於車輛等之空氣電池匣及空氣電池系統。
過去，在將複數個串聯而構成之空氣電池所成之電池單元收納於電池殼的構成型空氣電池當中，為了防止過放電時之漏液，習知會在電池殼的通氣孔設置經撥水處理之過濾膜構造(例如參照專利文獻1)。
此外，在鈕扣型空氣電池中，為了避免透過設於正極殼的空氣孔而漏液，習知會在空氣極與正極殼之間配置由表面層具吸水性之纖維所成的空氣擴散紙構造(例如參照專利文獻2)。
〔專利文獻1〕日本特開平5-13113號公報
〔專利文獻2〕日本特開平6-349529號公報
然而，專利文獻1記載之構成型空氣電池中，例如會因為過濾膜破損而電解液有從通氣孔漏出之虞，且由於將經撥水處理的過濾膜設置於通氣孔，故擔心其有很大的壓力損失。此外，專利文獻2記載之空氣電池中，例如會因為空氣擴散紙破損而電解液有從空氣孔漏出之虞，且由於將空氣擴散紙設置於空氣孔，故擔心其有很大的壓力損失。
鑑此，本發明的目的在於提供一種能夠防止電解液漏出，且壓力損失少的空氣電池匣及空氣電池系統。
本發明第1態樣之空氣電池匣，係具有在正極材與負極材之間保持電解液之電解液層，將分別形成有用來使空氣與該正極材流動接觸之空氣通路的複數個空氣電池，排列成在該些空氣電池之間形成空氣通路；該空氣電池匣，是在空氣通路設置吸收從電解液層漏出之電解液而膨潤，以堵塞空氣通路之漏出防止材。
本發明第2態樣之空氣電池系統，係使用空氣電池匣，該空氣電池匣具有在正極材與負極材之間保持電解液之電解液層，將分別形成有用來使空氣與該正極材流動接觸之空氣通路的複數個空氣電池，排列成在該些空氣電池之間形成空氣通路；該空氣電池系統，具有：在與空氣通路連接之空氣供給管，吸收從電解液層漏出之電解液而膨潤，以堵塞空氣通路之漏出防止材；及偵測來自空
氣電池匣的電解液漏出之漏液偵測感測器；及用來遮蔽空氣通路之開關閥；及當偵測出電解液漏出時，關閉開關閥以遮蔽空氣通路之空氣流通遮斷手段。
20，30，α‧‧‧空氣通路
24，33‧‧‧壓力偵測感測器
25，34‧‧‧開關閥
26，31‧‧‧漏液偵測感測器
60‧‧‧空氣電池
B‧‧‧空氣電池匣
D1‧‧‧第1空氣流通遮蔽手段
D2‧‧‧第2空氣流通遮蔽手段
S‧‧‧漏出防止材
[圖1]圖1為本發明實施形態的空氣電池系統概略構成示意方塊圖。
[圖2]圖2為本發明實施形態的空氣電池系統部分示意立體圖。
[圖3]圖3(A)為母線(bus bar)與空氣電池匣之連結狀態示意立體圖。圖3(B)為與母線連結連接之空氣電池匣和空氣的流通狀態示意立體圖。
[圖4]圖4(A)為配置於空氣供給管內之，非膨潤時的漏出防止材示意截面圖。圖4(B)為配置於空氣供給管內之，膨潤時的漏出防止材示意截面圖。
[圖5]圖5為構成本發明實施形態的空氣電池匣的一部分之空氣電池立體圖。
以下參照圖面說明本實施形態，但本發明之技術範圍應依據申請專利範圍之記載而決定，並非僅由以下形態所限制。此外，為求便於說明，圖面的尺寸比率有所誇大，可能與實際比率不同。
本發明實施形態之空氣電池系統A，如圖1所示，具備：複數個空氣電池匣(以下僅稱為「匣」)B、及將複數個匣B裝卸自如之匣盒C、及透過饋送管6而與匣盒C連接之電解液槽5。
複數個匣B的各個，是由注液型之空氣電池60排列複數個而構成。本發明實施形態中，是以注液型空氣電池作為空氣電池60的一例來說明，但空氣電池60的種類並不限定於此，可使用各種種類。此外，圖1中雖揭示三個匣B，但匣B的個數並未特別限定。再者，構成匣B的空氣電池60之個數亦未特別限定。
電解液槽5係貯留用來對空氣電池60注液之電解液W。作為電解液W，可使用以氫氧化鉀(KOH)或氯化物為主成分之水溶液或非水溶液。與電解液槽5連結之饋送管6，係與裝配於匣盒C的各匣B連結。饋送管6是將貯留於電解液槽5的電解液W饋送至各匣B。在饋送管6配設有開關閥7。開關閥7與控制單元D的輸出側連接，藉由控制單元D而適時開關驅動。
匣盒C具備：可容納複數個匣B之框體10、及設於框體10內之母線(bus-bar)50。母線50與各匣B的連接部64連接。在匣盒C的框體10，分別連接有：用來將空氣供給至匣盒C之空氣供給管(以下亦稱為「空氣通路」)20、以及用來從匣盒C排出空氣之空氣排出管(以下亦稱為「空氣通路」)30。
在空氣供給管20，從空氣導入至空氣電池系
統A之側(上游側)至匣盒C側(下游側)，依序配設有：用來除去微塵等之過濾膜21、用來壓送空氣之鼓風機22、溫度感測器23、壓力偵測感測器24、開關閥25及漏液偵測感測器26。
鼓風機22及開關閥25，係與控制單元D的輸出側連接，藉由控制單元D而適時驅動。溫度感測器23、壓力偵測感測器24及漏液偵測感測器26，係與控制單元D的輸入側連接。
溫度感測器23，係偵測空氣供給管20內的溫度，並將偵測之溫度資料輸出至控制單元D。壓力偵測感測器24，係偵測空氣供給管20內的壓力，並將偵測之壓力資料輸出至控制單元D。漏液偵測感測器26，係偵測空氣供給管20內有無漏液，並將偵測之有無漏液資訊輸出至控制單元D。
另一方面，在空氣排出管30，從自匣盒C排出之空氣的上游側至下游側，依序配設有：漏液偵測感測器31、溫度感測器32、壓力偵測感測器33及開關閥34。開關閥34與控制單元D的輸出側連接，藉由控制單元D而適時開關驅動。漏液偵測感測器31、溫度感測器32及壓力偵測感測器33，係與控制單元D的輸入側連接。
漏液偵測感測器31，係偵測空氣排出管30內有無漏液，並將偵測之有無漏液資訊輸出至控制單元D。溫度感測器32，係偵測空氣排出管30內的溫度，並將偵
測之溫度資料輸出至控制單元D。壓力偵測感測器33，係偵測空氣排出管30內的壓力，並將偵測之壓力資料輸出至控制單元D。
在空氣供給管20的開關閥25的上游側位置、以及空氣排出管30的開關閥34的下游側位置，連結有迂迴用管40的兩端。圖1中，迂迴用管40的一端，係連結於空氣供給管20的開關閥25與壓力偵測感測器24之間。在迂迴用管40配設有開關閥41。開關閥41與控制單元D的輸出側連接，藉由控制單元D而適時開關驅動。藉由適時打開開關閥41，能夠使導入空氣電池系統A之空氣透過迂迴用管40而迂迴至排出側。
控制單元D是由中央處理裝置(CPU)或介面電路等所構成。控制單元D藉由執行規定之程式，而發揮下述各功能。控制單元D(第1空氣流通遮蔽手段D1)，是當以漏液偵測感測器26、31偵測出電解液W漏出時，控制以使開關閥25、34關閉，而具有遮蔽空氣通路20、30之功能。如此一來，便能使空氣電池60的動作停止。又，控制單元D(第2空氣流通遮蔽手段D2)，是當以壓力偵測感測器24、33偵測出空氣通路20、30的壓力上昇時，控制以使開關閥25、34關閉，而具有遮蔽空氣通路20、30之功能。
匣盒C的框體10，如圖1及圖2所示，例如具有直方體形狀。框體10具備：長方形的底板11、及在底板11的四邊線直立設置之側板12~15、及在側板12~
15上配設之上板16。
在框體10的上板16，如圖2所示，用來裝卸複數個匣B之匣用裝卸口16a~16c，係以規定之間隔設置。複數個匣B，如圖2箭頭所示般透過匣用裝卸口16a~16c而插入至框體10內。
在框體10的側板12上靠近側板15處，配設有用來將空氣導入框體10內之導入口12a。另一方面，在框體10的側板14上靠近側板13處，配設有用來將在框體10內流通的空氣排出之排出口14a。在導入口12a及排出口14a，分別連接有空氣供給管20及空氣排出管30。
如圖1及圖3所示，在框體10的底板11上配設有母線50。母線50與裝配於其上之複數個匣B電性連接，以便將來自匣B的電力取出至外部。母線50具有：裝配複數個匣B之基台53、及在基台53的裝配面突設而與複數個匣B電性連接之連接部51、及配設於基台53的裝配面而用來分隔複數個匣B之分隔構件52。
如圖2所示，將導入口12a與排出口14a分別配置側板12、14上偏移之位置，藉此，如圖3所示，從導入口12a流入框體10內的空氣，會與構成母線50上裝配的匣B之空氣電池60流動接觸後，再從排出口14a排出。
此處，在空氣供給管20內，如圖4(A)所示配置有漏出防止材S。漏出防止材S，具有當吸收電解
液W便會膨潤而堵塞空氣供給管(空氣通路)20之功能。作為漏出防止材S，例如可使高分子聚合物，此外還可使用形成水合物(hydrate)之無機鹽、或該些高分子聚合物與無機鹽之混合物等。
漏出防止材S，在圖1所示中例如是配置於開關閥25與漏液偵測感測器26之間。漏液偵測感測器26，較佳是配置成相較於漏出防止材S更靠近匣B。換言之，較佳是將漏出防止材S配置於漏液偵測感測器26的上游側。漏液偵測感測器26配置成相較於漏出防止材S更靠近匣B，如此便能及早且確實地偵測出電解液W漏出。
漏出防止材S，在吸收電解液W前之狀態，亦即非膨潤狀態下，係配置成不會堵塞空氣供給管20內。漏出防止材S的配置方式並未特別限定，可適當選擇。舉例來說，漏出防止材S亦可環繞空氣供給管20內的全周而設置。此外，漏出防止材S亦可在空氣供給管20內的圓周方向設置於相向的兩處，或亦可以等間隔設置於三處。此外，漏出防止材S亦可在空氣供給管20的長邊設置於複數處。
在空氣供給管20的與長邊垂直之截面中，漏出防止材S在非膨潤時之截面積，較佳為空氣供給管(空氣通路)20的截面積的1/20~1/2。漏出防止材S在非膨潤時之截面積，做成空氣供給管20的截面積的1/2以下，如此便能良好地進行空氣供給。此外，漏出防止材S
在非膨潤時之截面積，做成空氣供給管20的截面積的1/20以上，如此便能在膨潤時確實地堵塞空氣供給管20。
漏出防止材S，是當電解液W從匣盒C漏出至空氣供給管20內時，會如圖4(B)所示般吸收電解液W而膨潤，堵塞空氣供給管(空氣通路)20。其結果，能夠藉由漏出防止材S而防止電解液W漏出至上游側。
又，漏出防止材S亦可配置於空氣排出管30內，如同空氣供給管20內。漏出防止材S，例如配置於空氣排出管30的漏液偵測感測器31與溫度感測器32之間。配置於空氣排出管30內之漏出防止材S，當電解液W從匣盒C漏出至空氣排出管30內時，會吸收電解液W而膨潤，藉此堵塞空氣排出管30內。其結果，能夠藉由漏出防止材S而防止電解液W漏出至下游側。
匣B如圖5所示，係為具有複數個空氣電池60之電池組。複數個空氣電池60，彼此係串聯或並聯連接。另，圖5中，為求方便僅揭示兩個空氣電池60，但亦可排列更多數(三個以上)的空氣電池60。此外，圖1所示與母線50之連接部64，在圖5中為求方便故省略。
本發明實施形態之空氣電池60的各個，具有：朝上面開口之方形的框體61、及在框體61內自上方依序層積之液密透氣膜62、正極層、電解液層及負極層(均省略圖示)。
作為框體61之材料，例如可使用聚丙烯
(PP)或工程塑膠等具有耐電解液性之樹脂。
液密透氣膜62具有液密透氣性。亦即，在液密透氣膜62，形成有多數個微細孔，用來對正極層進行氣體(空氣)供給。另一方面，液密透氣膜62為了不使電解液W漏出至外部，係具有很強的撥水性。作為液密透氣膜62之材料，可使氟樹脂等。
作為正極層，可使用含有觸媒而具有導電性，且多孔質之材料。作為負極層之材料，例如可使用鋰(Li)、鋁(Al)、鐵(Fe)、鋅(Zn)、鎂(Mg)等純金屬或合金。
複數個空氣電池60係疊合排列，以便在它們之間區隔形成空氣通路α。發電時，空氣會從空氣供給管20導入至匣盒C內。接著，導入之空氣會如圖5箭頭所示般流入空氣電池60間的空氣通路α，透過液密透氣膜62而與各空氣電池60的正極層流動接觸。
在框體61，設置有平行延伸的複數個分隔部63，以便將相鄰的空氣電池60以規定間隔隔離。藉由此分隔部63，在相鄰的空氣電池60間，空氣通路α會被分割成複數條。另，圖5中，空氣通路α是藉由分隔部63而被分割成複數條，但只要能將相鄰的空氣電池60以規定間隔隔離而形成空氣通路α，那麼亦可為一個空氣通路α。
在空氣通路α的吸氣口α1側，配設有漏出防止材S。漏出防止材S，是當電解液W從空氣電池60漏
出時，會吸收電解液W而膨潤，堵塞吸氣口α1。如此一來，便能防止電解液W從匣B漏出至外部。漏出防止材S在非膨潤時之截面積，如同配置於空氣供給管20時般，較佳為空氣通路α的截面積的1/20~1/2。另，圖5中，吸氣口α1藉由分隔部63而被分成複數個，故在複數個吸氣口α1各自設置漏出防止材S。
另，本發明實施形態中，雖在空氣通路α的吸氣口α1側配設漏出防止材S，但亦可不在吸氣口α1側而是在排氣口α2側配設漏出防止材S，或是亦可在吸氣口α1及排氣口α2雙方配設漏出防止材S。
按照本發明實施形態之空氣電池系統A，藉由在空氣通路20、30、α設置漏出防止材S，即使例如當空氣電池60因破損等而電解液W漏出時，防止材S也會吸收漏出的電解液W而膨潤以堵塞空氣通路20、30、α。其結果，能夠防止電解液W漏出。又，在空氣通路20、30、α中並未配置用來防止電解液W漏出之過濾膜等，故相較於配置過濾膜等之情形，能夠減少壓力損失。
此外，藉由使漏出防止材S膨潤而堵塞空氣通路20、30、α，能夠以小體積來防止電解液W漏出。
此外，藉由將漏出防止材S在非膨潤時之截面積，做成空氣通路20、30、α的截面積的1/20~1/2，能夠良好地進行空氣通路20、30、α內的空氣流通，且能將電解液W漏出抑制在最小限度。
此外，由於是在空氣通路α的吸氣口α1側或
排氣口α2側或它們雙方使漏出防止材S接近配置，故能確實地防止電解液W漏出。此外，藉由運用注液型之空氣電池60，即使空氣電池60沒有破損，但當伴隨電解液W注液而壓力上昇導致電解液W漏出時，也能確實地防止電解液W漏出。
此外，藉由互相串聯連接複數個空氣電池60，容易提高輸出。另一方面，藉由互相並聯連接複數個空氣電池60，即使電解液W漏出時，仍能繼續發電動作。
此外，配設偵測來自匣B的電解液W漏出之漏液偵測感測器26、31，以及配設用來遮蔽空氣通路的開關閥25、34，當偵測出電解液W漏出時，由於具有關閉開關閥25、34而遮蔽空氣通路20、30之空氣流通遮蔽手段D1，故當偵測出電解液W漏出時，能夠確實地停止發電動作。
此外，將漏液偵測感測器26、31配設成相較於漏出防止材S更靠近匣盒C，藉此便能及早且確實地偵測出漏液。
此外，當偵測出空氣通路20、30壓力上昇時，由於具有關閉開關閥25、34而遮蔽空氣通路之空氣流通遮蔽手段D2，故伴隨電解液W漏出而壓力上昇時，能夠確實地停止發電動作。
此外，將壓力偵測感測器24、33配設成相較於漏出防止材S更靠近匣盒B，藉此便能及早且確實地偵
測出漏液。
另，本發明並不限於上述實施形態，例如可運用於以下變形例。
本發明實施形態中，作為一例，係揭示匣B是排列成將空氣電池60間區隔形成為空氣通路α，但空氣通路亦可形成於空氣電池60間以外。舉例來說，亦可在框體61的彼此相向之框材，且與液密透氣膜62相向之高度位置，形成連通該框體61內外之吸氣孔與排氣孔，藉此將該些吸氣孔與排氣孔之間的液密透氣膜62作為空氣通路。
此外，本發明實施形態中，已說明分別在空氣電池60、匣B及空氣電池系統A配設漏出防止材S之情形，但亦可在空氣電池60、匣B或空氣電池系統A的其中一者配設漏出防止材S。此外，亦可在它們的其中二者配設漏出防止材S。
此外，本發明實施形態中，已說明在空氣電池60的吸氣口α1或排氣口α2等配設漏出防止材S之例子，但亦可與各空氣電池60的正極層相鄰而配置漏出防止材S。在此情形下，能將電解液W漏出抑制在最小限度。
日本特願2012-052418號(申請日：2012年3月9日)及日本特願2013-038577(申請日：2013年2月28日)之全部內容，被引用至此。
以上已循實施例說明了本發明之內容，但所
屬技術領域者當然明白，本發明並非由該些記載所限定，而可做各種變形及改良。
按照本發明，可運用於能夠防止電解液漏出，且壓力損失少的空氣電池匣及空氣電池系統。
20，30‧‧‧空氣通路
S‧‧‧漏出防止材
Claims (12)
- 一種空氣電池匣，係具有在正極材與負極材之間保持電解液之電解液層，將分別形成有用來使空氣與該正極材流動接觸之空氣通路的複數個空氣電池，排列成在該些空氣電池之間形成前述空氣通路；該空氣電池匣，其特徵為：於前述空氣通路設置漏出防止材，該漏出防止材係吸收從前述電解液層漏出的電解液而膨潤，以堵塞前述空氣通路。
- 如申請專利範圍第1項之空氣電池匣，其中，前述漏出防止材在非膨潤時之截面積，係做成前述空氣通路的截面積的1/20~1/2。
- 如申請專利範圍第1或2項之空氣電池匣，其中，在前述空氣通路的吸氣口側或排氣口側或它們雙方，配置前述漏出防止材。
- 如申請專利範圍第1或2項之空氣電池匣，其中，前述漏出防止材，為高分子聚合物。
- 如申請專利範圍第1或2項之空氣電池匣，其中，前述漏出防止材，為形成水合物之無機鹽。
- 如申請專利範圍第1或2項之空氣電池匣，其中，前述漏出防止材，為高分子聚合物與無機鹽之混合物。
- 如申請專利範圍第1或2項之空氣電池匣，其中，將前述複數個空氣電池串聯或並聯連接。
- 一種空氣電池匣，其特徵為：申請專利範圍第1至 6項任一項之空氣電池，為注液型。
- 一種空氣電池系統，係使用空氣電池匣，該空氣電池匣具有在正極材與負極材之間保持電解液之電解液層，將分別形成有用來使空氣與該正極材流動接觸之空氣通路的複數個空氣電池，排列成在該些空氣電池之間形成前述空氣通路；該空氣電池系統，其特徵為，配設有：與前述空氣通路連接之空氣供給管；吸收從前述電解液層漏出之電解液而膨潤，以堵塞前述空氣通路之漏出防止材；偵測來自前述空氣電池匣的電解液漏出之漏液偵測感測器；及用來遮蔽前述空氣通路之開關閥；又設置當藉由前述漏液偵測感測器偵測出電解液漏出時，關閉前述開關閥以遮蔽空氣通路之第1空氣流通遮蔽手段。
- 如申請專利範圍第9項之空氣電池系統，其中，將前述漏液偵測感測器配設成，相較於前述漏出防止材更靠近前述空氣電池匣。
- 如申請專利範圍第9或10項之空氣電池系統，其中，更具備：配設於前述空氣通路之壓力偵測感測器；及當藉由前述壓力偵測感測器偵測出空氣通路的壓力上昇時，關閉前述開關閥以遮蔽前述空氣通路之第2空氣流通遮蔽手段。
- 如申請專利範圍第11項之空氣電池系統，其中， 將前述壓力偵測感測器配設成，相較於前述漏出防止材更靠近前述空氣電池匣。
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