WO2016104133A1 - 電池モジュール及び発電システム - Google Patents

電池モジュール及び発電システム Download PDF

Info

Publication number
WO2016104133A1
WO2016104133A1 PCT/JP2015/084344 JP2015084344W WO2016104133A1 WO 2016104133 A1 WO2016104133 A1 WO 2016104133A1 JP 2015084344 W JP2015084344 W JP 2015084344W WO 2016104133 A1 WO2016104133 A1 WO 2016104133A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
cover member
electrode
cells
housing
battery
Prior art date
Application number
PCT/JP2015/084344
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
俊輔 佐多
吉田　章人
宏隆 水畑
正樹 加賀
Original Assignee
シャープ株式会社
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by シャープ株式会社 filed Critical シャープ株式会社
Publication of WO2016104133A1 publication Critical patent/WO2016104133A1/ja

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M12/00—Hybrid cells; Manufacture thereof
    • H01M12/04—Hybrid cells; Manufacture thereof composed of a half-cell of the fuel-cell type and of a half-cell of the primary-cell type
    • H01M12/06—Hybrid cells; Manufacture thereof composed of a half-cell of the fuel-cell type and of a half-cell of the primary-cell type with one metallic and one gaseous electrode
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a battery module and a power generation system. More specifically, the present invention relates to a battery module in which a plurality of cells are arranged inside a housing, and a power generation system using the battery module.
  • FIG. 17 is a schematic cross-sectional view showing an example of the structure of a conventional zinc-air battery
  • FIG. 18 is a schematic cross-sectional view for explaining a battery reaction in the zinc-air battery.
  • the zinc-air battery 110 has a structure in which a zinc electrode (negative electrode) 112 is provided in an alkaline electrolyte 119 and an air electrode (positive electrode) 117 is provided between the air flow path 118 and the electrolyte 119. Power is output from the zinc electrode 112 and the air electrode 117 as the battery reaction (discharge reaction) proceeds.
  • FIG. 6 is a plan view showing a surface disposed on a housing side of a cover member provided in the battery module of Embodiment 2.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of a cover member in the battery module of Embodiment 2, showing a cross section taken along line B1-B2 in FIG. 6 is a perspective view showing an arrangement of a plurality of cells stored in a battery module according to Embodiment 2.
  • FIG. 6 It is the perspective view which showed the battery module of Embodiment 3.
  • FIG. 6 is a plan view showing a surface disposed on a housing side of a cover member included in a battery module according to Embodiment 4.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view for explaining the configuration of the battery module of the first embodiment.
  • FIG. 2 is a perspective view illustrating a cover member included in the battery module of the first embodiment.
  • FIG. 3 is a plan view illustrating a surface disposed on the housing side of the cover member included in the battery module of the first embodiment.
  • 4 is a view for explaining electrical connection between the cover member and the cell in the battery module of Embodiment 1, and shows a cross section taken along line A1-A2 in FIG.
  • FIG. 5 is a perspective view showing an arrangement of a plurality of cells stored in the battery module of the first embodiment.
  • Each of the positive electrode output terminal 18 and the negative electrode output terminal 13 is preferably arranged in a line when the plurality of cells 10 are arranged side by side. Moreover, it is preferable that the positive electrode output terminal 18 and the negative electrode output terminal 13 are disposed along one side of the wall of the module housing 20 (for example, the right end in FIG. 5). According to these arrangements, the terminals and wiring portions 35 provided on the cover member 30 can be integrated.
  • the electrolytic solution is a liquid having an ionic conductivity by dissolving an electrolyte in a solvent.
  • the type of the electrolytic solution may be selected according to the type of metal constituting the metal electrode, and may be an electrolytic solution using an aqueous solvent (electrolyte aqueous solution), or an electrolytic solution using an organic solvent (organic electrolytic solution). There may be.
  • an alkaline aqueous solution such as an aqueous sodium hydroxide solution or an aqueous potassium hydroxide solution can be used as the electrolyte.
  • a neutral aqueous solution such as a sodium chloride aqueous solution can be used as the electrolytic solution.
  • an organic electrolyte can be used.
  • the electrolytic solution tank may have a partition wall (not shown) made of a solid electrolyte, the aqueous electrolyte solution may be stored on one side partitioned by the partition wall, and the organic electrolyte solution may be stored on the other side.
  • electrolyte solution contains the gelatinizer and may be gelatinized.
  • the gelling agent is not particularly limited, and any gelling agent used for gelling an electrolyte in the field of batteries can be used.
  • the fuel cartridge 14 includes an element such as a support 11, a metal electrode (negative electrode 12), a current collector, a negative electrode output terminal 13, and a conductive member that electrically connects the metal electrode or current collector and the negative electrode output terminal 13.
  • an element such as a support 11, a metal electrode (negative electrode 12), a current collector, a negative electrode output terminal 13, and a conductive member that electrically connects the metal electrode or current collector and the negative electrode output terminal 13.
  • Each element may be provided independently, or two or more elements may be integrated into one element.
  • the metal electrode may be in direct contact with the electrolytic solution, or an ion conductive separator may be provided between the metal electrode and the electrolytic solution.
  • the separator may be included in the fuel cartridge 14, may be included in the battery housing 16, or may be a separate member independent of them. When a separator is provided between the metal electrode and the electrolytic solution, the metal electrode can be replaced while preventing leakage of the electrolytic solution without limiting the insertion direction of the fuel cartridge 14 to the gravity direction.
  • the air electrode may be provided in direct contact with the atmosphere or may be provided in contact with the air flow path.
  • the air flow path is provided, not only oxygen gas but also water can be supplied to the air electrode by flowing humidified air through the air flow path.
  • the method for installing the air flow path is not particularly limited.
  • a current collecting member may be disposed on the side of the air electrode opposite to the side in contact with the electrolyte and formed on the current collecting member. By providing the current collecting member, the power of the metal-air battery can be efficiently output to the outside.
  • the shape and size of the module housing 20 and the opening thereof are not particularly limited as long as they can accommodate a plurality of cells 10, that is, stacks. Depending on the shape, size, and number of cells 10 to be accommodated. Is set as appropriate. Since the module housing 20 shown in FIG. 1 has a rectangular shape, it is suitable for saving the space inside the module housing 20 while accommodating and arranging a plurality of cells 10.
  • the module housing 20 may have a cylindrical shape, for example.
  • the position of the opening is preferably the upper surface or the side surface of the module housing 20, and is selected so that, for example, the cover member 30 can be easily removed when replacing the cell 10 in the battery module incorporated in the power generation system. May be.
  • the cover member 30 is a member that serves as a lid that closes the opening of the module housing 20.
  • the cover member 30 has a plurality of positive input terminals 33 that contact each positive output terminal 18 and a plurality of negative input terminals 34 that contact each negative output terminal 13.
  • the cover member 30 is provided with a wiring portion 35 that electrically connects the plurality of positive input terminals 33 and the plurality of negative input terminals 34 to each other.
  • the plurality of positive electrode input terminals 33, the plurality of negative electrode input terminals 34, and the wiring portion 35 it is possible to electrically connect the plurality of cells 10 constituting the stack only by attaching the cover member 30 to the module housing 20. can do.
  • FIG. 6 is an example of a cell stored in the battery module.
  • the positive output terminal 18 provided on the battery housing 16 and the negative output terminal 13 provided on the fuel cartridge 14 are the same.
  • the cover member 30 without the protruding portion 31 is used, and the positive input terminal 33 and the negative input terminal 34 are provided on the same plane of the cover member 30.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Hybrid Cells (AREA)

Abstract

本発明は、複数のセルの設置及び電気的接続を容易かつ確実に行うことができ、それによって発電を速やかに開始できる電池モジュール、及び、それを用いた発電システムを提供する。本発明の電池モジュールは、開口部を有する筐体と、上記開口部を閉鎖するカバー部材と、上記筐体に収容される複数のセルとを備える電池モジュールであって、上記複数のセルの各々は、正極及び負極を有し、更に、上記正極と電気的に接続された正極出力端子、及び、上記負極と電気的に接続された負極出力端子を、上記カバー部材に対向する側に有し、上記カバー部材は、上記正極出力端子に接触する複数の正極入力端子、及び、上記負極出力端子に接触する複数の負極入力端子を有し、更に、上記複数の正極入力端子及び上記複数の負極入力端子の間を互いに電気的に接続する配線部を有するものである。

Description

電池モジュール及び発電システム
本発明は、電池モジュール及び発電システムに関する。より詳しくは、筐体内部に複数のセルが配置された電池モジュール、及び、それを用いた発電システムに関するものである。
燃料電池の分野においては、一つのセル（「単電池」とも呼ばれる）の電圧が低いため、複数のセルを直列で接続し、電圧を高めることが行われている。なお、複数のセルを重ねてひとつにまとめたものは「スタック」と呼ばれる。スタックが用いられる燃料電池としては、例えば、金属空気電池が挙げられる。金属空気電池は、金属電極によりアノード（負極）が構成され、空気極によりカソード（正極）が構成される電池であり、高いエネルギー密度を有することから、実用化に向けた開発・研究が進められている。
金属空気電池の一例として亜鉛空気電池が挙げられる。図１７は、従来の亜鉛空気電池の構造の一例を示した模式断面図であり、図１８は、亜鉛空気電池における電池反応を説明するための模式的な断面図である。亜鉛空気電池１１０は、アルカリ性の電解液１１９中に亜鉛電極（負極）１１２が設けられ、空気流路１１８と電解液１１９との間に空気極（正極）１１７が設けられた構造を有し、電池反応（放電反応）が進行することにより亜鉛電極１１２と空気極１１７とから電力を出力する。
亜鉛空気電池１１０の電池反応において、亜鉛電極１１２を構成する金属亜鉛が電解液１１９中の水酸化物イオンと反応し、テトラヒドロキソ亜鉛酸イオンとなり、亜鉛電極１１２中に電子を放出する。また、このテトラヒドロキソ亜鉛酸イオンは分解して酸化亜鉛又は水酸化亜鉛が電解液１１９中に析出する。また、空気極１１７において、電子と水と酸素が反応することにより水酸化物イオンが生成され、この水酸化物イオンは、電解液１１９に移動する。このような電池反応が進行すると、亜鉛電極１１２の金属亜鉛が消費され、電解液１１９中に酸化亜鉛及び水酸化亜鉛が溜まっていくこととなる。したがって、亜鉛空気電池１１０による電力の出力を維持するためには、亜鉛電極１１２に金属亜鉛を供給する必要がある。
亜鉛空気電池を例示したように、金属空気電池においては、放電とともに負極金属が消費される。これに対して、負極金属を含む負極構造体を電池本体から着脱可能なカートリッジ（燃料カートリッジ）にする方式が提案されている（例えば、特許文献１及び２参照）。この方式の金属空気電池では、燃料カートリッジを空気極が設けられた電池本体に取り付けることによって放電が行われ、放電後に、使用済みの燃料カートリッジを新しい燃料カートリッジに交換し、再放電を可能とする、いわゆるメカニカル充電が採用される。この方式の利点を生かすためには、燃料カートリッジの着脱及び電気的接続が容易であることが重要である。
しかしながら、特許文献１に開示された金属空気電池では、導線を用いて端子等を接続する方法によって電気的な接続を行っており、スタックを構成する複数のセル同士の電気的接続を容易にしたものではなかった。また、導線の使用は、モジュールの重量を増加させ、コストを増加させるものであった。
また、特許文献２に開示された金属空気電池では、ハウジングに設けられたクリップを介して隣接セル間の電気的接続が行われていることから、基本的に直列接続のみに対応しており、並列接続に対応した構成ではなかった。このため、発電システムの仕様に応じて複数のセル同士の電気的接続を変更することは困難であった。更に、特許文献２に開示された金属空気電池の構成では、スタック中央のセルに異常があった場合に、異常があったセルのみを取り出すことが困難であった。
特表２００５－５０９２６２号公報 特開平１１－３０７１４０号公報
複数のセルを用いた電池モジュールで発電を開始するためには、各セルを所定の位置に設置する作業と、各セル間を電気的に接続する作業の両方が必要であり、煩雑であった。特に、上述した金属空気電池のように負極金属の交換を行いつつ継続的に使用する場合には、負極金属の交換のたびに各セル間を電気的に接続し直す作業を行うことになる。このため、カートリッジ方式を採用することで負極金属の交換を簡便にした場合であっても、複数の燃料カートリッジを交換してから発電を開始するまでに、（作業１）各セルに燃料カートリッジを挿入する、（作業２）各セル間を配線によって電気的に接続する、（作業３）複数のセルを収納する筐体に蓋をする、といった主に３つの作業を行う必要があった。特に（作業２）では、燃料カートリッジ側の負極と電池筐体側の正極とを配線で複数箇所接続しなければならないため、発電を開始するまでに時間を要したり、配線の接続間違いが生じたりするおそれがあった。
上記特許文献１及び２に開示された金属空気電池においても、セル間の電気的接続や、セルの設置（交換を含む）の作業性に改善の余地があり、より作業性に優れた構造を有する電池モジュールが求められていた。
本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、複数のセルの設置及び電気的接続を容易かつ確実に行うことができ、それによって発電を速やかに開始できる電池モジュール、及び、それを用いた発電システムを提供することを目的とするものである。
本発明者らは、複数のセルの設置及び電気的接続を容易かつ確実に行う方法について鋭意検討したところ、複数のセルを収納する筐体の蓋を構成するカバー部材に着目した。そして、カバー部材に、複数のセルの正極側及び負極側の接点（端子）と接触して電気的に導通させるための接点（端子）を設け、更にカバー部材に設けた各接点（端子）を電気的に導通させるための配線部を設けることによって、カバー部材の設置と、複数のセル間の電気的接続とを同時に行うことができることを見出した。これにより、本発明者らは、上記課題をみごとに解決することができることに想到し、本発明に到達した。
すなわち、本発明の一態様は、開口部を有する筐体と、上記開口部を閉鎖するカバー部材と、上記筐体に収容される複数のセルとを備える電池モジュールであって、上記複数のセルの各々は、正極及び負極を有し、更に、上記正極と電気的に接続された正極出力端子、及び、上記負極と電気的に接続された負極出力端子を、上記カバー部材に対向する側に有し、上記カバー部材は、上記正極出力端子に接触する複数の正極入力端子、及び、上記負極出力端子に接触する複数の負極入力端子を有し、更に、上記複数の正極入力端子及び上記複数の負極入力端子の間を互いに電気的に接続する配線部を有する電池モジュールであってもよい。
また、本発明の別の態様は、複数の上記電池モジュールと、上記複数の電池モジュールを収容する収容部を有するシステム筐体とを備える発電システムであって、上記収容部には、上記電池モジュールの出力部と対応する位置に端子部が設けられている発電システムであってもよい。
本発明の電池モジュールは、上述した構成を有するので、複数のセルを収納する筐体にカバー部材を取り付けるだけで、複数のセルの電気的な接続とカバー部材の取付けという二つの作業を一度に完了することができ、発電を開始するまでの時間を短縮することができる。
また、本発明の発電システムは、上述した構成を有するので、本発明の電池モジュールの利点を損なうことなく、大きな電力を取り出すことができる。
実施形態１の電池モジュールの構成を説明するための分解斜視図である。 実施形態１の電池モジュールが備えるカバー部材を示した斜視図である。 実施形態１の電池モジュールが備えるカバー部材の筐体側に配置される面を示した平面図である。 実施形態１の電池モジュールにおけるカバー部材とセルとの電気的接続を説明するための図であり、図３中のＡ１－Ａ２線に沿った断面を示している。 実施形態１の電池モジュールに収納される複数のセルの配置を示した斜視図である。 電池モジュールに収納されるセルの一例である。 実施形態２の電池モジュールが備えるカバー部材を示した斜視図である。 実施形態２の電池モジュールが備えるカバー部材の筐体側に配置される面を示した平面図である。 実施形態２の電池モジュールにおけるカバー部材の断面図であり、図８中のＢ１－Ｂ２線に沿った断面を示している。 実施形態２の電池モジュールに収納される複数のセルの配置を示した斜視図である。 実施形態３の電池モジュールを示した斜視図である。 実施形態４の電池モジュールが備えるカバー部材の筐体側に配置される面を示した平面図である。 実施形態４の電池モジュールにおけるカバー部材と複数のセルとの配置関係を説明するための側面図であり、図１２中のＡ方向から見たときの側面を示している。 実施形態４のカバー部材の変形例を示した側面図であり、図１２中のＡ方向から見たときの側面を示している。 実施形態４の電池モジュールにおけるカバー部材と筐体との配置関係を説明するための側面図であり、図１２中のＢ方向から見たときの側面を示している。 実施形態５の発電システムの構成を説明するための斜視図である。 従来の亜鉛空気電池の構造の一例を示した模式断面図である。 亜鉛空気電池における電池反応を説明するための模式的な断面図である。
以下に実施形態を掲げ、本発明について図面を参照して更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施形態のみに限定されるものではない。なお、以下の説明において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する。
また、各実施形態の構成は、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜組み合わされてもよいし、変更されてもよい。
［実施形態１］
実施形態１に係る電池モジュールについて、図１～５を参照して説明する。
図１は、実施形態１の電池モジュールの構成を説明するための分解斜視図である。図２は、実施形態１の電池モジュールが備えるカバー部材を示した斜視図である。図３は、実施形態１の電池モジュールが備えるカバー部材の筐体側に配置される面を示した平面図である。図４は、実施形態１の電池モジュールにおけるカバー部材とセルとの電気的接続を説明するための図であり、図３中のＡ１－Ａ２線に沿った断面を示している。図５は、実施形態１の電池モジュールに収納される複数のセルの配置を示した斜視図である。
実施形態１に係る電池モジュールは、開口部を有する筐体２０と、上記開口部を閉鎖するカバー部材３０と、上記筐体２０に収容される複数のセル１０とを備える電池モジュールであって、上記複数のセル１０の各々は、正極１７及び負極１２を有し、更に、上記正極１７と電気的に接続された正極出力端子１８、及び、上記負極１２と電気的に接続された負極出力端子１３を、上記カバー部材３０に対向する側に有し、上記カバー部材３０は、上記正極出力端子１８に接触する複数の正極入力端子３３、及び、上記負極出力端子１３に接触する複数の負極入力端子３４を有し、更に、上記複数の正極入力端子３３及び上記複数の負極入力端子３４の間を互いに電気的に接続する配線部３５を有することを特徴とする。
＜複数のセル（スタック）＞
実施形態１の電池モジュールでは、開口部を有する筐体（以下では「モジュール筐体」ともいう）２０内に、複数のセル（単電池）１０が収容されている。複数のセル１０は、一列又は複数列に並んで配置されており、このように並んで配置された複数のセル１０をまとめて「スタック」とも呼ぶ。スタックを構成する複数のセル１０は、同一形状であることが好ましく、同一の大きさであることが好ましい。
各セル１０は、金属空気電池のセルであり、電池筐体１６と、電池筐体１６に挿入して取り付けられる交換式の燃料カートリッジ１４とを有する。電池筐体１６には、電解液を保持する電解液槽と、金属空気電池の正極１７として用いられる空気極が設けられている。燃料カートリッジ１４には、金属空気電池の負極（燃料極）１２として用いられる金属電極と、負極１２を支持する支持体１１とが設けられている。電池反応の進行とともに金属電極を構成する金属が消費された場合には、燃料カートリッジ１４を交換すれば、再びセル１０による発電が可能となる。
また、電池筐体１６及び燃料カートリッジ１４にはそれぞれ、電気を取り出すための出力端子が設けられている。電池筐体１６側の出力端子は、空気極と電気的に接続された正極出力端子１８であり、燃料カートリッジ１４側の出力端子は、例えば、支持体１１に設けられ、金属電極と電気的に接続された負極出力端子１３である。正極出力端子１８及び負極出力端子１３はそれぞれ、カバー部材３０に設けられた入力端子に電気的に接続されることから、カバー部材３０に対向する側に設けられている。なお、図５では、正極出力端子１８及び負極出力端子１３がそれぞれ上面の右端に並んで配置されているが、例えば、モジュール筐体２０の開口部がモジュール筐体２０の側面に設けられている場合には、正極出力端子１８及び負極出力端子１３を側面に設けてもよい。
正極出力端子１８及び負極出力端子１３の各々は、複数のセル１０を並べて配置した際に、列状に並んで配置されることが好ましい。また、正極出力端子１８及び負極出力端子１３は、モジュール筐体２０の壁の一辺（例えば、図５では右端）に沿って配置されることが好ましい。これらの配置によれば、カバー部材３０に設ける端子及び配線部３５を集約することができる。
以下、セル１０を構成する要素について詳述する。
電池筐体１６は、電解液槽内に電解液が溜められることから、電解液に対する耐食性を有する材料で形成されたものであることが好ましい。また、電池筐体１６には、電解液と金属電極とが接するように、燃料カートリッジ１４が取り付け可能である。すなわち、電池筐体１６には、金属電極を取り付けることができる支持部が設けられていることが好ましい。支持部の形態は特に限定されず、例えば、燃料カートリッジ１４を重力方向の上方から差し込むことによって電解液槽内で金属電極が収容される部分であってもよいし、電解液槽中に挿入された燃料カートリッジ１４の上端を保持する留め具であってもよい。更に、電池筐体１６の外壁部には、空気極が設けられている。なお、燃料カートリッジ１４及び空気極の取り付け位置は特に限定されるものではない。
電解液は、溶媒に電解質が溶解しイオン導電性を有する液体である。電解液の種類は、金属電極を構成する金属の種類によって選択すればよく、水溶媒を用いた電解液（電解質水溶液）であってもよく、有機溶媒を用いた電解液（有機電解液）であってもよい。
例えば、亜鉛空気電池、アルミニウム空気電池及び鉄空気電池の場合、電解液には、水酸化ナトリウム水溶液、水酸化カリウム水溶液等のアルカリ性水溶液を用いることができる。マグネシウム空気電池の場合、電解液には塩化ナトリウム水溶液等の中性水溶液を用いることができる。また、リチウム金属電池、ナトリウム空気電池及びカルシウム空気電池の場合、有機電解液を用いることができる。
また、電解液槽が固体電解質からなる隔壁（図示せず）を有し、隔壁で仕切られた一方側に電解質水溶液が溜められ、他方側に有機電解液が溜められてもよい。
また、電解液はゲル化剤を含み、ゲル化されていてもよい。ゲル化剤としては、特に限定されず、電池の分野で電解液をゲル化するために使用されるゲル化剤であれば用いることができる。
燃料カートリッジ１４は、支持体１１、金属電極（負極１２）、集電体、負極出力端子１３、及び、金属電極又は集電体と負極出力端子１３とを電気的に接続する導電部材等の要素によって構成されており、各要素は、独立して設けられてもよいし、２以上の要素が１つの要素に一体化されてもよい。
金属電極は、少なくとも電極活物質を含む。電極活物質としては、例えば、亜鉛、リチウム、ナトリウム、カルシウム、マグネシウム、アルミニウム、鉄、コバルト、カドミウム、パラジウム等の金属、それら金属の合金若しくは酸化物、又は、それら金属、合金若しくは酸化物を含む混合物が挙げられる。特に、燃料カートリッジ１４を運搬する観点から、電極活物質は、毒性の少ない亜鉛、マグネシウム、アルミニウム及び鉄からなる群から選択される一種類以上の金属、それら金属の合金若しくは酸化物を含むことが好ましい。
金属電極に含まれる金属又は合金からなる電極活物質は、電池の放電反応により電子を放出し、電解液中に溶解した後、金属酸化物、金属水酸化物等の金属化合物になって析出する。一方で、金属電極に電極活物質として含まれる酸化物は、電解液中で電析することにより、一部又は全部が金属に還元される。
また、金属電極には、必要に応じて、添加剤が添加されてもよい。例えば、亜鉛を主成分とする金属電極を用いる場合には、インジウム、ビスマス、アルミニウム、カルシウム等の添加剤を加えることにより、金属電極が自己腐食することを抑制することができる。
金属電極の形状は特に限定されないが、例えば、平板状が好適である。なお、金属電極は、一枚の金属板又は合金板で構成されてもよいが、例えば、集電体に電極活物質を圧着若しくは電析させて製造されてもよく、又、電極活物質である金属、合金又は酸化物の粒子と、結着剤（バインダ）と、必要に応じて添加される添加剤とを混練し、得られた混練物を更に集電体などに圧着することによって形成された導電板で構成されてもよい。
金属電極の配置は、電解液槽に保持された電解液と金属電極の間でイオンが伝導すれば特に限定されないが、燃料カートリッジ１４を電池筐体１６に取り付けた状態において、金属電極が、電解液槽中に、電極面が重力方向に対して平行となるように、言い換えれば、電極面が水平方向と交差するように配置されることが好ましい。また、燃料カートリッジ１４を電池筐体１６に取り付けた状態において、金属電極の電極面は、電極間距離が均一になるように、空気極の電極面に対向することが好ましい。
負極出力端子１３は、カバー部材３０に設けられた負極入力端子３４と電気的に接続できる部分であれば特に限定されず、金属、合金等の導電性の材料によって形成される。なお、図４では、負極出力端子１３が凸形状に形成されているが、負極出力端子１３の形状は特に限定されず、平坦であってもよいし、カバー部材３０に設けられた負極入力端子３４が凸形状であれば、凹形状にしてもよい。
また、金属電極は、電解液と直接接触してもよいし、金属電極と電解液の間に、イオン伝導可能なセパレータが設けられていてもよい。セパレータは、燃料カートリッジ１４が備えていてもよいし、電池筐体１６が備えていてもよいし、それらとは独立した別の部材であってもよい。金属電極と電解液の間にセパレータを設けた場合には、燃料カートリッジ１４の挿入方向を重力方向に限定しなくても、電解液の漏出を防止しながら金属電極を交換できる。
セパレータは、耐電解液性とイオン伝導性を有すればよく、固体電解質、多孔性樹脂の膜や不織布を用いることができる。固体電解質としては、例えば、イオン伝導性セラミック、イオン伝導性ガラスが挙げられる。多孔性樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロン６、ナイロン６６、ポリオレフィン、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール系材料、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）が挙げられる。電解液の流通が良くなるようにセパレータは親水化処理されていることが好ましい。多孔性樹脂には、亜鉛塩やリチウム塩等の電解質塩を分散させることでイオン伝導性を向上させてもよい。
空気極は、大気中の酸素ガスと水と電子から水酸化物イオン（ＯＨ－）を生成する電極である。空気極は、例えば、導電性の多孔性担体と上記多孔性担体に担持された空気極触媒とを含む構成からなる。このような構成によれば、空気極触媒上に、酸素ガスと水と電子を共存させることができ、電極反応を効率よく進行させることができる。空気極触媒は、微粒子状にして多孔性担体に担持させることが好ましい。電極反応に使われる水は、大気中から供給されてもよく、電解液から供給されてもよい。
多孔性担体としては、例えば、アセチレンブラック、ファーネスブラック、チャンネルブラック、ケッチェンブラック等のカーボンブラック；黒鉛、活性炭等の導電性カーボン粒子；気相法炭素繊維（ＶＧＣＦ）、カーボンナノチューブ、カーボンナノワイヤー等の炭素繊維を用いることができる。アセチレンブラックとしては、例えば、電気化学工業社製のデンカブラック（登録商標）を用いることができる。
多孔性担体は、その表面に陽イオン基が固定イオンとして存在するように表面処理がなされていてもよい。このことにより、多孔性担体の表面を水酸化物イオンが伝導できるため、空気極触媒上で生成した水酸化物イオンが移動しやすくなる。
また、空気極は、多孔性担体に担持されたアニオン交換樹脂を有してもよい。このことにより、アニオン交換樹脂を水酸化物イオンが伝導できるため、空気極触媒上で生成した水酸化物イオンが移動しやすくなる。
空気極触媒としては、例えば、白金、鉄、コバルト、ニッケル、パラジウム、銀、ルテニウム、イリジウム、モリブデン、マンガン等の金属；これらの金属原子を含む金属化合物；これらの金属の２種以上を含む合金を用いることができる。上記合金としては、白金、鉄、コバルト、ニッケルのうち少なくとも２種以上を含有する合金が好ましく、例えば、白金－鉄合金、白金－コバルト合金、鉄－コバルト合金、コバルト－ニッケル合金、鉄－ニッケル合金、鉄－コバルト－ニッケル合金を好適に用いることができる。
空気極は、大気に直に接して設けられてもよいし、空気流路に接して設けてもよい。空気流路が設けられる場合、空気流路に加湿された空気を流すことにより、空気極に酸素ガスだけでなく水を供給できる。空気流路の設置方法は特に限定されず、例えば、空気極の電解液と接する側とは反対側に集電部材を配置し、この集電部材に形成してもよい。集電部材を設けることにより、金属空気電池の電力を外部に効率よく出力することができる。
空気極は、電解液槽内の電解液に接触するように設けてもよい。このことにより、空気極で生成した水酸化物イオンが容易に電解液へ移動することができる。また、空気極における電極反応に必要な水が電解液から空気極に供給されやすくなる。
また、空気極は、電解液槽内の電解液に接触するように設けられたイオン交換部と接触して設けられてもよい。イオン交換部を設けることにより、空気極と電解液との間を移動するイオン種を限定することができる。イオン交換部は、アニオン交換膜であってもよい。このことにより、空気極で発生した水酸化物イオンがアニオン交換膜を伝導し、電解液へ移動することができ、かつ電解液中の陽イオンが空気極に移動するのを防止することができる。
正極出力端子１８は、カバー部材３０に設けられた正極入力端子３３と電気的に接続できる部分であれば特に限定されず、金属、合金等の導電性の材料によって形成される。なお、図４では、正極出力端子１８が凸形状に形成されているが、正極出力端子１８の形状は特に限定されず、平坦であってもよいし、カバー部材３０に設けられた正極入力端子３３が凸形状であれば、凹形状にしてもよい。
＜モジュール筐体＞
モジュール筐体２０及びその開口部は、複数のセル１０、すなわちスタックを収容できるものであれば、その形状及び大きさは特に限定されず、収容されるセル１０の形状、大きさ及び数に応じて、適宜設定される。図１に示したモジュール筺体２０は、方形状であることから、複数のセル１０を収容及び配列しつつ、モジュール筺体２０内部を省スペース化するのに適している。モジュール筺体２０の形状は、例えば、円筒状であってもよい。開口部の位置は、モジュール筐体２０の上面又は側面であることが好ましく、例えば、発電システムに組み込まれた電池モジュール内のセル１０を交換する際に、カバー部材３０を外しやすいように、選択してもよい。
モジュール筐体２０の材質は特に限定されず、加工性、重量、セル１０に利用される電解液への耐性等を考慮して適宜選択すればよい。モジュール筐体２０の内部には、複数のセル１０の他に、補機類、電装系が収納されてもよい。また、モジュール筐体２０には、複数のセル１０を所定の位置に配置するためのガイド部が設けられていてもよく、例えば、複数のセル１０が配置される領域を仕切る板状又は棒状の部材や、複数のセル１０を載せる領域を区切る枠状部材がモジュール筐体２０内部の下面に設けられてもよい。複数のセル１０が間隔を空けて配置される場合には、これらのガイド部材を設けることにより、各セル１０を安定的に保持することができる。
また、モジュール筺体２０は、正極１７が空気極である場合等には、モジュール筺体２０の少なくとも一つの側面に、モジュール筺体２０内部に空気を取り込むための複数の孔２１が設けられていてもよい。孔２１の形状は特に限定されない。孔２１は、モジュール筺体２０において、セル１０の長手方向に対して直交する二つの側面２０Ａのうちの少なくとも一方に設けられることが好ましく、対向する上記二つの側面２０Ａの両方に設けられることがより好ましい。このように、複数の孔２１を設けることで、モジュール筺体２０内で、正極１７（空気極）が延伸する方向に沿って空気が流れやすくなるため、発電効率を向上させることができる。
＜カバー部材＞
カバー部材３０は、モジュール筐体２０の開口部を閉鎖する蓋としての役割を有する部材である。本実施形態において、カバー部材３０には、各正極出力端子１８に接触する複数の正極入力端子３３、及び、各負極出力端子１３に接触する複数の負極入力端子３４を有する。これらの正極入力端子３３及び負極入力端子３４が設けられることにより、電池筐体１６に設けられた正極出力端子１８、及び、燃料カートリッジ１４に設けられた負極出力端子１３との電気的な接続をすることができる。また、カバー部材３０には、複数の正極入力端子３３及び複数の負極入力端子３４の間を互いに電気的に接続する配線部３５が設けられている。複数の正極入力端子３３、複数の負極入力端子３４及び配線部３５が設けられることにより、カバー部材３０をモジュール筐体２０に取り付けるだけで、スタックを構成する複数のセル１０間を電気的に接続することができる。
カバー部材３０の形状及び大きさは特に限定されず、モジュール筐体２０の開口部に応じて、適宜設定することができ、例えば、平板状にしてもよい。また、カバー部材３０は、複数の正極入力端子３３又は複数の負極入力端子３４が配置された突出部３１を有することが好ましく、本実施形態では、複数の正極入力端子３３が突出部３１に配置されている。このように複数の正極入力端子３３及び複数の負極入力端子３４の一方を突出部３１に配置することによって、正極１７と負極１２の判別を容易にし、かつ、正極－負極間の短絡を防止することができる。突出部３１の形状及び配置は、セル１０の形状、スタックの形状及び端子の配置に応じて適宜設計される。
なお、セル１０の形状によっては、突出部３１がカバー部材３０に設けられなくてもよい。図６は、電池モジュールに収納されるセルの一例である。図６に示したセルでは、燃料カートリッジ１４を電池筐体１６に取り付けた状態において、電池筐体１６に設けられた正極出力端子１８と、燃料カートリッジ１４に設けられた負極出力端子１３とが同一平面上に位置する。このようなセルに対しては、突出部３１が設けられていないカバー部材３０が用いられ、正極入力端子３３及び負極入力端子３４はカバー部材３０の同一平面上に設けられる。
カバー部材３０の材質は特に限定されず、加工性、重量等を考慮して適宜選択すればよいが、電解液が付着する可能性があることから、電解液に対する耐食性を有する材料で形成されたものであることが好ましい。
正極入力端子３３及び負極入力端子３４は、電池筐体１６及び燃料カートリッジ１４に設けられた正極出力端子１８及び負極出力端子１３と電気的に接続できる部分であれば特に限定されず、金属、合金等の導電性の材料によって形成される。
図３に示したように、本実施形態では、正極入力端子３３と負極入力端子３４とは、カバー部材３０の一端（図３の右端）に集約されている。これによって、カバー部材３０に設けられる複数の正極入力端子３３、複数の負極入力端子３４、及び、配線部３５の配置領域を最小化することができる。一方、正極入力端子３３と負極入力端子３４とは、カバー部材３０の一端と他端に分離して配置されてもよい。
また、図４では、正極入力端子３３及び負極入力端子３４が凸形状に形成されているが、正極入力端子３３及び負極入力端子３４の形状は特に限定されず、平坦であってもよいし、正極出力端子１８及び／又は負極出力端子１３が凸形状であれば、凹形状にしてもよい。
配線部３５は、金属、合金等の導電性の材料によって形成される。配線部３５のパターンは発電システムの仕様に応じて所望の電気的接続を行うように設計されればよく、図３に示したパターンは一例である。配線部３５は、カバー部材３０の電池筐体１６と対向する側の面に露出していてもよく、カバー部材３０内に埋設されていてもよい。
また、カバー部材３０の固定方法は特に限定されず、モジュール筐体２０及びカバー部材３０の少なくとも一方に、モジュール筐体２０及びカバー部材３０を一体化させるための留め具が設けられてもよい。
本実施形態の電池モジュールの使用方法の一例は、次のとおりである。
まず、電解液を入れた複数の電池筐体１６に対して、複数の燃料カートリッジ１４をそれぞれ挿入し、複数のセル（金属空気電池）１０を用意する。複数のセル１０で構成されたスタックをモジュール筐体２０内に収納し、その後、モジュール筐体２０の開口部を閉鎖するようにカバー部材３０を取り付ける。このとき、カバー部材３０の複数の正極入力端子３３及び複数の負極入力端子３４と、電池筐体１６の正極出力端子１８及び燃料カートリッジ１４の負極出力端子１３とが接触するようにカバー部材３０を取り付ける。このようにカバー部材３０を取り付けることによって、複数のセル１０が電気的に接続され、電池モジュールが構成される。電池モジュールの電力は、モジュール筐体２０又はカバー部材３０に設けられた出力部を介して外部に取り出すことができる。
本実施形態の電池モジュールの使用方法の別の一例では、まず、複数の電池筺体１６をモジュール筺体２０内に収納し、各電池筺体１６が有する電解液槽に電解液を注入する。次に、各電池筺体１６に燃料カートリッジ１４を挿入し、その後、モジュール筺体２０の開口部を閉鎖するようにカバー部材３０を取り付ける。
なお、本実施形態の電池モジュールの使用方法は特に限定されず、上記一例、及び、上記別の一例以外の方法が用いられてもよい。
上述した構成を有する実施形態１の電池モジュールによれば、以下の利点がある。
（１）複数のセル１０間の電気的な接続とカバー部材３０の取付けの二つの作業を一度に行うことができ、発電を開始するまでの時間を短縮することができる。また、複数のセル１０間を電気的に接続するための導線、及び、その接続作業が不要になるので、作業効率の向上に加えて、軽量化を図ることができる。更に、カバー部材３０をモジュール筺体２０に取り付けるだけで複数のセル１０間を電気的に接続できることによって、複数のセル１０間の電気的な接続を間違えることなどの人為的な失敗をなくすことができる。このように、間違った接続による短絡が防止されることで、燃料カートリッジ１４を交換する作業者などの安全性を向上することができる。
（２）カバー部材３０で燃料カートリッジ１４を電池筐体１６に押し付けるため、セル１０が傾いたときや揺れたとき等にセル１０から電解液が漏出することを防止でき、安全性が向上する。また、カバー部材３０により燃料カートリッジ１４が外れにくくなり、安全性が向上する。
（３）カバー部材３０で電池筐体１６の上部を密閉するため、万一電解液がセル１０から漏出しても、モジュール筐体２０外部への漏出は防止でき、安全性が向上する。
（４）カバー部材３０に設けられた複数の正極入力端子３３及び複数の負極入力端子３４によってセル１０の位置決めが容易になる。このため、セル１０下部に位置決めの部材が不要になる。また、各セル１０間に同様の空間が確保されるので、ばらつきなく全てのセル１０に空気を供給できる。
（５）カバー部材３０を取り換えるだけで、燃料カートリッジ１４及び電池筐体１６の設計を変更することなく、複数のセル１０の電気的な接続方法を変更することができる。したがって、同型の燃料カートリッジ１１及び電池筐体１６によって、様々な発電システムの仕様に対応することが容易である。
［実施形態２］
実施形態２の電池モジュールは、筐体２０内に複数列のスタックが収納されるように構成されたこと以外は、実施形態１の電池モジュールと同様である。図７は、実施形態２の電池モジュールが備えるカバー部材を示した斜視図である。図８は、実施形態２の電池モジュールが備えるカバー部材の筐体側に配置される面を示した平面図である。図９は、実施形態２の電池モジュールにおけるカバー部材の断面図であり、図８中のＢ１－Ｂ２線に沿った断面を示している。図１０は、実施形態２の電池モジュールに収納される複数のセルの配置を示した斜視図である。
複数のセル１０をモジュール筐体２０内に複数列に並べて配置する場合には、隣合う列同士で各端子を近づけた構成にすることによって、カバー部材３０に設けられる複数の正極入力端子３３、複数の負極入力端子３４、及び、配線部３５の配置領域を最小化することができる。本実施形態では、図１０に示したように、各端子を２列１組にして集約している。すなわち、隣接する２列のセル１０の正極出力端子３３及び負極出力端子３４は、向かい合わせに配置されている。また、カバー部材３０の突出部３１は、隣接する２列のセル１０の境界領域に対向して線状に配置され、突出部３１には、複数の正極入力端子（空気極接点）３３が２列で配置されている。そして、突出部３１を挟んだ両側には、複数の負極入力端子（燃料極接点）３４が１列ずつ配置されている。突出部３４に正極１７及び負極１２の一方を配置することによって、正極－負極間の短絡を防止することができる。また、２列１組に各端子を集約することによって、カバー部材３０に設けられる複数の正極入力端子３３、複数の負極入力端子３４、及び、配線部３５の配置領域を最小化することができる。
なお、本実施形態においても、配線部３５のパターンは発電システムの仕様に応じたものにすればよく、図８に示したパターンは一例である。
上述した構成を有する実施形態２の電池モジュールによれば、実施形態１の利点に加えて、以下の利点がある。
（１）２列１組として各端子を近くに集約することによって、配線部３５の長さを短くすることができ、コスト削減が可能になる。
（２）各端子及び配線部３５を集約することにより、カバー部材３０に各端子や配線部３５が配置されない広いスペースを確保できるので、そのスペースを他の部品の設置スペース等に有効活用できる。
［実施形態３］
実施形態３の電池モジュールは、モジュール筐体２０に付属機器が設けられたこと以外は、実施形態１の電池モジュールと同様である。図１１は、実施形態３の電池モジュールを示した斜視図である。
実施形態１の電池モジュールは、カバー部材３０でモジュール筐体２０に蓋をすることで、複数のセル１０間を電気的に接続し、カバー部材３０とモジュール筐体２０を固定すると共に、電池筐体１６や燃料カートリッジ１４も固定することができる。これにより、カバー部材３０をモジュール筐体２０に取り付けると同時に、発電可能な状態にできることに一つの特徴がある。本実施形態では、発電可能な状態を検知し、電池モジュールによる発電状態を制御するための付属機器がモジュール筐体２０に設けられている。付属機器としては、検知部、制御部、電源スイッチ２５、表示部２６、通信部、電装部などが挙げられる。上記検知部では、例えば、各セル１０の電圧、電池モジュールの電圧、電池モジュールから出力される電流などの情報を検知する。上記制御部では、例えば、発電開始、発電停止、発電時間、停止時間、電池残量などの情報を制御する。上記表示部２６では、例えば、発電開始、発電停止、発電時間、停止時間、電池残量などの情報を表示する。上記通信部としては、例えば、検知部で検知した情報、制御部で制御した情報、及び／又は、表示部２６で表示した情報を外部に送信するための通信手段が挙げられる。電装部としては、例えばブレーカーが挙げられる。
上記付属機器を設けることにより、例えば、モジュール筐体２０又はカバー部材３０に備えられた電池モジュールの出力部よりも手前で、複数のセル１０全体の電圧を検知部によって検知し、設定電圧以上であることが確認された場合には、制御部によって又は手動で、電池モジュールの電源スイッチ２５をオンにすることが可能である。また、表示部２６によって、発電可能な状態であること（例えば、電池モジュールの電圧値）を表示してもよい。
上述した構成を有する実施形態３の電池モジュールによれば、実施形態１の利点に加えて、以下の利点がある。
（１）カバー部材３０をモジュール筐体２０に取り付けるだけで、発電可能な状態であるか否かを確認することや、発電を開始させることができる。
［実施形態４］
実施形態４の電池モジュールは、カバー部材に位置決め用の突起部（ガイド）が設けられたこと以外は、実施形態１の電池モジュールと同様である。図１２は、実施形態４の電池モジュールが備えるカバー部材の筐体側に配置される面を示した平面図である。図１３は、実施形態４の電池モジュールにおけるカバー部材と複数のセルとの配置関係を説明するための側面図であり、図１２中のＡ方向から見たときの側面を示している。図１４は、実施形態４のカバー部材の変形例を示した側面図であり、図１２中のＡ方向から見たときの側面を示している。図１５は、実施形態４の電池モジュールにおけるカバー部材と筐体との配置関係を説明するための側面図であり、図１２中のＢ方向から見たときの側面を示している。
複数のセル１０、すなわちスタックを収納するモジュール筐体２０の上方からカバー部材３０を取り付ける際に、各端子の位置が見えなかったりカバー部材３０が重かったりするために、カバー部材３０を所望の位置に取り付けることが難しい場合がある。カバー部材３０の位置がずれると、各端子、電池筐体１６、燃料カートリッジ１４等が破損してしまうおそれがある。これに対して、本実施形態では、カバー部材３０の位置ずれを防止するためのガイドとして第一の突起部３６及び第二の突起部３７が設けられている。また、カバー部材３０の位置ずれ防止によって、複数のセル１０間に所定の空間を確実に形成できるので、空気極に供給する空気のための流路を確実に設けることができる。
第一の突起部３６は、カバー部材３０の各端子や配線部３５の周囲に配置されるものであり、カバー部材３０の各端子や配線部３５が設けられている面に設置されていれば、設置場所、形状、個数は特に限定されない。本実施形態では、図１３に示したように、第一の突起部３６を正極入力端子３３よりも高く形成し、正極入力端子３３の破損を防止している。第一の突起部３６の角にテーパーや丸みを付けると、スタックを収納するモジュール筐体２０に対してカバー部材３０をスムーズに取り付けることができ、好ましい。また、図１３では、正極入力端子３３の各々に対して、幅の狭い一対の第一の突起部３６が設けられているが、図１４に示したように、隣接する正極入力端子３３の間に、セル１０の間隔と同じ幅の第一の突起部３６Ａを設けてもよい。
第二の突起部３７は、カバー部材３０の隅に配置され、モジュール筐体２０の壁に勘合できるものである。第二の突起部３７の形状を調整することにより、カバー部材３０をスライドさせてモジュール筐体２０に取り付けることも可能となる。
上述した構成を有する実施形態４の電池モジュールによれば、実施形態１の利点に加えて、以下の利点がある。
（１）複数のセル１０間の電気的な接続とカバー部材３０の取付けという二つの作業を、位置ずれなく一度に行うことができる。
（２）複数のセル１０間に同様の空間を確保できることから、ばらつきなく全てのセル１０に空気を供給することができる。
（３）第一の突起部３６が端子よりも高いので、端子等の破損を防止することができる。
（４）第一の突起部３６の高さが、カバー部材３０内の他の部分よりも高い場合には、第一の突起部３６がカバー部材３０の足となり、図１３に示した状態で床等に置くことが可能である。
［実施形態５］
実施形態５の発電システムは、実施形態１～４のいずれかの電池モジュールを備えた発電システムに関する。図１６は、実施形態５の発電システムの構成を説明するための斜視図である。
図１６に示したように、実施形態５の発電システムは、システム筐体５０に、実施形態１～４のいずれかの電池モジュールを複数組み込んだ構成を有する。システム筐体５０には、電池モジュールを組み込むための複数のモジュール配置用のスペース（収容部）が設けられている。各スペースには、モジュール筐体２０又はカバー部材３０に設けられた電池モジュールの出力部と対応する位置に、電池モジュールとの電気的な接続を確保するための端子部が設けられている。また、システム筐体５０には、各スペースに設けられた端子部同士を電気的に接続するための配線部と、発電システムの外部に電気を出力するための出力部（導線、コンセント、電源プラグ等）が備えられている。実施形態５の発電システムにおいては、カバー部材３０を取り付けたモジュール筐体２０を、システム筐体５０に設けられた複数のモジュール配置用のスペースに入れることで発電システムが構築される。
システム筺体５０には、モジュール筺体２０と同様に、電池モジュールによる発電状態を制御するための付属機器が設けられている。付属機器としては、検知部、制御部、電源スイッチ、表示部、通信部、電装部などが挙げられる。電源スイッチ及び表示部は、システム筺体５０の外表面に設置されることが好ましい。
各モジュール配置用スペースには、各電池モジュール内で検出された情報を発電システムに送信するための信号端子が備えられてもよい。検出される情報の種類としては特に限定されず、例えば、セル（金属空気電池の単電池）１０の電圧、電池モジュール（スタック）の電圧、モジュール筐体２０内の温度・湿度、電池モジュールから出力した電気量、セル１０内の電解液の液面レベル（電解液量）、電解液の導電率、セル１０の抵抗値、モジュール筐体２０内の水素濃度等が挙げられる。これらの情報を発電システムに送信することによって、金属空気電池の利用に対する安全性を向上することができる。
また、システム筺体５０は、正極１７が空気極である場合等には、システム筺体５０の少なくとも一つの側面に、システム筺体５０内部に空気を取り込むための複数の孔５１が設けられていてもよい。孔５１の形状は特に限定されない。システム筺体５０の孔５１は、システム筐体５０内にモジュール筐体２０が設置された状態において、モジュール筺体２０の孔２１と連続するように配置されることが好ましい。このように、複数の孔５１を設けることで、正極１７（空気極）に供給される空気の量を増やすことができ、発電効率を向上させることができる。
なお、システム筺体５０は、本発明の金属空気電池を収容するものであれば特に限定されず、例えば、自動車などに本発明の金属空気電池を収容する際には、エンジン部の一部に組み込まれていてもよい。
上述した構成を有する実施形態５の発電システムによれば、実施形態１～４の利点に加えて、以下の利点がある。
（１）電池モジュールをシステム筐体５０に組み込むことにより、容易に電池モジュール間を電気的に接続することができ、容易にシステム容量を増加することができる。
（２）システム筐体５０に設けるモジュール配置用の筐体用スペースを増減することにより、様々な仕様の発電システムを構築することができる。
（３）カバー部材３０をモジュール筐体２０に取り付け、更にシステム筐体５０に組み込むだけで発電を開始することが可能になる。
なお、以上の実施形態では、本発明の電池モジュールに用いられるセル１０の一例として、正極１７が空気極、かつ負極１２が金属電極である金属空気電池について説明したが、本発明の電池モジュールに用いられるセル１０は金属空気電池に限られない。本発明は、複数のセル１０でスタックを構成する電池全般に適用可能であり、特に、電極を交換して継続的に使用する電池に好適である。
［付記］
本発明の一態様は、開口部を有する筐体２０と、上記開口部を閉鎖するカバー部材３０と、上記筐体２０に収容される複数のセル１０とを備える電池モジュールであって、上記複数のセル１０の各々は、正極１７及び負極１２を有し、更に、上記正極１７と電気的に接続された正極出力端子１８、及び、上記負極１２と電気的に接続された負極出力端子１３を、上記カバー部材３０に対向する側に有し、上記カバー部材３０は、上記正極出力端子１８に接触する複数の正極入力端子３３、及び、上記負極出力端子１３に接触する複数の負極入力端子３４を有し、更に、上記複数の正極入力端子３３及び上記複数の負極入力端子３４の間を互いに電気的に接続する配線部３５を有する電池モジュールであってもよい。上記態様の電池モジュールによれば、複数のセル１０を収納する筐体２０にカバー部材３０を取り付けるだけで、複数のセル１０の電気的な接続とカバー部材３０の取付けという二つの作業を一度に完了することができ、発電を開始するまでの時間を短縮することができる。
上記態様において、上記カバー部材３０は、上記複数の正極入力端子３３又は上記複数の負極入力端子３４が配置された突出部３１を有するものであってもよい。このような構成とすることで、正極１７と負極１２が短絡することを防止しやすい。また、カバー部材３０に複数の端子が存在していても、正極１７と負極１２を容易に判別することができる。
上記突出部３１を有する場合において、上記複数のセル１０は、上記筐体２０内に複数の列に並べられ、かつ、隣接する２列のセルの上記正極出力端子１８及び上記負極出力端子１３が向かい合わせに配置され、上記カバー部材３０の上記突出部３１は、上記隣接する２列のセルの境界領域に対向して線状に配置され、かつ、上記複数の正極入力端子３３及び上記複数の負極入力端子３４の一方が２列で配置された構造を有し、上記カバー部材３０は、上記突出部３１を挟んだ両側に、上記複数の正極入力端子３３及び上記複数の負極入力端子３４の他方が１列ずつ配置された構造を有するものであってもよい。このような構成とすることで、正極－負極間の短絡を防止しつつ、カバー部材３０に設けられる複数の正極入力端子３３、複数の負極入力端子３４、及び、配線部３５の配置領域を最小化することができる。
上記突出部３１を有する場合において、上記カバー部材３０は、上記突出部３１の上記正極入力端子３３又は上記負極入力端子３４の周囲に、位置決め用の突起部を有するものであってもよい。このような構成とすることで、カバー部材３０の位置ずれを防止し、筐体２０側の端子とカバー部材３０側の端子の電気的接続を確実に確保することができる。また、複数の正極入力端子３３、及び、複数の負極入力端子３４の損傷を防止することができる。
上記態様において、上記複数のセル１０の各々は、上記正極１７及び上記負極１２の少なくとも一方が着脱可能なカートリッジ構造を有するものであってもよい。このような構成とすることで、正極１７及び／又は負極１２の交換を容易に行うことができる。
上記態様において、上記正極１７が空気極であり、上記負極１２が金属を含むものであってもよい。このような正極１７及び負極１２を有するセル１０は、金属空気電池と呼ばれる。金属空気電池では、負極１２を交換しながら継続的に発電が行われることから、本発明のカバー部材３０を用いる利点が大きい。
また、本発明の別の態様は、複数の上記電池モジュールと、上記複数の電池モジュールを収容する収容部を有するシステム筐体５０とを備える発電システムであって、上記収容部には、上記電池モジュールの出力部と対応する位置に端子部が設けられている発電システムであってもよい。上記別の態様によれば、本発明の電池モジュールの利点を損なうことなく、大きな電力を取り出すことができる。
１０：セル
１１：支持体
１２：負極
１３：負極出力端子
１４：燃料カートリッジ
１６：電池筐体
１７：正極
１８：正極出力端子
２０：筐体（モジュール筐体）
２０Ａ：側面
２１：孔
２５：電源スイッチ
２６：表示部
３０：カバー部材
３１：突出部
３３：正極入力端子
３４：負極入力端子
３５：配線部
３６、３６Ａ：第一の突起部
３７：第二の突起部
５０：システム筐体
５１：孔
１１０：亜鉛空気電池
１１２：亜鉛電極
１１７：空気極
１１８：空気流路
１１９：電解液

Claims (5)

  1. 開口部を有する筐体と、
    前記開口部を閉鎖するカバー部材と、
    前記筐体に収容される複数のセルとを備える電池モジュールであって、
    前記複数のセルの各々は、正極及び負極を有し、更に、前記正極と電気的に接続された正極出力端子、及び、前記負極と電気的に接続された負極出力端子を、前記カバー部材に対向する側に有し、
    前記カバー部材は、前記正極出力端子に接触する複数の正極入力端子、及び、前記負極出力端子に接触する複数の負極入力端子を有し、更に、前記複数の正極入力端子及び前記複数の負極入力端子の間を互いに電気的に接続する配線部を有する
    ことを特徴とする電池モジュール。
  2. 前記カバー部材は、前記複数の正極入力端子又は前記複数の負極入力端子が配置された突出部を有することを特徴とする請求項１に記載の電池モジュール。
  3. 前記複数のセルは、前記筐体内に複数の列に並べられ、かつ、隣接する２列のセルの前記正極出力端子及び前記負極出力端子が向かい合わせに配置され、
    前記カバー部材の前記突出部は、前記隣接する２列のセルの境界領域に対向して線状に配置され、かつ、前記複数の正極入力端子及び前記複数の負極入力端子の一方が２列で配置された構造を有し、
    前記カバー部材は、前記突出部を挟んだ両側に、前記複数の正極入力端子及び前記複数の負極入力端子の他方が１列ずつ配置された構造を有する
    ことを特徴とする請求項２に記載の電池モジュール。
  4. 前記複数のセルの各々は、前記正極及び前記負極の少なくとも一方が着脱可能なカートリッジ構造を有することを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の電池モジュール。
  5. 複数の請求項１～４のいずれかに記載された電池モジュールと、
    前記複数の電池モジュールを収容する収容部を有するシステム筐体とを備える発電システムであって、
    前記収容部には、前記電池モジュールの出力部と対応する位置に端子部が設けられていることを特徴とする発電システム。 
PCT/JP2015/084344 2014-12-26 2015-12-08 電池モジュール及び発電システム WO2016104133A1 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014-264514 2014-12-26
JP2014264514 2014-12-26

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2016104133A1 true WO2016104133A1 (ja) 2016-06-30

Family

ID=56150163

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2015/084344 WO2016104133A1 (ja) 2014-12-26 2015-12-08 電池モジュール及び発電システム

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2016104133A1 (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016152134A (ja) * 2015-02-17 2016-08-22 藤倉ゴム工業株式会社 組電池
WO2018110444A1 (ja) * 2016-12-13 2018-06-21 株式会社シーアイピーソフト 長時間給電可能なマグネシウム空気電池および電子機器
WO2021174312A1 (en) * 2020-03-05 2021-09-10 3ME Technology Pty Ltd Apparatus, system and methods for batteries

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5843776U (ja) * 1981-09-18 1983-03-24 三洋電機株式会社 陰極取換式亜鉛空気電池
JPH11120976A (ja) * 1997-10-17 1999-04-30 Harness Syst Tech Res Ltd 電気自動車用バッテリの接続構造
US20060255764A1 (en) * 2005-05-16 2006-11-16 Kyu-Woong Cho Battery module
JP2011134552A (ja) * 2009-12-24 2011-07-07 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 電池モジュールおよび組電池
WO2012035683A1 (ja) * 2010-09-17 2012-03-22 パナソニック株式会社 電池ブロック及び電池モジュール
JP2012520540A (ja) * 2009-03-12 2012-09-06 ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング ６０ｖ直流電圧を上回る出力電圧を出力するバッテリシステム
JP2014517479A (ja) * 2011-05-31 2014-07-17 エルジー・ケム・リミテッド 電力貯蔵用単位ラック及びそれを含む電力貯蔵装置
WO2014156433A1 (ja) * 2013-03-25 2014-10-02 シャープ株式会社 金属空気電池

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5843776U (ja) * 1981-09-18 1983-03-24 三洋電機株式会社 陰極取換式亜鉛空気電池
JPH11120976A (ja) * 1997-10-17 1999-04-30 Harness Syst Tech Res Ltd 電気自動車用バッテリの接続構造
US20060255764A1 (en) * 2005-05-16 2006-11-16 Kyu-Woong Cho Battery module
JP2012520540A (ja) * 2009-03-12 2012-09-06 ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング ６０ｖ直流電圧を上回る出力電圧を出力するバッテリシステム
JP2011134552A (ja) * 2009-12-24 2011-07-07 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 電池モジュールおよび組電池
WO2012035683A1 (ja) * 2010-09-17 2012-03-22 パナソニック株式会社 電池ブロック及び電池モジュール
JP2014517479A (ja) * 2011-05-31 2014-07-17 エルジー・ケム・リミテッド 電力貯蔵用単位ラック及びそれを含む電力貯蔵装置
WO2014156433A1 (ja) * 2013-03-25 2014-10-02 シャープ株式会社 金属空気電池

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016152134A (ja) * 2015-02-17 2016-08-22 藤倉ゴム工業株式会社 組電池
WO2018110444A1 (ja) * 2016-12-13 2018-06-21 株式会社シーアイピーソフト 長時間給電可能なマグネシウム空気電池および電子機器
CN110073542A (zh) * 2016-12-13 2019-07-30 联合公司Mgr能源 能够长时间供电的镁空气电池及电子设备
JPWO2018110444A1 (ja) * 2016-12-13 2019-10-24 合同会社Ｍｇｒエナジー 長時間給電可能なマグネシウム空気電池および電子機器
US11302914B2 (en) 2016-12-13 2022-04-12 Mgr Energy Llp Magnesium air battery capable of long-term power supply and electronic machine
CN110073542B (zh) * 2016-12-13 2022-05-17 联合公司Mgr能源 能够长时间供电的镁空气电池及电子设备
WO2021174312A1 (en) * 2020-03-05 2021-09-10 3ME Technology Pty Ltd Apparatus, system and methods for batteries

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6326272B2 (ja) 電槽及び金属空気電池
JP5734989B2 (ja) 流れ管理システムを備えた電気化学電池
US9269995B2 (en) Electrochemical cell with catch tray
JP5788502B2 (ja) 階段状スキャフォールド燃料アノードを備える電気化学セル
JP6271515B2 (ja) 金属空気電池
US8658318B2 (en) Electrochemical cell with additive modulator
EP2817841B1 (en) Screen arrangement for an energy storage system
WO2016104133A1 (ja) 電池モジュール及び発電システム
JP6836603B2 (ja) 金属空気電池
CN108198959B (zh) 一种锌空气单体电池及电池组
JP6744704B2 (ja) 金属空気電池、電解液槽、及び、金属空気電池の使用方法
KR20110109141A (ko) 카트리지 분리형 금속 공기 전지
WO2014061491A1 (ja) 電池用電極体、アノードおよび金属空気電池
JP6154999B2 (ja) 電池用電極体、電池および金属空気電池
US10181624B2 (en) Metal electrode cartridge and metal-air battery
JP6033057B2 (ja) 空気二次電池
WO2014175117A1 (ja) 金属空気電池
JP7248776B2 (ja) 二次電池
US11245143B2 (en) Electrochemical cell having orthogonal arrangement of electrodes
KR101736505B1 (ko) 슬러리 순환형 아연/공기전지 단위셀용 연료극
JP2017084650A (ja) 金属空気組電池
JP2019083160A (ja) フロー電池
JP2018006038A (ja) フロー電池
JP2019067632A (ja) フロー電池
TW201904124A (zh) 三極式鋅空氣燃料電池

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 15872702

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: JP

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 15872702

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1