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JP6680484B2 - Metal-air batteries, metal-air batteries, and mobiles - Google Patents

Metal-air batteries, metal-air batteries, and mobiles Download PDF

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JP6680484B2 JP2015160669A JP2015160669A JP6680484B2 JP 6680484 B2 JP6680484 B2 JP 6680484B2 JP 2015160669 A JP2015160669 A JP 2015160669A JP 2015160669 A JP2015160669 A JP 2015160669A JP 6680484 B2 JP6680484 B2 JP 6680484B2
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Description

本発明は、正極および負極を収容する筐体を備えた金属空気電池、および複数の金属空気電池を接続した金属空気組電池、並びに金属空気電池を備えた移動体に関する。   TECHNICAL FIELD The present invention relates to a metal-air battery including a housing that houses a positive electrode and a negative electrode, a metal-air assembled battery in which a plurality of metal-air batteries are connected, and a moving body including the metal-air battery.

近年、電極用金属の化学反応を用いた様々な電池が実用化されており、その1つとして金属空気電池が挙げられる。金属空気電池は、空気極(正極)、燃料極(負極)、および電解質(または電解液)等で構成されており、電気化学的な反応により、亜鉛、鉄、マグネシウム、アルミニウム、ナトリウム、カルシウム、およびリチウム等の金属が金属酸化物に変化する過程で得られる電気エネルギーを取り出して利用する。   In recent years, various batteries using a chemical reaction of metal for electrodes have been put into practical use, and one of them is a metal-air battery. A metal-air battery is composed of an air electrode (positive electrode), a fuel electrode (negative electrode), an electrolyte (or an electrolytic solution), and the like, and undergoes an electrochemical reaction to produce zinc, iron, magnesium, aluminum, sodium, calcium, The electric energy obtained in the process of converting metal such as lithium and metal oxide into metal oxide is extracted and used.

例えば、燃料極として亜鉛を用いた金属空気電池では、放電時に燃料極および空気極において、以下のような反応が起こる。燃料極では、亜鉛と水酸化物イオンとが反応することで、水酸化亜鉛が生成されると共に、放出された電子が空気極へ流れる。生成された水酸化亜鉛は、酸化亜鉛と水とに分解され、電解液内に水が戻る。一方、空気極では、空気中に含まれる酸素と、燃料極から流れてきた電子とが、空気極触媒によって水と反応し、水酸化物イオンに変化する。水酸化物イオンは、電解液中をイオン伝導し、燃料極へ到達する。このようなサイクルにより、金属空気電池は、空気極から取り込んだ酸素を利用し、燃料極の亜鉛を燃料として酸化亜鉛を形成しながら、連続的な電力の取り出しを実現する。   For example, in a metal-air battery using zinc as a fuel electrode, the following reactions occur at the fuel electrode and the air electrode during discharge. At the fuel electrode, zinc reacts with hydroxide ions to generate zinc hydroxide, and the emitted electrons flow to the air electrode. The produced zinc hydroxide is decomposed into zinc oxide and water, and water returns to the electrolytic solution. On the other hand, in the air electrode, oxygen contained in the air and electrons flowing from the fuel electrode react with water by the air electrode catalyst to be converted into hydroxide ions. The hydroxide ion conducts ions in the electrolytic solution and reaches the fuel electrode. By such a cycle, the metal-air battery utilizes oxygen taken in from the air electrode to realize continuous extraction of electric power while forming zinc oxide using zinc in the fuel electrode as a fuel.

一般的な電池は、反応に必要な正極、負極、および電解質を電池(セル)に内蔵しており、内蔵した物質から電力を取り出している。これに対し、金属空気電池は、上述したように、セル内に正極活物質である酸素を内蔵していないため、他の物質の割合を増やすなどして、エネルギー密度を大きくすることができる。理論的なエネルギー密度は、リチウムイオン電池よりも大きくできる可能性があり、現在、金属空気電池は、補聴器用のボタン電池(一次電池)等の用途で既に実用化されている。一方、二次電池に関しては、様々な研究が取り組まれているが、例えば、2極方式の場合、充電によって燃料極が再生されても空気極が酸化消耗して、耐用期間が短くなるという問題があり、充放電反応に適した安価な空気極の実現が困難である等の課題から、いまだ実用化されていない。   In a general battery, a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte necessary for a reaction are built in a battery (cell), and electric power is taken out from the built-in substance. On the other hand, as described above, the metal-air battery does not contain oxygen, which is the positive electrode active material, in the cell, so that the energy density can be increased by increasing the ratio of other materials. The theoretical energy density may be higher than that of a lithium-ion battery, and at present, a metal-air battery has already been put to practical use in applications such as button batteries (primary batteries) for hearing aids. On the other hand, various studies have been made on secondary batteries, but in the case of, for example, a two-pole system, even if the fuel electrode is regenerated by charging, the air electrode is oxidized and consumed, and the service life is shortened. However, it has not been put to practical use due to problems such as difficulty in realizing an inexpensive air electrode suitable for charge / discharge reaction.

上述した充電の課題を解決するために、充電時に空気極を使わず、第3の電極を用いる3極方式の金属空気電池が検討されている(例えば、特許文献1参照。)。   In order to solve the above-mentioned problem of charging, a three-pole type metal-air battery using a third electrode without using an air electrode during charging has been studied (for example, see Patent Document 1).

特許文献1に記載の充電式空気電池は、空気極および金属電極に加えて、補助電極を備えた3極方式とされている。具体的には、図25の従来の充電式空気電池を示す要部断面図のような構成とされており、充電式空気電池910は、電解液916が入れられたケース913と、ケース913の側面に設けられた空気極911と、電解液916中に配置された金属電極912および補助電極915とで電池部が構成され、電池部の外部に設けられた光電変換部918および負荷917に接続されている。負荷917は、空気極911と金属電極912との間に接続されており、電池部での放電反応によって電力が供給される。光電変換部918は、金属電極912と補助電極915との間に接続されており、光電変換部918と補助電極915との間には、ダイオード914が設けられている。光電変換部918は、光が照射されると電圧印加して、金属電極912と補助電極915との間で充電反応を行わせ、金属電極912の充電を行う。   The rechargeable air battery described in Patent Document 1 is of a three-pole type including an auxiliary electrode in addition to the air electrode and the metal electrode. Specifically, the configuration is as shown in the cross-sectional view of the main part of the conventional rechargeable air battery of FIG. 25. The rechargeable air battery 910 includes a case 913 containing an electrolytic solution 916 and a case 913. The air electrode 911 provided on the side surface, the metal electrode 912 and the auxiliary electrode 915 arranged in the electrolytic solution 916 constitute a battery unit, and the battery unit is connected to the photoelectric conversion unit 918 and the load 917 provided outside the battery unit. Has been done. The load 917 is connected between the air electrode 911 and the metal electrode 912, and electric power is supplied by the discharge reaction in the battery unit. The photoelectric conversion unit 918 is connected between the metal electrode 912 and the auxiliary electrode 915, and the diode 914 is provided between the photoelectric conversion unit 918 and the auxiliary electrode 915. When the photoelectric conversion unit 918 is irradiated with light, a voltage is applied to cause a charging reaction between the metal electrode 912 and the auxiliary electrode 915, and the metal electrode 912 is charged.

また、3極方式とは異なる方法として、燃料極を丸ごと交換するメカニカルチャージ(機械式充電)も検討されている(例えば、特許文献2参照。)。特許文献2に記載の金属−空気電池用ケースは、空気を正極とし、かつ、負極となる金属部と、金属部が通過可能な出入口が形成された筐体と、筐体内に設けられ、金属部を収納する収納部とを備えている。   Further, as a method different from the three-pole system, a mechanical charge (mechanical charging) in which the fuel electrode is wholly replaced is also under consideration (for example, refer to Patent Document 2). The metal-air battery case described in Patent Document 2 is provided with a metal part that has air as a positive electrode and serves as a negative electrode, a housing in which a doorway through which the metal part can pass is formed, And a storage section for storing the section.

特開2000−133328号公報JP, 2000-133328, A 特開2004−362869号公報JP 2004-362869 A

金属空気電池においては、筐体(ケース)に電解液を内蔵しているため、電解液が筐体の外部へ漏れ出すといった問題が懸念される。特に、上述した3極方式の二次電池においては、充電時に内部で発生する酸素ガスを排出するための開口部を必要としていることから、金属空気電池の構造上、電解液が漏れやすいという課題がある。   In the metal-air battery, since the case (case) contains the electrolytic solution, there is a concern that the electrolytic solution may leak out of the case. In particular, the above-mentioned three-pole secondary battery requires an opening for discharging oxygen gas generated inside during charging, and therefore, the electrolyte solution easily leaks due to the structure of the metal-air battery. There is.

ところで、近年、金属空気電池は、様々な用途に利用されており、監視や介護、清掃などを行う各種ロボット、電気自動車、介護用電動車椅子、電動立ち乗り二輪車、および電動アシスト自転車などの移動体の電源として搭載されている。金属空気電池が搭載されている移動体では、路面の傾きや走行時の振動等によって電解液が漏れる虞があるため、これに対処することが重要な課題となっている。   By the way, in recent years, metal-air batteries have been used for various purposes, such as various robots for monitoring, nursing, and cleaning, electric vehicles, electric wheelchairs for nursing, electric standing motorcycles, and electric vehicles such as electric assisted bicycles. It is installed as a power source for. In a moving body equipped with a metal-air battery, there is a possibility that the electrolyte may leak due to the inclination of the road surface, vibration during traveling, and the like, and it is an important issue to deal with this.

また、一般的に、移動体全体において電池等が占める重量は、比率が大きいため、移動体に設置されている電池の重心が高いと、走行が不安定になったり、走行中に転倒したりするという課題がある。   In addition, since the weight of a battery or the like in a moving body as a whole is generally large, if the center of gravity of the battery installed in the moving body is high, driving may become unstable or the vehicle may fall over while moving. There is a problem to do.

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、転倒や電解液の漏れといった傾きに起因する不良を防ぐことができる金属空気電池、金属空気組電池、および移動体を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above problems, and provides a metal-air battery, a metal-air assembled battery, and a moving body that can prevent defects due to inclination such as tipping and leakage of electrolyte. The purpose is to

本発明に係る金属空気電池は、正極である空気極と、負極である燃料極と、前記空気極および前記燃料極の間に流れる電流の媒体となる電解液と、前記空気極、前記燃料極、および前記電解液を収容する筐体とを備えた金属空気電池であって、前記筐体のうち、前記空気極が設置された空気取込面を正面として、水平方向の幅を筐体幅とし、高さ方向の幅を筐体高さとし、前記高さ方向に対して垂直な奥行方向の幅を筐体奥行としたとき、前記筐体は、前記筐体高さを前記筐体幅で除した値である第1アスペクト比と、前記筐体高さを前記筐体奥行で除した値である第2アスペクト比とが予め設定されており、前記空気極と前記燃料極との間に設けられ、前記筐体の上面から下面へ延伸され、前記空気極と前記燃料極との間の空間を分割し、前記空気極の面方向において、前記電解液の流通を遮断する仕切壁を備えていることを特徴とする。 The metal-air battery according to the present invention includes an air electrode that is a positive electrode, a fuel electrode that is a negative electrode, an electrolyte that serves as a medium for a current flowing between the air electrode and the fuel electrode, the air electrode, and the fuel electrode. And a housing for containing the electrolytic solution, wherein a horizontal width of the housing is a width of the housing with the air intake surface on which the air electrode is installed as a front surface. And the width in the height direction is the housing height, and the width in the depth direction perpendicular to the height direction is the housing depth, the housing is obtained by dividing the housing height by the housing width. A first aspect ratio, which is a value, and a second aspect ratio, which is a value obtained by dividing the height of the housing by the depth of the housing, are preset, and are provided between the air electrode and the fuel electrode. the drawn from the upper surface of the housing to the lower surface, and dividing the space between the air electrode and the fuel electrode, In the planar direction of the serial air electrode, characterized in that it comprises a partition wall for blocking the flow of the electrolyte.

本発明に係る金属空気電池では、前記第1アスペクト比および前記第2アスペクト比は、0.2以上とされている構成としてもよい。   In the metal-air battery according to the present invention, the first aspect ratio and the second aspect ratio may be 0.2 or more.

本発明に係る金属空気電池では、前記第1アスペクト比および前記第2アスペクト比は、0.35以上とされている構成としてもよい。   In the metal-air battery according to the present invention, the first aspect ratio and the second aspect ratio may be set to 0.35 or more.

本発明に係る金属空気電池では、前記第1アスペクト比および前記第2アスペクト比は、1.3以下とされている構成としてもよい。   In the metal-air battery according to the present invention, the first aspect ratio and the second aspect ratio may be 1.3 or less.

本発明に係る金属空気電池では、前記第1アスペクト比および前記第2アスペクト比は、1.0以下とされている構成としてもよい。   In the metal-air battery according to the present invention, the first aspect ratio and the second aspect ratio may be 1.0 or less.

本発明に係る金属空気電池は、正極である空気極と、負極である燃料極と、前記空気極および前記燃料極の間に流れる電流の媒体となる電解液と、前記空気極、前記燃料極、および前記電解液を収容する筐体とを備えた金属空気電池であって、前記筐体のうち、前記空気極が設置された空気取込面を正面として、前記電解液の高さ方向での高さを液面高さとし、前記空気極および前記燃料極の前記高さ方向での高さを電極高さとしたとき、前記液面高さは、前記電極高さより小さく、前記筐体は、前記空気極と前記燃料極との間に設けられ、前記筐体の上面から下面へ延伸され、前記空気極と前記燃料極との間の空間を分割し、前記空気極の面方向において、前記電解液の流通を遮断する仕切壁を備えていることを特徴とする。 The metal-air battery according to the present invention includes an air electrode that is a positive electrode, a fuel electrode that is a negative electrode, an electrolyte that serves as a medium for a current flowing between the air electrode and the fuel electrode, the air electrode, and the fuel electrode. , And a housing for housing the electrolytic solution, wherein, in the housing, in the height direction of the electrolytic solution, the air intake surface on which the air electrode is installed is the front surface. And the liquid level height, when the height in the height direction of the air electrode and the fuel electrode is the electrode height, the liquid level is smaller than the electrode height, the housing, It is provided between the air electrode and the fuel electrode, extends from the upper surface to the lower surface of the housing, divides the space between the air electrode and the fuel electrode, and in the plane direction of the air electrode, It is characterized by having a partition wall for blocking the flow of the electrolytic solution.

本発明に係る金属空気電池では、前記電極高さを前記液面高さで除した値を液面比としたとき、前記液面比は、1.04以上である構成としてもよい。   In the metal-air battery according to the present invention, the liquid level ratio may be 1.04 or more when the liquid level ratio is a value obtained by dividing the electrode height by the liquid level height.

本発明に係る金属空気電池では、前記電極高さを前記液面高さで除した値を液面比としたとき、前記液面比は、1.07以上である構成としてもよい。   In the metal-air battery according to the present invention, when the value obtained by dividing the electrode height by the liquid level height is defined as the liquid level ratio, the liquid level ratio may be 1.07 or more.

本発明に係る金属空気電池では、補助極を備えている構成としてもよい。   The metal-air battery according to the present invention may have a configuration including an auxiliary electrode.

本発明に係る金属空気組電池は、本発明に係る金属空気電池を複数備えた金属空気組電池であって、前記複数の金属空気電池は、隣接する金属空気電池の正面同士が対向するように並べられていることを特徴とする。   The metal-air assembled battery according to the present invention is a metal-air assembled battery provided with a plurality of the metal-air batteries according to the present invention, wherein the plurality of metal-air batteries are arranged such that the front surfaces of the adjacent metal-air batteries face each other. Characterized by being arranged.

本発明に係る金属空気組電池では、水平方向の幅を組電池幅とし、高さ方向の幅を組電池高さとし、前記高さ方向に対して垂直な奥行方向の幅を組電池奥行として、前記組電池高さを前記組電池幅で除した値である第1組電池アスペクト比と、前記組電池高さを前記組電池奥行で除した値である第2組電池アスペクト比としたとき、前記第1組電池アスペクト比および前記第2組電池アスペクト比は、1.3以下とされている構成としてもよい。 In the metal-air assembled battery according to the present invention, the width in the horizontal direction is the assembled battery width, the width in the height direction is the assembled battery height, and the width in the depth direction perpendicular to the height direction is the assembled battery depth, When the first assembled battery aspect ratio , which is a value obtained by dividing the assembled battery height by the assembled battery width, and the second assembled battery aspect ratio , which is a value obtained by dividing the assembled battery height by the assembled battery depth , The first assembled battery aspect ratio and the second assembled battery aspect ratio may be 1.3 or less.

本発明に係る金属空気組電池では、水平方向の幅を組電池幅とし、高さ方向の幅を組電池高さとし、前記高さ方向に対して垂直な奥行方向の幅を組電池奥行として、前記組電池高さを前記組電池幅で除した値である第1組電池アスペクト比と、前記組電池高さを前記組電池奥行で除した値である第2組電池アスペクト比としたとき、前記第1組電池アスペクト比および前記第2組電池アスペクト比は、1.0以下とされている構成としてもよい。 In the metal-air assembled battery according to the present invention, the width in the horizontal direction is the assembled battery width, the width in the height direction is the assembled battery height, and the width in the depth direction perpendicular to the height direction is the assembled battery depth, When the first assembled battery aspect ratio , which is a value obtained by dividing the assembled battery height by the assembled battery width, and the second assembled battery aspect ratio , which is a value obtained by dividing the assembled battery height by the assembled battery depth , The first assembled battery aspect ratio and the second assembled battery aspect ratio may be set to 1.0 or less.

本発明に係る移動体は、本発明に係る金属空気電池または金属空気組電池を備えていることを特徴とする。   The moving body according to the present invention is characterized by including the metal-air battery or the metal-air assembled battery according to the present invention.

本発明に係る移動体では、前記金属空気電池の空気取込面は、進行方向と同じ向きまたは逆向きである構成としてもよい。   In the moving body according to the present invention, the air intake surface of the metal-air battery may be in the same direction as the traveling direction or in the opposite direction.

本発明によると、アスペクト比に応じて、筐体幅、筐体高さ、および筐体奥行を適切な寸法とすることで、転倒や電解液の漏れといった金属空気電池の傾きに起因する不良を防ぐことができる。   According to the present invention, by appropriately setting the housing width, the housing height, and the housing depth according to the aspect ratio, it is possible to prevent a failure caused by the tilt of the metal-air battery such as a fall or a leakage of the electrolytic solution. be able to.

切替装置の構成例を模式的に示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of a switching apparatus typically. 充電モードにおける切替部の接続状態を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the connection state of the switching part in charge mode. 放電モードにおける切替部の接続状態を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the connection state of the switching part in discharge mode. 発電モードにおける切替部の接続状態を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the connection state of the switching part in a power generation mode. 本発明の第1実施形態に係る電池セルの概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the battery cell which concerns on 1st Embodiment of this invention. 図5の筐体上部を拡大して示す拡大断面図である。It is an expanded sectional view which expands and shows the housing | casing upper part of FIG. 図5の第1取込側面の側から見た概略側面図である。It is the schematic side view seen from the side of the 1st loading side surface of FIG. 図5の第2取込側面の側から見た概略側面図である。It is the schematic side view seen from the side of the 2nd loading side surface of FIG. 空気極を拡大して示す拡大断面図である。It is an expanded sectional view which expands and shows an air electrode. 補助極を拡大して示す拡大側面図である。It is an expansion side view which expands and shows an auxiliary pole. 補助極の変形例1を拡大して示す拡大側面図である。It is an expansion side view which expands and shows the modification 1 of an auxiliary pole. 補助極の変形例2を拡大して示す拡大側面図である。It is an expansion side view which expands and shows the modification 2 of an auxiliary pole. 本発明の第1実施形態に係る電池セルを複数接続した電池モジュールを示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the battery module which connected the battery cell which concerns on 1st Embodiment of this invention. 電池モジュールを上面視した状態での配線を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the wiring in the state which looked at the battery module from the upper surface. 搭載用電池モジュールの正面図である。It is a front view of a mounting battery module. 図13Aに示す搭載用電池モジュールの側面図である。FIG. 13B is a side view of the mounting battery module shown in FIG. 13A. 搭載用電池モジュールが搭載された移動体を示す正面図である。It is a front view which shows the mobile body with which the mounting battery module was mounted. 図14Aに示す移動体の側面図である。It is a side view of the mobile body shown in FIG. 14A. 図5の矢符C−Cでの断面を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the cross section in arrow C-C of FIG. 図15Aから筐体が傾いた状態を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the state in which the housing | casing inclines from FIG. 15A. 道路区分毎の設計速度と最大縦断勾配との関係を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the relationship between the design speed and the maximum vertical gradient for every road division. 傾斜した電池セルからの電解液漏れを評価した結果を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the result of having evaluated the electrolyte leakage from the inclined battery cell. 傾斜した電池セルの出力を評価した結果を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the result of having evaluated the output of the inclined battery cell. 傾斜した電池セルの走行安定性を評価した結果を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the result of having evaluated the driving stability of the inclined battery cell. 本発明の第2実施形態に係る金属空気電池の内部の構造を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the internal structure of the metal air battery which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 図20Aから筐体が傾いた状態を示す概略断面図である。FIG. 20B is a schematic cross-sectional view showing a state where the housing is tilted from FIG. 20A. 本発明の第3実施形態に係る電池セルの概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the battery cell which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 図21の筐体上部を拡大して示す拡大断面図である。It is an expanded sectional view which expands and shows the housing | casing upper part of FIG. 図21の取込側面の側から見た概略側面図である。It is the schematic side view seen from the side of the taking-in side surface of FIG. 本発明の第3実施形態に係る電池セルを複数接続した電池モジュールを示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the battery module which connected the battery cell which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 従来の充電式空気電池を示す要部断面図である。It is a principal part sectional view which shows the conventional rechargeable air battery.

(第1実施形態)
以下、本発明の実施の形態に係る金属空気電池について、図面を参照して説明する。なお、以下では、金属空気電池が1つである場合に、電池セル1、2(後述する図5参照)と呼び、複数の電池セル2が接続された金属空気組電池を、電池モジュール30、40(後述する図11参照)と呼ぶことがある。金属空気電池においては、電池セル2単体で使用することもでき、複数の電池セル2を接続して、電池モジュール40として使用することもできる。つまり、電池セル2と電池モジュール40とは、いずれも負荷に対して接続された1つの電池とみなすことができる。このことを考慮して、以下では、電池セル2と電池モジュール40とを併せて、金属空気二次電池と呼ぶことがある。
(First embodiment)
Hereinafter, a metal-air battery according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following, when there is one metal-air battery, it is referred to as battery cells 1 and 2 (see FIG. 5 described later), and a metal-air assembled battery to which a plurality of battery cells 2 are connected is referred to as a battery module 30, 40 (see FIG. 11 described later). In the metal-air battery, the battery cell 2 can be used alone or a plurality of battery cells 2 can be connected and used as the battery module 40. That is, both the battery cell 2 and the battery module 40 can be regarded as one battery connected to the load. In consideration of this, the battery cell 2 and the battery module 40 may be collectively referred to as a metal-air secondary battery below.

図1は、切替装置の構成例を模式的に示すブロック図である。   FIG. 1 is a block diagram schematically showing a configuration example of a switching device.

金属空気二次電池は、切替装置300を介して外部負荷および外部電源に接続されている。切替装置300は、金属空気二次電池の空気極101、燃料極102、および補助極103(詳しくは、後述する図5参照)に接続されており、また、外部負荷の正極および負極並びに外部電源の正極および負極に接続されている。切替装置300は、切替部301と電池制御部302とを備えている。切替部301は、外部負荷および外部電源のそれぞれの電極に対する金属空気二次電池の接続状態を切り替える。電池制御部302は、切替部301の切り替えによる接続状態を制御する。電池制御部302は、人為的作業による手動切替操作および自動判定による切替処理のいずれかの機能、あるいは双方の機能を有する。金属空気二次電池は、接続状態によって、少なくとも放電モードおよび充電モードの2種類のモードを切り替えて動作し、さらに、発電モード(第3モード)に切り替えて動作する場合もある。   The metal-air secondary battery is connected to an external load and an external power source via the switching device 300. The switching device 300 is connected to the air electrode 101, the fuel electrode 102, and the auxiliary electrode 103 (see FIG. 5 described later in detail) of the metal-air secondary battery, and further, the positive electrode and the negative electrode of the external load and the external power source. Are connected to the positive and negative electrodes of. The switching device 300 includes a switching unit 301 and a battery control unit 302. The switching unit 301 switches the connection state of the metal-air secondary battery to the respective electrodes of the external load and the external power source. The battery control unit 302 controls the connection state by switching the switching unit 301. The battery control unit 302 has a function of either a manual switching operation by manual work or a switching process by automatic determination, or both functions. Depending on the connection state, the metal-air secondary battery operates by switching at least two types of modes of a discharge mode and a charging mode, and may further operate by switching to a power generation mode (third mode).

図2は、充電モードにおける切替部の接続状態を示すブロック図である。   FIG. 2 is a block diagram showing a connection state of the switching unit in the charging mode.

充電モードでは、外部電源によって金属空気二次電池を充電する接続状態であって、外部電源の正極と補助極103とが接続され、外部電源の負極と燃料極102とが接続されている。金属空気二次電池は、外部電源から電圧を印加されることで、電気分解が発生し、燃料極102に亜鉛が析出する形で充電が行われる。   In the charging mode, the metal-air secondary battery is charged by the external power source, the positive electrode of the external power source and the auxiliary electrode 103 are connected, and the negative electrode of the external power source and the fuel electrode 102 are connected. The metal-air secondary battery is charged by applying a voltage from an external power source, electrolysis occurs, and zinc is deposited on the fuel electrode 102 so as to be charged.

図3は、放電モードにおける切替部の接続状態を示すブロック図である。   FIG. 3 is a block diagram showing a connection state of the switching unit in the discharge mode.

放電モードは、金属空気二次電池から外部負荷に対して電力を供給する接続状態であって、外部負荷の正極と空気極101とが接続され、外部負荷の負極と燃料極102とが接続されている。燃料極102では、放電によって亜鉛の酸化反応が生じる。   The discharge mode is a connection state in which electric power is supplied from the metal-air secondary battery to an external load, and the positive electrode of the external load and the air electrode 101 are connected, and the negative electrode of the external load and the fuel electrode 102 are connected. ing. At the fuel electrode 102, a zinc oxidation reaction occurs due to the discharge.

図4は、発電モードにおける切替部の接続状態を示すブロック図である。   FIG. 4 is a block diagram showing a connection state of the switching unit in the power generation mode.

発電モードは、燃料極102の換わりに補助極103を用いて外部負荷に電力を供給する接続状態であって、外部負荷の正極と空気極101とが接続され、外部負荷の負極と補助極103とが接続されている。つまり、図3に示す放電モードなどで、溜めていた電力を使いきった際、燃料極102から補助極103へ接続を切り替えることで、外部負荷への電力供給が可能になる。   In the power generation mode, the auxiliary electrode 103 is used in place of the fuel electrode 102 to supply power to an external load, the positive electrode of the external load and the air electrode 101 are connected, and the negative electrode of the external load and the auxiliary electrode 103 are connected. And are connected. That is, when the stored electric power is used up in the discharge mode shown in FIG. 3 or the like, the connection from the fuel electrode 102 to the auxiliary electrode 103 is switched, so that electric power can be supplied to the external load.

次に、本発明の第1実施形態に係る金属空気電池について、図面を参照して説明する。   Next, the metal-air battery according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図5は、本発明の第1実施形態に係る電池セルの概略断面図であって、図6は、図5の筐体上部を拡大して示す拡大断面図であって、図7Aは、図5の第1取込側面の側から見た概略側面図であって、図7Bは、図5の第2取込側面の側から見た概略側面図である。なお、図5は、図面の見易さを考慮して、ハッチングを省略し、筐体10を透視して示している。また、図6は、図7Aの矢符B−Bでの断面に相当する。   FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of the battery cell according to the first embodiment of the present invention, FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view showing an enlarged upper part of the housing of FIG. 5, and FIG. 5 is a schematic side view seen from the side of the first intake side surface of FIG. 5, and FIG. 7B is a schematic side view seen from the side of the second intake side surface of FIG. 5. Note that, in FIG. 5, the hatching is omitted and the housing 10 is seen through in view of the viewability of the drawing. Further, FIG. 6 corresponds to a cross section taken along arrow BB of FIG. 7A.

電池セル2は、筐体10の内部に、空気極101、燃料極102、補助極103、および電解液20が収納された構成とされている。なお、以下では説明の簡略化のため、空気極101、燃料極102、および補助極103を併せて電極と呼ぶことがある。   The battery cell 2 is configured such that the air electrode 101, the fuel electrode 102, the auxiliary electrode 103, and the electrolytic solution 20 are housed inside the housing 10. Note that, for simplification of description, the air electrode 101, the fuel electrode 102, and the auxiliary electrode 103 may be collectively referred to as electrodes hereinafter.

具体的に、電池セル2には、それぞれ2つの空気極101および補助極103が筐体10の互いに対向する側面に配置され、その中央部に燃料極102が配置されている。   Specifically, in the battery cell 2, two air electrodes 101 and two auxiliary electrodes 103 are arranged on opposite side surfaces of the housing 10, and a fuel electrode 102 is arranged at the center thereof.

筐体10は、アクリル、POM(ポリアセタール)、およびABS等の耐アルカリ性を有する樹脂で形成され、内部が空洞とされた直方体状とされている。筐体10については、空気極101が設置された空気取込面(第1取込側面11aまたは第2取込側面11b)を正面として、水平方向Xの幅を筐体幅Wc(後述する図15A参照)と呼び、高さ方向Zの幅を筐体高さHc(後述する図15A参照)と呼び、高さ方向Zに対して垂直な奥行方向Yの幅を筐体奥行Dc(後述する図13B参照)と呼ぶことがある。筐体10は、幅方向(水平方向X)および高さ方向Zに対して、厚さ方向Yでのサイズが小さく形成されている。具体的には、筐体10のサイズは、水平方向X(横)が150mm(筐体幅Wc)で、厚さ方向Y(奥行)が12mm(筐体奥行Dc)で、高さ方向Z(縦)が95mm(筐体高さHc)である。なお、電池セル1は、容量が171cm3で、重量が246gである。また、筐体10の側面は、水平方向Xで第1横側面16(図7Aでは、左側)と第2横側面17(図7Aでは、右側)とが対向し、厚さ方向Yで第1取込側面11a(図5では、左側)と第2取込側面11b(図5では、右側)とが対向している。第1取込側面11aおよび第2取込側面11bには、矩形状の空気取込口13が内部を開口するように形成されている。つまり、電池セル2は、空気取込口13を介して内部に空気を取り込む。空気取込口13は、水平方向Xまたは高さ方向Zに沿って設けられた複数の桟14によって格子状に区切られている。複数の桟14は、電解液20の圧力で空気極101が外側へ膨らむのを抑制する。筐体10の上面には、2つの電解液投入口15がそれぞれ内部まで貫通形成されており、電解液投入口15を介して内部に電解液20を補充することができる。2つの電解液投入口15は、水平方向Xで離間して設けられており、第1横側面16近傍と第2横側面17近傍とに設けられている。 The housing 10 is formed of a resin having alkali resistance such as acrylic, POM (polyacetal), and ABS, and has a rectangular parallelepiped shape with a hollow inside. Regarding the housing 10, with the air intake surface (the first intake side surface 11a or the second intake side surface 11b) on which the air electrode 101 is installed as the front surface, the width in the horizontal direction X is defined as the housing width Wc (see a diagram described later). 15A), the width in the height direction Z is called the housing height Hc (see FIG. 15A described later), and the width in the depth direction Y perpendicular to the height direction Z is the housing depth Dc (described later). 13B)). The housing 10 is formed to have a smaller size in the thickness direction Y than the width direction (horizontal direction X) and the height direction Z. Specifically, the size of the housing 10 is 150 mm (housing width Wc) in the horizontal direction X (horizontal direction), 12 mm (housing depth Dc) in the thickness direction Y (depth), and Z (height direction). The length is 95 mm (housing height Hc). The battery cell 1 has a capacity of 171 cm 3 and a weight of 246 g. Further, the side surface of the housing 10 has a first lateral side surface 16 (left side in FIG. 7A) and a second lateral side surface 17 (right side in FIG. 7A) that face each other in the horizontal direction X, and a first lateral side surface 16 in the thickness direction Y. The intake side surface 11a (left side in FIG. 5) and the second intake side surface 11b (right side in FIG. 5) face each other. A rectangular air intake port 13 is formed on the first intake side surface 11a and the second intake side surface 11b so as to open the inside. That is, the battery cell 2 takes in air inside through the air intake 13. The air intake port 13 is divided into a lattice shape by a plurality of crosspieces 14 provided along the horizontal direction X or the height direction Z. The plurality of crosspieces 14 prevent the air electrode 101 from expanding outward due to the pressure of the electrolytic solution 20. On the upper surface of the housing 10, two electrolytic solution inlets 15 are formed so as to penetrate to the inside, respectively, and the electrolytic solution 20 can be replenished inside via the electrolytic solution inlets 15. The two electrolyte solution inlets 15 are provided so as to be separated from each other in the horizontal direction X, and are provided near the first lateral side surface 16 and near the second lateral side surface 17.

空気極101は、例えば、基材として多孔質の炭素材料が使用され、表面をフッ素系撥水材でコーティングして形成されたものや、炭素材料と混合分散して形成されたものである。なお、空気極101については、後述する図8を参照して、詳細に説明する。空気極101は、取込側面11の内面に沿って設けられ、空気取込口13を覆っている。空気極101のサイズは、高さ方向Zが80mmで、水平方向Xが135mmであり、補助極103および燃料極102に対向する面の有効面積が10800mm2である。 The air electrode 101 is, for example, one formed by using a porous carbon material as a base material and coating the surface with a fluorine-based water repellent material, or one formed by mixing and dispersing with a carbon material. The air electrode 101 will be described in detail with reference to FIG. 8 described later. The air electrode 101 is provided along the inner surface of the intake side surface 11 and covers the air intake port 13. The size of the air electrode 101 is 80 mm in the height direction Z and 135 mm in the horizontal direction X, and the effective area of the surface facing the auxiliary electrode 103 and the fuel electrode 102 is 10800 mm 2 .

燃料極102は、0.1〜4.0mm厚の平板状とされており、例えば、ステンレス、銅、鉄、ニッケル、およびアルミニウム等の金属で形成されている。燃料極102は、表面に燃料金属である亜鉛を有することで放電用の燃料極として使用でき、予めメッキなどで表面に亜鉛が付与されていてもよいし、充電によって表面に亜鉛が析出していてもよい。本実施の形態では、燃料極102として厚さ0.5mmのニッケル板を用いている。燃料極102のサイズは、空気極101と同じで、高さ方向Zが80mm(後述する図15Aの電極高さHe)で、水平方向Xが135mmであり、補助極103および空気極101に対向する面の有効面積が10800mm2である。 The fuel electrode 102 has a flat plate shape with a thickness of 0.1 to 4.0 mm, and is formed of, for example, a metal such as stainless steel, copper, iron, nickel, and aluminum. The fuel electrode 102 can be used as a fuel electrode for discharge by having zinc as a fuel metal on the surface, and zinc may be previously applied to the surface by plating or the like, or zinc is deposited on the surface by charging. May be. In this embodiment, a nickel plate having a thickness of 0.5 mm is used as the fuel electrode 102. The size of the fuel electrode 102 is the same as that of the air electrode 101, the height direction Z is 80 mm (electrode height He in FIG. 15A described later), the horizontal direction X is 135 mm, and it faces the auxiliary electrode 103 and the air electrode 101. The effective surface area is 10800 mm 2 .

補助極103は、平板状とされ、例えば、ニッケル製の多孔質体や、ニッケル/ニッケル合金/SUS板といった非酸化性の多孔質金属材料で形成されている。本実施の形態では、補助極103として厚さ0.5mmのニッケル板を用いており、打ち抜き加工によって複数の連絡孔103aが形成されている。電解液20は、連絡孔103aを通って空気極101と燃料極102との間を円滑に流れる。なお、連絡孔103aの形状については、後述する図9を参照して、詳細に説明する。補助極103のサイズは、空気極101と同様に、高さ方向Zが80mmで、水平方向Xが135mmであり、燃料極102および空気極101に対向する面の有効面積が10800mm2である。補助極103は、空気極101の内側の面に沿って設けられ、空気極101を介して、取込側面11を補強している。 The auxiliary electrode 103 has a flat plate shape and is made of, for example, a porous body made of nickel or a non-oxidizing porous metal material such as nickel / nickel alloy / SUS plate. In this embodiment, a nickel plate having a thickness of 0.5 mm is used as the auxiliary electrode 103, and a plurality of communication holes 103a are formed by punching. The electrolytic solution 20 smoothly flows between the air electrode 101 and the fuel electrode 102 through the communication hole 103a. The shape of the communication hole 103a will be described in detail with reference to FIG. 9 described later. Similar to the air electrode 101, the size of the auxiliary electrode 103 is 80 mm in the height direction Z and 135 mm in the horizontal direction X, and the effective area of the surface facing the fuel electrode 102 and the air electrode 101 is 10800 mm 2 . The auxiliary electrode 103 is provided along the inner surface of the air electrode 101, and reinforces the intake side surface 11 via the air electrode 101.

電解液20は、強アルカリ水溶液を用いることができ、本実施の形態では、pH14の水酸化カリウム水溶液を用いており、筐体10の内部に充填されている。   As the electrolytic solution 20, a strong alkaline aqueous solution can be used, and in the present embodiment, a potassium hydroxide aqueous solution having a pH of 14 is used and is filled inside the housing 10.

電池セル2は、さらに、空気極101に接続された空気極端子201、燃料極102に接続された燃料極端子202、および補助極103に接続された補助極端子203を備えている。なお、以下では説明の簡略化のため、空気極端子201、燃料極端子202、および補助極端子203を併せて端子と呼ぶことがある。空気極端子201、燃料極端子202、および補助極端子203は、それぞれ電池セル1の上面より突出して設けられており、端子を介して電極同士が電気的に接続される。つまり、電極に接続された端子同士を、電池セル1の同じ上面側に設けることで、端子間の距離を近づけて、配線を短くすることができる。また、電池セル1の上面であれば、電池セル1の電解質を液体とした場合に、端子が濡れてショートしたり腐食したりすることを防止できる。本実施の形態では、空気極端子201、燃料極端子202、および補助極端子203は、銅で形成され、アルカリ水溶液による腐食を防止するためのメッキ処理が施されている。また、図5に示すように、2つの空気極101は、それぞれ同じ空気極端子201に接続されており、2つの補助極103は、それぞれ同じ補助極端子203に接続されている。したがって、空気極101および補助極103をそれぞれ2つ設けた場合であっても、それぞれ端子が1つとされていることから、複数の電池セル2を接続する際の配線が容易となる。端子については、図7に示すように、水平方向Xで第1横側面16の側から燃料極端子202、補助極端子203、空気極端子201の順に配置されている。   The battery cell 2 further includes an air electrode terminal 201 connected to the air electrode 101, a fuel electrode terminal 202 connected to the fuel electrode 102, and an auxiliary electrode terminal 203 connected to the auxiliary electrode 103. In the following, for simplification of description, the air electrode terminal 201, the fuel electrode terminal 202, and the auxiliary electrode terminal 203 may be collectively referred to as a terminal. The air electrode terminal 201, the fuel electrode terminal 202, and the auxiliary electrode terminal 203 are provided so as to project from the upper surface of the battery cell 1, and the electrodes are electrically connected to each other via the terminals. That is, by providing the terminals connected to the electrodes on the same upper surface side of the battery cell 1, the distance between the terminals can be reduced and the wiring can be shortened. Further, if the battery cell 1 is on the upper surface, it is possible to prevent the terminals from getting wet and causing a short circuit or corrosion when the electrolyte of the battery cell 1 is a liquid. In the present embodiment, the air electrode terminal 201, the fuel electrode terminal 202, and the auxiliary electrode terminal 203 are made of copper and are plated to prevent corrosion by an alkaline aqueous solution. Further, as shown in FIG. 5, the two air electrodes 101 are connected to the same air electrode terminal 201, and the two auxiliary electrodes 103 are connected to the same auxiliary electrode terminal 203. Therefore, even when two air electrodes 101 and two auxiliary electrodes 103 are provided, the number of terminals is one, which facilitates wiring when connecting a plurality of battery cells 2. As for the terminals, as shown in FIG. 7, the fuel electrode terminal 202, the auxiliary electrode terminal 203, and the air electrode terminal 201 are arranged in this order from the first lateral side surface 16 side in the horizontal direction X.

図8は、空気極を拡大して示す拡大断面図である。なお、図8は、図面の見易さを考慮して、ハッチングを省略している。   FIG. 8 is an enlarged cross-sectional view showing an enlarged air electrode. Note that, in FIG. 8, hatching is omitted in consideration of viewability of the drawing.

空気極101は、ガス拡散層101a、撥水層101b、触媒層101c、およびセパレータ101eの順に積層された構造とされており、ガス拡散層101aが外部に露出して空気に接する側(図8では、左側)に設けられ、セパレータ101eが電解液20および補助極103に接する側(図8では、右側)に設けられている。ガス拡散層101aは、PET(ポリエチレンテレフタレート)製の不織布で形成され、厚さが100μmとされている。撥水層101bは、多孔質フッ素樹脂で形成され、厚さが3μmとされている。触媒層101cは、多孔質の炭素材料と、触媒である白金と、バインダー(接着剤)であるPTFEとを混合分散して形成され、厚さが0.4mmとされている。触媒層101cの内部には、金属メッシュ(本実施の形態では、Niメッシュ)で形成された集電体101dが埋め込まれており、集電体101dによって発生した電流を流す。セパレータ101eは、ポリエステル製の不織布で形成され、厚さが100μmとされており、補助極103と空気極101とを電気的に絶縁する。   The air electrode 101 has a structure in which a gas diffusion layer 101a, a water repellent layer 101b, a catalyst layer 101c, and a separator 101e are laminated in this order, and the side where the gas diffusion layer 101a is exposed to the outside and is in contact with air (FIG. 8). Is provided on the left side), and the separator 101e is provided on the side in contact with the electrolytic solution 20 and the auxiliary electrode 103 (right side in FIG. 8). The gas diffusion layer 101a is formed of a PET (polyethylene terephthalate) non-woven fabric and has a thickness of 100 μm. The water repellent layer 101b is made of a porous fluororesin and has a thickness of 3 μm. The catalyst layer 101c is formed by mixing and dispersing a porous carbon material, platinum as a catalyst, and PTFE as a binder (adhesive), and has a thickness of 0.4 mm. A current collector 101d made of a metal mesh (Ni mesh in the present embodiment) is embedded inside the catalyst layer 101c, and a current generated by the current collector 101d flows. The separator 101e is formed of a non-woven fabric made of polyester, has a thickness of 100 μm, and electrically insulates the auxiliary electrode 103 and the air electrode 101.

図9は、補助極を拡大して示す拡大側面図である。   FIG. 9 is an enlarged side view showing an enlarged auxiliary pole.

図9に示すように、連絡孔103aは矩形状とされている。つまり、補助極103は、複数の多孔状の連絡孔103aが形成されたメッシュ状とされている。なお、連絡孔103aの形状は、これに限定されず、他の形状としてもよい。例えば、図10Aに示す補助極103の変形例1のように、連絡孔103aは円形状としてもよい。また、図10Bに示す補助極103の変形例2のように、連絡孔103aは六角形状としてもよい。つまり、補助極103は、複数の連絡孔103aが形成されたハニカム状とされていてもよい。   As shown in FIG. 9, the communication hole 103a has a rectangular shape. That is, the auxiliary electrode 103 has a mesh shape in which a plurality of porous communication holes 103a are formed. The shape of the communication hole 103a is not limited to this, and may have another shape. For example, as in the first modification of the auxiliary electrode 103 shown in FIG. 10A, the communication hole 103a may have a circular shape. Further, as in the second modification of the auxiliary pole 103 shown in FIG. 10B, the communication hole 103a may have a hexagonal shape. That is, the auxiliary electrode 103 may have a honeycomb shape in which the plurality of communication holes 103a are formed.

次に、複数の電池セルを接続した電池モジュールについて、図面を参照して説明する。   Next, a battery module in which a plurality of battery cells are connected will be described with reference to the drawings.

図11は、本発明の第1実施形態に係る電池セルを複数接続した電池モジュールを示す概略断面図である。なお、図11は、図面の見易さを考慮して、ハッチングを省略している。   FIG. 11 is a schematic sectional view showing a battery module in which a plurality of battery cells according to the first embodiment of the present invention are connected. Note that, in FIG. 11, hatching is omitted for the sake of easy viewing of the drawing.

電池モジュール40は、複数の電池セル2を接続した構成とされ、本実施の形態では、4つの電池セル2を接続している。以下では、4つの電池セル2は、それぞれを区別する場合、第1両面セル2a(図16では左側)、第2両面セル2b、第3両面セル2c、または第4両面セル2d(図16では、右側)と呼ぶことがある。なお、本実施の形態では、4つの電池セル2を接続して電池モジュール40としたが、これに限定されず、接続する電池セル2の数は、適宜選択することができる。   The battery module 40 has a configuration in which a plurality of battery cells 2 are connected, and in the present embodiment, four battery cells 2 are connected. In the following, when distinguishing each of the four battery cells 2, the first double-sided cell 2a (left side in FIG. 16), the second double-sided cell 2b, the third double-sided cell 2c, or the fourth double-sided cell 2d (in FIG. 16, , Right side). In addition, in the present embodiment, four battery cells 2 are connected to form the battery module 40, but the number of battery cells 2 to be connected can be appropriately selected.

4つの電池セル2は、絶縁性を有する樹脂製のバンド(図示しない)を巻き掛けて一体に固定されている。電池モジュール40の下方には、樹脂製の受皿31が設置されており、受皿31によって、電池セル2から漏れ出した電解液20を受けることができる。電池モジュール40は、隣り合う電池セル2の空気取込口13を互いに向かい合わせた配置とされている。また、電池モジュール30では、筐体10の側面のうち、いずれか1つを第1隣接側面とし、第1隣接側面と対向する側面を第2隣接側面として設定されている。本実施の形態では、電池セル2において、第1取込側面11aが第1隣接側面とされ、第2取込側面11bが第2隣接側面とされている。本実施の形態において、第1両面セル2aと第2両面セル2bとは、互いの第2取込側面11b同士が対面し、第2両面セル2bと第3両面セル2cとは、互いの第1取込側面11a同士が対面し、第3両面セル2cと第4両面セル2dとは、互いの第2取込側面11b同士が対面した状態とされている。本実施の形態では、厚さ方向Yで対向する側面(第1取込側面11aおよび第2取込側面11b)の両方に空気取込口13が設けられているため、隣り合う電池セル2同士の間に空気を取り込む隙間が設けられていることが望ましい。   The four battery cells 2 are integrally fixed by winding a resin band (not shown) having an insulating property. A resin tray 31 is installed below the battery module 40, and the tray 31 can receive the electrolytic solution 20 leaking from the battery cell 2. The battery module 40 is arranged such that the air intake ports 13 of the adjacent battery cells 2 face each other. In addition, in the battery module 30, one of the side surfaces of the housing 10 is set as the first adjacent side surface, and the side surface facing the first adjacent side surface is set as the second adjacent side surface. In the present embodiment, in the battery cell 2, the first intake side surface 11a is the first adjacent side surface and the second intake side surface 11b is the second adjacent side surface. In the present embodiment, the first double-sided cell 2a and the second double-sided cell 2b are opposed to each other by the second capturing side surfaces 11b thereof, and the second double-sided cell 2b and the third double-sided cell 2c are opposite to each other. The first intake side surfaces 11a face each other, and the third double-sided cell 2c and the fourth double-sided cell 2d face each other with their second intake side surfaces 11b facing each other. In the present embodiment, since the air intake ports 13 are provided on both of the side surfaces (the first intake side surface 11a and the second intake side surface 11b) facing each other in the thickness direction Y, the adjacent battery cells 2 are adjacent to each other. It is desirable that a gap be provided between the two to take in air.

図12は、電池モジュールを上面視した状態での配線を示す説明図である。   FIG. 12 is an explanatory diagram showing wiring in a state where the battery module is viewed from above.

電池モジュール40は、第1両面セル2a、第2両面セル2b、第3両面セル2c、第4両面セル2dの順に直列に接続されている。そして、第1両面セル2aの燃料極端子202は、アース線206に接続されており、第4両面セル2dの空気極端子201は、放電回路207に接続されており、第4両面セル2dの補助極端子203は、充電回路208に接続されている。放電回路207および充電回路208は、上述した切替装置300の一部であって、電池制御部302によって適宜接続状態を切り替えられる。なお、図12に示す接続状態は一例であって、上述した放電モード、充電モード、および発電モードに応じて、適宜接続する端子を調整すればよい。   The battery module 40 includes a first double-sided cell 2a, a second double-sided cell 2b, a third double-sided cell 2c, and a fourth double-sided cell 2d, which are connected in series in this order. The fuel electrode terminal 202 of the first double-sided cell 2a is connected to the ground wire 206, the air electrode terminal 201 of the fourth double-sided cell 2d is connected to the discharge circuit 207, and the fourth double-sided cell 2d is connected. The auxiliary pole terminal 203 is connected to the charging circuit 208. The discharging circuit 207 and the charging circuit 208 are a part of the switching device 300 described above, and the connection state can be appropriately switched by the battery control unit 302. Note that the connection state shown in FIG. 12 is an example, and the terminals to be connected may be appropriately adjusted according to the above-described discharge mode, charge mode, and power generation mode.

電池モジュール30において、隣接する電池セル2同士は、充放電切換素子204を介して接続されている。具体的に、第1両面セル2aと第2両面セル2bとの間に設けられた充放電切換素子204は、第2両面セル2bの燃料極端子202に接続され、第1両面セル2aの空気極端子201および補助極端子203に対して接続を切り換えるように設けられている。図11は、放電時の接続状態を示しており、充放電切換素子204は空気極端子201に接続されている。なお、充電時には、充放電切換素子204は補助極端子203に接続される。また、充放電切換素子204は、隣り合う電池セル2同士の上部に跨って設置されている。つまり、3極方式の金属空気電池では、充電時と放電時とで補助極103または空気極101に対して接続を切り換える必要があり、充放電切換素子204を設けることで円滑に接続を切り換えることができる。また、隣り合う電池セル2同士の上部であれば、電池セル1同士の間隔を空けずに、充放電切換素子204の配置スペースを容易に確保することができる。   In the battery module 30, adjacent battery cells 2 are connected to each other via the charge / discharge switching element 204. Specifically, the charge / discharge switching element 204 provided between the first double-sided cell 2a and the second double-sided cell 2b is connected to the fuel electrode terminal 202 of the second double-sided cell 2b, and the air of the first double-sided cell 2a is connected. It is provided so as to switch the connection to the pole terminal 201 and the auxiliary pole terminal 203. FIG. 11 shows a connection state at the time of discharging, and the charge / discharge switching element 204 is connected to the air electrode terminal 201. The charge / discharge switching element 204 is connected to the auxiliary electrode terminal 203 during charging. In addition, the charge / discharge switching element 204 is installed across the upper portions of the adjacent battery cells 2. That is, in the three-pole type metal-air battery, it is necessary to switch the connection to the auxiliary electrode 103 or the air electrode 101 during charging and discharging, and by providing the charge / discharge switching element 204, the connection can be switched smoothly. You can Further, as long as it is above the adjacent battery cells 2, the space for disposing the charge / discharge switching element 204 can be easily secured without leaving an interval between the battery cells 1.

電池セル2は、燃料極端子202と補助極端子203とが切り離し素子205を介して接続されている。複数の電池セル2で構成される電池モジュール40では、各電池モジュール40が直列に接続されているため、いずれかの電池セル2の特性が劣化したり、電解液20漏れ等によって抵抗値が上昇したりするなどの不具合が発生すると、電池モジュール40全体の性能に影響を及ぼしたり、不具合が発生した電池セル2が過充電や過放電によって発火するなどの危険な状態になるという課題がある。そこで、切り離し素子205を設けていれば、電池セル2に不具合が発生した際、不具合が発生した電池セル2の切り離し素子205によって燃料極端子202と補助極端子203とを短絡させると同時に、充放電切換素子204を補助極端子203側に切り換えることで、隣り合う電池セル2の燃料極端子202と不具合が発生した電池セル2とが短絡され、不具合が発生した電池セル2を電池モジュール40から切り離すことができる。   In the battery cell 2, the fuel electrode terminal 202 and the auxiliary electrode terminal 203 are connected to each other via a disconnecting element 205. In the battery module 40 composed of a plurality of battery cells 2, since the battery modules 40 are connected in series, the characteristics of one of the battery cells 2 deteriorates, and the resistance value increases due to leakage of the electrolyte solution 20 or the like. When a malfunction such as a malfunction occurs, the performance of the battery module 40 as a whole is affected, and the battery cell 2 in which the malfunction occurs is in a dangerous state such as being ignited by overcharging or overdischarging. Therefore, if the disconnecting element 205 is provided, when a defect occurs in the battery cell 2, the disconnecting element 205 of the defective battery cell 2 short-circuits the fuel electrode terminal 202 and the auxiliary electrode terminal 203, and at the same time, charging is performed. By switching the discharge switching element 204 to the auxiliary electrode terminal 203 side, the fuel electrode terminal 202 of the adjacent battery cell 2 and the defective battery cell 2 are short-circuited, and the defective battery cell 2 is removed from the battery module 40. Can be separated.

次に、移動体に搭載される搭載用電池モジュールについて、図面を参照して説明する。   Next, the mounting battery module mounted on the moving body will be described with reference to the drawings.

図13Aは、搭載用電池モジュールの正面図であって、図13Bは、図13Aに示す搭載用電池モジュールの側面図である。   13A is a front view of the mounting battery module, and FIG. 13B is a side view of the mounting battery module shown in FIG. 13A.

搭載用電池モジュール41は、図11に示す電池モジュール40と同様に、複数の電池セル2を接続した構成とされている。具体的に、搭載用電池モジュール41において、複数の電池セル2は、隣接する電池セル2の正面同士が対向するように並べられている。本実施の形態において、接続された電池セル2の数は24である。なお、図13Bでは、図面の簡略化のため、電池セル2の一部を省略しており、数が異なるが、これに限定されず、接続する電池セル2の数は、適宜選択することができる。   The mounting battery module 41 has a configuration in which a plurality of battery cells 2 are connected, like the battery module 40 shown in FIG. 11. Specifically, in the mounting battery module 41, the plurality of battery cells 2 are arranged so that the front surfaces of the adjacent battery cells 2 face each other. In the present embodiment, the number of connected battery cells 2 is 24. Note that in FIG. 13B, for simplification of the drawing, some of the battery cells 2 are omitted and the number is different, but the number is not limited to this, and the number of battery cells 2 to be connected can be appropriately selected. it can.

搭載用電池モジュール41は、複数の電池セル2に加えて、電解液受皿31、セル接続ユニット32a、および本体接続ユニット32bを備えている。セル接続ユニット32aは、全ての電池セル2の上に跨って配置されており、複数の電池セル2を接続している。従って、セル接続ユニット32aは、端子など電池セル2の上面に設けられた部材を収容している。本体接続ユニット32bは、並べられた電池セル2のうち、いずれか一方の端に配置された電池セル2の取込面(正面)に対向して設けられている。本体接続ユニット32bは、後述する移動体50と電気的に接続され、移動体50に電力を供給したり、移動体50との間で制御信号をやり取りしたりする。   The mounting battery module 41 includes an electrolytic solution tray 31, a cell connection unit 32a, and a main body connection unit 32b in addition to the plurality of battery cells 2. The cell connection unit 32a is arranged over all the battery cells 2 and connects the plurality of battery cells 2. Therefore, the cell connection unit 32a accommodates members such as terminals provided on the upper surface of the battery cell 2. The main body connection unit 32b is provided so as to face the intake surface (front surface) of the battery cell 2 arranged at either one of the arranged battery cells 2. The main body connection unit 32b is electrically connected to the moving body 50 described later, supplies power to the moving body 50, and exchanges control signals with the moving body 50.

搭載用電池モジュール41のサイズは、水平方向Xが160mm(組電池幅Wm)とされ、奥行方向Yが300mm(組電池奥行Dm)とされ、高さ方向Zが120mm(組電池高さHm)とされている。本実施の形態では、電解液受皿31、セル接続ユニット32a、および本体接続ユニット32bを合わせたサイズとされているが、電解液受皿31、セル接続ユニット32a、および本体接続ユニット32bを除いて、複数の電池セル2だけのサイズを、組電池幅Wm、組電池高さHm、および組電池奥行Dmと見なしてもよい。つまり、搭載用電池モジュール41において、電解液受皿31、セル接続ユニット32a、および本体接続ユニット32bが占めるサイズや重量が小さく、複数の電池セル2が主体となっているので、複数の電池セル2のサイズや重量が重要視される。   Regarding the size of the mounting battery module 41, the horizontal direction X is 160 mm (assembly battery width Wm), the depth direction Y is 300 mm (assembly battery depth Dm), and the height direction Z is 120 mm (assembly battery height Hm). It is said that. In the present embodiment, the electrolytic solution tray 31, the cell connection unit 32a, and the main body connection unit 32b have a combined size, but except for the electrolytic solution tray 31, the cell connection unit 32a, and the main body connection unit 32b, The sizes of only the plurality of battery cells 2 may be regarded as the assembled battery width Wm, the assembled battery height Hm, and the assembled battery depth Dm. That is, in the mounting battery module 41, the size and weight occupied by the electrolytic solution tray 31, the cell connection unit 32a, and the main body connection unit 32b are small, and the plurality of battery cells 2 are the main constituents. Size and weight are important.

図14Aは、搭載用電池モジュールが搭載された移動体を示す正面図であって、図14Bは、図14Aに示す移動体の側面図である。なお、図14Bでは、図面の簡略化のため、搭載用電池モジュール41における電池セル2の数を減らしており、図面の見易さを考慮して、移動体本体51および車輪52を透視的に示している。   14A is a front view showing a moving body on which a mounting battery module is mounted, and FIG. 14B is a side view of the moving body shown in FIG. 14A. In FIG. 14B, the number of the battery cells 2 in the mounting battery module 41 is reduced for simplification of the drawing, and the moving body 51 and the wheels 52 are transparently viewed in consideration of viewability of the drawing. Shows.

移動体50は、4つの車輪52を有する4輪車とされており、移動体本体51の内部には、車輪52を駆動させる2つのモータ53と搭載用電池モジュール41とを備えている。搭載用電池モジュール41は、空気取込面が移動体50の進行方向Sと同じ向きとなるように設置されている。図14Bに示すように、搭載用電池モジュール41は、移動体50に対して、正面が同じ方向を向くように搭載されている。移動体50においては、路面の形状等を考慮すると、進行方向Sに直交する方向と比べると進行方向Sのほうが大きな傾きとなる傾向がある。そこで、奥行方向Yを移動体50の進行方向Sに合わせることで、電解液漏れにおける傾きの許容範囲を向上させることができる。   The moving body 50 is a four-wheeled vehicle having four wheels 52, and inside the moving body main body 51, two motors 53 for driving the wheels 52 and a mounting battery module 41 are provided. The mounting battery module 41 is installed such that the air intake surface is in the same direction as the traveling direction S of the moving body 50. As shown in FIG. 14B, the mounting battery module 41 is mounted on the moving body 50 so that the front faces the same direction. In the moving body 50, in consideration of the shape of the road surface and the like, the traveling direction S tends to have a larger inclination than the direction orthogonal to the traveling direction S. Therefore, by adjusting the depth direction Y to the traveling direction S of the moving body 50, it is possible to improve the allowable range of the inclination in the electrolyte leakage.

次に、電池セルの構造と電解液との関係について、図面を参照して説明する。   Next, the relationship between the structure of the battery cell and the electrolytic solution will be described with reference to the drawings.

図15Aは、図5の矢符C−Cでの断面を示す概略断面図であって、図15Bは、図15Aから筐体が傾いた状態を示す概略断面図である。   FIG. 15A is a schematic cross-sectional view showing a cross section taken along arrow CC in FIG. 5, and FIG. 15B is a schematic cross-sectional view showing a state where the housing is tilted from FIG. 15A.

図15Aに示すように、燃料極端子202には、燃料極102との接続部に端子延伸部202aが設けられている。端子延伸部202aは、燃料極102の上縁に沿って設けられており、水平方向Xへ延伸されている。端子延伸部202aは、燃料極102の上演全体を覆うことで、水平方向Xでの電流の偏りを解消し、燃料極102全体に同程度の電流を流すことができる。なお、端子延伸部202aは、燃料極102だけに限らず、空気極101および補助極103に設けてもよい。また、端子延伸部202aは、端子の一部であるので、電極としては作用しない。   As shown in FIG. 15A, the fuel electrode terminal 202 is provided with a terminal extension 202a at the connection with the fuel electrode 102. The terminal extension portion 202a is provided along the upper edge of the fuel electrode 102 and extends in the horizontal direction X. By covering the entire performance of the fuel electrode 102, the terminal extending portion 202a eliminates the bias of the current in the horizontal direction X and allows a similar current to flow through the entire fuel electrode 102. The terminal extension portion 202a may be provided not only on the fuel electrode 102 but also on the air electrode 101 and the auxiliary electrode 103. Further, since the terminal extending portion 202a is a part of the terminal, it does not act as an electrode.

電解液20は、燃料極102(電極)よりも高さが低くなるように充填されており、液面高さHfは、電極高さHeより小さい。図15Aにおいて、筐体10は、水平となるように載置されており、電解液20の液面(電解液面)も水平となっている。ここで、水平状態における電解液面と筐体10上面との間の距離を水平液面距離Δh0と呼び、水平状態における電解液面と電極との間の距離を水平電極距離Δhfと呼び、第1横側面16の内側面と第2横側面17の内側面との水平方向Xでの距離を内側面幅Weと呼ぶことがある。   The electrolytic solution 20 is filled so as to have a height lower than that of the fuel electrode 102 (electrode), and the liquid level height Hf is smaller than the electrode height He. In FIG. 15A, the casing 10 is placed so as to be horizontal, and the liquid surface of the electrolytic solution 20 (electrolytic solution surface) is also horizontal. Here, the distance between the electrolytic solution surface in the horizontal state and the upper surface of the casing 10 is referred to as a horizontal liquid surface distance Δh0, the distance between the electrolytic solution surface in the horizontal state and the electrode is referred to as a horizontal electrode distance Δhf, and The distance in the horizontal direction X between the inner surface of the first lateral surface 16 and the inner surface of the second lateral surface 17 may be referred to as the inner surface width We.

図15Bは、図15Aに示す状態から、水平方向Xに対し傾斜角θだけ電池セル2が傾いている(図15Bでは反時計回り)。一点鎖線で示す水平液面線ELは、図15Aの水平状態での液面を示している。つまり、筐体10に収容されている電解液20は、液体であるので、筐体10の傾きに拘わらず、水平状態を維持する。その結果、電解液20の液面は、水平液面線ELに対して傾斜し、水平方向Xの一端では、水平液面線ELより上昇し、他端では、水平液面線ELより下降する。図15Bに示す液面差Δhθは、水平液面線ELより上昇した側での液面と水平液面線ELとの間の距離である。ここで、液面差Δhθが水平液面距離Δh0を超えると、電解液20が筐体10の上面に到達していることを示し、電解液漏れが生じる虞がある。本発明は、筐体10を適切なサイズとすることで、傾斜による電解液漏れを防いでいる。   15B, the battery cell 2 is tilted from the state shown in FIG. 15A by the tilt angle θ with respect to the horizontal direction X (counterclockwise in FIG. 15B). The horizontal liquid level line EL indicated by the alternate long and short dash line indicates the liquid level in the horizontal state of FIG. 15A. That is, since the electrolytic solution 20 contained in the housing 10 is a liquid, it maintains a horizontal state regardless of the inclination of the housing 10. As a result, the liquid level of the electrolytic solution 20 is inclined with respect to the horizontal liquid level line EL, rises above the horizontal liquid level line EL at one end in the horizontal direction X, and falls below the horizontal liquid level line EL at the other end. . The liquid level difference Δhθ shown in FIG. 15B is the distance between the liquid level on the side raised above the horizontal liquid level line EL and the horizontal liquid level line EL. Here, if the liquid level difference Δhθ exceeds the horizontal liquid level distance Δh0, it indicates that the electrolytic solution 20 has reached the upper surface of the housing 10, and there is a possibility that electrolytic solution leakage may occur. The present invention prevents the electrolyte leakage due to the inclination by making the casing 10 have an appropriate size.

ところで、移動体50が走行する道路においては、道路構造令によって、走行速度に対して許容される傾斜の範囲が定められている。   By the way, on the road on which the moving body 50 travels, the range of inclination allowed for the traveling speed is defined by the Road Structure Ordinance.

図16は、道路区分毎の設計速度と最大縦断勾配との関係を示す特性図である。   FIG. 16 is a characteristic diagram showing the relationship between the design speed and the maximum vertical gradient for each road section.

道路区分では、都市部、地方部、平地部、および山野部といった道路が存する地域によって、第1種ないし第4種に分類され、それぞれ普通道路および小型道路にさらに分類されている。それぞれの分類では、設計速度に対する最大縦断勾配が定められており、最大縦断勾配に基づいて、傾斜の角度を算出することができる。例えば、第1種ないし第3種における設計速度80km/hでの小型道路では、最大縦断勾配が7%とされていることから、傾斜角は、4°となる。また、第1種ないし第3種における設計速度20km/hでの小型道路では、最大縦断勾配が12%とされていることから、傾斜角は、6.8°となる。設計速度と最大縦断勾配との関係については、設計速度が高くなるのにつれて、最大縦断勾配が小さくなる傾向とされている。   The roads are classified into the first to fourth types depending on the areas where the roads exist, such as urban areas, rural areas, flat areas, and mountainous areas, and are further classified into ordinary roads and small roads, respectively. In each classification, the maximum longitudinal gradient with respect to the design speed is defined, and the angle of inclination can be calculated based on the maximum longitudinal gradient. For example, on a small road at a design speed of 80 km / h in the first to third types, the maximum longitudinal gradient is set to 7%, so the inclination angle is 4 °. In addition, in the first to third types of small roads at the design speed of 20 km / h, the maximum longitudinal gradient is 12%, so the inclination angle is 6.8 °. Regarding the relationship between the design speed and the maximum longitudinal gradient, the maximum longitudinal gradient tends to decrease as the design speed increases.

次に、電池セル2の形状(サイズ)の違いによる電解液漏れ、出力、および走行安定性について検討を行った。   Next, the electrolyte leakage, the output, and the running stability due to the difference in the shape (size) of the battery cell 2 were examined.

図17は、傾斜した電池セルからの電解液漏れを評価した結果を示す特性図である。   FIG. 17 is a characteristic diagram showing a result of evaluating leakage of an electrolytic solution from a tilted battery cell.

電解液漏れに対しては、縦横比(アスペクト比)がそれぞれ異なる5種類の電池セル2として、実施例1ないし実施例4と比較例1とを評価した結果を示す。なお、本実施の形態では、筐体高さHcを筐体幅Wcで除した値を第1アスペクト比Acaとし、筐体高さHcを筐体奥行Dcで除した値を第2アスペクト比Acbとしている。   Regarding the leakage of the electrolytic solution, the results obtained by evaluating Examples 1 to 4 and Comparative Example 1 as five types of battery cells 2 having different aspect ratios are shown. In the present embodiment, the value obtained by dividing the housing height Hc by the housing width Wc is the first aspect ratio Aca, and the value obtained by dividing the housing height Hc by the housing depth Dc is the second aspect ratio Acb. .

実施例1は、筐体幅Wcが266mmであり、筐体高さHcが53.6mmであって、第1アスペクト比Acaが0.20であり、水平液面距離Δh0が8.5mmである。実施例2は、筐体幅Wcが203mmであり、筐体高さHcが70.2mmであって、第1アスペクト比Acaが0.35であり、水平液面距離Δh0が11.1mmである。実施例3は、筐体幅Wcが150mmであり、筐体高さHcが95mmであって、第1アスペクト比Acaが0.63であり、水平液面距離Δh0が15.0mmである。実施例4は、筐体幅Wcが119.4mmであり、筐体高さHcが119.4mmであって、第1アスペクト比Acaが1.0であり、水平液面距離Δh0が18.8mmである。比較例1は、筐体幅Wcが274mmであり、筐体高さHcが52mmであって、第1アスペクト比Acaが0.19であり、水平液面距離Δh0が8.2mmである。実施例1ないし実施例4と比較例1とは、筐体幅Wcに筐体高さHcを乗じた値(Wc×Hc)が14250mm2であって、全て等しい値となっている。つまり、電池セル2の正面の面積を一定にして、筐体幅Wc(横)と筐体高さHc(縦)との長さを変化させている。また、液面高さHfを筐体高さHcで除した値は、実施例1ないし実施例4と比較例1とにおいて、全て0.79とされている。 In Example 1, the housing width Wc is 266 mm, the housing height Hc is 53.6 mm, the first aspect ratio Aca is 0.20, and the horizontal liquid surface distance Δh0 is 8.5 mm. In Example 2, the housing width Wc is 203 mm, the housing height Hc is 70.2 mm, the first aspect ratio Aca is 0.35, and the horizontal liquid surface distance Δh0 is 11.1 mm. In Example 3, the housing width Wc is 150 mm, the housing height Hc is 95 mm, the first aspect ratio Aca is 0.63, and the horizontal liquid surface distance Δh0 is 15.0 mm. In Example 4, the housing width Wc is 119.4 mm, the housing height Hc is 119.4 mm, the first aspect ratio Aca is 1.0, and the horizontal liquid surface distance Δh0 is 18.8 mm. is there. In Comparative Example 1, the housing width Wc is 274 mm, the housing height Hc is 52 mm, the first aspect ratio Aca is 0.19, and the horizontal liquid surface distance Δh0 is 8.2 mm. In Examples 1 to 4 and Comparative Example 1, the value (Wc × Hc) obtained by multiplying the housing width Wc by the housing height Hc is 14250 mm 2 , which are all equal values. That is, the length of the casing width Wc (horizontal) and the casing height Hc (vertical) is changed while keeping the area of the front surface of the battery cell 2 constant. Further, the values obtained by dividing the liquid level height Hf by the housing height Hc are 0.79 in all of Examples 1 to 4 and Comparative Example 1.

図17では、5種類の電池セル2に対して、傾斜角θを4°と6.8°とに設定した場合の結果を示している。電池セル2を2種類の傾斜角θで傾けて、電池セル2から電解液20が漏れなかった場合を「○」とし、漏れた場合を「×」とした。第1アスペクト比Acaが小さい比較例1では、傾斜角θを4°としたときに、液面差Δhθが8.6mmで「×」となり、電解液漏れが生じたので、傾斜角θが6.8°でも、電解液漏れが生じるのは明白である。これに対し、実施例1では、傾斜角θを4°としたときに液面差Δhθが8.4mmで「○」となり、傾斜角θを6.8°としたときに液面差Δhθが14.3mmで「×」となった。実施例2ないし実施例4では、傾斜角θが4°と6.8°とのいずれでも「○」となった。つまり、「○」となった場合には、液面差Δhθが水平液面距離Δh0より低い値となり、「×」となった場合には、液面差Δhθが水平液面距離Δh0より高い値となっていた。なお、液面差Δhθは、「Δhθ=We×tan(2π/(360/θ))/2」の関係式から算出することができる。   FIG. 17 shows the results when the inclination angles θ are set to 4 ° and 6.8 ° for the five types of battery cells 2. The battery cell 2 was tilted at two kinds of inclination angles θ, and the case where the electrolyte solution 20 did not leak from the battery cell 2 was marked with “◯”, and the case where it leaked was marked with “x”. In Comparative Example 1 in which the first aspect ratio Aca is small, when the tilt angle θ is 4 °, the liquid level difference Δhθ is 8.6 mm, and the electrolyte solution leaks. It is clear that electrolyte leakage occurs even at 0.8 °. On the other hand, in Example 1, the liquid level difference Δhθ was ◯ when the tilt angle θ was 4 ° and was “◯”, and the liquid level difference Δhθ was when the tilt angle θ was 6.8 °. It became "x" at 14.3 mm. In Examples 2 to 4, the inclination angle θ was “◯” at both 4 ° and 6.8 °. That is, when the result is “◯”, the liquid level difference Δhθ is lower than the horizontal liquid level distance Δh0, and when the value is “×”, the liquid level difference Δhθ is higher than the horizontal liquid level distance Δh0. It was. The liquid level difference Δhθ can be calculated from the relational expression “Δhθ = We × tan (2π / (360 / θ)) / 2”.

上述した結果から、第1アスペクト比Acaが0.20以上であれば、傾斜角θが4°以下で、電解液漏れが生じないことがわかる。また、第1アスペクト比Acaが0.20以上であれば、傾斜角θが6.8°以下でも、電解液漏れが生じないことがわかる。つまり、第1アスペクト比Acaが大きくなるにつれて、液面差Δhθは小さくなって、水平液面距離Δh0以下の値となる。その結果、電池セル2が傾いた際の筐体10端部での電解液面の上昇を抑制することができ、電解液20の漏れを防ぐことができる。なお、本実施の形態で第2アスペクト比Acbについては、筐体奥行Dcに比べて筐体高さHcが大きいので、第1アスペクト比Acaよりも非常に大きな値となる。この結果から、電池セル2のアスペクト比(第1アスペクト比Acaおよび第2アスペクト比Acb)は、少なくとも0.2以上、より好ましくは0.35以上であれば、電解液漏れを防止することができるとわかる。   From the above results, it can be seen that when the first aspect ratio Aca is 0.20 or more, the inclination angle θ is 4 ° or less and no electrolyte leakage occurs. Further, it can be seen that if the first aspect ratio Aca is 0.20 or more, electrolyte leakage does not occur even if the inclination angle θ is 6.8 ° or less. That is, as the first aspect ratio Aca increases, the liquid level difference Δhθ decreases and becomes a value equal to or less than the horizontal liquid level distance Δh0. As a result, it is possible to suppress the rise of the electrolytic solution surface at the end portion of the housing 10 when the battery cell 2 is tilted, and to prevent the leakage of the electrolytic solution 20. In the present embodiment, the second aspect ratio Acb is much larger than the first aspect ratio Aca because the housing height Hc is larger than the housing depth Dc. From this result, if the aspect ratio (first aspect ratio Aca and second aspect ratio Acb) of the battery cell 2 is at least 0.2 or more, and more preferably 0.35 or more, the electrolyte leakage can be prevented. I know you can.

図18は、傾斜した電池セルの出力を評価した結果を示す特性図である。   FIG. 18 is a characteristic diagram showing a result of evaluating the output of the tilted battery cell.

出力に対しては、液面比He/Hfがそれぞれ異なる4種類の電池セル2として、実施例5ないし実施例7と比較例2とを評価した結果を示す。   Regarding the output, the results of evaluating Examples 5 to 7 and Comparative Example 2 as four types of battery cells 2 having different liquid surface ratios He / Hf are shown.

実施例5ないし実施例7と比較例2とは、筐体幅Wcが150mmであり、筐体高さHcが95mmであり、内側面幅Weが135mmであり、液面高さHfが75mmである。また、実施例5は、電極高さHeが78mmであって、水平電極距離Δhfが3mmであって、液面比He/Hfが1.04である。実施例6は、電極高さHeが80mmであって、水平電極距離Δhfが5mmであって、液面比He/Hfが1.067である。実施例7は、電極高さHeが82mmであって、水平電極距離Δhfが7mmであって、液面比He/Hfが1.093である。比較例2は、電極高さHeが75mmであって、水平電極距離Δhfが0mmであって、液面比He/Hfが1.00である。   In Examples 5 to 7 and Comparative Example 2, the housing width Wc is 150 mm, the housing height Hc is 95 mm, the inner surface width We is 135 mm, and the liquid surface height Hf is 75 mm. . In Example 5, the electrode height He is 78 mm, the horizontal electrode distance Δhf is 3 mm, and the liquid surface ratio He / Hf is 1.04. In Example 6, the electrode height He is 80 mm, the horizontal electrode distance Δhf is 5 mm, and the liquid surface ratio He / Hf is 1.067. In Example 7, the electrode height He is 82 mm, the horizontal electrode distance Δhf is 7 mm, and the liquid surface ratio He / Hf is 1.093. In Comparative Example 2, the electrode height He is 75 mm, the horizontal electrode distance Δhf is 0 mm, and the liquid surface ratio He / Hf is 1.00.

出力の結果については、水平状態に対して、電池セル2を傾けた状態(傾斜状態)での出力が、95%以上の場合に「○」とし、90%以上95%未満の場合に「△」とし、90%未満の場合に「×」とした。実施例5では、傾斜角θを4°としたときに「○」となり、傾斜角θを6.8°としたときに「×」となった。実施例6では、傾斜角θを4°としたときに「○」となり、傾斜角θを6.8°としたときに「△」となった。実施例7では、傾斜角θが4°と6.8°とのいずれでも「○」となった。比較例2では、傾斜角θを4°としたときに「×」となったので、傾斜角θが6.8°でも、出力が低下するのは明白である。   Regarding the result of the output, when the output in the state where the battery cell 2 is tilted (inclined state) is 95% or more with respect to the horizontal state, “◯” is given, and when the output is 90% or more and less than 95%, “Δ” is given. , And when it was less than 90%, it was marked as “x”. In Example 5, when the tilt angle θ was 4 °, it was “◯”, and when the tilt angle θ was 6.8 °, it was “x”. In Example 6, when the tilt angle θ was 4 °, the result was “◯”, and when the tilt angle θ was 6.8 °, the result was “Δ”. In Example 7, the inclination angle θ was “◯” at both 4 ° and 6.8 °. In Comparative Example 2, when the inclination angle θ was 4 °, the result was “x”, so that it is clear that the output is reduced even when the inclination angle θ is 6.8 °.

上述した結果から、傾斜角θが4°のとき、実施例5ないし実施例7は、液面比He/Hfが1.04以上であって、出力低下が略発生しないことがわかる。同様に、傾斜角θが6.8°のとき、実施例7は、液面比He/Hfが1.07以上であって、出力低下が略発生しないことがわかる。つまり、液面比He/Hfが小さいと、水平電極距離Δhfに比べて液面差Δhθが大きくなるので、露出される電極の面積が増え、電極として作用する部分が減少するためである。この結果から、液面比He/Hfは、少なくとも1.04以上、より好ましくは1.07以上であれば、出力低下を防止することができるとわかる。   From the above results, it is understood that when the inclination angle θ is 4 °, the liquid level ratio He / Hf is 1.04 or more in Examples 5 to 7 and the output reduction does not substantially occur. Similarly, when the inclination angle θ is 6.8 °, it can be seen that in Example 7, the liquid surface ratio He / Hf is 1.07 or more, and the output reduction does not substantially occur. That is, when the liquid surface ratio He / Hf is small, the liquid surface difference Δhθ becomes larger than the horizontal electrode distance Δhf, so that the area of the exposed electrode increases and the portion acting as the electrode decreases. From this result, it is understood that the output reduction can be prevented when the liquid surface ratio He / Hf is at least 1.04 or more, more preferably 1.07 or more.

金属空気電池は、小型化が求められているので、必要最小限の高さとするのが望ましく、電解液20または電極の高さによって、筐体10の高さが決定される。ここで、電解液20を筐体10と同程度の高さにした場合、金属空気電池の傾き等によって、電解液20の漏れが生じてしまう。そのため、電極の高さを大きくし、電解液20は、電極より低い高さまで充填しておくことが望ましい。それによって、電解液20の漏れを防ぎつつ、金属空気電池の小型化を図ることができる。   Since the metal-air battery is required to be downsized, it is desirable to set the height to the minimum necessary, and the height of the housing 10 is determined by the height of the electrolytic solution 20 or the electrode. Here, when the height of the electrolytic solution 20 is approximately the same as that of the housing 10, the electrolytic solution 20 may leak due to the inclination of the metal-air battery or the like. Therefore, it is desirable to increase the height of the electrode and fill the electrolytic solution 20 to a height lower than that of the electrode. This makes it possible to reduce the size of the metal-air battery while preventing the electrolyte solution 20 from leaking.

図19は、傾斜した電池セルの走行安定性を評価した結果を示す特性図である。   FIG. 19 is a characteristic diagram showing the results of evaluating the running stability of a tilted battery cell.

走行安定性については、搭載用電池モジュール41を搭載した移動体50を用いて評価しており、勾配7%(傾斜角θ4°)の変化(アップダウン)が続く道路を速度20km/hで走行させた場合と、勾配12%(傾斜角θ6.8°)の変化(アップダウン)が続く道路を速度20km/hで走行させた場合とを行った。この際、移動体50の転倒やふらつきが発生しなかった場合を「○」とし、転倒やふらつきが発生しなかった場合を「×」とした。   The traveling stability is evaluated by using the moving body 50 equipped with the mounting battery module 41, and the vehicle is traveling at a speed of 20 km / h on a road where the gradient (inclination angle θ4 °) changes (up / down) continues. And the case where the road was continuously driven at a speed of 20 km / h, where a change (up / down) of a gradient of 12% (inclination angle θ6.8 °) continued. At this time, the case where the moving body 50 did not fall or wobble was defined as “◯”, and the case where the moving body 50 did not fall or wobble was defined as “x”.

走行安定性に対しては、縦横比(アスペクト比)がそれぞれ異なる5種類の搭載用電池モジュール41として、実施例8ないし実施例10と比較例3および比較例4とを評価した結果を示す。なお、本実施の形態では、組電池高さHmを組電池幅Wmで除した値を第1組電池アスペクト比Amaとし、組電池高さHmを組電池奥行Dmで除した値を第2組電池アスペクト比Ambとしている。   Regarding the running stability, the results of evaluating Examples 8 to 10 and Comparative Examples 3 and 4 as five types of mounting battery modules 41 having different aspect ratios are shown. In the present embodiment, a value obtained by dividing the battery pack height Hm by the battery pack width Wm is defined as the first battery pack aspect ratio Ama, and a value obtained by dividing the battery pack height Hm by the battery pack depth Dm is used as the second battery pack. The battery aspect ratio is Amb.

実施例8は、組電池幅Wmが164.2mmであり、組電池高さHmが213.5mmであり、組電池奥行Dmが164.2mmであって、第1組電池アスペクト比Amaが1.3であり、第2組電池アスペクト比Ambが1.3である。実施例9は、組電池幅Wmが179.3mmであり、組電池高さHmが179.3mmであり、組電池奥行Dmが179.3mmであって、第1組電池アスペクト比Amaが1.0であり、第2組電池アスペクト比Ambが1.0である。実施例10は、組電池幅Wmが160mmであり、組電池高さHmが120mmであり、組電池奥行Dmが300mmであって、第1組電池アスペクト比Amaが0.75であり、第2組電池アスペクト比Ambが0.4である。比較例3は、組電池幅Wmが172.3mmであり、組電池高さHmが224mmであり、組電池奥行Dmが149.3mmであって、第1組電池アスペクト比Amaが1.3であり、第2組電池アスペクト比Ambが1.5である。比較例4は、組電池幅Wmが149.3mmであり、組電池高さHmが224mmであり、組電池奥行Dmが172.3mmであって、第1組電池アスペクト比Amaが1.5であり、第2組電池アスペクト比Ambが1.3である。実施例8ないし実施例10と比較例3および比較例4とは、組電池幅Wmと組電池高さHmと組電池奥行Dmとを乗じた値(Wm×Hm×Dm)が5760mm3であって、全て等しい値となっている。つまり、搭載用電池モジュール41の体積を一定にして、組電池幅Wmと組電池高さHmと組電池奥行Dmの長さを変化させている。 In Example 8, the assembled battery width Wm is 164.2 mm, the assembled battery height Hm is 213.5 mm, the assembled battery depth Dm is 164.2 mm, and the first assembled battery aspect ratio Ama is 1. 3, and the second assembled battery aspect ratio Amb is 1.3. In Example 9, the assembled battery width Wm is 179.3 mm, the assembled battery height Hm is 179.3 mm, the assembled battery depth Dm is 179.3 mm, and the first assembled battery aspect ratio Ama is 1. 0, and the second assembled battery aspect ratio Amb is 1.0. In Example 10, the assembled battery width Wm is 160 mm, the assembled battery height Hm is 120 mm, the assembled battery depth Dm is 300 mm, the first assembled battery aspect ratio Ama is 0.75, and the second assembled battery aspect ratio Ama is 0.75. The assembled battery aspect ratio Amb is 0.4. In Comparative Example 3, the battery pack width Wm is 172.3 mm, the battery pack height Hm is 224 mm, the battery pack depth Dm is 149.3 mm, and the first battery pack aspect ratio Ama is 1.3. And the second assembled battery aspect ratio Amb is 1.5. In Comparative Example 4, the battery pack width Wm is 149.3 mm, the battery pack height Hm is 224 mm, the battery pack depth Dm is 172.3 mm, and the first battery pack aspect ratio Ama is 1.5. Yes, the second assembled battery aspect ratio Amb is 1.3. In each of Examples 8 to 10 and Comparative Examples 3 and 4, the value (Wm × Hm × Dm) obtained by multiplying the assembled battery width Wm, the assembled battery height Hm, and the assembled battery depth Dm was 5760 mm 3. And all have the same value. That is, the length of the battery pack width Wm, the battery pack height Hm, and the battery pack depth Dm is changed while keeping the volume of the mounting battery module 41 constant.

走行安定性の結果について、実施例8では、傾斜角θを4°としたときに「○」となり、傾斜角θを6.8°としたときに「×」となった。実施例9および実施例10では、傾斜角θが4°と6.8°とのいずれでも「○」となった。比較例3および比較例4では、傾斜角θが4°と6.8°とのいずれでも「×」となった。   Regarding the result of running stability, in Example 8, when the inclination angle θ was 4 °, it became “◯”, and when the inclination angle θ was 6.8 °, it became “x”. In Example 9 and Example 10, the inclination angle θ was “◯” at both 4 ° and 6.8 °. In Comparative Example 3 and Comparative Example 4, the inclination angle θ was “x” at both 4 ° and 6.8 °.

上述した結果から、搭載用電池モジュール41のアスペクト比(第1組電池アスペクト比Amaおよび第2組電池アスペクト比Amb)は、少なくとも1.3以下、より好ましくは1.0以下であれば、走行性能を安定化できることがわかる。つまり、アスペクト比を小さくすることで、移動体50の重心が下がるため、傾斜による転倒などを防止することができる。   From the above-mentioned results, if the aspect ratio of the mounting battery module 41 (first assembled battery aspect ratio Ama and second assembled battery aspect ratio Amb) is at least 1.3 or less, and more preferably 1.0 or less, running It can be seen that the performance can be stabilized. That is, by reducing the aspect ratio, the center of gravity of the moving body 50 is lowered, so that it is possible to prevent falls due to inclination.

本実施の形態では、筐体10は、筐体高さHcおよび筐体幅Wcから算出される第1アスペクト比Acaと、筐体高さHcおよび筐体奥行Dcから算出される第2アスペクト比Acbとが予め設定されている。この構成によると、アスペクト比に応じて、筐体幅Wc、筐体高さHc、および筐体奥行Dcを適切な寸法とすることで、転倒や電解液の漏れといった電池セル2の傾きに起因する不良を防ぐことができる。   In the present embodiment, housing 10 has a first aspect ratio Aca calculated from housing height Hc and housing width Wc, and a second aspect ratio Acb calculated from housing height Hc and housing depth Dc. Is preset. According to this configuration, the housing width Wc, the housing height Hc, and the housing depth Dc are set to have appropriate dimensions in accordance with the aspect ratio, which causes tilting of the battery cell 2 such as tipping or electrolyte leakage. You can prevent defects.

(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態に係る金属空気電池について、図面を参照して説明する。第2実施形態は、第1実施形態に対して筐体内部の構造が異なり、他の構造は同様であるため、筐体内部の図面を示し、他の図面は省略する。
(Second embodiment)
Next, a metal-air battery according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The second embodiment is different from the first embodiment in the internal structure of the housing and is the same in the other structures, and therefore, a drawing inside the housing is shown and the other drawings are omitted.

図20Aは、本発明の第2実施形態に係る金属空気電池の内部の構造を示す概略断面図であって、図20Bは、図20Aから筐体が傾いた状態を示す概略断面図である。なお、図20Aは、図5の矢符C−Cでの断面に対応している。   20A is a schematic cross-sectional view showing the internal structure of the metal-air battery according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 20B is a schematic cross-sectional view showing a state in which the housing is tilted from FIG. 20A. Note that FIG. 20A corresponds to the cross section taken along the arrow C-C in FIG. 5.

図20Aに示すように、本発明の第2実施形態に係る電池セル2は、水平方向X中央部に、電解液20の水平方向Xでの移動を規制する移動規制部18が設けられている。具体的に、移動規制部18は、筐体10の上面から下面へ延伸され、筐体10と一体に形成されている。つまり、筐体10は、移動規制部18によって、内部の空間が第1横側面16側と第2横側面17側との2つに分割されている。   As shown in FIG. 20A, in the battery cell 2 according to the second embodiment of the present invention, a movement restricting portion 18 that restricts the movement of the electrolytic solution 20 in the horizontal direction X is provided at the central portion in the horizontal direction X. . Specifically, the movement restricting portion 18 extends from the upper surface to the lower surface of the housing 10 and is formed integrally with the housing 10. In other words, the space inside the housing 10 is divided into two, that is, the first lateral side surface 16 side and the second lateral side surface 17 side by the movement restricting portion 18.

図20Bは、図20Aに示す状態から、水平方向Xに対し傾斜角θだけ電池セル2が傾いている。第1横側面16側の空間において、電解液20の液面は、第1横側面16側の端で、水平液面線ELより上昇し、移動規制部18側の端で、水平液面線ELより下降している。また、第2横側面17側の空間において、電解液20の液面は、移動規制部18側の端で、水平液面線ELより上昇し、第2横側面17側の端で、水平液面線ELより下降している。図20Bに示す規制液面差Δhθ’は、水平液面線ELより上昇した側での液面と水平液面線ELとの間の距離である。本実施の形態において、内側面幅Weは、移動規制部18で2つに分割されているので、「Δhθ’=0.5×Δhθ」という関係式から規制液面差Δhθ’が算出される。つまり、移動規制部18を設けて、電解液20の移動を規制することで、金属空気電池の見かけ上のアスペクト比を大きくし、電解液漏れにおける傾きの許容範囲を向上させることができる。なお、これに限定されず、移動規制部18を設ける位置や数などを適宜変更してもよい。   20B, the battery cell 2 is tilted from the state shown in FIG. 20A by a tilt angle θ with respect to the horizontal direction X. In the space on the first horizontal side surface 16 side, the liquid level of the electrolytic solution 20 rises above the horizontal liquid level line EL at the end on the first horizontal side surface 16 side, and at the end on the movement restricting portion 18 side, the horizontal liquid level line. It is lower than EL. Further, in the space on the second lateral side surface 17 side, the liquid level of the electrolytic solution 20 rises above the horizontal liquid level line EL at the end on the movement restricting portion 18 side, and at the end on the second lateral side surface 17 side, the horizontal liquid level. It is lower than the surface line EL. The regulated liquid level difference Δhθ ′ shown in FIG. 20B is the distance between the liquid level on the side raised above the horizontal liquid level line EL and the horizontal liquid level line EL. In the present embodiment, the inner surface width We is divided into two by the movement restricting portion 18, so the restriction liquid level difference Δhθ ′ is calculated from the relational expression “Δhθ ′ = 0.5 × Δhθ”. . That is, by providing the movement restricting portion 18 and restricting the movement of the electrolytic solution 20, it is possible to increase the apparent aspect ratio of the metal-air battery and improve the allowable range of the inclination in the electrolytic solution leakage. Note that the present invention is not limited to this, and the position and number of the movement restricting portions 18 may be changed as appropriate.

(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態に係る金属空気電池について、図面を参照して説明する。
(Third Embodiment)
Next, a metal-air battery according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図21は、本発明の第3実施形態に係る電池セルの概略断面図であって、図22は、図21の筐体上部を拡大して示す拡大断面図であって、図23は、図21の取込側面の側から見た概略側面図である。なお、図21は、図面の見易さを考慮して、ハッチングを省略し、筐体10を透視して示している。また、図22は、図23の矢符A−Aでの断面に相当する。また、第1実施形態および第2実施形態と機能が実質的に等しい構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。   21 is a schematic cross-sectional view of a battery cell according to a third embodiment of the present invention, FIG. 22 is an enlarged cross-sectional view showing an enlarged upper part of the housing of FIG. 21, and FIG. It is the schematic side view seen from the side of the taking-in side surface of 21. Note that, in FIG. 21, the hatching is omitted and the housing 10 is seen through in view of the viewability of the drawing. 22 corresponds to a cross section taken along the line AA in FIG. Further, constituent elements having substantially the same functions as those of the first and second embodiments are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.

第3実施形態では、空気極101および補助極103がそれぞれ1つとされている点で、第1実施形態と異なる。つまり、第3実施形態では、空気極101と燃料極102とが筐体10の互いに対向する側面に配置されている。   The third embodiment is different from the first embodiment in that the number of the air electrode 101 and the number of the auxiliary electrode 103 are each one. That is, in the third embodiment, the air electrode 101 and the fuel electrode 102 are arranged on the side surfaces of the housing 10 that face each other.

筐体10の側面は、水平方向Xで第1横側面16(図23では、左側)と第2横側面17(図23では、右側)とが対向し、厚さ方向Yで取込側面11(図21では、左側)と燃料側面12(図21では、右側)とが対向している。取込側面11には、矩形状の空気取込口13が内部を開口するように形成されている。空気極101は、取込側面11に沿って設けられ、燃料極102は、燃料側面12に沿って設けられている。   In the side surface of the housing 10, the first lateral side surface 16 (left side in FIG. 23) and the second lateral side surface 17 (right side in FIG. 23) face each other in the horizontal direction X, and the intake side surface 11 in the thickness direction Y. (The left side in FIG. 21) and the fuel side surface 12 (the right side in FIG. 21) face each other. A rectangular air intake port 13 is formed on the intake side surface 11 so as to open inside. The air electrode 101 is provided along the intake side surface 11, and the fuel electrode 102 is provided along the fuel side surface 12.

次に、複数の電池セルを接続した電池モジュールについて、図面を参照して説明する。   Next, a battery module in which a plurality of battery cells are connected will be described with reference to the drawings.

図24は、本発明の第3実施形態に係る電池セルを複数接続した電池モジュールを示す概略断面図である。なお、図24は、図面の見易さを考慮して、ハッチングを省略している。   FIG. 24 is a schematic cross-sectional view showing a battery module in which a plurality of battery cells according to the third embodiment of the present invention are connected. Note that, in FIG. 24, hatching is omitted in consideration of viewability of the drawing.

電池モジュール30は、複数の電池セル1を接続した構成とされ、本実施の形態では、4つの電池セル1を接続している。以下では、4つの電池セル1は、それぞれを区別する場合、第1セル1a(図24では左側)、第2セル1b、第3セル1c、または第4セル1d(図24では、右側)と呼ぶことがある。なお、本実施の形態では、4つの電池セル1を接続して電池モジュール30としたが、これに限定されず、接続する電池セル1の数は、適宜選択することができる。   The battery module 30 has a configuration in which a plurality of battery cells 1 are connected, and in the present embodiment, four battery cells 1 are connected. In the following, the four battery cells 1 will be referred to as a first cell 1a (left side in FIG. 24), a second cell 1b, a third cell 1c, or a fourth cell 1d (right side in FIG. 24) when distinguishing each other. May be called. In the present embodiment, four battery cells 1 are connected to form the battery module 30, but the present invention is not limited to this, and the number of battery cells 1 to be connected can be appropriately selected.

第3実施形態では、第1実施形態と同様に、第1隣接側面と第2隣接側面とが設定され、第1隣接側面同士および第2隣接側面同士が対面するように隣接して並べられている。本実施の形態では、取込側面11が第1隣接側面とされ、燃料側面12が第2隣接側面とされている。具体的には、第1セル1aと第2セル1bとは、互いの取込側面11同士が対面し、第2セル1bと第3セル1cとは、互いの燃料側面12同士が対面し、第3セル1cと第4セル1dとは、互いの取込側面11同士が対面した状態とされている。   In the third embodiment, similar to the first embodiment, the first adjacent side surface and the second adjacent side surface are set, and the first adjacent side surfaces and the second adjacent side surfaces are arranged adjacent to each other so as to face each other. There is. In the present embodiment, the intake side surface 11 is the first adjacent side surface and the fuel side surface 12 is the second adjacent side surface. Specifically, the first cell 1a and the second cell 1b have their respective intake side surfaces 11 facing each other, and the second cell 1b and the third cell 1c have their respective fuel side surfaces 12 facing each other, The third cell 1c and the fourth cell 1d are in a state where their respective intake side surfaces 11 face each other.

なお、上述した第1実施形態ないし第3実施形態では、3極方式である金属空気二次電池とされていたが、本発明はこれに限定されず、2極方式の金属空気二次電池や金属空気一次電池(メカニカルチャージ方式を含む)にも適用できる。   In the above-described first to third embodiments, the metal-air secondary battery is a three-pole type, but the present invention is not limited to this, and the metal-air secondary battery of a two-pole type or It can also be applied to metal-air primary batteries (including mechanical charge type).

また、今回開示した実施の形態は全ての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。従って、本発明の技術的範囲は、上記した実施の形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれる。   Further, the embodiments disclosed this time are exemplifications in all respects, and are not a basis for a limited interpretation. Therefore, the technical scope of the present invention should not be construed only by the above-described embodiments, but should be defined based on the description of the claims. Also, the meaning equivalent to the scope of the claims and all modifications within the scope are included.

本発明に係る金属空気電池は、電力供給装置として使用する用途全般に広く適用することができ、特に監視や介護、清掃などの各種ロボット、介護用電動車椅子、電動立ち乗り二輪車、および電動アシスト自転車などの移動体用に好適に用いられる。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The metal-air battery according to the present invention can be widely applied to a wide range of uses as a power supply device, and in particular, various robots for monitoring, nursing, cleaning, etc., electric wheelchairs for nursing, electric standing motorcycles, and electric assisted bicycles. It is preferably used for mobile objects such as.

1、2 電池セル(金属空気電池の一例)
10 筐体
11 取込側面
11a 第1取込側面
11b 第2取込側面
12 燃料側面
13 空気取込口
15 電解液投入口
20 電解液
30、40 電池モジュール(金属空気組電池の一例)
41 搭載用電池モジュール(金属空気組電池の一例)
50 移動体
101 空気極
102 燃料極
103 補助極
201 空気極端子
202 燃料極端子
203 補助極端子
X 水平方向
Y 厚さ方向
Z 高さ方向
1, 2 Battery cell (an example of metal-air battery)
10 Housing 11 Intake Side 11a First Intake Side 11b Second Intake Side 12 Fuel Side 13 Air Intake Port 15 Electrolyte Inlet 20 Electrolyte 30, 40 Battery Module (One Example of Metal-Air Batteries)
41 Battery module for mounting (an example of metal-air battery pack)
50 Moving Object 101 Air Electrode 102 Fuel Electrode 103 Auxiliary Electrode 201 Air Electrode Terminal 202 Fuel Electrode Terminal 203 Auxiliary Electrode Terminal X Horizontal Direction Y Thickness Direction Z Height Direction

Claims (14)

正極である空気極と、
負極である燃料極と、
前記空気極および前記燃料極の間に流れる電流の媒体となる電解液と、
前記空気極、前記燃料極、および前記電解液を収容する筐体とを備えた金属空気電池であって、
前記筐体のうち、前記空気極が設置された空気取込面を正面として、水平方向の幅を筐体幅とし、高さ方向の幅を筐体高さとし、前記高さ方向に対して垂直な奥行方向の幅を筐体奥行としたとき、
前記筐体は、
前記筐体高さを前記筐体幅で除した値である第1アスペクト比と、前記筐体高さを前記筐体奥行で除した値である第2アスペクト比とが予め設定されており、
前記空気極と前記燃料極との間に設けられ、前記筐体の上面から下面へ延伸され、前記空気極と前記燃料極との間の空間を分割し、前記空気極の面方向において、前記電解液の流通を遮断する仕切壁を備えていること
を特徴とする金属空気電池。
An air electrode that is the positive electrode,
The fuel electrode, which is the negative electrode,
An electrolyte serving as a medium for an electric current flowing between the air electrode and the fuel electrode,
A metal-air battery comprising the air electrode, the fuel electrode, and a housing containing the electrolytic solution,
Of the housing, the width in the horizontal direction is the housing width, the width in the height direction is the housing height, with the air intake surface on which the air electrode is installed as the front surface, and the width in the height direction is perpendicular to the height direction. When the width in the depth direction is the case depth,
The housing is
A first aspect ratio, which is a value obtained by dividing the housing height by the housing width, and a second aspect ratio, which is a value obtained by dividing the housing height by the housing depth, are preset.
It is provided between the air electrode and the fuel electrode, extends from the upper surface to the lower surface of the housing, divides the space between the air electrode and the fuel electrode, and in the plane direction of the air electrode, A metal-air battery comprising a partition wall that blocks the flow of the electrolytic solution.
請求項1に記載の金属空気電池であって、
前記第1アスペクト比および前記第2アスペクト比は、0.2以上とされていること
を特徴とする金属空気電池。
The metal-air battery according to claim 1, wherein
The first aspect ratio and the second aspect ratio are 0.2 or more.
請求項1に記載の金属空気電池であって、
前記第1アスペクト比および前記第2アスペクト比は、0.35以上とされていること
を特徴とする金属空気電池。
The metal-air battery according to claim 1, wherein
The first aspect ratio and the second aspect ratio are set to 0.35 or more.
請求項1から請求項3までのいずれか1つに記載の金属空気電池であって、
前記第1アスペクト比および前記第2アスペクト比は、1.3以下とされていること
を特徴とする金属空気電池。
The metal-air battery according to any one of claims 1 to 3,
The first aspect ratio and the second aspect ratio are set to 1.3 or less.
請求項1から請求項3までのいずれか1つに記載の金属空気電池であって、
前記第1アスペクト比および前記第2アスペクト比は、1.0以下とされていること
を特徴とする金属空気電池。
The metal-air battery according to any one of claims 1 to 3,
The first aspect ratio and the second aspect ratio are set to 1.0 or less.
正極である空気極と、
負極である燃料極と、
前記空気極および前記燃料極の間に流れる電流の媒体となる電解液と、
前記空気極、前記燃料極、および前記電解液を収容する筐体とを備えた金属空気電池であって、
前記筐体のうち、前記空気極が設置された空気取込面を正面として、前記電解液の高さ方向での高さを液面高さとし、前記空気極および前記燃料極の前記高さ方向での高さを電極高さとしたとき、
前記液面高さは、前記電極高さより小さく、
前記筐体は、前記空気極と前記燃料極との間に設けられ、前記筐体の上面から下面へ延伸され、前記空気極と前記燃料極との間の空間を分割し、前記空気極の面方向において、前記電解液の流通を遮断する仕切壁を備えていること
を特徴とする金属空気電池。
An air electrode that is the positive electrode,
The fuel electrode, which is the negative electrode,
An electrolyte serving as a medium for an electric current flowing between the air electrode and the fuel electrode,
A metal-air battery comprising the air electrode, the fuel electrode, and a housing containing the electrolytic solution,
Of the housing, with the air intake surface on which the air electrode is installed as the front surface, the height in the height direction of the electrolytic solution is the liquid surface height, and the height direction of the air electrode and the fuel electrode is the height direction. When the height at is the electrode height,
The liquid level height is smaller than the electrode height,
Wherein the housing is provided between the air electrode and the fuel electrode, the drawn from the upper surface of the housing to the lower surface, and dividing the space between the air electrode and the fuel electrode, the air electrode A metal-air battery comprising a partition wall that blocks the flow of the electrolytic solution in the plane direction .
請求項6に記載の金属空気電池であって、
前記電極高さを前記液面高さで除した値を液面比としたとき、
前記液面比は、1.04以上であること
を特徴とする金属空気電池。
The metal-air battery according to claim 6,
When the liquid level ratio is a value obtained by dividing the electrode height by the liquid level height,
The metal-air battery, wherein the liquid level ratio is 1.04 or more.
請求項6に記載の金属空気電池であって、
前記電極高さを前記液面高さで除した値を液面比としたとき、
前記液面比は、1.07以上であること
を特徴とする金属空気電池。
The metal-air battery according to claim 6,
When the liquid level ratio is a value obtained by dividing the electrode height by the liquid level height,
The metal-air battery, wherein the liquid level ratio is 1.07 or more.
請求項1から請求項8までのいずれか1つに記載の金属空気電池であって、
補助極を備えていること
を特徴とする金属空気電池。
The metal-air battery according to any one of claims 1 to 8,
A metal-air battery characterized by having an auxiliary electrode.
請求項1から請求項9までのいずれか1つに記載の金属空気電池を複数備えた金属空気組電池であって、
前記複数の金属空気電池は、隣接する金属空気電池の正面同士が対向するように並べられていること
を特徴とする金属空気組電池。
A metal-air assembled battery comprising a plurality of the metal-air batteries according to any one of claims 1 to 9.
The metal-air assembled battery, wherein the plurality of metal-air batteries are arranged so that front faces of adjacent metal-air batteries face each other.
請求項10に記載の金属空気組電池であって、
水平方向の幅を組電池幅とし、高さ方向の幅を組電池高さとし、前記高さ方向に対して垂直な奥行方向の幅を組電池奥行として、前記組電池高さを前記組電池幅で除した値である第1組電池アスペクト比と、前記組電池高さを前記組電池奥行で除した値である第2組電池アスペクト比としたとき、
前記第1組電池アスペクト比および前記第2組電池アスペクト比は、1.3以下とされていること
を特徴とする金属空気組電池。
The metal-air assembled battery according to claim 10, wherein
The width in the horizontal direction is the assembled battery width, the width in the height direction is the assembled battery height, the width in the depth direction perpendicular to the height direction is the assembled battery depth, and the assembled battery height is the assembled battery width. When the first assembled battery aspect ratio, which is a value divided by, and the second assembled battery aspect ratio, which is a value obtained by dividing the assembled battery height by the assembled battery depth,
The metal-air assembled battery, wherein the first assembled battery aspect ratio and the second assembled battery aspect ratio are set to 1.3 or less.
請求項10に記載の金属空気組電池であって、
水平方向の幅を組電池幅とし、高さ方向の幅を組電池高さとし、前記高さ方向に対して垂直な奥行方向の幅を組電池奥行として、前記組電池高さを前記組電池幅で除した値である第1組電池アスペクト比と、前記組電池高さを前記組電池奥行で除した値である第2組電池アスペクト比としたとき、
前記第1組電池アスペクト比および前記第2組電池アスペクト比は、1.0以下とされていること
を特徴とする金属空気組電池。
The metal-air assembled battery according to claim 10, wherein
The width in the horizontal direction is the assembled battery width, the width in the height direction is the assembled battery height, the width in the depth direction perpendicular to the height direction is the assembled battery depth, and the assembled battery height is the assembled battery width. When the first assembled battery aspect ratio, which is a value divided by, and the second assembled battery aspect ratio, which is a value obtained by dividing the assembled battery height by the assembled battery depth,
The metal-air assembled battery, wherein the first assembled battery aspect ratio and the second assembled battery aspect ratio are 1.0 or less.
請求項1から請求項12までのいずれか1つに記載の金属空気電池または金属空気組電池を備えた移動体。   A moving body comprising the metal-air battery or the metal-air assembled battery according to any one of claims 1 to 12. 請求項13に記載の移動体であって、
前記金属空気電池の空気取込面は、進行方向と同じ向きまたは逆向きであること
を特徴とする移動体。
The moving body according to claim 13,
The air intake surface of the metal-air battery is in the same direction as the traveling direction or in the opposite direction.
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