特許 7028493 金属空気電池

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-02-21

(45)【発行日】2022-03-02

(54)【発明の名称】金属空気電池

(51)【国際特許分類】

   H01M 12/06 20060101AFI20220222BHJP

   H01M 10/48 20060101ALI20220222BHJP

   H01M 50/256 20210101ALI20220222BHJP

   H01M 50/253 20210101ALI20220222BHJP

   H01M 50/103 20210101ALI20220222BHJP

   H01M 50/138 20210101ALI20220222BHJP

   H01M 50/267 20210101ALI20220222BHJP

   H01M 50/15 20210101ALI20220222BHJP

【ＦＩ】

H01M12/06 A

H01M12/06 E

H01M10/48 P

H01M50/256 101

H01M50/253

H01M50/103

H01M50/138

H01M50/267

H01M50/15

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2021118950

(22)【出願日】2021-07-19

【審査請求日】2021-09-03

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】520349469

【氏名又は名称】Ａｑｕａ Ｐｏｗｅｒ Ｅｎｅｒｇｙ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000051

【氏名又は名称】特許業務法人共生国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】森 俊哉

【審査官】菊地 リチャード平八郎

(56)【参考文献】

【文献】登録実用新案第３２２６３１０（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２０１８－１７００７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１７７９１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０７２１８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０７２０８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国実用新案第２１０１２０１９６（ＣＮ，Ｕ）

【文献】韓国登録特許第１０－２２６６４４１（ＫＲ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ １２／０６－１２／０８

Ｈ０１Ｍ ５０／００－５０／１９８

Ｈ０１Ｍ ５０／２０－５０／２９８

Ｈ０１Ｍ １０／４８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電池槽が内部に設けられ、上面に外蓋が被せられる外ケースと、
レベルフットを備えて前記外ケースの下面に取り付けられたキャスターと、
前記外ケースの長手方向一端に取り付けられ、上下方向への伸縮が可能で、短縮時に前記外ケースの高さを超えない長さとなる移動用把手と、
前記外ケースの長手方向他端に設けられ、電力の出力状態を数値によって表示する液晶表示パネルと、を備え、
前記電池槽は、正極が壁面に設けられ内部に電解液が充填される横並び状の複数のセルが形成された槽本体と、前記正極の間に挿入されるマグネシウム電極からなる複数の負極パネルと、前記槽本体の上面を覆うため槽本体に着脱可能となっている中蓋と、前記各セルの下部に形成された排液口と、各排液口を閉止するねじ栓とを備えており、
前記電池槽と並列接続されたリチウムイオン電池が前記外ケースの内部に設けられていることを特徴とする金属空気電池。

【請求項2】

前記負極パネルは、複数が前記中蓋に吊り下げ状態で取り付けられており、前記中蓋の槽本体への着脱と一体となって負極パネルの正極間への挿脱がなされることを特徴とする請求項１に記載の金属空気電池。

【請求項3】

前記中蓋は、前記槽本体に対する位置決めのために前記槽本体に挿入される固定用ねじが複数設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の金属空気電池。

【請求項4】

前記外ケースは、前記正極に空気を供給するためのスリット開口が形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の金属空気電池。

【請求項5】

商用電源の無停電電源装置のバッテリーとなっていることを特徴とする請求項１に記載の金属空気電池。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、無停電装置として使用するために大電力を発電することができ、しかも移動や取り扱いが容易な金属空気電池に関する。

【背景技術】

【0002】

金属空気電池は、マグネシウム電極板からなる負極パネルを正極としてのカーボン等の導電性板に対向させ、これらの間に食塩水等の電解液を充填することにより発電を行う装置である。この金属空気電池は一般の乾電池の電池切れに対応するため、持ち運びに便利なように小型化され、出力電力は５Ｖ程度と小さな電圧となっている（例えば、特許文献１参照）。

【0003】

これに対し、大電力を供給するためには、発電量を増大させることから金属空気電池を大型化する必要がある。反面、大型化する場合には重量及び嵩が増大するため、移動がしにくくなり、取り扱いに支障が生じる問題が発生する。また、大型化する場合、大量の電解液の漏れが生じ易いと共に、大量の電解液の交換が面倒となる問題も生じる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】実用新案登録第３２２６３１０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明の目的は、大電力を供給することを可能としながらも、移動や取り扱いが良好であり、しかも電解液の漏れを防止でき、大量の電解液の交換も容易とすることができる金属空気電池を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の金属空気電池は、電池槽が内部に設けられ、上面に外蓋が被せられる外ケースと、レベルフットを備えて前記外ケースの下面に取り付けられたキャスターと、前記外ケースの長手方向一端に取り付けられ、上下方向への伸縮が可能で、短縮時に前記外ケースの高さを超えない長さとなる移動用把手と、前記外ケースの長手方向他端に設けられ、電力の出力状態を数値によって表示する液晶表示パネルと、を備え、前記電池槽は、正極が壁面に設けられ内部に電解液が充填される横並び状の複数のセルが形成された槽本体と、前記正極の間に挿入されるマグネシウム電極からなる複数の負極パネルと、前記槽本体の上面を覆うため槽本体に着脱可能となっている中蓋と、前記各セルの下部に形成された排液口と、各排液口を閉止するねじ栓とを備えており、前記電池槽と並列接続されたリチウムイオン電池が前記外ケースの内部に設けられていることを特徴とする。

【0007】

前記負極パネルは、複数が前記中蓋に吊り下げ状態で取り付けられており、前記中蓋の槽本体への着脱と一体となって負極パネルの正極間への挿脱がなされることを特徴とする。また、前記中蓋は、前記槽本体に対する位置決めのために前記槽本体に挿入される固定用ねじが複数設けられていることを特徴とする。また、前記外ケースは、前記正極に空気を供給するためのスリット開口が形成されていることを特徴とする。

【0008】

商用電源の無停電電源装置のバッテリーとなっていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、フットレベル付きのキャスターを外ケースに設けているため、大型化及び大重量化しても移動及び定位置での固定が容易である。また、外ケースに移動用把手を伸縮可能に設けているため、移動を容易に行うことができる。移動用把手は外ケースの背面に位置すると共に、短縮時には外ケースの高さを超えない長さとすることができるため、邪魔となることがない。また、外ケースに設けた液晶表示パネルが電力の出力状態を数値によって表示するため使用状態を明確に把握することができる。さらに、電池槽における各セルの下部に排液口を形成し、この排液口をねじ栓によって閉止する構造としているため、電解液の漏れがなく、その交換も容易となる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の一実施形態の金属空気電池の正面からの斜視図である。

【図2】金属空気電池の背面からの斜視図である。

【図3】（ａ）、（ｂ）は移動時の金属空気電池の正面からの斜視図及び背面からの斜視図である。

【図4】負極パネル交換時の外ケースの内部を示す斜視図である。

【図5】外ケースの内部を示す上方からの斜視図である。

【図6】外ケースの内部を示す側面図である。

【図7】電池槽の排液部分を示す側面図である。

【図8】液晶表示パネルを示す正面図である。

【図9】キャスターを示す斜視図である。

【図10】電力取り出しのための入出力部を示す正面図である。

【図11】内部の電気接続状態を示す回路図である。

【図12】無停電電源装置のバッテリーとして使用される場合の接続を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

図１～図１１は、本発明の一実施形態の金属空気電池１を示す。金属空気電池１は、外ケース２（図１、図２、図３）と、キャスター３（図１、図２、図９）と、移動用把手４（図２、図３）と、液晶表示画面５（図１、図８）と、電池槽１０（図４～図７）とを備えている。

【0012】

外ケース２は、ボックス形状のケース本体２ａと、ケース本体の上面に被せられる外蓋２ｂとを有しており、全体が樹脂により形成されている。外ケース２の寸法としては、例えば幅が約３０ｃｍ、奥行きが約５０ｃｍ、高さが約５５ｃｍに設定される。外ケース２を含む金属空気電池１の全体重量は、例えば２５ｋｇ程度に設定される。

【0013】

キャスター３は、図１～図３に示すように、外ケース２（ケース本体２ａ）の下面の４隅部分に取り付けられる。それぞれのキャスター３は、図９に示すように、ケース本体２ａの下面に取り付けられるキャスターブラケット３ａと、キャスターブラケット３ａに取り付けられたレベルフット３ｂと、レベルフット３ｂを上下させるために回転操作されるダイヤル３ｃと、走行のための車輪３ｄとを備えている。通常は車輪３ｄがフロア上を走行することにより金属空気電池１の全体の移動を行うが、ダイヤル３ｃを回転させてレベルフット３ｂを着床させることにより金属空気電池１の移動を確実に停止させることができる。このため、不用意な移動がなく安定して使用することができる。
このようにレベルフット３ｂ付きのキャスター３では、重量が大きな金属空気電池１であっても、簡単に移動させることができ、しかもレベルフット３ｂを有しているため、停止状態を安定させることができる。

【0014】

移動用把手４は図２、図３、図５に示すように、外ケース２（ケース本体２ａ）の背面に設けられている。移動用把手４はパイプ材が門型に組付けられて形成され、下端部が外ケース２に固定された状態で外ケース２に取り付けられている。移動用把手４は上下方向への伸縮が可能となっている。この移動用把手４は伸長によって外ケース２よりも高く伸び、把持されることにより金属空気電池１の移動の手懸りとなる。従って、金属空気電池１の移動を容易に行うことができる。
一方、短縮動作では、移動用把手４は外ケース２の高さを超えない長さとなる（図２参照）。すなわち、短縮時では、移動用把手４は外ケース２から上方に伸び出ることがない。これにより移動用把手４が周囲や人体に接触することがなく、安全に使用することができる。

【0015】

液晶表示パネル５は図１、図３に示すように、外ケース２（ケース本体２ａ）の正面の片側（左側）に偏った位置に設けられている。図８は液晶表示パネル５を示し、電圧表示部５ａ、電流表示部５ｂ、電力表示部５ｃ、消費電力表示部５ｄが設けられており、それぞれの表示部がそれぞれを数値によって表示する。これにより液晶表示パネル５は金属空気電池１の出力状態を数値によって表示することができる
このように外ケース２の正面に液晶表示パネル５を設けることにより、金属空気電池１の現在の出力状態を数値によって確認できるため、現在の状態をしっかりと把握することができ、誤動作、誤使用を防止することができる。

【0016】

外ケース２の正面には、入出力部７が液晶表示パネル５との近接位置に設けられる（図１参照）。入出力部７は図１０に示すように、左側から右側に向かってリチウム充電端子７ａ、出力端子７ｂ、同軸出力端子７ｃ、ＵＳＢスロット７ｄ、電源オンオフのためのスイッチ７ｅが横並びに設けられることにより形成されている。このような入出力部７を液晶表示パネル５との近接位置に設けることにより液晶表示パネル５が表示している出力状態に合わせた入出力接続の操作が可能となる。

【0017】

図１～図３に示すように、外ケース２には、スリット開口８が形成されている。スリット開口８は、外蓋２ｂ及びケース本体２ａの背面に形成されている。スリット開口８は外ケース２の内部に空気を導入するためのものであり、導入された空気は電池槽１０の正極に供給され、電池槽１０での発電が行われる。

【0018】

図４、図５、図６及び図７に示すように、電池槽１０は、槽本体１１と、負極パネル１２と、中蓋１３と、排液口１４と、ねじ栓１５とを備えている。

【0019】

槽本体１１は、上部が開口された複数のセル１７を横並び状に設けることにより形成されている。セル１７には、塩水等の電解液（図示省略）が上部開口から充填される。それぞれのセル１７の壁面には、導電性材料からなる正極（図示省略）が設けられると共に、それぞれのセル１７内に負極パネル１２が挿入される。これによりセル壁面の正極とセル１７内に挿入された負極パネル１２とが対面する。セル１７の数は、例えば１２個であり、１２個が横並びとなって設けられる。

【0020】

負極パネル１２は薄板状のマグネシウム電極からなり、複数が使用される。負極パネル１２はセル１７の壁面に設けた正極の間に間隙を有して挿入されるものであり、セル１７に電解液が充填されることにより正極及び負極パネルの間で化学反応が発生して発電が行われる。負極パネル１２は例えば、一辺が２０ｃｍ程度の方形に形成される。この大きさの負極パネル１２を例えば、１２枚用いることにより負極パネル１２全体では、１セルの電圧を２．７Ｖとすると、１２×２．７＝３２．４Ｖの電圧を得ることができる。これを２４Ｖの出力電圧にする。

【0021】

中蓋１３は槽本体１１の上面に配置されて槽本体１１の上面を覆うようになっており、これにより上部開口されている１２個のセル１７の全てを覆うことができる。中蓋１３がセル１７の上部開口を覆うことによりセル１７内の電解液の溢出及び蒸発を防止することができる。図４に示すように、中蓋１３には、負極パネル１２が吊り下げられており、中蓋１３を槽本体１１に対して着脱すると同時にセル１７内への負極パネル１２の挿脱を行うことができる。これによりセル１７に対する負極パネル１２の挿脱の操作を簡素化することができる。

【0022】

かかる中蓋１３は複数の固定用ねじ１８を貫通させて槽本体１１に挿入することにより槽本体１１に対する位置決めがなされる。この位置決めによりセル１７の壁面に接触することなく負極パネル１２をセル１７に挿入することができる。さらに中蓋１３には、空気逃がし孔１９が厚さ方向に貫通している。空気逃がし孔１９は発電の際。セル１７の正極に必要な酸素を供給する。

【0023】

この実施形態では、１２個のセル１７を２つのブロックに区切り、それぞれのブロックに対応するように中蓋１３を２つ使用している。そして、それぞれの中蓋１３に負極パネル１２を吊り下げ状態で取り付けることにより、セル１７への負極パネル１２の挿脱を簡素化している。

【0024】

図６に示すように、それぞれのセル１７の下部には、排液口１４が形成されており、セル１７内から電解液を排出するようになっている。セル１７は柱２０、２０の空間に１２個が設けられる。図７に示すように、それぞれの排液口１４には、ねじ栓１５をねじ込むことにより排液口１４の閉止がなされ、ねじ栓１５を外すことにより排液口１４の開放がなされる。このようにそれぞれのセル１７に排液口１４を設け、それぞれの排液口１４にねじ栓１５を設けることによりセル１７内の電解液の漏れを確実に防止でき、しかもねじ栓１５の脱着だけで電解液を交換できるため、電解液の交換を容易とすることができる。

【0025】

この実施形態においては、図５及び図６に示すように、電池槽１０に加えてリチウムイオン電池２２が外ケース２の内部に設けられている。図１１に示すように、リチウムイオン電池２２は電池槽１０と並列接続されている。以下、この実施形態の回路構成を図１１により説明する。

【0026】

図１１は、内部の電気接続状態を示す回路図である。電気は、リチウムイオン電池２２とマグネシウム電池１８で作られる。マグネシウム電池１８は電解槽１０に１２個のセル１７が実装されている。塩水を電解槽に注入すると電気が作り出せる。リチウムイオン電池２２は、２９Ｖのリチウム充電端子７ａで充電できる。停電が長引いてリチウムイオン電池２２の充電ができない場合でも、塩水を電解槽に注入することにより、マグネシウム電池１８で電気が作り出せる。

【0027】

リチウムイオン電池２２は１つのセルの電圧が約３．７Ｖであり、例として７セルが実装されるなら２５．９Ｖが得られる。この電圧をＤＤコンバータ２４で２４Ｖに変換し、電力計２１のブロックに送り出す。電力計２１は、これを外部へ取り出し口である２４Ｖ端子７ｂに送り出す。２４Ｖの同軸出力端子７ｃにも送り出す。ＵＳＢスロット７ｄへの電圧は、ＤＤコンバータ２３により２４Ｖから５Ｖに降圧される。電力計２１は、給電線に流れる電圧と電流を測定し、液晶表示パネル５の電圧表示部５ａと電流表示部５ｂに表示する。また、測定した電圧と電流を掛け算して電力表示部５ｃに表示する。電力の値は、不揮発メモリに記憶され、それまでの消費電力の累積値が消費電力表示部５ｄに表示される。累積値は、リセットボタン（図示せず）でリセットできる。消費電力表示部５ｄを見れば、電池がどの程度使用されたかが分かり、どれくらい残っているかが分かる。

【0028】

マグネシウム電池１８の電圧は、上述したように例えば３２．４Ｖとすると、これをＤＤコンバータ２５でリチウムイオン電池２２の出力電圧である２５．９Ｖに降圧する。ＤＤコンバータ２５の出力は、リチウムイオン電池２２の出力と接続されるので、２つの電池は並列接続である。マグネシウム電池１８を使用する場合は、リチウムイオン電池２２の出力をスイッチ７ｅで切断しておく。ショットキーダイオードを使用して逆流が防止されるなら、スイッチ７ｅをオンして、リチウムイオン電池２２とマグネシウム電池１８の両方から電気を外部に供給することも可能である。

【0029】

図１２は、図６に示す電池槽１０を備えたマグネシウム電池１８と、リチウムイオン電池２２とが並列接続されることにより電池５０が形成され、この電池５０を無停電電源装置４０のバッテリーとして使用いた場合のブロック図を示す。無停電電源装置４０は、商用電源２７と電池５０との間に接続された電源切換えユニット２６を備えている。電源切換えユニット２６は、電池５０の出力である直流２４ＶをＤＣ／ＡＣコンバータ３０で受け、交流に変換する。電源切換えユニット２６は、また、商用電源の１００Ｖ交流を電圧レギュレータ２８で受け、電圧の調整を行なう。切換えスイッチ３１は、通常時、電圧レギュレータ２８の出力を選択し外部のサーバやＰＣ、ルータなどの情報機器２９に交流電源を供給する。停電時は、瞬時にＤＣ／ＡＣコンバータ３０の出力を選択し、電池５０が有している電力を外部の情報機器２９に交流電源を供給する。マグネシウム電池１８は、塩水を電解槽１０に注入することにより電気が作り出せるので、停電が長引くような場合でも電源断とならないようにできる。電池５０は、リチウムイオン電池２２を含む金属空気電池１であってもよい。

【符号の説明】

【0030】

１ 金属空気電池
２ 外ケース
３ キャスター
４ 移動用把手
５ 液晶表示パネル
５ａ 電圧表示部
５ｂ 電流表示部
５ｃ 電力表示部
５ｄ 消費電力表示部
７ 入出力部
７ａ リチウム充電端子
７ｂ ２４Ｖ端子
７ｃ 同軸出力端子
７ｄ ＵＳＢスロット
７ｅ スイッチ
８ スリット開口
１０ 電池槽
１１ 槽本体
１２ 負極パネル
１３ 中蓋
１４ 排液口
１５ ねじ栓
１７ セル
１８ マグネシウム電池
２０ 柱
２１ 電力計
２２ リチウムイオン電池
２３、２４、２５ ＤＤコンバータ
２６ 電源切換えユニット
２７ 商用１００Ｖ交流電源
２８ 電圧レギュレータ
２９ 情報機器
３０ ＤＣ／ＡＣコンバータ
３１ 切換えスイッチ
４０ 無停電電源装置
５０ 電池

【要約】

【課題】電力を供給することを可能としながらも、移動や取り扱いが良好であり、電解液の漏れを防止でき、大量の電解液の交換も容易とする。
【解決手段】電池槽１０が内部に設けられ、上面に外蓋２ｂが被せられる外ケース２と、レベルフットを備えて外ケース２の下面に取り付けられたキャスター３と、外ケース２の背面に上下方向への伸縮可能に取り付けられ、短縮時に外ケースの高さを超えない長さとなる移動用把手４と、電力の出力状態を数値によって表示する液晶表示パネル５と、を備える。電池槽１０は、中蓋１３と、各セル１７の下部に形成された排液口１４と、各排液口１４を閉止するねじ栓１５とを備える。
【選択図】図４

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】