特許 7244155 空気電池セル、空気電池セルアセンブリ、充電器付き空気電池パック及び充電器

(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】2023-03-13

(45)【発行日】2023-03-22

(54)【発明の名称】空気電池セル、空気電池セルアセンブリ、充電器付き空気電池パック及び充電器

(51)【国際特許分類】

   H01M 12/08 20060101AFI20230314BHJP

   H01M 12/06 20060101ALI20230314BHJP

   H01M 50/284 20210101ALI20230314BHJP

   H01M 50/296 20210101ALI20230314BHJP

【ＦＩ】

H01M12/08 K

H01M12/06 B

H01M12/06 F

H01M50/284

H01M50/296

【請求項の数】 18

(21)【出願番号】P 2022207776

(22)【出願日】2022-12-26

【審査請求日】2022-12-26

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】522471456

【氏名又は名称】株式会社ＧＫＩジャパン

(74)【代理人】

【識別番号】110003339

【氏名又は名称】弁理士法人南青山国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】西村 正男

(72)【発明者】

【氏名】チョン ジンウ

【審査官】小森 重樹

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１４－０３８７７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２０／２１３５４９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特表２０１５－５０６０７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０２１／００３６２８８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許第０５３１８８６１（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ １２／０８

Ｈ０１Ｍ １２／０６

Ｈ０１Ｍ ５０／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

酸素導入面を有し、正極活物質としての空気中の酸素を導入するための酸素導入層と、
前記酸素導入層の前記酸素導入面と逆の面に積層された電解質層と、
前記電解質層に積層され、負極活物質としての金属を含む金属層と、
前記酸素導入面よりも積層方向であって前記電解質層から離れる方向に突出するポスト部と、
前記ポスト部の突出端に設けられ、前記酸素導入面の少なくとも一部を前記積層方向に露出させる複数の開口を有するトップ部と、
を有し、前記電解質層及び前記金属層を密封するカバー部と、
前記トップ部と前記酸素導入面との間のトップ空間層と、
を具備し、
前記カバー部に含まれる前記ポスト部及び前記トップ部は、一体に形成され、
前記ポスト部は、前記酸素導入面に接触する先端部と、前記先端部を除く本体部とを有し、
前記ポスト部の前記先端部の前記酸素導入面に対する接触面積は、前記本体部を前記積層方向に直交する平面で切断した前記本体部の断面積より、小さい
空気電池セル。

【請求項2】

酸素導入面を有し、正極活物質としての空気中の酸素を導入するための酸素導入層と、
前記酸素導入層の前記酸素導入面と逆の面に積層された電解質層と、
前記電解質層に積層され、負極活物質としての金属を含む金属層と、
前記酸素導入面よりも積層方向であって前記電解質層から離れる方向に突出するポスト部と、
前記ポスト部の突出端に設けられ、前記酸素導入面の少なくとも一部を前記積層方向に露出させる複数の開口を有するトップ部と、
を有し、前記電解質層及び前記金属層を密封するカバー部と、
前記トップ部と前記酸素導入面との間のトップ空間層と、
を具備し、
前記カバー部に含まれる前記ポスト部及び前記トップ部は、一体に形成され、
前記ポスト部は、前記酸素導入面に接触する先端部と、前記先端部を除く本体部とを有し、
前記ポスト部は、前記酸素導入面上に格子構造に設けられ、
前記トップ空間層は、前記格子構造の前記ポスト部に区画された空間である複数の格子空間室により構成され、
前記トップ部の各開口は、各格子空間室に対応し、各格子空間室に前記積層方向に対向する
空気電池セル。

【請求項3】

酸素導入面を有し、正極活物質としての空気中の酸素を導入するための酸素導入層と、
前記酸素導入層の前記酸素導入面と逆の面に積層された電解質層と、
前記電解質層に積層され、負極活物質としての金属を含む金属層と、
前記酸素導入面よりも積層方向であって前記電解質層から離れる方向に突出するポスト部と、
前記ポスト部の突出端に設けられ、前記酸素導入面の少なくとも一部を前記積層方向に露出させる複数の開口を有するトップ部と、
を有し、前記電解質層及び前記金属層を密封するカバー部と、
前記トップ部と前記酸素導入面との間のトップ空間層と、
を具備し、
前記カバー部に含まれる前記ポスト部及び前記トップ部は、一体に形成され、
前記ポスト部は、前記酸素導入面に接触する先端部と、前記先端部を除く本体部とを有し、
前記トップ部は、前記ポスト部から、前記積層方向に直交する平面上の少なくとも１方向に片持ち梁状に突出し、
前記ポスト部の前記１方向の幅より、前記トップ部が前記ポスト部の前記１方向の端部から突出する突出長さの方が、短い
空気電池セル。

【請求項4】

酸素導入面を有し、正極活物質としての空気中の酸素を導入するための酸素導入層と、
前記酸素導入層の前記酸素導入面と逆の面に積層された電解質層と、
前記電解質層に積層され、負極活物質としての金属を含む金属層と、
前記酸素導入面よりも積層方向であって前記電解質層から離れる方向に突出するポスト部と、
前記ポスト部の突出端に設けられ、前記酸素導入面の少なくとも一部を前記積層方向に露出させる複数の開口を有するトップ部と、
を有し、前記電解質層及び前記金属層を密封するカバー部と、
前記トップ部と前記酸素導入面との間のトップ空間層と、
を具備する空気電池セルであって、
前記カバー部に含まれる前記ポスト部及び前記トップ部は、一体に形成され、
前記ポスト部は、前記酸素導入面に接触する先端部と、前記先端部を除く本体部とを有し、
前記カバー部は、
前記トップ部の前記酸素導入層と対向する面と逆のトップ面に設けられ、前記積層方向に突出する第１のトップピンと、
前記トップ面に設けられ、前記第１のトップピンと係合可能な形状を有し、前記積層方向に突出する第２のトップピンと、
を有し、
１個の前記空気電池セルの前記酸素導入層と他の前記空気電池セルの前記酸素導入層とが対向するように２個の前記空気電池セルが前記積層方向に積層されるとき、１個の前記空気電池セルの前記第１のトップピンと他の前記空気電池セルの前記第２のトップピンが係合するように、前記第１のトップピン及び前記第２のトップピンが前記トップ面に配置される
空気電池セル。

【請求項5】

請求項２に記載の空気電池セルであって、
前記カバー部は、
前記金属層と前記積層方向に対向するボトム部と、
前記ボトム部の前記金属層と対向する面と逆のボトム面に設けられ、前記積層方向に突出する複数のフィンと、
を有し、
前記複数のフィンにより区画された空間であるボトム空間層
をさらに具備する空気電池セル。

【請求項6】

請求項５に記載の空気電池セルであって、
前記ボトム空間層は、前記積層方向に直交する方向である平面方向に連通する
空気電池セル。

【請求項7】

請求項５又は６に記載の空気電池セルであって、
各フィンは、中央部と、前記中央部から前記積層方向に直交する複数方向に放射状に突出する複数のブレードとを有する
空気電池セル。

【請求項8】

請求項７に記載の空気電池セルであって、
各フィンは、前記中央部から放射状に突出する４個のブレードを有し、
各フィンの前記中央部と、前記ポスト部の前記格子構造の交点とは、前記積層方向に対向し、
各フィンの前記４個のブレードと、前記格子構造の前記ポスト部とは、前記積層方向に対向する
空気電池セル。

【請求項9】

請求項５又は６に記載の空気電池セルであって、
前記カバー部は、
前記ボトム部の前記ボトム面に設けられ、前記積層方向に突出する第１のボトムピンと、
前記ボトム面に設けられ、前記第１のボトムピンと係合可能な形状を有し、前記積層方向に突出する第２のボトムピンと、
を有し、
１個の前記空気電池セルの前記金属層と他の前記空気電池セルの前記金属層とが対向するように２個の前記空気電池セルが前記積層方向に積層されるとき、１個の前記空気電池セルの前記第１のボトムピンと他の前記空気電池セルの前記第２のボトムピンが係合するように、前記第１のボトムピン及び前記第２のボトムピンが前記ボトム面に配置される
空気電池セル。

【請求項10】

複数の請求項１乃至４の何れか一項に記載の空気電池セルを具備し、
前記複数の空気電池セルが前記積層方向に積層される
空気電池アセンブリ。

【請求項11】

複数の請求項１乃至４の何れか一項に記載の空気電池セルを有し、前記複数の空気電池セルが前記積層方向に積層される空気電池アセンブリと、
電子機器に接続可能な充電用出力端子を有し、前記空気電池アセンブリからの電圧を出力して前記電子機器を充電するための充電器と、
前記空気電池アセンブリ及び前記充電器を収容し、前記充電用出力端子を露出させる筐体と、
を具備し、
前記充電器は、前記筐体の一面から突出せず且つ露出し、前記空気電池アセンブリと前記充電器との電気的接続を可逆的にオンオフ可能なスイッチを有する
充電器付き空気電池パック。

【請求項12】

複数の請求項１乃至４の何れか一項に記載の空気電池セルを有し、前記複数の空気電池セルが前記積層方向に積層される空気電池アセンブリと、
電子機器に接続可能な充電用出力端子を有し、前記空気電池アセンブリからの電圧を出力して前記電子機器を充電するための充電器と、
前記空気電池アセンブリ及び前記充電器を収容し、前記充電用出力端子を露出させる筐体と、
隣接する前記複数の空気電池セルの各境界に対して、前記積層方向に直交する方向である平面方向にそれぞれ対向する、前記筐体に設けられた１以上の吸気口と、
前記１以上の吸気口に対して前記平面方向に対向する、前記筐体に設けられた排気口と、
前記筐体に収容され前記排気口に隣接するファンと、
前記空気電池アセンブリと前記ファンとの間の排気空間室と
を具備する充電器付き空気電池パック。

【請求項13】

請求項１１に記載の充電器付き空気電池パックであって、
前記充電器は、
前記空気電池アセンブリの公称電圧未満の出力電圧であり、前記電子機器に接続可能であり前記空気電池アセンブリからの電圧を出力して前記電子機器を充電するための充電用出力端子と、前記充電用出力端子に接続される前記電子機器との充電規格を有する充電用集積回路とを有する充電コントローラ回路と、
前記空気電池アセンブリに接続されるＶＩＮ端子及び前記充電用出力端子に接続されるＶＯＵＴ端子を有し、前記ＶＩＮ端子への入力上限電圧が前記公称電圧未満であり、前記空気電池アセンブリからの電圧が前記ＶＩＮ端子へ入力され、前記ＶＯＵＴ端子から前記充電用出力端子に電圧を出力するＤＣ－ＤＣコンバータ用集積回路を有し、前記ＶＩＮ端子の前記入力上限電圧を前記公称電圧以上に変換して前記空気電池アセンブリからの電圧を前記ＶＩＮ端子に入力可能とし、前記出力電圧を前記ＶＯＵＴ端子から出力するように、電圧を変換するＤＣ－ＤＣコンバータ回路と、
を有する
充電器付き空気電池パック。

【請求項14】

請求項１２に記載の充電器付き空気電池パックであって、
前記充電器は、
前記空気電池アセンブリの公称電圧未満の出力電圧であり、前記電子機器に接続可能であり前記空気電池アセンブリからの電圧を出力して前記電子機器を充電するための充電用出力端子と、前記充電用出力端子に接続される前記電子機器との充電規格を有する充電用集積回路とを有する充電コントローラ回路と、
前記空気電池アセンブリに接続されるＶＩＮ端子及び前記充電用出力端子に接続されるＶＯＵＴ端子を有し、前記ＶＩＮ端子への入力上限電圧が前記公称電圧未満であり、前記空気電池アセンブリからの電圧が前記ＶＩＮ端子へ入力され、前記ＶＯＵＴ端子から前記充電用出力端子に電圧を出力するＤＣ－ＤＣコンバータ用集積回路を有し、前記ＶＩＮ端子の前記入力上限電圧を前記公称電圧以上に変換して前記空気電池アセンブリからの電圧を前記ＶＩＮ端子に入力可能とし、前記出力電圧を前記ＶＯＵＴ端子から出力するように、電圧を変換するＤＣ－ＤＣコンバータ回路と、
を有する
充電器付き空気電池パック。

【請求項15】

請求項１３に記載の充電器付き空気電池パックであって、
前記ＤＣ－ＤＣコンバータ回路は、前記充電用出力端子の出力電流値が最大出力電流値を超えたときに前記空気電池アセンブリの電圧が低下し前記ＶＩＮ端子への入力電圧が入力下限電圧未満になり前記ＤＣ－ＤＣコンバータ回路がシャットダウンするのを防ぐために、前記充電用出力端子の出力電流値を前記最大出力電流値以下とする
充電器付き空気電池パック。

【請求項16】

請求項１４に記載の充電器付き空気電池パックであって、
前記ＤＣ－ＤＣコンバータ回路は、前記充電用出力端子の出力電流値が最大出力電流値を超えたときに前記空気電池アセンブリの電圧が低下し前記ＶＩＮ端子への入力電圧が入力下限電圧未満になり前記ＤＣ－ＤＣコンバータ回路がシャットダウンするのを防ぐために、前記充電用出力端子の出力電流値を前記最大出力電流値以下とする
充電器付き空気電池パック。

【請求項17】

複数の請求項１乃至４の何れか一項に記載の空気電池セルを有し、前記複数の空気電池セルが前記積層方向に積層される空気電池アセンブリと、
電子機器に接続可能な充電用出力端子を有し、前記空気電池アセンブリからの電圧を出力して前記電子機器を充電するための充電器と、
前記空気電池アセンブリ及び前記充電器を収容し、前記充電用出力端子を露出させる筐体と、
を具備し、
前記充電器は、前記筐体の一面から突出せず且つ露出し、前記空気電池アセンブリと前記充電器との電気的接続を可逆的にオンオフ可能なスイッチを有する
充電器付き空気電池パック
に含まれ得る充電器。

【請求項18】

複数の請求項１乃至４の何れか一項に記載の空気電池セルを有し、前記複数の空気電池セルが前記積層方向に積層される空気電池アセンブリと、
電子機器に接続可能な充電用出力端子を有し、前記空気電池アセンブリからの電圧を出力して前記電子機器を充電するための充電器と、
前記空気電池アセンブリ及び前記充電器を収容し、前記充電用出力端子を露出させる筐体と、
隣接する前記複数の空気電池セルの各境界に対して、前記積層方向に直交する方向である平面方向にそれぞれ対向する、前記筐体に設けられた１以上の吸気口と、
前記１以上の吸気口に対して前記平面方向に対向する、前記筐体に設けられた排気口と、
前記筐体に収容され前記排気口に隣接するファンと、
前記空気電池アセンブリと前記ファンとの間の排気空間室と
を具備する充電器付き空気電池パック
に含まれ得る充電器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、空気電池セルと、複数の空気電池セルを有する空気電池アセンブリと、空気電池アセンブリから電子機器を充電するための充電器と、空気電池アセンブリ及び充電器を有する充電器付き空気電池パックと、に関する。

【背景技術】

【0002】

ＵＳＢ端子を有するモバイル電子機器（スマートフォン、パーソナルコンピュータ、タブレットコンピュータ、ウェアラブルデバイス、小型ＬＥＤランプ、懐中電灯等。以下同じ）に充電する場合、外部電源から給電された充電器を設置して、モバイル電子機器のバッテリを充電させることが知られている（特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】実用新案登録第３２１８１０９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、災害等で外部電源が使用できない場合、充電器からモバイル電子機器への給電はできなくなる。

【0005】

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、特に災害時での電子機器の充電に適した充電器付き空気電池パックと、その充電器付き空気電池パックに適した空気電池セル、空気電池セルアセンブリ及び充電器とを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一形態に係る空気電池セルは、
酸素導入面を有し、正極活物質としての空気中の酸素を導入するための酸素導入層と、
前記酸素導入層の前記酸素導入面と逆の面に積層された電解質層と、
前記電解質層に積層され、負極活物質としての金属を含む金属層と、
前記酸素導入面よりも積層方向に突出するポスト部と、
前記ポスト部の突出端に設けられ、前記酸素導入面の少なくとも一部を前記積層方向に露出させる複数の開口を有するトップ部と、
を有し、前記電解質層及び前記金属層を密封するカバー部と、
前記トップ部と前記酸素導入面との間のトップ空間層と、
を具備する。

【0007】

本発明の一形態に係る空気電池アセンブリは、
複数の上記空気電池セルを具備し、
前記複数の空気電池セルが前記積層方向に積層される。

【0008】

本発明の一形態に係る充電器付き空気電池パックは、
複数の上記空気電池セルを有し、前記複数の空気電池セルが前記積層方向に積層される空気電池アセンブリと、
電子機器に接続可能な充電用出力端子を有し、前記空気電池アセンブリからの電圧を出力して前記電子機器を充電するための充電器と、
前記空気電池アセンブリ及び前記充電器を収容し、前記充電用出力端子を露出させる筐体と、
を具備する。

【0009】

本発明の一形態に係る充電器は、
複数の上記空気電池セルを有し、前記複数の空気電池セルが前記積層方向に積層される空気電池アセンブリからの電圧を出力して電子機器を充電するための充電器であって、
前記空気電池アセンブリの公称電圧未満の出力電圧であり、電子機器に接続可能であり前記空気電池アセンブリからの電圧を出力して前記電子機器を充電するための充電用出力端子と、前記充電用出力端子に接続される前記電子機器との充電規格を有する充電用集積回路とを有する充電コントローラ回路と、
前記空気電池アセンブリに接続されるＶＩＮ端子及び前記充電用出力端子に接続されるＶＯＵＴ端子を有し、前記ＶＩＮ端子への入力上限電圧が前記公称電圧未満であり、前記空気電池アセンブリからの電圧が前記ＶＩＮ端子へ入力され、前記ＶＯＵＴ端子から前記充電用出力端子に電圧を出力するＤＣ－ＤＣコンバータ用集積回路を有し、前記ＶＩＮ端子の前記入力上限電圧を前記公称電圧以上に変換して前記空気電池アセンブリからの電圧を前記ＶＩＮ端子に入力可能とし、前記出力電圧を前記ＶＯＵＴ端子から出力するように、電圧を変換するＤＣ－ＤＣコンバータ回路と、
を具備する。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、特に災害時での電子機器の充電に適した充電器付き空気電池パックと、その充電器付き空気電池パックに適した空気電池セル、空気電池セルアセンブリ及び充電器とを提供することができる。

【0011】

なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の一実施形態に係る空気電池セルの上面図である。

【図2】空気電池セルの下面図である。

【図3】図１の空気電池セルのＡ－Ａ線断面図である。

【図4】図１の空気電池セル（上面図）の部分拡大図（Ａ）及び比較例（Ｂ）である。

【図5】図３の空気電池セル（断面図）の部分拡大図（Ａ）及び比較例（Ｂ）である。

【図6】図１の空気電池セルのＡ－Ａ線に相当する、ボトムカバーの断面図である。

【図7】図１の空気電池セルのＡ－Ａ線に相当する、本発明の一実施形態に係る空気電池アセンブリの断面図である。

【図8】充電器の回路図である。

【図9】ＤＣ－ＤＣコンバータ回路の部品配置を示す。

【図10】充電器の充電特性を示すグラフである。

【図11】充電器付き空気電池パックのブロック図である。

【図12】充電器付き空気電池パックの斜視図である。

【図13】充電器付き空気電池パックの内部構造を模式的に示す。

【図14】電源スイッチを示す。

【図15】充電用出力端子及び筐体を示す。

【図16】充電器付き空気電池パックの保存袋を示す。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。

【0014】

１．空気電池セル

【0015】

１－１．空気電池セルの概要

【0016】

図１は、本発明の一実施形態に係る空気電池セルの上面図である。図２は、空気電池セルの下面図である。図３は、図１の空気電池セルのＡ－Ａ線断面図である。

【0017】

空気電池セル１００は、例えば、負荷電圧ＤＣ１．１Ｖかつ公称電圧（開放電圧）ＤＣ１．４Ｖである。空気電池セル１００は、一次電池である空気電池１０１（金属空気電池とも呼ばれる）を、カバー部１４０により一部を密封した状態でカバーしたものである。

【0018】

空気電池セル１００は、酸素導入層１１０と、電解質層１２０と、金属層１３０と、カバー部１４０と、トップ空間層１７０と、ボトム空間層１８０と、を有する。を有する。酸素導入層１１０と、電解質層１２０と、金属層１３０とは、空気電池１０１を構成する。空気電池セル１００は、空気電池１０１（即ち、酸素導入層１１０と、電解質層１２０と、金属層１３０）を、カバー部１４０により一部を密封した状態でカバーすることにより構成される。カバー部１４０は、トップカバー１５０及びボトムカバー１６０を有する。トップ空間層１７０及びボトム空間層１８０は、それぞれ、カバー部１４０の一部により区画された空間であり、空気流路を構成する。具体的には、トップ空間層１７０はトップカバー１５０の一部により区画され、ボトム空間層１８０はボトムカバー１６０の一部により区画される。

【0019】

酸素導入層１１０は、空気に露出されることが可能な酸素導入面１１１を有し、正極活物質としての空気中の酸素を導入する。具体的には、酸素導入層１１０は、ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly）であり、触媒層、電解質膜及びガス拡散層が積層された燃料電池用膜電極接合体である。酸素導入層１１０は、シーリングをさらに有してもよい。酸素導入層１１０は、酸素導入面１１１から導入した酸素をカーボン集電体に供給し、酸素と電解質層１２０の電解質との反応を最大限に活性化させることで最大の電池性能を確保する。

【0020】

電解質層１２０は、酸素導入層１１０の酸素導入面１１１と逆の面に積層される。電解質層１２０は、正極として機能する酸素導入層１１０と、負極として機能する金属層１３０との間でキャリアを輸送する電解質を含む。電解質層１２０は、電解質として、典型的には水酸化カリウムを含むが、塩化アンモニウム又は水酸化ナトリウム等を含んでもよい。

【0021】

金属層１３０は、電解質層１２０に積層され、負極活物質としての金属を含む。金属層１３０は、メッシュ状でよい。金属層１３０は、金属として、典型的には亜鉛を含むが、錫、アルミニウム、マグネシウム又はリチウム等を含んでもよい。

【0022】

カバー部１４０は、例えば、ＡＢＳ樹脂からなる。カバー部１４０は、電解質層１２０及び金属層１３０を密封し、酸素導入層１１０の酸素導入面１１１を露出させる。

【0023】

以下、酸素導入層１１０、電解質層１２０及び金属層１３０との積層方向を、Ｚ方向と称する。Ｚ方向に直交する平面をＸＹ平面と称する。ＸＹ平面上の方向、即ち、Ｚ方向に直交する何れかの方向をＸＹ平面方向と称する。空気電池セル１００のＸＹ平面形状は、例えば１辺が数ｃｍ～十数ｃｍの正方形又は長方形（４隅にＲがあっても無くてもよい）である（図１及び図２、本例では正方形）。空気電池セル１００の側面の外周形状は、長方形であり、Ｚ方向の長さ（即ち、空気電池セル１００の厚み）は数ｍｍ～数ｃｍである（図３）。空気電池セル１００は、Ｚ方向に厚みを有する薄いプレート状の直方体状である。空気電池セル１００の平面形状である正方形又は長方形の２辺の方向をＸ方向及びＹ方向と称する。

【0024】

１－２．トップカバー

【0025】

図４は、図１の空気電池セル（上面図）の部分拡大図（Ａ）及び比較例（Ｂ）である。図５は、図３の空気電池セル（断面図）の部分拡大図（Ａ）及び比較例（Ｂ）である。

【0026】

トップカバー１５０は、トップカバー側壁部１５４（図１）と、ポスト部１５１と、トップ部１５２と、第１のトップピン１５８と、第２のトップピン１５９とを有する。

【0027】

トップカバー側壁部１５４は、少なくとも酸素導入層１１０及び電解質層１２０の側面に周回して対向し、少なくとも酸素導入層１１０及び電解質層１２０の側面を周回してカバーする。トップカバー側壁部１５４は、さらに、金属層１３０の側面に周回して対向し、金属層１３０の側面を周回してカバーしてもよい。

【0028】

ポスト部１５１は、酸素導入層１１０の酸素導入面１１１よりもＺ方向に突出する。ポスト部１５１は、酸素導入面１１１上にＸ方向及びＹ方向に直交して（９０度で）交差する格子構造に設けられる。ポスト部１５１は、先端部１５１Ａと、本体部１５１Ｂとを有する。先端部１５１Ａは、酸素導入面１１１に対して典型的には接触する。本体部１５１Ｂは、先端部１５１Ａを除く部分である。先端部１５１Ａの酸素導入面１１１に対する接触面積は、本体部１５１ＢをＸＹ平面で切断した本体部１５１Ｂの断面積より、小さい。例えば、先端部１５１Ａは、Ｘ方向又はＹ方向から見ると、先端に向かうにつれて狭まるラウンド形状である。トップカバー側壁部１５４の酸素導入面１１１よりもＺ方向に突出する部分も、ポスト部１５１として機能する。ポスト部１５１の格子構造の交点１５５は、Ｘ方向及びＹ方向の両方向に等間隔であり、等しい個数であり、トップカバー側壁部１５４からの距離が等しい。従って、空気電池セル１００のＸＹ平面形状が正方形である場合、ポスト部１５１の格子構造は、Ｘ方向及びＹ方向の両方向に等間隔であり、等しい個数であり、トップカバー側壁部１５４からの距離が等しく、長方形の格子構造ではなく正方形の格子構造である。

【0029】

トップ部１５２は、ポスト部１５１の突出端（Ｚ方向の先端）に設けられる。具体的には、トップ部１５２は、ポスト部１５１から、Ｚ方向に直交するＸＹ平面上の少なくとも１方向（本例ではＸ方向及びＹ方向の両方）に片持ち梁状に突出する。ポスト部１５１のＸ方向及びＹ方向の幅Ｌ１より、トップ部１５２がポスト部１５１の１方向の端部からＸ方向及びＹ方向に突出する突出長さＬ２の方が、短い。言い換えれば、トップ部１５２は、格子構造のポスト部１５１の突出端状に設けられた、Ｘ方向及びＹ方向においてわずかに幅広の格子構造を有する。トップ部１５２は、格子構造に区画された複数の開口１５３を有する。トップ部１５２が格子構造を有するため、各開口１５３は、例えば円形ではなく、正方形又は長方形（４隅にＲがあっても無くてもよい）である。複数の開口１５３は、それぞれ、酸素導入面１１１の少なくとも一部をＺ方向に露出させる。トップ部１５２のトップ面１５６（酸素導入層１１０と対向する外面）は、ＸＹ平面と平行である。トップ部１５２は、複数の空気電池セル１００を接続するための配線窓１５７（図１）を有する。

【0030】

第１のトップピン１５８及び第２のトップピン１５９は、トップ部１５２のトップ面１５６に設けられ、Ｚ方向に突出する。第１のトップピン１５８及び第２のトップピン１５９は、互いに係合可能な形状を有する。例えば、第１のトップピン１５８は、中空の円柱形の雌ピンである。第２のトップピン１５９は、第１のトップピン１５８の中空部分に挿入可能な形状及び長さを有する雄ピンである。第１のトップピン１５８及び第２のトップピン１５９は、１個の空気電池セル１００の酸素導入層１１０と他の空気電池セル１００の酸素導入層１１０とが対向するように２個の空気電池セル１００がＺ方向に積層されるとき、１個の空気電池セル１００の第１のトップピン１５８と他の空気電池セル１００の第２のトップピン１５９が係合するように、トップ面１５６に配置される。図１の例では、トップ面１５６をＸ方向に延びる直線Ａ－Ａを境に半分に分けたとき、配線窓１５７を有する領域に８個の第１のトップピン１５８が設けられる。一方、配線窓１５７を有しない領域に、直線Ａ－Ａを対称軸として８個の第１のトップピン１５８に対して線対称に、８個の第２のトップピン１５９が設けられる。これにより、２個の空気電池セル１００を、直線Ａ－Ａを対称軸として配線窓１５７が線対称に位置するように、酸素導入層１１０が対向するように関奏したとき、１個の空気電池セル１００の第１のトップピン１５８及び第２のトップピン１５９と、他の空気電池セル１００の第１のトップピン１５８及び第２のトップピン１５９とが係合する。

【0031】

格子構造のポスト部１５１に区画された空間は、複数の格子空間室１７１である。各格子空間室１７１は、格子構造のポスト部１５１と、ポスト部１５１の突出端状に設けられた幅広の格子構造を有するトップ部１５２とにより区画される構造であるから直方体状である。トップ部１５２の各開口１５３は、各格子空間室１７１に対応し、各格子空間室１７１にＺ方向に対向する。このため、トップ部１５２の各開口１５３から各格子空間室１７１に空気が導入される。複数の格子空間室１７１により構成される、トップ部１５２と酸素導入面１１１との間の領域は、トップ空間層１７０として機能する。

【0032】

酸素導入面１１１上での各格子空間室１７１の面積に対する、各開口１５３の面積である開口面積の割合は、例えば、７０％以上である。図４の（Ａ）を参照して説明すると、１個の格子空間室１７１のＸ辺及びＹ辺の長さをＬ３、１個の開口１５３のＸ辺及びＹ辺の長さをＬ４とする。この場合、１辺の長さがＬ４の正方形又は長方形（４隅にＲがあっても無くてもよい）の面積は、１辺の長さがＬ３の正方形又は長方形（４隅にＲがあっても無くてもよい）の面積の７０％以上である。このため、（Ｂ）の比較例のように開口が円形の場合に比べて、酸素導入面１１１上での各格子空間室１７１の面積に対する、各開口１５３の面積である開口面積の割合が大きく、（Ｂ）の比較例の約３～４倍の大きさである。

【0033】

この構成によれば、酸素導入面１１１上での各格子空間室１７１の面積に対する、各開口１５３の面積である開口面積の割合は、例えば、７０％以上である。これにより、空気が効果的に各格子空間室１７１に導入される。また、ポスト部１５１のＸ方向及びＹ方向の幅Ｌ１より、トップ部１５２がポスト部１５１の１方向の端部からＸ方向及びＹ方向に突出する突出長さＬ２の方が、短い。さらに、ポスト部１５１の先端部１５１Ａの酸素導入面１１１に対する接触面積は、本体部１５１Ｂの断面積より小さい。これにより、図５の（Ａ）に示す様に、トップピン空間層１７３（図７を参照して後述）から格子空間室１７１に導入された空気流Ｆ１が、図５の（Ｂ）の比較例の空気流Ｆ２のように各格子空間室１７１内の酸素導入面１１１上の中心部だけでなく、各格子空間室１７１内の酸素導入面１１１上の広範囲に接触する。さらに、格子空間室１７１に導入された空気が、トップ部１５２の下１７２に入り込んで格子空間室１７１の周縁で停滞せずに、格子空間室１７１内を流通して開口１５３から効果的に流入及び流出することができる。空気が格子空間室１７１に対して効果的に流入及び流出することで、空気電池１０１の化学反応のための酸素の量を酸素導入面１１１上に十分供給でき、同時に、格子空間室１７１内の反応熱冷却性能が向上し、温度上昇が抑制される。

【0034】

１－３．ボトムカバー

【0035】

図６は、図１の空気電池セルのＡ－Ａ線に相当する、ボトムカバーの断面図である。

【0036】

ボトムカバー１６０は、ボトムカバー側壁部１６１と、ボトム部１６２と、複数のフィン１６３と、を有する。

【0037】

ボトムカバー側壁部１６１は、トップカバー１５０のトップカバー側壁部１５４の外面に周回して対向し、トップカバー側壁部１５４の外面に周回して密着する。ボトム部１６２は、平板状であり、金属層１３０とＺ方向に対向する。これにより、ボトムカバー１６０は、トップカバー１５０と協働して、電解質層１２０及び金属層１３０を密封する。

【0038】

複数のフィン１６３は、ボトム部１６２のボトム面１６４に設けられ、Ｚ方向に突出する。ボトム面１６４は、ボトム部１６２が金属層１３０と対向する面（内面）とは逆の面（外面）である。各フィン１６３は、効率的に放熱するため表面積が広い形状を有する。具体的には、各フィン１６３は、中央部１６５と、中央部１６５からＺ方向に直交する複数方向に放射状に突出する複数のブレード１６６とを有する。具体的には、各フィン１６３は、中央部１６５から放射状に突出する４個のブレード１６６を有する。４個のブレード１６６は、中央部１６５から直交する４方向（Ｘ方向及びＹ方向）に等間隔（９０度間隔）に突出する。各フィン１６３の中央部１６５と、ポスト部１５１の格子構造の交点１５５とは、Ｚ方向に対向し、各フィン１６３の４個のブレード１６６と、格子構造のポスト部１５１とは、Ｚ方向に対向する。複数のフィン１６３の個数と、ポスト部１５１の格子構造の交点１５５の個数とは、等しい。複数のフィン１６３は、ボトム面１６４の周縁１６８には設けられず、ボトム面１６４の周縁の内側にのみ設けられる。

【0039】

複数のフィン１６３の中央部１６５は、Ｘ方向及びＹ方向の両方向に等間隔である。複数のフィン１６３は、Ｘ方向及びＹ方向の両方向に等しい個数であり、ボトム部１６２の周縁からの距離が等しい。複数のフィン１６３の先端１６７は、ＸＹ平面上に位置し、Ｚ方向のばらつきは無い。

【0040】

ボトム空間層１８０は、複数のフィン１６３により区画された空間である。ボトム空間層１８０は、ＸＹ平面方向に相互に連通する１個の空間である。

【0041】

ボトムカバー１６０は、さらに、第１のボトムピン１６９Ａ及び第２のボトムピン１６９Ｂを有してもよい。第１のボトムピン１６９Ａ及び第２のボトムピン１６９Ｂは、ボトム部１６２のボトム面１６４に設けられ、Ｚ方向に突出する。第１のボトムピン１６９Ａ及び第２のボトムピン１６９Ｂは、例えば第１のトップピン１５８及び第２のトップピン１５９と同様に、互いに係合可能な形状を有する。例えば、第１のボトムピン１６９Ａは、中空の円柱形の雌ピンであり、Ｚ方向の長さはフィン１６３のＺ方向の長さ以下である。第２のボトムピン１６９Ｂは、第１のボトムピン１６９Ａの中空部分に挿入可能な形状及び長さを有する雄ピンであり、Ｚ方向の長さはフィン１６３のＺ方向の長さより大きい。第１のボトムピン１６９Ａ及び第２のボトムピン１６９Ｂは、１個の空気電池セル１００の金属層１３０と他の空気電池セル１００の金属層１３０とが対向するように２個の空気電池セル１００がＺ方向に積層されるとき、１個の空気電池セル１００の第１のボトムピン１６９Ａと他の空気電池セル１００の第２のボトムピン１６９Ｂが係合するように、ボトム面１６４に配置される。

【0042】

２．空気電池アセンブリ

【0043】

図７は、図１の空気電池セルのＡ－Ａ線に相当する、本発明の一実施形態に係る空気電池アセンブリの断面図である。

【0044】

空気電池アセンブリ２００は、複数（本例では４個）の空気電池セル１００を有する。４個の空気電池セル１００は、直列に接続される。空気電池セル１００の負荷電圧がＤＣ１．１Ｖかつ公称電圧（開放電圧）がＤＣ１．４Ｖである場合、空気電池アセンブリ２００の負荷電圧はＤＣ４．４Ｖかつ公称電圧（開放電圧）はＤＣ５．６Ｖである。

【0045】

空気電池アセンブリ２００において、複数（本例では４個）の空気電池セル１００がＺ方向に積層される。具体的には、１個の空気電池セル１００の酸素導入層１１０と他の空気電池セル１００の酸素導入層１１０とが対向し、第１のトップピン１５８及び第２のトップピン１５９が係合するように２個の空気電池セル１００がＺ方向に積層され、空気電池セルペア１０５又は１０６をそれぞれ構成する。１個の空気電池セルペア１０５に含まれる１個の空気電池セル１００の金属層１３０と、他の空気電池セルペア１０６に含まれる１個の空気電池セル１００の金属層１３０とが対向し、第１のボトムピン１６９Ａ及び第２のボトムピン１６９Ｂが係合するように２個の空気電池セルペア１０５、１０６がＺ方向に積層される。これにより、４個の空気電池セル１００がＺ方向に積層された空気電池アセンブリ２００となる。第１のトップピン１５８及び第２のトップピン１５９の係合と、第１のボトムピン１６９Ａ及び第２のボトムピン１６９Ｂの係合により、空気電池アセンブリ２００はＺ方向に高い堅牢性及び物理的安定性を有する。複数の空気電池セル１００の間にスペーサ等は設けられない。

【0046】

上述のように、空気電池セル１００は、例えば１辺が数ｃｍ～十数ｃｍの正方形又は長方形であり、Ｚ方向の長さ（即ち、空気電池セル１００の厚み）が数ｍｍ～数ｃｍの、薄いプレート状の直方体状である。このため、空気電池アセンブリ２００は、例えば１辺が数ｃｍ～十数ｃｍの直方体状である。

【0047】

上述のように、１個の空気電池セル１００において、ボトムカバー１６０の各フィン１６３の中央部１６５と、トップカバー１５０のポスト部１５１の格子構造の交点１５５とは、Ｚ方向に対向し、また、複数のフィン１６３の４個のブレード１６６と、格子構造のポスト部１５１とは、Ｚ方向に対向する。複数のフィン１６３の個数と、ポスト部１５１の格子構造の交点１５５の個数とは、等しい。また、トップ部１５２のトップ面１５６と、複数のフィン１６３の先端１６７とは、ＸＹ平面と平行である。

【0048】

このため、隣接する１個の空気電池セルペア１０５に含まれる空気電池セル１００の複数のフィン１６３の４個のブレード１６６と、他の空気電池セルペア１０６に含まれる空気電池セル１００の格子構造のポスト部１５１とがＺ方向に重なり合う。これにより、複数（本例では４個）の空気電池セル１００を密接するように積層したときにＺ方向に連結する多数の柱が構成されるため、空気電池アセンブリ２００はＺ方向に高い堅牢性及び物理的安定性を有する。

【0049】

さらに、１個の空気電池セルペア１０５又は１０６内において隣接する２個の空気電池セル１００、１００の間では、第１のトップピン１５８及び第２のトップピン１５９が互いに係合する。言い換えれば、１個の空気電池セルペア１０５内において隣接する２個の空気電池セル１００の空気電池１０１、１０１のトップ面１５６、１５６は、互いに係合する第１のトップピン１５８及び第２のトップピン１５９を介してＺ方向に対向する。このトップ面１５６、１５６の間にトップピン空間層１７３が形成される。このため、１個の空気電池セルペア１０５又は１０６内の２個の空気電池セル１００の空気電池１０１、１０１の間に形成されたトップピン空間層１７３に対してＸＹ平面方向に流入した空気が、トップ空間層１７０の複数の格子空間室１７１にＺ方向に流入し、複数の格子空間室１７１をＸ方向及びＹ方向に流通して、トップピン空間層１７３にＺ方向に再度流入し、トップピン空間層１７３内をＸＹ平面方向に流通する。

【0050】

さらに、互いに隣接する１個の空気電池セルペア１０５に含まれる１個の空気電池セル１００の複数のフィン１６３により区画されたボトム空間層１８０と、他の空気電池セルペア１０６に含まれる１個の空気電池セル１００の複数のフィン１６３により区画されたボトム空間層１８０とが、ＸＹＺ方向に互いに連通する。このため、２個の空気電池セルペア１０５、１０６のＸＹ平面上の境界１０２において、ボトム空間層１８０（ＸＹ平面方向に相互に連通する１個の空間）に対してＸＹ平面方向に流入した空気が、ボトム空間層１８０内をＸＹ平面方向に効果的に流通する。

【0051】

これにより、複数の空気電池セル１００をＺ方向に密接して積層した状態であるにも拘らず、隣接する空気電池セル１００、１００に含まれる空気電池１０１、１０１の間に存在するトップピン空間層１７３及びトップ空間層１７０内と、ボトム空間層１８０内とに空気を効果的に流通させることができる。トップピン空間層１７３及びトップ空間層１７０内の空気の流通により、空気電池１０１の化学反応のための酸素の量を酸素導入面１１１上に十分供給でき、同時に、複数の空気電池セル１００の格子空間室１７１内の冷却性能が向上し、温度上昇が抑制される。また、ボトム空間層１８０内の空気の流通により、複数のフィン１６３が冷却され、複数のフィン１６３の複数のブレード１６６から空気電池１０１が発生した熱が放熱されるため、空気電池セル１００の冷却性能が向上し、温度上昇が抑制される。複数の空気電池セル１００の間にスペーサ等を設ける必要が無く、複数の空気電池セル１００をＺ方向に密接して積層しているため、空気電池アセンブリ２００が小型化でき、空気電池アセンブリ２００はＺ方向に高い堅牢性及び物理的安定性を有する。

【0052】

３．充電器

【0053】

図８は、充電器の回路図である。

【0054】

充電器３００は、電子機器（不図示）に接続可能な充電用出力端子３１１を有し、空気電池アセンブリ２００からの電圧を出力して電子機器（不図示）を充電することが可能である。電子機器（不図示）は、例えば、スマートフォン、パーソナルコンピュータ、タブレットコンピュータ、ウェアラブルデバイス、小型ＬＥＤランプ、懐中電灯等のモバイル電子機器ある。

【0055】

本例では、空気電池セル１００の公称電圧がＤＣ１．４Ｖであり、４個の空気電池セル１００が直列で接続された空気電池アセンブリ２００の公称電圧はＤＣ５．６Ｖ（＝ＤＣ１．４Ｖ×４セル）である。また、空気電池アセンブリ２００の使用経過によって電圧が下がると、空気電池アセンブリ２００の電圧はＤＣ３Ｖ付近まで低下する。空気電池アセンブリ２００の電圧がＤＣ３Ｖであっても電子機器（不図示）を充電する必要がある。

【0056】

充電器３００は、空気電池アセンブリ２００に接続される。充電器３００は、回路基板パイロットランプに搭載された、充電コントローラ回路３１０と、ＤＣ－ＤＣコンバータ回路３２０と、電源スイッチＳ1とを有する。空気電池アセンブリ２００には、パイロットランプＬＥＤ（後述）及びファン４００（後述）のモータＭも接続される。空気電池アセンブリ２００には、懐中電灯としての１又は複数のＬＥＤライト５０２及びオンオフスイッチ５０３（図１３）がさらに接続される（不図示）。懐中電灯としてのＬＥＤライト及びオンオフスイッチは、パイロットランプＬＥＤ及びモータＭと並列に接続すればよい。

【0057】

電源スイッチＳ1は、空気電池アセンブリ２００と充電器３００との電気的接続を可逆的にオンオフ可能である。

【0058】

充電コントローラ回路３１０は、充電用出力端子３１１と、充電コントローラ回路３１０と、を有する。

【0059】

充電用出力端子３１１は、例えば、ＵＳＢ－Ａコネクタである。充電用出力端子３１１は、空気電池アセンブリ２００の公称電圧（５．６Ｖ）未満の出力電圧（５Ｖ）である。充電用出力端子３１１は、電子機器（不図示）に接続可能であり空気電池アセンブリ２００からの電圧を出力して電子機器（不図示）を充電することが可能である。

【0060】

ＤＣ－ＤＣコンバータ回路３２０は、ＤＣ－ＤＣコンバータ用集積回路Ｕ１を有する。

【0061】

ＤＣ－ＤＣコンバータ用集積回路Ｕ１は、ＶＩＮ端子及びＶＯＵＴ端子を有する。ＶＩＮ端子は、空気電池アセンブリ２００の正極（＋極）に接続される。空気電池アセンブリ２００からの電圧（３Ｖ～５．６Ｖ）は、ＶＩＮ端子へ入力される。ＶＯＵＴ端子は、充電コントローラ回路３１０を介して充電用出力端子３１１に接続される。ＤＣ－ＤＣコンバータ用集積回路Ｕ１は、ＶＯＵＴ端子から充電コントローラ回路３１０を介して充電用出力端子３１１に電圧を出力する。

【0062】

ＤＣ－ＤＣコンバータ用集積回路Ｕ１は、リチウムイオン電池対応の汎用のＤＣ－ＤＣコンバータ用集積回路でよい。リチウムイオン電池の公称電圧は３．７Ｖであるため、ＤＣ－ＤＣコンバータ用集積回路Ｕ１のＶＩＮ端子への入力電圧範囲は、約３Ｖ～４．２５Ｖである。従って、ＤＣ－ＤＣコンバータ用集積回路Ｕ１のＶＩＮ端子への入力上限電圧（４．２５Ｖ）は、空気電池アセンブリ２００の公称電圧（５．６Ｖ）未満である。このため、ＤＣ－ＤＣコンバータ回路３２０は、ＶＩＮ端子の入力上限電圧（４．２５Ｖ）を公称電圧（５．６Ｖ）以上に変換して空気電池アセンブリ２００からの電圧（３Ｖ～５．６Ｖ）をＶＩＮ端子に入力可能とし、出力電圧（５Ｖ）をＶＯＵＴ端子から出力するように、電圧を変換する。ダイオードＤ１の設置とキャパシタＣ１の時定数により、ＶＩＮ端子（入力上限電圧４．２５Ｖ）に空気電池アセンブリ２００からの電圧（５．６Ｖ）が入力されても、ＤＣ－ＤＣコンバータ用集積回路Ｕ１がシャットアウトせずに作動することが可能となる。

【0063】

充電用出力端子３１１の最大出力電流値が２Ａ以上になると、空気電池アセンブリ２００の出力能力範囲を超えて、空気電池アセンブリ２００の電圧が急激に下がり、ＤＣ－ＤＣコンバータ用集積回路Ｕ１のＶＩＮ端子への入力下限電圧である３Ｖより低くなり、ＤＣ－ＤＣコンバータ用集積回路Ｕ１がシャットダウンするおそれがある。このため、ＤＣ－ＤＣコンバータ回路３２０のＶＯＵＴ端子から出力される電流値は、２Ａに制限する必要がある。このため、ＤＣ－ＤＣコンバータ回路３２０は、充電用出力端子３１１の出力電流値が最大出力電流値（２Ａ）を超えたときに空気電池アセンブリ２００の電圧が低下しＶＩＮ端子への入力電圧が入力下限電圧（３Ｖ）未満になりＤＣ－ＤＣコンバータ回路３２０がシャットダウンするのを防ぐために、充電用出力端子３１１の出力電流値を最大出力電流値（２Ａ）以下とする。キャパシタＣ２及びＣ３の時定数及び設置個数により、充電用出力端子３１１の出力電流値（２Ａ）を調節することが可能となる。

【0064】

典型的に、多種多様なスマートモバイル電子機器の充電電圧はＤＣ５～５．５Ｖである。充電用出力端子３１１（ＵＳＢ端子）の出力電圧は、多種多様なスマートモバイル電子機器から要求されている充電電圧ＤＣ５～５．５Ｖの範囲内で調節しなければ、多種多様なスマートモバイル電子機器の充電が不可能となる。ＤＣ－ＤＣコンバータ回路３２０を設けることにより、充電電圧を一定に出力するようにし、空気電池アセンブリ２００の電圧がＤＣ３Ｖ付近まで低下しても充電電圧をそのまま維持する定電圧機能を実現し、空気電池アセンブリ２００に残っている電力を最大限利用できる。充電用出力端子３１１（ＵＳＢ端子）の出力電圧範囲の安定化のためには、空気電池アセンブリ２００の出力特性に基づいて、ダイオードＤ１からの信号と、抵抗Ｒ１及びＲ２の時定数及びその比率が総合的な信号を起こして、ＤＣ－ＤＣコンバータ用集積回路Ｕ１のフィードバック端子ＦＢに入力する。これにより、ＤＣ－ＤＣコンバータ用集積回路Ｕ１のＶＯＵＴ端子から、充電用出力端子３１１に適合する出力電圧（ＤＣ５Ｖ）を、充電用出力端子３１１に供給できる。

【0065】

充電コントローラ回路３１０は、充電用集積回路Ｕ２を有する。充電用集積回路Ｕ２は、充電用出力端子３１１（ＵＳＢ－Ａコネクタ）に接続される電子機器（不図示）との充電規格（ＢＣ１．２等の多様な規格）を有する。充電コントローラ回路３１０は、例えば、ｉＯＳ（登録商標）及びＡｎｄｒｏｉｄ（登録商標）等の種々のファームウェアに対応するインターフェースが可能とした回路を有する。充電コントローラ回路３１０は、様々な製品である電子機器（不図示）とインターフェースを通じてハンドシェイクを行い、充電を開始する。例えば、充電コントローラ回路３１０は、充電用出力端子３１１（ＵＳＢ－Ａコネクタ）に様々な種類（Ｌｉｇｈｔｎｉｎｇ、Ｍｉｃｒｏ－Ｂ、Ｔｙｐｅ－Ｃ等）の接続ケーブルを介して接続された電子機器（不図示）を認識し、充電を開始する。充電器３００内の充電コントローラ回路３１０自体が種々のファームウェアに対応するインターフェースが可能であるため、別体のインターフェースモジュールを要することなく、充電器３００に様々な製品である電子機器を直接接続し、直接充電することが可能である。

【0066】

図９は、ＤＣ－ＤＣコンバータ回路の部品配置を示す。

【0067】

ＤＣ－ＤＣコンバータ用集積回路Ｕ１は、ＤＣ－ＤＣコンバータ回路３２０の機能的中心であり、高い周波数でスイッチングする半導体である。ＤＣ－ＤＣコンバータ用集積回路Ｕ１と近隣の部品配置や回路が不適合だと、ノイズが発生する。ＤＣ－ＤＣコンバータ用集積回路Ｕ１は、ノイズによって動作が不安定になり、変換効率が逓減する。例えば、ＤＣ－ＤＣコンバータ用集積回路Ｕ１と近隣の部品との距離が大きいと、ノイズが発生する。このため、インダクタンスＬ１、抵抗Ｒ１及びＲ２、キャパシタＣ１、Ｃ２及びＣ３は、ＤＣ－ＤＣコンバータ用集積回路Ｕ１と可能な限り近くに（０．５ｍｍ～１．０ｍｍ程度の距離に）配置するのがよい。回路基板３０１（ＰＣＢ：printed circuit board）は、ＶＯＵＴ及びＧＮＤのエリアを有し、ＶＯＵＴ及びＧＮＤにより、回路から出る有害周波数の抑制が可能となる。

【0068】

図１０は、充電器の充電特性を示すグラフである。

【0069】

充電器３００に空気電池アセンブリ２００及び電子機器を接続し、電子機器を充電した。空気電池アセンブリ２００の最大出力電圧には限界があり、空気電池アセンブリ２００の最大出力電圧の範囲で最速な充電を可能とするため、バッテリの充電率が８０％付近までは、ＤＣ５Ｖ、２Ａの仕様条件で充電できる。これにより、災害が発生した時、電子機器を高速に充電することができる。

【0070】

４．充電器付き空気電池パック

【0071】

４－１．充電器付き空気電池パックの内部構造

【0072】

図１１は、充電器付き空気電池パックのブロック図である。図１２は、充電器付き空気電池パックの斜視図である。図１３は、充電器付き空気電池パックの内部構造を模式的に示す。

【0073】

充電器付き空気電池パック１０は、空気電池アセンブリ２００と、充電器３００(図８)と、空気電池アセンブリ２００及び充電器３００とを収容する筐体５００と、を有する。充電器付き空気電池パック１０は、さらに、１以上の吸気口５１１（図１３）と、排気口５１２と、ファン４００と、排気空間室５１３と、を有する。

【0074】

筐体５００は、１辺が数ｃｍ～十数ｃｍ程度の直方体状である。１以上（本例では複数）の吸気口５１１及び排気口５１２は、ＸＹ平面方向の１方向（本例ではＸ方向）に対向する筐体５００の２面５１４、５１５にそれぞれ設けられる。

【0075】

１以上（本例では複数）の吸気口５１１は、筐体５００に収容された、隣接する複数の空気電池セル１００の各境界１０２に対して、Ｚ方向に直交する方向であるＸＹ平面方向の１方向（本例ではＸ方向）にそれぞれ対向する。さらに、吸気口５１１は、最上段の空気電池セル１００と筐体５００の内面との境界１０３と、最下段の空気電池セル１００と筐体５００の内面との境界１０４とに対して、Ｚ方向に直交する方向であるＸＹ平面方向の１方向（本例ではＸ方向）にそれぞれ対向する。

【0076】

排気口５１２は、１以上の吸気口５１１それぞれに対してＸＹ平面方向（本例ではＸ方向）に対向する。

【0077】

ファン４００は、筐体５００に収容され排気口５１２に隣接する。

【0078】

排気空間室５１３は、空気電池アセンブリ２００とファン４００との間の空間である。排気空間室５１３のＸ方向の幅、即ち、空気電池アセンブリ２００とファン４００との距離は、例えば、１０ｍｍ以上である。ファン４００の作動により排気空間室５１３に負圧が形成され、１以上の吸気口５１１から流入する空気が円滑に排気空間室５１３内に流入し、ファン４００を経て排気口５１２から排出される。

【0079】

電源スイッチＳ1がオンになるとモータＭが動作しファン４００が回転する。これにより、空気は、複数の吸気口５１１から流入し（矢印）、複数の吸気口５１１に対向する複数の空気電池セル１００の各境界１０２に流入し、各空気電池セル１００のトップ空間層１７０及びボトム空間層１８０を流通し、各空気電池セル１００から排気空間室５１３に流入し、ファン４００により排気口５１２を介して筐体５００から排出される。これにより、空気が、空気電池アセンブリ２００内を効果的に流通するので、空気電池１０１の化学反応のための酸素の量を酸素導入面１１１上に十分供給でき、同時に、複数の空気電池セル１００の格子空間室１７１内の反応熱冷却性能が向上し、温度上昇が抑制される。

【0080】

特に、複数の吸気口５１１は、隣接する複数の空気電池セル１００の各境界１０２に対してそれぞれ対向する。これにより、各吸気口５１１から、隣接する空気電池セル１００、１００に含まれる空気電池１０１、１０１の間に存在するトップ空間層１７０及びボトム空間層１８０内に空気を効果的に流通させることができる。このため、空気電池１０１の化学反応のための酸素の量を酸素導入面１１１上に十分供給でき、同時に、複数の空気電池セル１００の格子空間室１７１内の反応熱冷却性能が向上し、温度上昇が抑制される。

【0081】

空気電池セル１００は、内部の物質の化学反応によって発電するので熱が発生する。この熱が適切な範囲を超え、熱暴走すると空気電池セル１００の性能は急激に劣化する。特に夏場に外部気温が高いと、空気電池セル１００の内部は熱が暴走して空気電池１０１の性能の低下に大きな影響を及ぼす。本実施形態の構造によれば、これを抑制するために空気電池セル１００を効果的に冷却し、同時に、充電器３００に対する高温の影響を抑制することができる。

【0082】

なお、空気電池アセンブリ２００は、吸湿布（不図示）が巻かれている。空気電池セル１００の電解質層１２０（強アルカリ性の水酸化カリウム等）の液体が漏れた場合に、液体を吸収するためである。

【0083】

４－２．充電器付き空気電池パックの外部構造

【0084】

筐体５００は、プラグインスイッチ３３０、充電用出力端子３１１、パイロットランプＬＥＤ、懐中電灯としてのＬＥＤライト５０２及び懐中電灯のオンオフスイッチ５０３を露出させる。

【0085】

図１４は、電源スイッチを示す。

【0086】

プラグインスイッチ３３０は、充電器３００の回路基板３０１上の電源スイッチＳ１に接続される。プラグインスイッチ３３０は、筐体５００の一面５０１から突出せず且つ露出するＤＣジャック３３１と、付属のプラグインブリッジ３３２とを有する。ＤＣジャック３３１は、筐体５００に内蔵され、外部への突出が抑制される。プラグインブリッジ３３２の内部は、正極と負極とがショートされている。

【0087】

使用者が手作業でプラグインブリッジ３３２をＤＣジャック３３１に挿入すると、内部の回路が接続され、電源スイッチＳ１がオンになる。これより、パイロットランプＬＥＤが点灯し、空気電池アセンブリ２００からの電源が充電器３００に印加され、充電器３００は動作を開始する。一方、使用者が手作業でプラグインブリッジ３３２を抜くと、電源スイッチＳ１がオフになり、パイロットランプＬＥＤが消灯し、充電器３００の動作が停止する。使用者が手作業でプラグインブリッジ３３２をＤＣジャック３３１に挿抜することで、不意に電源スイッチＳ１がオンオフする誤作動が無く、安全で確実に電源スイッチＳ１をオンオフできる。

【0088】

これに対して、仮に、筐体からつまみ等が突出する可動的なスイッチを採用すると、充電器付き電池パックを移動又は取り扱う過程でスイッチの誤作動で電源が接続されて電池が放電するおそれがある。また、つまみが破損しないような構造の包装を用意し、つまみが破損しないように包装する必要があり、安全性に懸念があり、煩雑である。

【0089】

プラグインスイッチ３３０をオンした後、スライド式のオンオフスイッチ５０３をオンにすると、懐中電灯としてのＬＥＤライト５０２（例えば、１個の大容量の又は複数の砲弾型ＬＥＤランプ）が点灯する。充電器付き空気電池パック１０は、災害及び非常用の携帯電源として利用することが想定され、懐中電灯としてのＬＥＤライト５０２は災害及び非常用には大変有用である。

【0090】

また、出荷時には、ＤＣジャック３３１の挿入部にシールテープ（不図示）を貼り付けることで、使用、未使用を確認できる。

【0091】

図１５は、充電用出力端子及び筐体を示す。

【0092】

充電用出力端子３１１（ＵＳＢ－Ａコネクタ）は、回路基板３０１（ＰＣＢ）に挿入されている。回路基板３０１は、筐体５００の内側に収容されている。このため、充電用出力端子３１１は、筐体５００の内側から押し出して組み立てる必要がある。一方、充電用出力端子３１１の頭部３１２（１４．４５ｍｍ×７．００ｍｍ）は、本体部３１３（１３．２７ｍｍ×５．６５ｍｍ）に比べて大きい。一方、筐体５００に加工された穴であるコネクタ挿入口５０４（１３．６ｍｍ×６．００ｍｍ）は、充電用出力端子３１１の本体部３１３に合わせたサイズである。このため、充電用出力端子３１１の頭部３１２は、筐体５００のコネクタ挿入口５０４よりサイズが大きいため、干渉なく挿入することができない。このため、長方形のコネクタ挿入口５０４の４か所の頂点から放射状に約３ｍｍの切断線５０５を形成する。これにより、充電用出力端子３１１の頭部３１２を、筐体５００の内側からコネクタ挿入口５０４に押し出し、頭部３１２が筐体５００の外側に露出するように組み立てることができる。

【0093】

５．充電器付き空気電池パックの保存袋

【0094】

図１６は、充電器付き空気電池パックの保存袋を示す。

【0095】

保存袋６００は、充電器付き空気電池パック１０（図１２）を密封し、長期間補完するのに使用される。充電器付き空気電池パック１０は、保存袋６００内に密封された状態で出荷される。

【0096】

保存袋６００は、袋本体６０１と、バルブ６０２と、密封チャック６０３と、開封用切り欠き６０４とを有する。袋本体６０１の材質は、アルミニウム箔を多層に接合した多層構造ラミネートである。これにより、外部の空気が袋本体６０１の内部に浸透することを抑制できる。バルブ６０２は、微小圧力バルブであり、空気電池アセンブリ２００の内部に未反応物質が長期間にわたって反応したときに発生するガスを外部に排出し、且つ、外部の空気の流入を遮断する。バルブ６０２の作動開始圧力は３～９ｍｂａｒであり、遮断圧力は０．５ｍｂａｒ以上である。保存袋６００を最初に開封するときは、入口接合部の開封用切り欠き６０４に沿って切断する。充電器付き空気電池パック１０を保存袋６００から取り出して使用し、充電器付き空気電池パック１０を使用後に再度保管するときは、充電器付き空気電池パック１０を保存袋６００に入れて密封チャック６０３でロックする。

【0097】

充電器付き空気電池パック１０は、非常用電源として使用する事が期待されているので、長期保管及び長期備蓄できる事が必要とされる。空気電池アセンブリ２００は空気電池セル１００で構成され、空気電池セル１００にある金属層１３０と空気中の酸素との化学反応で電気を生成するメカニズムをもつので、長期保管及び長期備蓄中の自然放電を防ぐ必要がある。充電器付き空気電池パック１０を、バルブ６０２を備えた多層構造のアルミラミネート袋である保存袋６００に密閉することで、空気電池セル１００に空気中の酸素が流入する事を抑止することができる。

【0098】

充電器付き空気電池パック１０の使用時は、保存袋６００に収納した充電器付き空気電池パック１０を取り出す事で、空気中の酸素と化学反応し電気を生成して電子機器に充電できる。また使用後は充電器付き空気電池パック１０を再び保存袋６００に収納することで空気電池セル１００の自然放電を抑制でき、空気電池セル１００の電気容量がある限り（金属層１３０が劣化しない限り）、充電器付き空気電池パック１０を何度も繰り返し使用可能となる。

【0099】

６．結語

【0100】

本実施形態によれば、長期保管及び長期備蓄が可能な空気電池セル１００を４個パックとして、外部電源としての空気電池アセンブリ２００を実現する。筐体５００内に、外部電源としての空気電池アセンブリ２００と、ＵＳＢ形式の充電用出力端子３１１を含む充電器３００とを一体的に収容し、コンパクトな充電器付き空気電池パック１０を実現することで、外部電源と充電器機能とを一体として構成する。これにより、災害時に非常用電源として充電器付き空気電池パック１０を携帯でき、より容易で簡便でユーザフレンドリーにモバイル電子機器のバッテリを充電させることができる。

【0101】

一般的に、空気電池は理論エネルギー密度が４７０Ｗｈ／Ｋｇであり、リチウムイオン電池の２５０Ｗｈ／Ｋｇに比べて２倍近く高く、小型軽量化が可能なので非常時に活用が容易である。空気電池セル１００は、金属と空気中の酸素との化学反応で電力を生成するメカニズムをもつ。充電器付き空気電池パック１０は圧力用のバルブ６０２を備えた多層構造のアルミラミネート袋である保存袋６００に密閉することで、空気中の酸素との接触を防ぐことが可能となり、自然放電を防ぎ長期保管及び長期備蓄を可能とする。このため、災害時の非常用電源としてモバイル電子機器のバッテリを充電させることができる。発火時に消火しにくいリチウムイオン電池に比べて、一次電池である空気電池１０１は発火の危険性が全く無いため、本実施形態に係る充電器付き空気電池パック１０は、災害現場で使用時の二次災害の懸念が全く無い。

【0102】

市販されている空気電池製品は、超小型の補聴器用ボタンタイプか、ＤＣ１２Ｖを出力してインバータを介した家電製品に使用する製品である。このため、これらをスマートフォンなどの小型モバイル電子機器（充電電圧ＤＣ５～５．５Ｖ）に使用するためには他の変換装置を準備し接続しなければならない。このため、誰にとっても作業容易で簡便でわかりやすく、必要なときに即座に充電を開始する必要のある災害時には、不適である。これに対して、本実施形態によれば、ＤＣ－ＤＣコンバータ回路３２０を設けることにより、充電電圧を一定に出力するようにし、空気電池アセンブリ２００の電圧がＤＣ３Ｖ付近まで低下しても充電電圧をそのまま維持する定電圧機能を実現し、空気電池アセンブリ２００に残っている電力を最大限利用できる。また、充電器３００内の充電コントローラ回路３１０自体が種々のファームウェアに対応するインターフェースが可能であるため、別体のインターフェースモジュールを要することなく、充電器３００に様々な製品である電子機器を直接接続し、直接充電することが可能である。このため、特に災害時に、どのような一般ユーザにとっても作業容易で簡便でわかりやすく、必要なときに即座に充電を開始することができる。

【0103】

空気電池セル１００は放電時に内部の化学作用により熱が発生するが、特に夏場に外部気温が高いとセル内部は熱が暴走して性能低下に大きな影響を及ぼすので、空気電池セル１００の内部の冷却が十分になるように構成する必要がある。本実施形態によれば、個々の空気電池セル１００の表裏のトップ空間層１７０及びボトム空間層１８０の構造、隣接する空気電池セル１００、１００の境界１０２に存在するトップ空間層１７０及びボトム空間層１８０中の空気流路、隣接する空気電池セル１００、１００の境界１０２に対向する複数の吸気口５１１、空気電池アセンブリ２００とファン４００との間の排気空間室５１３等の構造により、空気電池セル１００の内部を効率的に冷却し同時に化学反応のための酸素を効率的に供給することが可能となる。

【0104】

本実施形態の構造によれば、空気電池セル１００を効果的に冷却することで、充電器３００に対する高温の影響も抑制することができる。災害時の非常用電源のため、長期保存及び長期備蓄に適した充電器付き空気電池パック１０は、小型であることが望ましい。特に、筐体５００（１辺が数ｃｍ～十数ｃｍ程度の直方体状）に、空気電池アセンブリ２００（１辺が数ｃｍ～十数ｃｍの直方体状）及び充電器３００を収容するため、空気電池アセンブリ２００と充電器３００とが極めて近い位置にある。このため、充電器３００は空気電池アセンブリ２００の発熱の影響を受けざるを得ない。本実施形態によれば、空気電池セル１００を効果的に冷却することで、充電器３００に対する高温の影響をできる限り抑制し、充電器３００の故障を防ぐことを図れる。これにより、空気電池アセンブリ２００の寿命短縮の抑制と共に充電器３００の寿命短縮の抑制も期待でき、災害時の非常用電源のため、長期保存及び長期備蓄に適した充電器付き空気電池パック１０を実現することが可能となる。

【0105】

本技術の各実施形態及び各変形例について上に説明したが、本技術は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

【符号の説明】

【0106】

１０ 充電器付き空気電池パック
１００ 空気電池セル
１０１ 空気電池
１０２ 境界
１１０ 酸素導入層
１１１ 酸素導入面
１２０ 電解質層
１３０ 金属層
１４０ カバー部
１５０ トップカバー
１５１ ポスト部
１５２ トップ部
１５３ 開口
１５４ トップカバー側壁部
１５５ 交点
１５６ トップ面
１５７ 配線窓
１６０ ボトムカバー
１６１ ボトムカバー側壁部
１６２ ボトム部
１６３ フィン
１６４ ボトム面
１６５ 中央部
１６６ ブレード
１６７ 先端
１７０ トップ空間層
１７１ 格子空間室
１８０ ボトム空間層
２００ 空気電池アセンブリ
３００ 充電器
３０１ 回路基板
３１０ 充電コントローラ回路
３１１ 充電用出力端子
３２０ 回路
３３０ 電源スイッチ
４００ ファン
５００ 筐体
５１１ 吸気口
５１２ 排気口
５１３ 排気空間室

【要約】

【課題】特に災害時での電子機器の充電に適した充電器付き空気電池パックと、その充電器付き空気電池パックに適した空気電池セル、空気電池セルアセンブリ及び充電器とを提供する。
【解決手段】空気電池セルは、酸素導入面を有し、正極活物質としての空気中の酸素を導入するための酸素導入層と、前記酸素導入層の前記酸素導入面と逆の面に積層された電解質層と、前記電解質層に積層され、負極活物質としての金属を含む金属層と、前記酸素導入面よりも積層方向に突出するポスト部と、前記ポスト部の突出端に設けられ、前記酸素導入面の少なくとも一部を前記積層方向に露出させる複数の開口を有するトップ部と、を有し、前記電解質層及び前記金属層を密封するカバー部と、前記トップ部と前記酸素導入面との間のトップ空間層と、を具備する。
【選択図】図１３

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】