JP7081982B2 - Metal-air battery modules, metal-air battery systems and how to charge metal-air batteries - Google Patents
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Description
本開示は、二次電池である金属空気電池を有する金属空気電池モジュール、金属空気電池モジュールおよび充電器を有する金属空気電池システム並びに金属空気電池の充電方法に関する。 The present disclosure relates to a metal-air battery module having a metal-air battery which is a secondary battery, a metal-air battery system having a metal-air battery module and a charger, and a method for charging 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)、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 chemical reactions 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 negative electrode, an electrolyte (or an electrolytic solution), etc., and by an electrochemical reaction, zinc, iron, magnesium, aluminum, sodium, calcium, lithium, etc. The electrical energy obtained in the process of converting a metal into a metal oxide is extracted and used.
例えば、負極に含まれる負極活物質に亜鉛を用いた金属空気電池では、放電時に負極および空気極において、以下のような反応が起こる。負極では、負極活物質の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、負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、負極へ到達する。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、負極の亜鉛を負極活物質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 in which zinc is used as the negative electrode active material contained in the negative electrode, the following reactions occur at the negative electrode and the air electrode during discharge. At the negative electrode, zinc hydroxide, which is the active material of the negative electrode, 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 negative electrode react with water by the air electrode catalyst and change into hydroxide ions. Hydroxide ions conduct ion conduction in the electrolytic solution and reach the negative electrode. Through such a cycle, the metal-air battery utilizes oxygen taken in from the air electrode and realizes continuous power extraction while forming zinc oxide using zinc in the negative electrode as the negative electrode active material.
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。このため、金属空気電池において、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る。 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 a positive electrode active material, in the cell, so that the energy density can be increased by increasing the ratio of other substances. Therefore, in a metal-air battery, the theoretical energy density may be higher than in a lithium-ion battery.
ここで、金属空気電池の一次電池は、補聴器用のボタン電池として多く用いられている。一方、金属空気電池の二次電池に関しては、様々な問題があり研究がなされている。例えば、金属空気電池の二次電池が2極方式である場合は、充電によって負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る。この問題を解決するために、例えば、特許文献1には、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提案されている。これにより、特許文献1に記載された3極方式の金属空気電池では、充電時に空気極が酸化消耗することを抑制して、耐用期間が短くなることを防ぐことができる。
Here, the primary battery of a metal-air battery is often used as a button battery for a hearing aid. On the other hand, regarding the secondary battery of the metal-air battery, there are various problems and research is being conducted. For example, when the secondary battery of a metal-air battery is a two-pole system, there is a problem that even if the negative electrode is regenerated by charging, the air electrode is oxidatively consumed and the service life is shortened. In order to solve this problem, for example,
また、金属空気電池の二次電池では、放電時に集電体から離れた箇所において、放電されない未放電金属が負極において残留するという問題もある。具体的には、負極において、金属が金属酸化物に変化されることにより放電が行われるが、集電体との距離が近いほど金属から金属酸化物への変化が起こりやすく、逆に集電体から離れた位置の金属は金属酸化物への変化が起きにくいことから、一部の金属については金属酸化物に囲まれてしまい、放電されずに金属のまま残留するという現象が生じることがある。このような現象が生じると、金属空気電池の充電容量が減少するとの問題があった。このような問題については、特許文献1に記載された金属空気電池では解決することができなかった。
Further, in the secondary battery of the metal-air battery, there is also a problem that undischarged metal remains in the negative electrode at a place away from the current collector at the time of discharging. Specifically, in the negative electrode, discharge is performed by changing the metal to a metal oxide, but the closer the distance to the current collector, the more likely it is that the change from the metal to the metal oxide will occur, and conversely, the current will be collected. Since a metal located away from the body is unlikely to change to a metal oxide, some metals may be surrounded by the metal oxide and remain as a metal without being discharged. be. When such a phenomenon occurs, there is a problem that the charge capacity of the metal-air battery decreases. Such a problem could not be solved by the metal-air battery described in
本開示は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、金属空気電池の負極における未放電金属の残留を防止し、充電容量の低下を抑制できる、金属空気電池モジュール、金属空気電池および充電器を備えた金属空気電池システム並びに金属空気電池の充電方法を提供することである。 The present disclosure has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is a metal-air battery module, metal-air, which can prevent residual undischarged metal in the negative electrode of a metal-air battery and suppress a decrease in charge capacity. It is to provide a metal-air battery system equipped with a battery and a charger as well as a method of charging the metal-air battery.
本開示の一態様に係る金属空気電池モジュールは、複数の金属空気電池と、前記金属空気電池を放電するための、複数の前記金属空気電池が接続された組電池の正極端および負極端間に設けられたモジュール抵抗と、前記金属空気電池を放電させるために、前記金属空気電池と前記モジュール抵抗とを接続するため、前記モジュール抵抗に直列に接続されたモジュール負荷スイッチと、前記金属空気電池のそれぞれの電圧値を検出する電池電圧検出部と、前記電池電圧検出部により検出された電圧値に応じて、前記モジュール負荷スイッチの動作を制御するスイッチ制御部と、を備え、前記スイッチ制御部は、前記金属空気電池の充電が行われる前に前記モジュール負荷スイッチをオンにし、前記電池電圧検出部により検出された前記金属空気電池のいずれかの電圧値が、前記金属空気電池の負極において残留している未放電金属を消費させるための電圧値であり予め設定された値である電圧閾値以下となった場合には、前記モジュール負荷スイッチをオフにする、ことを特徴とする。 The metal air battery module according to one aspect of the present disclosure is between a plurality of metal air batteries and a positive electrode end and a negative voltage end of an assembled battery to which the plurality of the metal air batteries are connected for discharging the metal air batteries. A module load switch connected in series with the module resistance to connect the metal air battery and the module resistance in order to discharge the provided module resistance and the metal air battery, and the metal air battery. The switch control unit includes a battery voltage detection unit that detects each voltage value and a switch control unit that controls the operation of the module load switch according to the voltage value detected by the battery voltage detection unit . Turns on the module load switch before charging the metal air battery, and the voltage value of any of the metal air batteries detected by the battery voltage detection unit remains in the negative electrode of the metal air battery. The module load switch is turned off when the voltage value for consuming the undischarged metal is equal to or lower than the voltage threshold value set in advance .
これにより、金属空気電池の充電を行う前に、抵抗により金属空気電池に残留している電力を消費して十分に放電させたのちに充電を開始させることができるため、金属空気電池の充電容量が減少することを抑制することができる。特に、抵抗を用いて放電することにより放電の速度を比較的遅くすることができるため、金属空気電池の負極において、金属酸化物に囲まれて放電されずに金属のまま残留している未放電金属を金属酸化物に変化させ、未放電金属が残留することを防止して、金属空気電池の充電容量が減少することを抑制することができる。また、金属空気電池のそれぞれの電圧値に応じて上記放電および充電の開始あるいは終了タイミングを決定することにより、金属空気電池の過放電や過充電を防ぎ、かつ、短時間で効率良く充電動作を行うことができる。 As a result, before charging the metal-air battery, the power remaining in the metal-air battery due to the resistance can be consumed and sufficiently discharged before charging can be started. Therefore, the charging capacity of the metal-air battery can be started. Can be suppressed from decreasing. In particular, since the discharge rate can be relatively slowed down by discharging using a resistor, the negative side of the metal air battery is surrounded by metal oxides and is not discharged and remains as metal. It is possible to change the metal into a metal oxide, prevent the undischarged metal from remaining, and suppress the decrease in the charge capacity of the metal air battery. Further, by determining the start or end timing of the discharge and charge according to each voltage value of the metal-air battery, over-discharge and over-charge of the metal-air battery can be prevented, and the charging operation can be efficiently performed in a short time. It can be carried out.
また、上述の金属空気電池モジュールにおいて、前記抵抗は、複数の前記金属空気電池が接続された組電池の正極端および負極端間に設けられたモジュール抵抗であって、前記負荷スイッチは、前記モジュール抵抗に直列に接続されたモジュール負荷スイッチであって、前記スイッチ制御部は、前記モジュール負荷スイッチをオンにし、前記電池電圧検出部により検出された前記金属空気電池のいずれかの電圧値が電圧閾値以下となった場合には、前記モジュール負荷スイッチをオフにすることとしてもよい。 Further, in the above-mentioned metal air battery module, the resistance is a module resistance provided between the positive electrode end and the negative electrode end of the assembled battery to which the plurality of the metal air batteries are connected, and the load switch is the module. A module load switch connected in series with a resistor, wherein the switch control unit turns on the module load switch, and the voltage value of any of the metal air batteries detected by the battery voltage detection unit is a voltage threshold value. In the following cases, the module load switch may be turned off.
これにより、充電を行う前に十分な放電を比較的遅い速度で行うことができ、未放電金属が生じることを防止して、金属空気電池の充電容量が減少することを抑制することができる。 As a result, sufficient discharge can be performed at a relatively slow speed before charging, it is possible to prevent the generation of undischarged metal, and it is possible to suppress a decrease in the charge capacity of the metal-air battery.
また、上述の金属空気電池モジュールにおいて、前記抵抗は、複数の前記金属空気電池ごとに、それぞれの正極および負極間に設けられたセル抵抗であって、前記負荷スイッチは、複数の前記金属空気電池ごとに設けられ、前記各セル抵抗に直列に接続されたセル負荷スイッチであって、前記スイッチ制御部は、すべての前記セル負荷スイッチをオンにし、前記電池電圧検出部により検出された前記各金属空気電池の電圧値が電圧閾値以下となった場合には、前記金属空気電池ごとに前記セル負荷スイッチをオフにすることとしてもよい。 Further, in the above-mentioned metal air battery module, the resistance is a cell resistance provided between the positive and negative electrodes of each of the plurality of metal air batteries, and the load switch is a plurality of the metal air batteries. It is a cell load switch provided for each cell resistance and connected in series to the cell resistance, and the switch control unit turns on all the cell load switches and the metal detected by the battery voltage detection unit. When the voltage value of the air battery becomes equal to or less than the voltage threshold value, the cell load switch may be turned off for each metal air battery.
これにより、複数の金属空気電池が接続された組電池ごとに充電を行う前に十分な放電を比較的遅い速度で行うことができ、未放電金属が生じることを防止して、金属空気電池の充電容量が減少することを抑制することができる。 As a result, sufficient discharge can be performed at a relatively slow speed before charging each assembled battery to which a plurality of metal-air batteries are connected, preventing the generation of undischarged metal and preventing the metal-air battery from being generated. It is possible to suppress a decrease in the charge capacity.
また、上述の金属空気電池モジュールにおいて、複数の前記金属空気電池ごとに、それぞれの正極および負極間に設けられたセル抵抗と、複数の前記金属空気電池ごとに設けられ、前記セル抵抗に直列に接続されたセル負荷スイッチをさらに備え、前記スイッチ制御部は、前記モジュール負荷スイッチをオフにしたあと、前記各金属空気電池の電圧値が電圧閾値以下となった場合には、前記金属空気電池ごとに前記セル負荷スイッチをオフにすることとしてもよい。 Further, in the above-mentioned metal air battery module, the cell resistance provided between the positive electrode and the negative electrode of each of the plurality of the metal air batteries and the cell resistance provided for each of the plurality of the metal air batteries are connected in series with the cell resistance. A connected cell load switch is further provided, and the switch control unit is provided with the metal air battery when the voltage value of each metal air battery becomes equal to or lower than the voltage threshold after the module load switch is turned off. The cell load switch may be turned off.
これにより、複数の金属空気電池が接続された組電池ごとに充電を行う前に十分な放電を比較的遅い速度で行うことができ、未放電金属が生じることを防止して、金属空気電池の充電容量が減少することを抑制することができる。 As a result, sufficient discharge can be performed at a relatively slow speed before charging each assembled battery to which a plurality of metal-air batteries are connected, preventing the generation of undischarged metal and preventing the metal-air battery from being generated. It is possible to suppress a decrease in the charge capacity.
また、上述の金属空気電池モジュールにおいて、前記金属空気電池を充電するために外部に配置される充電器と前記金属空気電池とを接続するための充電スイッチをさらに備え、前記スイッチ制御部は、前記充電スイッチがオフの状態で前記モジュール負荷スイッチをオンにし、前記モジュール負荷スイッチをオフにした場合には、前記充電スイッチをオンに制御することとしてもよい。 Further, in the above-mentioned metal-air battery module, a charging switch for connecting a charger arranged externally for charging the metal-air battery and the metal-air battery is further provided, and the switch control unit is described. When the module load switch is turned on and the module load switch is turned off while the charging switch is off, the charging switch may be controlled to be turned on.
これにより、金属空気電池の充電を行う前に、抵抗により金属空気電池に残留している電力を消費して十分に放電させたのちに充電を開始させることができるため、金属空気電池の充電容量が減少することを抑制することができる。 As a result, before charging the metal-air battery, the power remaining in the metal-air battery due to the resistance can be consumed and sufficiently discharged before charging can be started. Therefore, the charging capacity of the metal-air battery can be started. Can be suppressed from decreasing.
また、上述の金属空気電池モジュールにおいて、前記金属空気電池を充電するために外部に配置される充電器と前記金属空気電池とを接続するための充電スイッチをさらに備え、前記充電スイッチがオフの状態ですべての前記セル負荷スイッチをオンにし、前記スイッチ制御部は、前記セル負荷スイッチのすべてをオフにした場合には、前記充電池スイッチをオンに制御することとしてもよい。 Further, in the above-mentioned metal-air battery module, a charging switch for connecting an externally arranged charger for charging the metal-air battery and the metal-air battery is further provided, and the charging switch is in a state of being off. When all the cell load switches are turned on and the switch control unit turns off all the cell load switches, the rechargeable battery switch may be controlled to be turned on.
これにより、金属空気電池の充電を行う前に、抵抗により金属空気電池に残留している電力を消費して十分に放電させたのちに充電を開始させることができるため、金属空気電池の充電容量が減少することを抑制することができる。 As a result, before charging the metal-air battery, the power remaining in the metal-air battery due to the resistance can be consumed and sufficiently discharged before charging can be started. Therefore, the charging capacity of the metal-air battery can be started. Can be suppressed from decreasing.
また、上述の金属空気電池モジュールにおいて、前記金属空気電池のSOCを検出するSOC検出部を備え、前記SOC検出部により検出したSOCに応じて、前記モジュール負荷スイッチをオンにしてからオフにするまでの経過時間の上限値が設定されることとしてもよい。 Further, in the above-mentioned metal-air battery module, an SOC detection unit for detecting the SOC of the metal-air battery is provided, and the module load switch is turned on and off according to the SOC detected by the SOC detection unit. The upper limit of the elapsed time of may be set.
これにより、SOCに応じて負荷スイッチをオンにしてからオフにするまでの経過時間の上限値が設定されることから、金属空気電池の過放電や過充電を防ぎ、かつ、短時間で充電動作を行うことができる。 As a result, the upper limit of the elapsed time from turning the load switch on to turning it off is set according to the SOC, so that over-discharging and over-charging of the metal-air battery can be prevented, and charging operation can be performed in a short time. It can be performed.
また、上述の金属空気電池モジュールにおいて、前記モジュール負荷スイッチがオンした時からの時間を計測する計時部を備え、前記スイッチ制御部は、前記計時部により計測された時間に応じて前記モジュール負荷スイッチの動作を制御することとしてもよい。 Further, in the above-mentioned metal-air battery module, a time measuring unit for measuring the time from the time when the module load switch is turned on is provided, and the switch control unit is the module load switch according to the time measured by the time measuring unit. It may be possible to control the operation of.
これにより、放電を開始してからの時間に応じて、放電を終了して充電を開始するタイミングを決定することができるため、より効率良く充電動作を行うことができる。 As a result, it is possible to determine the timing at which the discharge ends and the charge starts according to the time from the start of the discharge, so that the charging operation can be performed more efficiently.
また、上述の金属空気電池モジュールにおいて、充電モードを選択するために操作者が操作可能なセレクタを備え、前記セレクタが急速充電モードに操作された場合には、前記スイッチ制御部は前記モジュール負荷スイッチをオフのままとしてもよい。 Further, in the above-mentioned metal-air battery module, a selector that can be operated by an operator to select a charging mode is provided, and when the selector is operated to the quick charging mode, the switch control unit is the module load switch. May be left off.
これにより、充電前に放電動作を行うか否かを操作者が選択することができる。例えば、急いで充電を行う必要がある場合には、放電動作を省略することが好ましい。そこで、このような構成であることから、状況に応じて好ましい態様で金属空気電池モジュールの充電を行うことができる。 This allows the operator to select whether or not to perform the discharge operation before charging. For example, when it is necessary to charge the battery in a hurry, it is preferable to omit the discharge operation. Therefore, since it has such a configuration, the metal-air battery module can be charged in a preferable manner depending on the situation.
また、上述の金属空気電池モジュールにおいて、複数の前記金属空気電池は、負極である負極に含まれる負極活物質が亜鉛である亜鉛空気電池であることとしてもよい。 Further, in the above-mentioned metal-air battery module, the plurality of the metal-air batteries may be zinc-air batteries in which the negative electrode active material contained in the negative electrode, which is the negative electrode, is zinc.
これにより、比較的安価である亜鉛を用いることで、低コスト化が可能である。 As a result, it is possible to reduce the cost by using zinc, which is relatively inexpensive.
また、上述の金属空気電池モジュールにおいて、複数の前記金属空気電池は、放電用の正極である空気極と、負極と、充電用の正極(酸素発生電極)と、放電時に前記空気極と前記負極を電気的に接続し、充電時に前記充電用の正極と前負極を電気的に接続する充放電切替スイッチと、を有する3極式の金属空気電池であることとしてもよい。 Further, in the above-mentioned metal air battery module, the plurality of the metal air batteries include an air electrode which is a positive electrode for discharging, a negative electrode, a positive electrode for charging (oxygen generating electrode), and the air electrode and the negative electrode when discharging. It may be a three-pole metal air battery having a charge / discharge changeover switch that electrically connects the positive electrode for charging and the front and negative electrodes at the time of charging.
これにより、充電時に空気極が酸化消耗することを抑制して、耐用期間が短くなることを防ぐことができる。 As a result, it is possible to suppress oxidative consumption of the air electrode during charging and prevent the service life from being shortened.
また、本開示の一態様に係る金属空気電池システムは、複数の金属空気電池を有する金属空気電池モジュールと、前記金属空気電池モジュールに接続されて、前記金属空気電池モジュールに電力を供給する充電器と、を備え、前記充電器は、前記金属空気電池を放電するためのモジュール抵抗と、前記金属空気電池を放電させるために、前記金属空気電池と前記モジュール抵抗とを接続するためのモジュール負荷スイッチと、を備え、前記金属空気電池モジュールは、前記金属空気電池のそれぞれの電圧値を検出する電池電圧検出部と、前記電池電圧検出部により検出された電圧値に応じて、前記モジュール負荷スイッチを制御するスイッチ制御部と、を備え、前記スイッチ制御部は、前記金属空気電池の充電が行われる前に前記モジュール負荷スイッチをオンにし、前記電池電圧検出部により検出された前記金属空気電池のいずれかの電圧値が、前記金属空気電池の負極において残留している未放電金属を消費させるための電圧値であり予め設定された値である電圧閾値以下となった場合には、前記モジュール負荷スイッチをオフにする、ことを特徴とする。 Further, the metal air battery system according to one aspect of the present disclosure is a charging that is connected to a metal air battery module having a plurality of metal air batteries and the metal air battery module to supply power to the metal air battery module. The charger comprises a module resistor for discharging the metal air battery and a module load for connecting the metal air battery and the module resistor in order to discharge the metal air battery. The metal air battery module includes a switch, and the metal air battery module includes a battery voltage detection unit that detects the respective voltage values of the metal air battery, and the module load switch according to the voltage value detected by the battery voltage detection unit. The switch control unit comprises a switch control unit for controlling the above, and the switch control unit turns on the module load switch before the metal air battery is charged, and the switch control unit of the metal air battery detected by the battery voltage detection unit. When any of the voltage values is a voltage value for consuming the undischarged metal remaining in the negative electrode of the metal air battery and is equal to or less than a voltage threshold value which is a preset value, the module load. It is characterized by turning off the switch .
これにより、金属空気電池の充電を行う前に、モジュール抵抗により金属空気電池に残留している電力を消費して十分に放電させたのちに充電を行うことが可能な金属空気電池システムを実現できる。そのため、金属空気電池の充電容量が減少することを抑制することができる。特に、モジュール抵抗を用いることにより放電の速度を比較的遅くすることができるため、金属空気電池の負極において、金属酸化物に囲まれて放電されずに金属のまま残留している未放電金属を金属酸化物に変化させ、未放電金属が残留することを防止して、金属空気電池の充電容量が減少することを抑制することができる。また、金属空気電池のそれぞれの電圧値に応じて、上記放電および充電の開始あるいは終了タイミングを決定することにより、金属空気電池の過放電や過充電を防ぎ、かつ、短時間で充電動作を行うことができる。 This makes it possible to realize a metal-air battery system capable of consuming the electric power remaining in the metal-air battery due to the module resistance and sufficiently discharging the metal-air battery before charging the metal-air battery. .. Therefore, it is possible to suppress a decrease in the charge capacity of the metal-air battery. In particular, since the discharge rate can be relatively slowed down by using a module resistor, undischarged metal that is surrounded by metal oxides and remains as a metal without being discharged is used in the negative electrode of a metal air battery. It can be changed to a metal oxide to prevent undischarged metal from remaining, and it is possible to suppress a decrease in the charge capacity of the metal air battery. Further, by determining the start or end timing of the discharge and charge according to each voltage value of the metal-air battery, the metal-air battery is prevented from being over-discharged or over-charged, and the charging operation is performed in a short time. be able to.
また、上述の金属空気電池システムにおいて、前記充電器は、前記金属空気電池と接続されるための充電スイッチを備え、前記スイッチ制御部は、前記充電スイッチの動作を制御することで、前記金属空気電池の充電の開始を制御することとしてもよい。 Further, in the above-mentioned metal-air battery system, the charger includes a charging switch for being connected to the metal-air battery, and the switch control unit controls the operation of the charging switch to control the operation of the metal -air battery. It may be to control the start of charging of the battery .
これにより、充電スイッチを充電器が備えていることから、金属空気電池モジュールを小型化することができる。 As a result, since the charger is equipped with a charging switch, the metal-air battery module can be miniaturized.
また、上述の金属空気電池システムにおいて、前記金属空気電池モジュールおよび前記充電器のいずれか一方は、充電モードを選択するために操作者が操作可能なセレクタを備え、前記セレクタが急速充電モードに操作された場合には、前記スイッチ制御部は前記モジュール負荷スイッチをオフのままとしてもよい。 Further, in the above-mentioned metal-air battery system, either the metal-air battery module or the charger is provided with a selector that can be operated by an operator to select a charging mode, and the selector operates in the quick charging mode. If so, the switch control unit may leave the module load switch off.
これにより、充電前に放電動作を行うか否かを操作者が選択することができる。例えば、急いで充電を行う必要がある場合には、放電動作を省略することが好ましい。そこで、このような構成であることから、状況に応じて好ましい態様で金属空気電池モジュールの充電を行うことができる。 This allows the operator to select whether or not to perform the discharge operation before charging. For example, when it is necessary to charge the battery in a hurry, it is preferable to omit the discharge operation. Therefore, since it has such a configuration, the metal-air battery module can be charged in a preferable manner depending on the situation.
また、上述の金属空気電池システムにおいて、複数の前記金属空気電池は、負極に含まれる負極活物質が亜鉛である亜鉛空気電池であることとしてもよい。 Further, in the above-mentioned metal-air battery system, the plurality of metal-air batteries may be zinc-air batteries in which the negative electrode active material contained in the negative electrode is zinc.
これにより、比較的安価である亜鉛を用いることで、低コスト化が可能である。 As a result, it is possible to reduce the cost by using zinc, which is relatively inexpensive.
また、上述の金属空気電池システムにおいて、複数の前記金属空気電池は、それぞれ、正極である空気極と、負極と、充電用の正極(酸素発生電極)と、を有する3極式の金属空気電池であることとしてもよい。 Further, in the above-mentioned metal-air battery system, each of the plurality of metal-air batteries is a three-pole type metal-air battery having an air electrode as a positive electrode, a negative electrode, and a positive electrode (oxygen generating electrode) for charging. It may be.
これにより、充電時に空気極が酸化消耗することを抑制して、耐用期間が短くなることを防ぐことができる。 As a result, it is possible to suppress oxidative consumption of the air electrode during charging and prevent the service life from being shortened.
また、本開示の一態様に係る金属空気電池の充電方法は、充電前に、金属空気電池について放電をさせる工程と、前記放電をさせる工程により、前記金属空気電池が、前記金属空気電池の負極において残留している未放電金属を消費させるための電圧値であり予め設定された値である所定の電圧値となった後に、複数の前記金属空気電池を充電する工程と、を備えたことを特徴とする。 Further, in the method for charging a metal air battery according to one aspect of the present disclosure, the metal air battery is a negative electrode of the metal air battery by a step of discharging the metal air battery and a step of discharging the metal air battery before charging. It is provided with a step of charging a plurality of the metal air batteries after reaching a predetermined voltage value which is a voltage value for consuming the remaining undischarged metal and is a preset value. It is a feature.
これにより、金属空気電池の充電を行う前に、金属空気電池に残留している電力を消費して、十分に放電させたのちに充電を行うことから、金属空気電池の充電容量が減少することを抑制することができる。また、効率良く充電動作を行うことができる。 As a result, before charging the metal-air battery, the electric power remaining in the metal-air battery is consumed, and the battery is charged after being sufficiently discharged, so that the charge capacity of the metal-air battery is reduced. Can be suppressed. In addition, the charging operation can be performed efficiently.
本開示によると、金属空気電池の負極における未放電金属の残留を防止し、充電容量の低下を抑制できる、金属空気電池モジュール、金属空気電池および充電器を備えた金属空気電池システム並びに金属空気電池の充電方法を提供することができる。 According to the present disclosure, a metal-air battery module, a metal-air battery system with a metal-air battery and a charger, and a metal-air battery capable of preventing residual undischarged metal in the negative electrode of the metal-air battery and suppressing a decrease in charge capacity. A charging method can be provided.
以下、本開示に係る実施の形態について図面を参照しながら説明する。本開示の実施の形態に係る金属空気電池システムは、充電を行う前に、金属空気電池を比較的遅い速度で放電し、その後に充電を行うものである。これにより、金属空気電池の充電容量が減少することを抑制することができる。なお、以下の実施の形態では、金属空気電池の一例として、亜鉛空気電池である場合について説明する。 Hereinafter, embodiments according to the present disclosure will be described with reference to the drawings. The metal-air battery system according to the embodiment of the present disclosure discharges the metal-air battery at a relatively slow speed before charging, and then charges the metal-air battery. As a result, it is possible to suppress a decrease in the charge capacity of the metal-air battery. In the following embodiment, a zinc-air battery will be described as an example of the metal-air battery.
(第1実施形態)
図1は、本開示の第1実施形態に係る亜鉛空気電池システムの回路構成を示す図である。図2は、本開示の第1実施形態に係る亜鉛空気電池モジュールの制御部の構成を示すブロック図である。図3は、本開示の第1実施形態に係る亜鉛空気電池モジュールの動作の一例を示すフローチャートである。
(First Embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing a circuit configuration of a zinc-air battery system according to the first embodiment of the present disclosure. FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a control unit of the zinc-air battery module according to the first embodiment of the present disclosure. FIG. 3 is a flowchart showing an example of the operation of the zinc-air battery module according to the first embodiment of the present disclosure.
まず、亜鉛空気電池システム300の構成について説明する。図1に示すように、亜鉛空気電池システム300は、亜鉛空気電池モジュール100と充電器200とを備えている。充電器200は電源6を有しており、亜鉛空気電池モジュール100に電源6から電力を供給されることにより充電が行われる。なお、充電を行う際には、充電器200の正極端子201と亜鉛空気電池モジュール100の正極端子101とが接続され、充電器200の負極端子202と亜鉛空気電池モジュール100の負極端子102とが接続される。
First, the configuration of the zinc-
亜鉛空気電池モジュール100は、亜鉛空気電池モジュール100の動作を制御する制御部1と、亜鉛空気電池であり互いに直列に接続されている第1電池2および第2電池3と、第1電池2および第2電池3が接続された組電池において、組電池の正極端および負極端間に接続されるモジュール抵抗4と、第1電池2および第2電池3が接続された組電池の正極端と亜鉛空気電池モジュール100の正極端子101との間に配置される充電スイッチSW1と、モジュール抵抗4と直列に接続されるモジュール負荷スイッチSW2と、第1電池2の充電時および放電時において電極を切替える充放電切替スイッチSW3と、第2電池3の充電時および放電時において電極を切替える充放電切替スイッチSW4と、第1電池2および第2電池3が接続された組電池の負極端と亜鉛空気電池モジュール100の負極端子102との間に配置されるSOC(State of Charge:金属空気電池の電池容量を反映する値)計測抵抗5と、を備えている。
The zinc
第1電池2は金属空気電池の一種である亜鉛空気電池であり、放電用の正極である空気極21と、負極活物質を含む負極23と、充電用の正極(酸素発生電極)22とを備えている。また、第2電池3は、金属空気電池の一種である亜鉛空気電池であり、放電用の正極である空気極31と、負極活物質を含む負極33と、充電用の正極(酸素発生電極)32とを備えている。負極23、33に含まれる負極活物質は、亜鉛である。
The
モジュール抵抗4は、第1電池2および第2電池3を放電させるための抵抗であり、これらの放電が比較的遅い速度で行われるような抵抗値を有している。可変抵抗器であってもよく、固定抵抗器であってもよい。モジュール抵抗4の抵抗値は、組電池に含まれる電池の数をN個とする場合、1×NΩ以上、200×NΩ以下、より好ましくは、2×NΩ以上、80×NΩ以下、となる抵抗値を選択するとよい。1×NΩ以上とすることで、組電池に含まれる1つの電池(以下、単セルと称する場合がある)に流れる電流値を小さくできるため、未放電亜鉛の酸化亜鉛への変換率が高まる。また、200×NΩ以下とすることで、単セルに流れる電流値が小さくなりすぎ、リフレッシュ放電に時間がかかることを抑制することができる。
The
充電スイッチSW1は、亜鉛空気電池モジュール100を充電させるためのスイッチであり、正極端子101と正極端子201が接続され、かつ、負極端子102と負極端子202が接続されている状態において、充電スイッチSW1がオンとなると第1電池2および第2電池3に電圧が印加されて充電が行われる。また、充電スイッチSW1がオフとなると亜鉛空気電池モジュール100および充電器200が電気的に接続されなくなるため、充電が行われない。図1では、充電スイッチSW1は、組電池の正極端と亜鉛空気電池モジュール100の正極端子101との間に配置したが、亜鉛空気電池モジュール100の電流経路に配置されればよく、例えば、組電池の負極端と亜鉛空気電池モジュール100の負極端子102との間に配置されてもよい。
The charging switch SW1 is a switch for charging the zinc
モジュール負荷スイッチSW2は、第1電池2および第2電池3を放電させるためのスイッチであり、充電スイッチSW1がオフであり、モジュール負荷スイッチSW2がオンとなると、第1電池2および第2電池3とモジュール抵抗4とが直列に接続されることとなり、第1電池2および第2電池3の放電が行われる。また、モジュール負荷スイッチSW2がオフとなると第1電池2および第2電池3とモジュール抵抗4とは接続されなくなるため、モジュール抵抗4による放電は行われない。
The module load switch SW2 is a switch for discharging the
充放電切替スイッチSW3は、第1電池2が充電を行う場合は充電用の正極22を用いるように充電用の正極22に接続され、放電を行う場合は放電用の正極として空気極21を用いるように空気極21に接続される。
The charge / discharge changeover switch SW3 is connected to the
充放電切替スイッチSW4は、第2電池3が充電を行う場合は充電用の正極32を用いるように充電用の正極32に接続され、放電を行う場合は放電用の正極として空気極31を用いるように空気極31に接続される。
The charge / discharge changeover switch SW4 is connected to the
SOC計測抵抗5は、第1電池2および第2電池3の充電容量等を検出するための抵抗である。図1では、SOC計測抵抗5は、組電池の負極端と亜鉛空気電池モジュール100の負極端子102との間に配置したが、亜鉛空気電池モジュール100の電流経路に配置されればよく、例えば、組電池の正極端と亜鉛空気電池モジュール100の正極端子101との間に配置されてもよい。
The
充電器200の電源6は直流電源であればよい。交流電源に接続され、交流を電源へと変換するコンバータを備えるものや、電池を使用することができる。
The
図2に示すように、制御部1はCPU(Central Processing Unit)、GPU(Graphics Processing Unit)等のプロセッサ、又はプロセッサとメモリ等の記憶素子が混載されたマイコン(マイクロコントローラ)等の電子回路である。制御部1は、スイッチ制御部11と、第1電池2および第2電池3の全体の電圧値および電池ごとの電圧値を検出する電池電圧検出部12と、第1電池2および第2電池3の充電容量を検出する充電容量検出部13と、を備えている。
As shown in FIG. 2, the
制御部1は第1電池2および第2電池3と接続されており、電池電圧検出部12が第1電池2および第2電池3の電圧値を検出する。
The
また、制御部1はSOC計測抵抗5と接続されており、充電容量検出部13がSOC計測抵抗5の両端の電位差を取得して、SOC計測抵抗5の抵抗値等に基づいて第1電池2および第2電池3の充電容量を検出する。
Further, the
スイッチ制御部11は、電池電圧検出部12および充電容量検出部13により検出した電圧値、充電容量等に基づいて、充電スイッチSW1およびモジュール負荷スイッチSW2の動作を決定して充電スイッチSW1およびモジュール負荷スイッチSW2のオン・オフを制御する。また、スイッチ制御部11は、充放電切替スイッチSW3および充放電切替スイッチSW4において、正極として用いる電極を決定してこれらの電極の切替えを制御する。なお、スイッチ制御部11は、充電スイッチSW1およびモジュール負荷スイッチSW2の動作を決定するにあたり、モジュール抵抗4の抵抗値およびSOC計測抵抗5の抵抗値等を考慮することとしてもよい。
The
次に、亜鉛空気電池システム300における動作について説明する。亜鉛空気電池システム300において亜鉛空気電池モジュール100の充電を行う場合には、正極端子101と正極端子201が接続され、かつ、負極端子102と負極端子202が接続された状態において、図3に示すように、スイッチ制御部11が充放電切替スイッチSW3、SW4を放電側に切替える(ステップS102)。具体的には、正極として空気極21、31を用いるように、充放電切替スイッチSW3、SW4が空気極21、31に接続される。なお、この際は、充電スイッチSW1はオフである。
Next, the operation in the zinc-
次に、スイッチ制御部11は、モジュール負荷スイッチSW2をオンにする(ステップS103)。これにより、第1の電池および第2の電池は低電流密度にて放電(リフレッシュ放電)される。よって、負極23、33において放電できずに残留した未反応の亜鉛は、低電流密度にて放電することにより、酸化亜鉛へ変換させることができる。第1電池2および第2電池3のいずれかの電圧値が電圧閾値V1以下であるかを判断する(ステップS104)。第1電池2および第2電池3のいずれの電圧値も電圧閾値V1以下でない場合は(ステップS104:No)、ステップS104を繰り返す。第1電池2および第2電池3のいずれかの電圧値が電圧閾値V1以下であった場合は(ステップS104:Yes)、スイッチ制御部11はモジュール負荷スイッチSW2をオフにし(ステップS105)、充放電切替スイッチSW3、SW4を充電側に切替える(ステップS401)。具体的には、充電用の正極22、32を用いるように、充放電切替スイッチSW3、SW4が充電用の正極22、32に接続される。そして、充電スイッチSW1はオンにされて(ステップS402)、充電が開始される。
Next, the
充電が開始された後、スイッチ制御部11は第1電池2および第2電池3のいずれかの電圧値が電圧閾値V2以上であるかを判断する(ステップS403)。第1電池2および第2電池3のいずれかの電圧値が電圧閾値V2以上であった場合は(ステップS403:Yes)、スイッチ制御部11は充電スイッチSW1をオフにして(ステップS405)、充電を終了する。また、第1電池2および第2電池3のいずれの電圧値も電圧閾値V2以上でない場合は(ステップS403:No)、第1電池2および第2電池3の充電容量が充電容量閾値Q1以上であるかを判断する(ステップS404)。第1電池2および第2電池3の充電容量が充電容量閾値Q1以上であった場合は(ステップS404:Yes)、スイッチ制御部11は充電スイッチSW1をオフにして(ステップS405)、充電を終了する。また、第1電池2および第2電池3の充電容量が充電容量閾値Q1以上でない場合は(ステップS404:No)、ステップS403に戻る。
After charging is started, the
以上、第1実施形態に係る亜鉛空気電池システム300について説明した。亜鉛空気電池システム300によると、負極23において放電できずに残留した未反応の亜鉛を、低電流密度にて放電(リフレッシュ放電)することにより酸化亜鉛へ変換させることができる。これにより、第1電池2および第2電池3の充電容量が低下することを抑制することができる。
The zinc-
つまり、亜鉛空気電池システム300によると、第1電池2および第2電池3の充電を行う前に、モジュール抵抗4により第1電池2および第2電池3に残留している未反応の亜鉛を消費して十分に放電させたのちに充電を開始させることができる。特に、モジュール抵抗4を用いることにより放電の速度を比較的遅くすることができるため、第1電池2および第2電池3の集電体において、酸化亜鉛に囲まれて放電されずに亜鉛のまま残留する部分が生じることを防止して、第1電池2および第2電池3の充電容量が減少することを抑制することができる。また、第1電池2および第2電池3の電圧値等に応じて放電および充電の開始あるいは終了タイミングを決定することにより、金属空気電池の過放電や過充電を防ぎ、かつ、短時間で充電動作を行うことができる。
That is, according to the zinc
また、電圧閾値V1、電圧閾値V2および充電容量閾値Q1は、亜鉛空気電池の性能等に応じて適宜好ましい値を設定すればよい。なお、亜鉛空気電池システムでは、2つの亜鉛空気電池を用いたが、亜鉛空気電池の数は2つに限られず、2つ以外の数でもよい。 Further, the voltage threshold value V1, the voltage threshold value V2, and the charge capacity threshold value Q1 may be appropriately set to preferable values according to the performance of the zinc-air battery and the like. In the zinc-air battery system, two zinc-air batteries are used, but the number of zinc-air batteries is not limited to two and may be other than two.
特に、活物質として亜鉛を含む負極23の場合、負極23の集電体にはSnメッキが利用されることが一般的であることを考慮すると、負極23が0.4V以上分極するとSnメッキが酸化溶解する可能性がある。また、亜鉛空気電池は、電池反応に寄与できる亜鉛が少なくなると、放電電圧が急激に低下する。このような条件では、電池反応に利用できる亜鉛が少ないにも関わらず、放電を行うことになるため、利用できる亜鉛に電流が集中し、亜鉛表面の局所的な電流密度が増加する結果、亜鉛表面に不導態被膜が形成される可能性があり、不導態被膜は亜鉛に還元することが困難である。これらを考慮すると、電圧閾値V1は、0.6V程度とすることが好ましく、より好ましくは0.8V程度である。
In particular, in the case of the
(第2実施形態)
本開示の第2実施形態に係る亜鉛空気電池システムについて説明するが、本開示の第1実施形態に係る亜鉛空気電池システムと同様の構成および同様の動作については同じ符号を付し、説明を省略する。第2実施形態に係る亜鉛空気電池システムの回路構成は、第1実施形態に係る亜鉛空気電池システム300の回路構成と同様であるが、制御部においてモジュール負荷スイッチがオンした時からの時間を計測する計時部を備える点が異なる。
(Second Embodiment)
The zinc-air battery system according to the second embodiment of the present disclosure will be described, but the same components and operations as those of the zinc-air battery system according to the first embodiment of the present disclosure are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted. do. The circuit configuration of the zinc-air battery system according to the second embodiment is the same as the circuit configuration of the zinc-
図4は、本開示の第2実施形態に係る亜鉛空気電池モジュールの制御部の構成を示すブロック図である。図5は、本開示の第2実施形態に係る亜鉛空気電池モジュールの動作の一例を示すフローチャートである。 FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a control unit of the zinc-air battery module according to the second embodiment of the present disclosure. FIG. 5 is a flowchart showing an example of the operation of the zinc-air battery module according to the second embodiment of the present disclosure.
図4に示すように、制御部1aは、スイッチ制御部11と、電池電圧検出部12と、充電容量検出部13と、さらに、時間を計測するタイマである計時部14と、を備えている。
As shown in FIG. 4, the
計時部14は、スイッチ制御部11がモジュール負荷スイッチSW2をオンした時から時間を計測し、計測した時間をスイッチ制御部11に出力する。
The
図5を用いて、亜鉛空気電池システム300における動作について説明する。図5は、図3のフローチャートのステップS104とステップS105との間にステップS106を追加したものであり、その他は図3と同様である。そこで、S104~S105における動作についてのみ説明し、他の動作の説明は省略する。
The operation in the zinc-
スイッチ制御部11は、第1電池2および第2電池3のいずれかの電圧値が電圧閾値V1以下であるかを判断し(ステップS104)、第1電池2および第2電池3のいずれの電圧値も電圧閾値V1以下でない場合は(ステップS104:No)、計時部14が計測している時間すなわちモジュール負荷スイッチSW2がオンになった時からの時間が時間閾値T1以上であるかを判断する(ステップS106)。計時部14が計測している時間が時間閾値T1以上であれば(ステップS106:Yes)、スイッチ制御部11はモジュール負荷スイッチSW2をオフにする(ステップS105)。また、計時部14が計測している時間が時間閾値T1以上でなければ(ステップS106:No)、ステップS104に戻る。
The
また、第1電池2および第2電池3のいずれかの電圧値が電圧閾値V1以下であった場合は(ステップS104:Yes)、スイッチ制御部11はモジュール負荷スイッチSW2をオフにする(ステップS105)。
When the voltage value of either the
以上、第2実施形態に係る亜鉛空気電池システムについて説明した。第2実施形態に係る亜鉛空気電池システムでは、放電を終了して充電を開始するタイミングの決定において、各電池の電圧値に基づいて決定するだけでなく、放電を開始した時間からの経過時間にも基づいて、充電の開始タイミングを決定する。これにより、充電前の放電の時間を制限することができる。そのため、放電に時間がかかりすぎて操作者の利便性を損なうといった不具合が生じることを抑制できる。なお、時間閾値T1は、充電に必要な時間等を考慮して決めればよい。 The zinc-air battery system according to the second embodiment has been described above. In the zinc-air battery system according to the second embodiment, in determining the timing at which discharging is completed and charging is started, not only the determination is made based on the voltage value of each battery, but also the elapsed time from the time when discharging is started. Also, the timing to start charging is determined. This makes it possible to limit the discharge time before charging. Therefore, it is possible to prevent a problem that the discharge takes too long and the convenience of the operator is impaired. The time threshold value T1 may be determined in consideration of the time required for charging and the like.
(第3実施形態)
本開示の第3実施形態に係る亜鉛空気電池システムについて説明するが、本開示の第2実施形態に係る亜鉛空気電池システムと同様の構成および同様の動作については同じ符号を付し、説明を省略する。第3実施形態に係る亜鉛空気電池システムは、セレクタを備える点が第2実施形態に係る亜鉛空気電池システムと異なり、それ以外は第2実施形態に係る亜鉛空気電池システムと同様である。
(Third Embodiment)
The zinc-air battery system according to the third embodiment of the present disclosure will be described, but the same components and operations as those of the zinc-air battery system according to the second embodiment of the present disclosure are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted. do. The zinc-air battery system according to the third embodiment is different from the zinc-air battery system according to the second embodiment in that it includes a selector, and is the same as the zinc-air battery system according to the second embodiment except for that.
図6は、本開示の第3実施形態に係る亜鉛空気電池システムの回路構成を示す図である。図7は、本開示の第3実施形態に係る亜鉛空気電池モジュールの動作の一例を示すフローチャートである。 FIG. 6 is a diagram showing a circuit configuration of the zinc-air battery system according to the third embodiment of the present disclosure. FIG. 7 is a flowchart showing an example of the operation of the zinc-air battery module according to the third embodiment of the present disclosure.
図6に示すように、第3実施形態に係る亜鉛空気電池システム300aにおいて、亜鉛空気電池モジュール100aがセレクタ7を備える点が、図1に示す亜鉛空気電池システム300および亜鉛空気電池モジュール100とは異なる。この構成以外は、図1と同様の構成であるので、説明を省略する。
As shown in FIG. 6, in the zinc-
亜鉛空気電池モジュール100aはセレクタ7を備えている。ここで、セレクタ7は操作者が操作するものである。操作者がセレクタ7を操作することにより、充電の速度を早くする急速充電モードと、通常の速度で充電を行う通常充電モードとのいずれかを選択することができる。セレクタ7は制御部1aに接続されており、操作者が選択したモードが制御部1aに出力される。
The zinc-
図7を用いて、亜鉛空気電池システム300aにおける動作について説明する。図7は、図5のフローチャートにおいてスタート直後に、セレクタ7において急速充電モードが選択されているかどうかを判断する(ステップS100)ことが追加されており、それ以外は、図5のフローチャートと同一であるので、ステップS100についてのみ説明する。亜鉛空気電池システム300aにおいて亜鉛空気電池モジュール100aの充電を行う場合には、正極端子101と正極端子201が接続され、かつ、負極端子102と負極端子202が接続された状態において、図7に示すように、セレクタ7において急速充電モードが選択されているかどうかを判断する(ステップS100)。セレクタ7により急速充電モードが選択されていた場合は急速充電モードがオンであり(ステップS100:ON)、ステップS401が行われる。また、セレクタ7により通常充電モードが選択されていた場合は急速充電モードがオフであり(ステップS100:OFF)、ステップS102が行われる。その他は、図5と同様である。
The operation in the zinc-
具体的には、操作者がセレクタ7を操作することにより急速充電モードを選択していた場合はステップS102~ステップS105が行われず、放電が行われない。そのため、充電前に放電が行われず、その分充電時間が短縮される。なお、操作者がセレクタ7を操作することにより通常充電モードを選択していた場合はステップS102~ステップS105が行われて、充電の前に放電が行われる。
Specifically, when the operator selects the quick charge mode by operating the
以上、第3実施形態に係る亜鉛空気電池システムについて説明したが、このような構成を有することより、充電前に放電するか否かを操作者が決定することができることから、状況に応じて充電時間を短縮することができ、操作者の利便性を損なうことを防止できる。 The zinc-air battery system according to the third embodiment has been described above, but since the operator can determine whether or not to discharge before charging by having such a configuration, charging is performed according to the situation. The time can be shortened and the convenience of the operator can be prevented from being impaired.
(第4実施形態)
本開示の第4実施形態に係る亜鉛空気電池システムについて説明するが、本開示の第3実施形態に係る亜鉛空気電池システムと同様の構成および同様の動作については同じ符号を付し、説明を省略する。第4実施形態に係る亜鉛空気電池システムの回路構成は、第3実施形態に係る亜鉛空気電池システム300aの回路構成と同様であるが、制御部においてSOC計測抵抗5からの出力に基づいてSOCを検出するSOC検出部を備える点が異なる。
(Fourth Embodiment)
The zinc-air battery system according to the fourth embodiment of the present disclosure will be described, but the same components and operations as those of the zinc-air battery system according to the third embodiment of the present disclosure are designated by the same reference numerals and the description thereof is omitted. do. The circuit configuration of the zinc air battery system according to the fourth embodiment is the same as the circuit configuration of the zinc
ここで、SOCとは、具体的には、負極23、33に含まれる負極活物質における金属亜鉛の比率を反映する値である。つまり、負極活物質における金属亜鉛の比率が100%の場合にはSOCは100%であり、金属亜鉛の比率が0%の場合にはSOCは0%である。
Here, the SOC is specifically a value that reflects the ratio of metallic zinc in the negative electrode active materials contained in the
図8は、本開示の第4実施形態に係る亜鉛空気電池モジュールの制御部1bの構成を示すブロック図である。図9は、本開示の第4実施形態に係る亜鉛空気電池モジュールの動作の一例を示すフローチャートである。
FIG. 8 is a block diagram showing the configuration of the
図8に示すように、制御部1bは、スイッチ制御部11と、電池電圧検出部12と、充電容量検出部13と、計時部14と、さらに第1電池2および第2電池3のSOCを検出するSOC検出部15と、を備えている。SOC検出部15は検出したSOCをスイッチ制御部11に出力する。
As shown in FIG. 8, the
図9を用いて、亜鉛空気電池システム300aにおける動作について説明する。図9は、図7のフローチャートのステップS100とステップS102との間にステップS101を追加し、さらにステップS101において「No」の場合の工程を追加したものであり、その他は図7と同様である。そこで、追加された動作についてのみ説明し、他の動作の説明は省略する。
The operation in the zinc-
セレクタ7により通常充電モードが選択されていた場合は(ステップS100:OFF)、SOC検出部15が検出したSOCの値がSOC第1閾値S1%以下であるか判断する(ステップS101)。SOCの値がSOC第1閾値S1%以下である場合は(ステップS101:YES)、スイッチ制御部11が充放電切替スイッチSW3、SW4を放電側に切替える(ステップS102)。
When the normal charging mode is selected by the selector 7 (step S100: OFF), it is determined whether the value of the SOC detected by the
SOCの値がSOC閾値S1%以下ではない場合は(ステップS101:No)、SOCの値が閾値S2%以上であるか判断する(ステップS201)。SOCの値がSOC閾値S2%以上でない場合は(ステップS201:No)、充放電切替スイッチSW3、SW4を充電側に切替える(ステップS401)。 When the SOC value is not the SOC threshold value S1% or less (step S101: No), it is determined whether the SOC value is the threshold value S2% or more (step S201). When the SOC value is not the SOC threshold value S2% or more (step S201: No), the charge / discharge changeover switches SW3 and SW4 are switched to the charging side (step S401).
SOCの値がSOC第2閾値S2%以上である場合は(ステップS201:Yes)、充放電切替スイッチSW3、SW4を放電側に切替える(ステップS202)。次に、スイッチ制御部11は、モジュール負荷スイッチSW2をオンにし(ステップS203)、第1電池2および第2電池3のいずれかの電圧値が電圧閾値V1以下であるかを判断する(ステップS204)。第1電池2および第2電池3のいずれの電圧値も電圧閾値V1以下でない場合は(ステップS204:No)、計時部14が計測しているモジュール負荷スイッチSW2がオンになった時からの時間が時間閾値T2以上であるかを判断する(ステップS206)。計時部14が計測している時間が時間閾値T2以上であれば(ステップS206:Yes)、スイッチ制御部11はモジュール負荷スイッチSW2をオフにし(ステップS205)、充放電切替スイッチSW3、SW4を充電側に切替える(ステップS401)。また、計時部14が計測している時間が時間閾値T2以上でなければ(ステップS206:No)、ステップS204に戻る。また、第1電池2および第2電池3のいずれの電圧値も電圧閾値V1以下である場合は(ステップS204:Yes)、スイッチ制御部11はモジュール負荷スイッチSW2をオフにし(ステップS205)、充放電切替スイッチSW3、SW4を充電側に切替える(ステップS401)。
When the SOC value is the SOC second threshold value S2% or more (step S201: Yes), the charge / discharge changeover switches SW3 and SW4 are switched to the discharge side (step S202). Next, the
以上、第4実施形態に係る亜鉛空気電池システム300aについて説明したが、時間閾値T2、SOC閾値S1およびSOC閾値S2は、亜鉛空気電池の性能等に応じて適宜好ましい値を設定すればよい。例えば、SOC閾値S1はSOC閾値S2よりも小さく、SOC閾値S1は5~10%が好ましく、SOC閾値S2は40~50%が好ましい。第4実施形態に係る亜鉛空気電池システム300aにおいて、SOCがSOC閾値S1よりも大きくSOC閾値S2よりも小さい場合は、放電を行わずに充電が行われる。SOCがSOC閾値S1以下であれば充電前に放電が行われる。これは、SOCが5~10%と小さい場合、リフレッシュ放電に要する時間を短くできるため、充放電サイクル経過後に充電容量が減少することを未然に防ぐために、負極23、33において放電できずに残留した未反応の亜鉛を酸化亜鉛へ変化させる操作を行っても、放電に時間がかかりすぎて操作者の利便性を損なうといった不具合が生じることを抑制できるためである。また、SOCがSOC閾値S2以上である場合は、充電前に放電が行われる。これは、SOCが40~50%と高い場合、負極23、33において放電できずに残留した未反応の亜鉛の蓄積が進んでおり、充電容量の減少が生じる寸前の状態であるため、リフレッシュ放電により、未反応の亜鉛を酸化亜鉛へ変化させる操作を行い、充電容量の減少を未然に防ぐことができる。これらSOCに基づく操作により、第1電池2および第2電池3のSOCが所定の範囲内に収まることとなり、第1電池2および第2電池3の充電容量が安定する。
Although the zinc-
なお、第4実施形態では、SOCが閾値S1以下であると判断した場合(ステップS101:Yes)S102のステップへと移行する、および、SOCが閾値S2以上であると判断した場合(ステップS201:Yes)、S202のステップへと移行するフローチャートを例示しているが、別の実施形態として、SOCが閾値S1以下であると判断した場合、S102のステップへ移行せずにS401へ移行する、あるいは、SOCが閾値S2以上であると判断した場合、S202のステップへ移行せずにS401へ移行するなど、SOCの閾値S1あるいは閾値S2の判定に基づくリフレッシュ放電の操作のいずれかを省略する形態であってもよい。 In the fourth embodiment, when it is determined that the SOC is equal to or less than the threshold value S1 (step S101: Yes), the process proceeds to the step of S102, and when it is determined that the SOC is equal to or greater than the threshold value S2 (step S201: Yes). Yes), the flowchart for shifting to the step of S202 is illustrated, but as another embodiment, when it is determined that the SOC is equal to or less than the threshold value S1, the process shifts to S401 without shifting to the step of S102, or If it is determined that the SOC is equal to or higher than the threshold value S2, the operation of the refresh discharge based on the determination of the threshold value S1 or the threshold value S2 of the SOC is omitted, such as shifting to the S401 without shifting to the step of S202. There may be.
(第5実施形態)
本開示の第5実施形態に係る亜鉛空気電池システムについて説明するが、本開示の第1実施形態に係る亜鉛空気電池システムと同様の構成および同様の動作については同じ符号を付し、説明を省略する。第5実施形態に係る亜鉛空気電池システムは、第1電池および第2電池の構成が、第1実施形態に係る亜鉛空気電池システム300とは異なる。
(Fifth Embodiment)
The zinc-air battery system according to the fifth embodiment of the present disclosure will be described, but the same components and operations as those of the zinc-air battery system according to the first embodiment of the present disclosure are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted. do. The zinc-air battery system according to the fifth embodiment has a different configuration of the first battery and the second battery from the zinc-
図10は、本開示の第5実施形態に係る亜鉛空気電池システムの回路構成を示す図である。図11は、本開示の第5実施形態に係る亜鉛空気電池モジュールの動作の一例を示すフローチャートである。 FIG. 10 is a diagram showing a circuit configuration of the zinc-air battery system according to the fifth embodiment of the present disclosure. FIG. 11 is a flowchart showing an example of the operation of the zinc-air battery module according to the fifth embodiment of the present disclosure.
図10に示すように、亜鉛空気電池システム300bの亜鉛空気電池モジュール100bにおいて、第1電池2aは、図1の第1電池2に空気極21と負極23との間に接続されるセル負荷24と、セル負荷24と直列に接続されるセル負荷スイッチSW52と、を備えた構成である。また、第2電池3aは、図1の第2電池3に空気極31と負極33との間に接続されるセル負荷34と、セル負荷34と直列に接続されるセル負荷スイッチSW53と、を備えた構成である。このような構成であることから、セル負荷スイッチSW52をオンにすると、空気極21と負極23とがセル負荷24を介して接続される。また、セル負荷スイッチSW53をオンにすると、空気極31と負極33とがセル負荷34を介して接続される。また、セル負荷スイッチSW52およびセル負荷スイッチSW53は制御部1に接続されている。セル負荷24、34は可変抵抗器であってもよいし、固定抵抗器であってもよい。
As shown in FIG. 10, in the zinc-
なお、図2に示すように、制御部1は、スイッチ制御部11と、電池電圧検出部12と、充電容量検出部13と、を備えているが、スイッチ制御部11は充電スイッチSW1、モジュール負荷スイッチSW2、充放電切替スイッチSW3および充放電切替スイッチSW4だけでなく、電池電圧検出部12および充電容量検出部13により検出した電圧値、充電容量等に基づいて、セル負荷スイッチSW52およびセル負荷スイッチSW53の動作を決定して、セル負荷スイッチSW52およびセル負荷スイッチSW53のオン・オフを制御する。
As shown in FIG. 2, the
次に、亜鉛空気電池システム300bにおける動作について説明する。図11は、図3のフローチャートのステップS105とステップS401との間にステップS301~ステップS304を追加したものであり、その他は図3と同様である。そこで、S105~S401における動作についてのみ説明し、他の動作の説明は省略する。
Next, the operation in the zinc-
スイッチ制御部11はモジュール負荷スイッチSW2をオフにし(ステップS105)、セル負荷スイッチSW52およびセル負荷スイッチSW53をオンにする(ステップS301)。そして、スイッチ制御部11は第1電池2aおよび第2電池3aのいずれかの電圧値が電圧閾値V3以下であるかを判断し(ステップS302)、第1電池2aおよび第2電池3aのいずれかの電圧値が電圧閾値V3以下である場合は(ステップS302:Yes)、電圧値が電圧閾値V3以下である電池2a(3a)におけるセル負荷スイッチSW52(SW53)をオフにする(ステップS303)。第1電池2aおよび第2電池3aのいずれの電圧値も電圧閾値V3以下でない場合は(ステップS302:No)、再びステップS302を行い、いずれかの電池の電圧値が電圧閾値V3以下となるまでステップS302を繰り返す。
The
ステップS303の後、すべてのセル負荷スイッチSW52およびSW53がオフになっているかを判断し(ステップS304)、セル負荷スイッチSW52およびセル負荷スイッチSW53が共にオフであるならば(ステップS304:Yes)、充放電切替スイッチSW3、SW4を充電側に切替える(ステップS401)。セル負荷スイッチSW52およびセル負荷スイッチSW53のいずれかがオフでないならば(ステップS304:No)、ステップS302に戻る。つまり、電圧値が電圧閾値V3以下となる電池が生じるまで待ち、電圧値が電圧閾値V3以下となった電池のセル負荷スイッチをオフとし、すべての電池のセル負荷スイッチがオフとなったら、充放電切替スイッチを充電側に切替える。 After step S303, it is determined whether all the cell load switches SW52 and SW53 are turned off (step S304), and if both the cell load switch SW52 and the cell load switch SW53 are off (step S304: Yes). The charge / discharge changeover switches SW3 and SW4 are switched to the charging side (step S401). If either the cell load switch SW52 or the cell load switch SW53 is not off (step S304: No), the process returns to step S302. That is, wait until a battery whose voltage value becomes the voltage threshold V3 or less is generated, turn off the cell load switch of the battery whose voltage value becomes the voltage threshold V3 or less, and charge when the cell load switch of all the batteries is turned off. Switch the discharge changeover switch to the charging side.
第5実施形態に係る亜鉛空気電池システム300bによれば、モジュール負荷スイッチSW2をオンにすることで放電を行った後に、セル負荷スイッチSW52およびセル負荷スイッチSW53をオンにすることで電池ごとの放電を行うことから、より低電流密度で放電することができ、未反応で残留した亜鉛の酸化亜鉛への変換率が高まる。また、このように2段階で放電を行う場合は、モジュール負荷スイッチSW2をオンにすることで行う放電よりも、セル負荷スイッチSW52およびセル負荷スイッチSW53をオンにすることで電池ごとに行う放電の方が、各電池に流れる電流値が小さくなるようにすることが好ましい。これは、モジュール負荷スイッチSW2をオンにすることで行う放電においても、酸化亜鉛へと変化できずに負極23、33に残留している未放電の亜鉛を、セル負荷スイッチSW52およびセル負荷スイッチSW53をオンにすることで単セルごとに行う放電において、より小さな電流値で放電させることで、酸化亜鉛へと変化させることができるためである。そこで、このような電流値となるように、モジュール抵抗4、セル負荷24およびセル負荷34の各抵抗値を調整することが好ましい。セル負荷24、34の抵抗値としては、1Ω以上、200Ω以下、より好ましくは、2Ω以上、80Ω以下、となる抵抗値を選択するとよい。1Ω以上とすることで、単セルに流れる電流値を小さくできるため、未放電亜鉛の酸化亜鉛への変換率が高まる。また、200Ω以下とすることで、単セルに流れる電流値が小さくなりすぎ、リフレッシュ放電に時間がかかることを抑制することができる。また、セル負荷24、34の抵抗値は、組電池に含まれる電池の数をN個とする場合、モジュール抵抗4の抵抗値のN分の1未満であることが望ましい。モジュール抵抗4の抵抗値のN分の1未満とすることで、モジュール負荷スイッチSW2をオンにすることで行う放電よりも、セル負荷スイッチSW52およびセル負荷スイッチSW53をオンにすることで単セルごとに行う放電において、各単セルに流れる電流値が小さくすることができる。
According to the zinc-
以上、第5実施形態に係る亜鉛空気電池システム300bについて説明したが、電圧閾値V3は、亜鉛空気電池の性能等に応じて適宜好ましい値を設定すればよい。例えば、電圧閾値V3は電圧閾値V1と同一の値とし、0.6Vまたは0.8Vとすればよい。また、電圧閾値V1を0.6Vとし、電圧閾値V3を0.8Vとするように、両者の値を異ならしめてもよいが、電圧閾値V3の方が電圧閾値V1よりも大きくすることが好ましい。これは、モジュール負荷スイッチSW2をオンにすることで行う放電よりも、セル負荷スイッチSW52およびセル負荷スイッチSW53をオンにすることで電池ごとに行うリフレッシュ放電において、各電池に流れる電流値を小さくした場合、各亜鉛空気電池24、34の電圧低下の程度が小さくなるためである。
Although the zinc-
(第6実施形態)
本開示の第6実施形態に係る亜鉛空気電池システムについて説明するが、本開示の第5実施形態に係る亜鉛空気電池システムと同様の構成および同様の動作については同じ符号を付し、説明を省略する。第6実施形態に係る亜鉛空気電池システムは、モジュール抵抗およびモジュール負荷スイッチを有さない点において、第5実施形態に係る亜鉛空気電池システム300bとは異なる。
(Sixth Embodiment)
The zinc-air battery system according to the sixth embodiment of the present disclosure will be described, but the same components and operations as those of the zinc-air battery system according to the fifth embodiment of the present disclosure are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted. do. The zinc-air battery system according to the sixth embodiment is different from the zinc-
図12は、本開示の第6実施形態に係る亜鉛空気電池システムの回路構成を示す図である。図13は、本開示の第6実施形態に係る亜鉛空気電池モジュールの動作の一例を示すフローチャートである。 FIG. 12 is a diagram showing a circuit configuration of the zinc-air battery system according to the sixth embodiment of the present disclosure. FIG. 13 is a flowchart showing an example of the operation of the zinc-air battery module according to the sixth embodiment of the present disclosure.
図12に示すように、亜鉛空気電池システム300cの亜鉛空気電池モジュール100cは、モジュール抵抗およびモジュール負荷スイッチを有さない。
As shown in FIG. 12, the zinc-
次に、亜鉛空気電池システム300bにおける動作について説明する。図13は、図11のフローチャートから、ステップS102~ステップS105を削除したものである。したがって、亜鉛空気電池システム300cにおいて亜鉛空気電池モジュール100cの充電を行う場合には、正極端子101および正極端子201が接続され、かつ、負極端子102および負極端子202が接続された状態において、セル負荷スイッチSW52およびセル負荷スイッチSW53をオンにする(ステップS301)。以下の動作は、図11と同様である。
Next, the operation in the zinc-
(第7実施形態)
本開示の第7実施形態に係る亜鉛空気電池システムについて説明するが、本開示の第5実施形態に係る亜鉛空気電池システムと同様の構成および同様の動作については同じ符号を付し、説明を省略する。また、本開示の第5実施形態に係る亜鉛空気電池システム以外であっても、すでに説明した実施形態に係る亜鉛空気電池システムと同様の構成および同様の動作については同じ符号を付し、説明を省略する。
(7th Embodiment)
The zinc-air battery system according to the seventh embodiment of the present disclosure will be described, but the same components and operations as those of the zinc-air battery system according to the fifth embodiment of the present disclosure are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted. do. Further, other than the zinc-air battery system according to the fifth embodiment of the present disclosure, the same components and operations as those of the zinc-air battery system according to the above-described embodiment are designated by the same reference numerals and described. Omit.
第7実施形態に係る亜鉛空気電池システムは、セレクタを備えている点で第5実施形態に係る亜鉛空気電池システム300bとは異なる。また、第7実施形態に係る亜鉛空気電池システムの制御部は計時部を有している点で、第5実施形態に係る亜鉛空気電池システム300bの制御部1とは異なる。
The zinc-air battery system according to the seventh embodiment is different from the zinc-
図14は、本開示の第7実施形態に係る亜鉛空気電池システムの回路構成を示す図である。図15Aおよび図15Bは、本開示の第7実施形態に係る亜鉛空気電池モジュールの動作の一例を示すフローチャートである。 FIG. 14 is a diagram showing a circuit configuration of the zinc-air battery system according to the seventh embodiment of the present disclosure. 15A and 15B are flowcharts showing an example of the operation of the zinc-air battery module according to the seventh embodiment of the present disclosure.
図14に示すように、第7実施形態に係る亜鉛空気電池システム300dにおいて、亜鉛空気電池モジュール100dがセレクタ7を備える点および制御部1の代わりに制御部1bを備える点が、図10に示す亜鉛空気電池システム300bおよび亜鉛空気電池モジュール100bとは異なる。ここで、セレクタ7および制御部1bについては、第3実施形態において説明しているので、説明を省略する。
As shown in FIG. 14, in the zinc-
図15Aおよび図15Bを用いて、亜鉛空気電池システム300dにおける動作について説明する。図15Aおよび図15Bは、図9のフローチャートに新たな工程を追加したものであるので、図9と異なる個所について説明する。
The operation in the zinc-
図15Aに示すように、第1電池2aおよび第2電池3aのいずれかの電圧値が電圧閾値V1以下であった場合は(ステップS104:Yes)、スイッチ制御部11はモジュール負荷スイッチSW2をオフにし(ステップS107)、さらにセル負荷スイッチSW52およびセル負荷スイッチSW53をオンにする(ステップS301)。そして、スイッチ制御部11は第1電池2aおよび第2電池3aのいずれかの電圧値が電圧閾値V3以下であるかを判断し(ステップS302)、第1電池2aおよび第2電池3aのいずれかの電圧値が電圧閾値V3以下である場合は(ステップS302:Yes)、電圧値が電圧閾値V3以下である電池2a(3a)におけるセル負荷スイッチSW52(SW53)をオフにする(ステップS303)。第1電池2aおよび第2電池3aのいずれの電圧値も電圧閾値V3以下でない場合は(ステップS302:No)、計時部14が計測している時間すなわちモジュール負荷スイッチSW2がオンになった時からの時間が時間閾値T3以上であるかを判断する(ステップS305)。計時部14が計測している時間が時間閾値T3以上であれば(ステップS305:Yes)、スイッチ制御部11はセル負荷スイッチSW52およびセル負荷スイッチSW53をオフにして(ステップS306)、充放電切替スイッチSW3、SW4を充電側に切替える(ステップS401)。また、計時部14が計測している時間が時間閾値T3以上でなければ(ステップS305:No)、ステップS302に戻る。
As shown in FIG. 15A, when the voltage value of either the
また、第1電池2aおよび第2電池3aのいずれかの電圧値も電圧閾値V1以下であった場合は(ステップS204:Yes)、スイッチ制御部11はモジュール負荷スイッチSW2をオフにし(ステップS207)、さらにセル負荷スイッチSW52およびセル負荷スイッチSW53をオンにする(ステップS301)。そして、スイッチ制御部11は第1電池2aおよび第2電池3aのいずれかの電圧値が電圧閾値V3以下であるかを判断し(ステップS302)、第1電池2aおよび第2電池3aのいずれかの電圧値が電圧閾値V3以下である場合は(ステップS302:Yes)、電圧値が電圧閾値V3以下である電池2a(3a)におけるセル負荷スイッチSW52(SW53)をオフにする(ステップS303)。第1電池2aおよび第2電池3aのいずれの電圧値も電圧閾値V3以下でない場合は(ステップS302:No)、計時部14が計測している時間すなわちモジュール負荷スイッチSW2がオンになった時からの時間が時間閾値T3以上であるかを判断する(ステップS305)。計時部14が計測している時間が時間閾値T3以上であれば(ステップS305:Yes)、スイッチ制御部11はセル負荷スイッチSW52およびセル負荷スイッチSW53をオフにして(ステップS306)、充放電切替スイッチSW3、SW4を充電側に切替える(ステップS401)。また、計時部14が計測している時間が時間閾値T3以上でなければ(ステップS305:No)、ステップS302に戻る。
If the voltage value of either the
(第8実施形態)
本開示の第1~第7実施形態に係る亜鉛空気電池システムについて説明してきたが、亜鉛空気電池モジュールにおいては、各電池、SOC計測抵抗および制御部を有していればよく、これら以外の構成については、亜鉛空気電池モジュールでなく外部に設けられていてもよい。例えば、充電器がこれらの構成を備えていてもよい。
(8th Embodiment)
Although the zinc-air battery system according to the first to seventh embodiments of the present disclosure has been described, the zinc-air battery module may have each battery, an SOC measurement resistance, and a control unit, and has a configuration other than these. May be provided externally instead of the zinc-air battery module. For example, the charger may have these configurations.
本開示の第8実施形態に係る亜鉛空気電池システムについて説明するが、本開示の第1~第7実施形態に係る亜鉛空気電池システムと同様の構成については同じ符号を付し、説明を省略する。 The zinc-air battery system according to the eighth embodiment of the present disclosure will be described, but the same reference numerals will be given to the same configurations as the zinc-air battery system according to the first to seventh embodiments of the present disclosure, and the description thereof will be omitted. ..
図16は、本開示の第8実施形態に係る亜鉛空気電池システムの回路構成を示す図である。 FIG. 16 is a diagram showing a circuit configuration of the zinc-air battery system according to the eighth embodiment of the present disclosure.
図16に示すように、第8実施形態に係る亜鉛空気電池システム300eは、亜鉛空気電池モジュール100eおよび充電器200aを備える。また、亜鉛空気電池モジュール100eは、制御部1と、第1電池2aと、第2電池3aと、SOC計測抵抗5とを備えている。充電器200aは、電源6と、電源6に直列に接続される充電スイッチSW1と、電源6に並列に接続されるモジュール抵抗4と、モジュール抵抗4に直列に接続されるモジュール負荷スイッチSW2と、セレクタ7と、を備えている。また、亜鉛空気電池モジュール100eは第1端子103、第2端子104および第3端子105を備え、充電器200aはこれらに対応する第1端子203、第2端子204および第3端子205を備えている。充電を行う際は、これらが接続される。第1端子103および第1端子203が接続されることにより制御部1と充電スイッチSW1とが接続される。また、第2端子104および第2端子204が接続されることにより制御部1とモジュール負荷スイッチSW2とが接続される。また、第3端子105および第3端子205が接続されることにより制御部1とセレクタ7とが接続される。なお、第1端子103と第1端子203の接続および第2端子104と第2端子204の接続、第3端子104と第2端子204の接続は、有線であっても無線であってもよい。
As shown in FIG. 16, the zinc-
充電器200aが充電スイッチSW1、モジュール抵抗4、モジュール負荷スイッチSW2、セレクタ7を備えているため、亜鉛空気電池モジュール100eを小型化することができる。
Since the
第8実施形態に係る亜鉛空気電池システム300eの動作については、例えば、第7実施形態に係る亜鉛空気電池システムと同様とすればよい。
The operation of the zinc-
(第9実施形態)
本開示の第9実施形態に係る亜鉛空気電池システムについて説明するが、本開示の第1~第7実施形態に係る亜鉛空気電池システムと同様の構成については同じ符号を付し、説明を省略する。
(9th Embodiment)
The zinc-air battery system according to the ninth embodiment of the present disclosure will be described, but the same reference numerals will be given to the same configurations as the zinc-air battery system according to the first to seventh embodiments of the present disclosure, and the description thereof will be omitted. ..
図17は、本開示の第9実施形態に係る亜鉛空気電池システムの回路構成を示す図である。 FIG. 17 is a diagram showing a circuit configuration of the zinc-air battery system according to the ninth embodiment of the present disclosure.
図17に示すように、第9実施形態に係る亜鉛空気電池システム300fは、亜鉛空気電池モジュール100fおよび充電器200bを備える。また、亜鉛空気電池モジュール100fは、制御部1と、第1電池2aと、第2電池3aと、SOC計測抵抗5と、モジュール抵抗4と、モジュール抵抗4に直列に接続されるモジュール負荷スイッチSW2と、セレクタ7と、を備えている。充電器200bは、電源6と、電源6に直列に接続される充電スイッチSW1と、を備えている。
As shown in FIG. 17, the zinc-
充電器200bが充電スイッチSW1を備えているため、亜鉛空気電池モジュール100fを小型化することができる。
Since the
第9実施形態に係る亜鉛空気電池システム300fの動作については、例えば、第7実施形態に係る亜鉛空気電池システムと同様とすればよい。
The operation of the zinc-
(第10実施形態)
本開示の第10実施形態に係る亜鉛空気電池システムについて説明するが、本開示の第1~第7実施形態に係る亜鉛空気電池システムと同様の構成については同じ符号を付し、説明を省略する。
(10th Embodiment)
The zinc-air battery system according to the tenth embodiment of the present disclosure will be described, but the same reference numerals will be given to the same configurations as the zinc-air battery system according to the first to seventh embodiments of the present disclosure, and the description thereof will be omitted. ..
図18は、本開示の第10実施形態に係る亜鉛空気電池システムの回路構成を示す図である。 FIG. 18 is a diagram showing a circuit configuration of the zinc-air battery system according to the tenth embodiment of the present disclosure.
図18に示すように、第8実施形態に係る亜鉛空気電池システム300gは、亜鉛空気電池モジュール100gおよび充電器200cを備える。また、亜鉛空気電池モジュール100gは、制御部1と、第1電池2aと、第2電池3aと、SOC計測抵抗5と、セレクタ7と、を備えている。充電器200bは、電源6と、電源6に直列に接続される充電スイッチSW1と、電源6に並列に接続されるモジュール抵抗4と、モジュール抵抗4に直列に接続されるモジュール負荷スイッチSW2と、を備えている。
As shown in FIG. 18, the zinc-
充電器200cが充電スイッチSW1、モジュール抵抗4、モジュール負荷スイッチSW2を備えているため、亜鉛空気電池モジュール100gを小型化することができる。
Since the
第10実施形態に係る亜鉛空気電池システム300gの動作については、例えば、第7実施形態に係る亜鉛空気電池システムと同様とすればよい。
The operation of the zinc-
(その他の実施の形態)
本実施の形態では、金属空気電池として亜鉛空気電池を用いたが、これ以外の金属空気電池でも構わない。例えば、金属空気電池は、鉄、マグネシウム、アルミニウム、ナトリウム、カルシウム、およびリチウム等を負極活物質として用いるものであればよい。
(Other embodiments)
In this embodiment, a zinc-air battery is used as the metal-air battery, but other metal-air batteries may be used. For example, the metal-air battery may be one that uses iron, magnesium, aluminum, sodium, calcium, lithium, or the like as the negative electrode active material.
また、本実施の形態において、3極式の亜鉛空気電池を用いたが2極式を用いても構わない。2極式の場合は、充電および放電のどちらの場合にも正極に空気極を使用し、充電および放電における正極の切り替えが不要となる。 Further, in the present embodiment, a 3-pole zinc-air battery is used, but a 2-pole type may be used. In the case of the two-pole type, an air electrode is used for the positive electrode in both charging and discharging, and switching of the positive electrode in charging and discharging becomes unnecessary.
また、本実施の形態において示した、亜鉛空気電池モジュールおよび充電器における回路構成は、これらに限定されるわけではなく、適宜変更可能である。 Further, the circuit configurations of the zinc-air battery module and the charger shown in the present embodiment are not limited to these, and can be appropriately changed.
本開示は、以上説明した実施の形態に限定されるものではなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、かかる実施の形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本開示の範囲は請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本開示の範囲内のものである。 The present disclosure is not limited to the embodiments described above, and can be implemented in various other forms. Therefore, such embodiments are merely exemplary in all respects and should not be construed in a limited way. The scope of the present disclosure is expressed by the scope of claims and is not bound by the text of the specification. Furthermore, all modifications and changes that fall within the equivalent scope of the claims are within the scope of the present disclosure.
1、1a、1b 制御部
2、2a 第1電池(金属空気電池)
3、3a 第2電池(金属空気電池)
4 モジュール抵抗
5 SOC計測抵抗
6 電源
7 セレクタ
11 スイッチ制御部
12 電池電圧検出部
13 充電容量検出部
14 計時部
15 SOC検出部
21、31 空気極
22、32 充電用の正極
23、33 負極
24、34 セル負荷(モジュール抵抗)
100、100a、100b、100c 亜鉛空気電池モジュール(金属空気電池モジュール)
101、201 正極端子
102、202 負極端子
103、203 第1端子
104、204 第2端子
105、205 第3端子
200 充電器
300、300a、300b、300c 亜鉛空気電池システム(金属空気電池システム)
SW1 充電スイッチ
SW2 モジュール負荷スイッチ
SW3、SW4 充放電切替スイッチ
SW52、SW53 セル負荷スイッチ(モジュール負荷スイッチ)
1, 1a,
3, 3a 2nd battery (metal-air battery)
4
100, 100a, 100b, 100c Zinc-air battery module (metal-air battery module)
101, 201
SW1 Charge switch SW2 Module load switch SW3, SW4 Charge / discharge changeover switch SW52, SW53 Cell load switch (module load switch)
Claims (14)
前記金属空気電池を放電するための、複数の前記金属空気電池が接続された組電池の正極端および負極端間に設けられたモジュール抵抗と、
前記金属空気電池を放電させるために、前記金属空気電池と前記モジュール抵抗とを接続するため、前記モジュール抵抗に直列に接続されたモジュール負荷スイッチと、
前記金属空気電池のそれぞれの電圧値を検出する電池電圧検出部と、
前記電池電圧検出部により検出された電圧値に応じて、前記モジュール負荷スイッチの動作を制御するスイッチ制御部と、を備え、
前記スイッチ制御部は、前記金属空気電池の充電が行われる前に前記モジュール負荷スイッチをオンにし、前記電池電圧検出部により検出された前記金属空気電池のいずれかの電圧値が、前記金属空気電池の負極において残留している未放電金属を消費させるための電圧値であり予め設定された値である電圧閾値以下となった場合には、前記モジュール負荷スイッチをオフにする、ことを特徴とする金属空気電池モジュール。 With multiple metal-air batteries,
A module resistor provided between the positive electrode end and the negative electrode end of the assembled battery to which the plurality of the metal-air batteries are connected for discharging the metal-air battery, and
In order to connect the metal-air battery and the module resistance in order to discharge the metal-air battery , a module load switch connected in series with the module resistance and
A battery voltage detector that detects each voltage value of the metal-air battery,
A switch control unit that controls the operation of the module load switch according to the voltage value detected by the battery voltage detection unit is provided .
The switch control unit turns on the module load switch before the metal air battery is charged, and the voltage value of any of the metal air batteries detected by the battery voltage detection unit is the metal air battery. The module load switch is turned off when the voltage value for consuming the undischarged metal remaining in the negative electrode of the above is equal to or less than the voltage threshold value set in advance . Metal air battery module.
複数の前記金属空気電池ごとに、それぞれの正極および負極間に設けられたセル抵抗と、
複数の前記金属空気電池ごとに設けられ、前記セル抵抗に直列に接続されたセル負荷スイッチをさらに備え、
前記スイッチ制御部は、前記モジュール負荷スイッチをオフにしたあと、前記各金属空気電池の電圧値が電圧閾値以下となった場合には、前記金属空気電池ごとに前記セル負荷スイッチをオフにする、ことを特徴とする金属空気電池モジュール。 The metal-air battery module according to claim 1 .
The cell resistance provided between the positive electrode and the negative electrode of each of the plurality of metal-air batteries,
Further equipped with a cell load switch provided for each of the plurality of the metal-air batteries and connected in series with the cell resistance.
After turning off the module load switch, the switch control unit turns off the cell load switch for each metal-air battery when the voltage value of each metal-air battery becomes equal to or less than the voltage threshold. A metal-air battery module characterized by that.
前記金属空気電池を充電するために外部に配置される充電器と前記金属空気電池とを接続するための充電スイッチをさらに備え、
前記スイッチ制御部は、前記充電スイッチがオフの状態で前記モジュール負荷スイッチをオンにし、
前記モジュール負荷スイッチをオフにした場合には、前記充電スイッチをオンに制御する、ことを特徴とする金属空気電池モジュール。 The metal-air battery module according to claim 1 .
Further, a charging switch for connecting a charger arranged externally for charging the metal-air battery and the metal-air battery is provided.
The switch control unit turns on the module load switch while the charge switch is off.
A metal-air battery module characterized in that when the module load switch is turned off, the charging switch is controlled to be turned on.
前記金属空気電池のSOCを検出するSOC検出部を備え、
前記SOC検出部により検出したSOCに応じて、前記モジュール負荷スイッチをオンにしてからオフにするまでの経過時間の上限値が設定される、ことを特徴とする金属空気電池モジュール。 The metal-air battery module according to any one of claims 1 to 3 .
It is provided with an SOC detection unit that detects the SOC of the metal-air battery.
A metal-air battery module characterized in that an upper limit value of an elapsed time from turning on the module load switch to turning it off is set according to the SOC detected by the SOC detection unit.
前記モジュール負荷スイッチがオンした時からの時間を計測する計時部を備え、
前記スイッチ制御部は、前記計時部により計測された時間に応じて前記モジュール負荷スイッチの動作を制御する、ことを特徴とする金属空気電池モジュール。 The metal-air battery module according to any one of claims 1 to 4 .
It is equipped with a timekeeping unit that measures the time from when the module load switch is turned on.
The switch control unit is a metal-air battery module characterized in that the operation of the module load switch is controlled according to the time measured by the time measuring unit.
充電モードを選択するために操作者が操作可能なセレクタを備え、
前記セレクタが急速充電モードに操作された場合には、前記スイッチ制御部は前記モジュール負荷スイッチをオフのままとする、ことを特徴とする金属空気電池モジュール。 The metal-air battery module according to any one of claims 1 to 5 .
Equipped with an operator-operable selector to select the charging mode
A metal-air battery module characterized in that when the selector is operated to the quick charge mode, the switch control unit leaves the module load switch off.
前記複数の前記金属空気電池は、負極に含まれる負極活物質が亜鉛である亜鉛空気電池である、ことを特徴とする金属空気電池モジュール。 The metal-air battery module according to any one of claims 1 to 6 .
The metal-air battery module is characterized in that the plurality of metal-air batteries are zinc-air batteries in which the negative electrode active material contained in the negative electrode is zinc.
複数の前記金属空気電池は、放電用の正極である空気極と、負極と、充電用の正極と、
放電時に前記空気極と前記負極を電気的に接続し、充電時に前記充電用の正極と前負極を電気的に接続する充放電切替スイッチと、を有する3極式の金属空気電池である、ことを特徴とする金属空気電池モジュール。 The metal-air battery module according to any one of claims 1 to 7 .
The plurality of metal-air batteries include an air electrode which is a positive electrode for discharging, a negative electrode, and a positive electrode for charging.
A three-pole metal air battery having a charge / discharge changeover switch that electrically connects the air electrode and the negative electrode at the time of discharging and electrically connects the positive electrode for charging and the front negative electrode at the time of charging. A metal air battery module featuring.
前記金属空気電池モジュールに接続されて、前記金属空気電池モジュールに電力を供給する充電器と、を備え、
前記充電器は、
前記金属空気電池を放電するためのモジュール抵抗と、
前記金属空気電池を放電させるために、前記金属空気電池と前記モジュール抵抗とを接続するためのモジュール負荷スイッチと、を備え、
前記金属空気電池モジュールは、
前記金属空気電池のそれぞれの電圧値を検出する電池電圧検出部と、
前記電池電圧検出部により検出された電圧値に応じて、前記モジュール負荷スイッチを制御するスイッチ制御部と、を備え、
前記スイッチ制御部は、前記金属空気電池の充電が行われる前に前記モジュール負荷スイッチをオンにし、前記電池電圧検出部により検出された前記金属空気電池のいずれかの電圧値が、前記金属空気電池の負極において残留している未放電金属を消費させるための電圧値であり予め設定された値である電圧閾値以下となった場合には、前記モジュール負荷スイッチをオフにする、ことを特徴とする金属空気電池システム。 A metal-air battery module with multiple metal-air batteries ,
A charger, which is connected to the metal-air battery module and supplies power to the metal-air battery module, is provided.
The charger is
The module resistance for discharging the metal-air battery and
In order to discharge the metal-air battery, a module load switch for connecting the metal-air battery and the module resistance is provided.
The metal-air battery module is
A battery voltage detector that detects each voltage value of the metal-air battery,
A switch control unit that controls the module load switch according to the voltage value detected by the battery voltage detection unit is provided .
The switch control unit turns on the module load switch before the metal air battery is charged, and the voltage value of any of the metal air batteries detected by the battery voltage detection unit is the metal air battery. The module load switch is turned off when the voltage value for consuming the undischarged metal remaining in the negative electrode of the above is equal to or less than the voltage threshold value set in advance . Metal air battery system.
前記充電器は、前記金属空気電池と接続されるための充電スイッチを備え、
前記スイッチ制御部は、前記充電スイッチの動作を制御することで、前記金属空気電池の充電の開始を制御する、ことを特徴とする金属空気電池システム。 The metal-air battery system according to claim 9 .
The charger comprises a charging switch for connecting to the metal-air battery.
The metal-air battery system, characterized in that the switch control unit controls the start of charging of the metal-air battery by controlling the operation of the charging switch.
前記金属空気電池モジュールおよび前記充電器のいずれか一方は、充電モードを選択するために操作者が操作可能なセレクタを備え、
前記セレクタが急速充電モードに操作された場合には、前記スイッチ制御部は前記モジュール負荷スイッチをオフのままとする、ことを特徴とする金属空気電池システム。 The metal-air battery system according to claim 9 or 10 .
Either the metal-air battery module or the charger comprises an operator-operable selector for selecting a charging mode.
A metal-air battery system characterized in that when the selector is operated to a quick charge mode, the switch control unit leaves the module load switch off.
複数の前記金属空気電池は、負極に含まれる負極活物質が亜鉛である亜鉛空気電池である、ことを特徴とする金属空気電池システム。 The metal-air battery system according to any one of claims 9 to 11 .
The metal-air battery system is characterized in that the plurality of metal-air batteries are zinc-air batteries in which the negative electrode active material contained in the negative electrode is zinc.
複数の前記金属空気電池は、それぞれ、正極である空気極と、負極と、充電用の正極と、を有する3極式の金属空気電池である、ことを特徴とする金属空気電池システム。 The metal-air battery system according to any one of claims 9 to 12 .
The metal-air battery system is characterized in that each of the plurality of metal-air batteries is a three-pole metal-air battery having an air electrode which is a positive electrode, a negative electrode, and a positive electrode for charging.
前記放電をさせる工程により、前記金属空気電池が、前記金属空気電池の負極において残留している未放電金属を消費させるための電圧値であり予め設定された値である所定の電圧値となった後に、複数の前記金属空気電池を充電する工程と、を備えたことを特徴とする金属空気電池の充電方法。 The process of discharging the metal-air battery before charging ,
By the step of discharging, the metal air battery has a predetermined voltage value which is a voltage value for consuming the undischarged metal remaining in the negative electrode of the metal air battery, which is a preset value . Later, a method for charging a metal air battery, which comprises a step of charging a plurality of the metal air batteries.
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