JP4715089B2

JP4715089B2 - 鉛蓄電池

Info

Publication number: JP4715089B2
Application number: JP2003400769A
Authority: JP
Inventors: 義彰山口; 裕泰河田; 尚秋本
Original assignee: GS Yuasa International Ltd
Current assignee: GS Yuasa International Ltd
Priority date: 2003-11-28
Filing date: 2003-11-28
Publication date: 2011-07-06
Anticipated expiration: 2023-11-28
Also published as: JP2005166318A

Description

本発明は、電解液に逸出を防止しながら、ガスを排出させる排気構造を備えた鉛蓄電池に関するものである。

複数のセルを備えるモノブロック式の鉛蓄電池の排気構造には、大別して、各セル毎に排気栓を設けた個別排気方式と各セルから排出されたガスを一旦排気室に導き、該排気室からガスを集中して外部に排出する一括排気方式がある。個別排気方式に比べて、一括排気方式は部品点数が少なくて済むこと、極板の上部空間の容積を小さくすることが可能であって、電池の容量を減らすことなくして電池の小型化が図れること、電解液の逸出量などの利点があるところから、車載用の鉛蓄電池に広く採用されるようになった。

従来、鉛蓄電池の一括排気に関しては、電解液がミストまたは蒸気の形で電池外へ逸出するのを防ぎ、電池の内圧が上昇しないようにガスをスムースに排出させる点で幾つかの提案がされている。例えば、排気室内で電解液のミストや蒸気を含んだガスを水平方向に流し、この間に電解液のミストや蒸気を結露させることによりガスと電解液を分離、ガスを外部に排出すると共に、結露した電解液をセル内に還流する構造となっている。（特許文献１、特許文献２参照）
米国特許第４４８６５１６号公報特開平８−２２８１５号公報

また、ガスと電解液の分離の効率を高めるために、前記ガスが水平方向に流れる距離を出来るだけ長くした一括排気の構造が提案されている。（特許文献３参照）
特開２００１−８４９８１号公報

また、排気室から電池外部に至るガス排出口に多孔性フィルターを配置し、電解液のミストや蒸気が排出されるのを防ぐと共に、フィルターの下側に空間を設けてフィルターが電解液で濡れて目詰まりするのを防いだ排気構造が提案されている。（特許文献４参照）
特開平６−１７６７４８号公報

車載用鉛蓄電池においては、車が振動したときに電解液面が波打ったり、車を登坂させるときに電解液面が傾いたりする。前記特許文献１〜３に提案の方式では、電解液面が波打ったり、傾いたりしたときに、電解液がセルと排気室を連通するガス排出口を通って、セル内の電解液が排気室に飛び出る虞があった。また、誤って電池を横転させたときに電解液が排気室から電池外部に溢れ出る虞があった。また、集中排気室の上蓋側に空間が確保されずに、ガス排出機能が損なわれたり、フィルターが集中排気室の床面に落下してフィルターの機能が発揮できない虞があった。

本発明は、一括排気方式を採用した従来の鉛蓄電池の欠点に鑑みなされたものであって、ガスの排出機能、電解液の逸出防止機能に優れ、さらに電池を横転させたときにも電解液が漏出することのない鉛蓄電池を提供せんとするものである。

本発明においては、鉛蓄電池の排気構造を以下の構成とすることによって前記課題を解決する。（１）本発明に係る鉛蓄電池は、複数のセルを収納する電槽２と、該電槽２の上面を覆う中蓋３と、該中蓋３の凹部を覆う上蓋４を備え、前記中蓋３の凹部と前記上蓋４とによって囲まれた空間を形成するとともに、該空間に、前記空間を排気室間隔壁３２で分割して前記セル数と同数の排気室３７を設けるとともに隣り合う排気室同士を連通させ、前記セルから発生するガスを排出するガス排出口３４と前記ガスとともに排出された電解液をセル内に還流させるための電解液還流口３３とで構成された開口を設けるとともに該開口を介してセルと排気室とを連通させ、かつ前記排気室３７に連通する集中排気室４５を備え、前記セルから発生するガスを前記ガス排出口３４、前記排気室３７および前記集中排気室４５を経由して外部に一括排気する機構を備えた鉛蓄電池１において、前記開口内をガス排出口３４側と電解液還流口３３側とに区画してセル連通小室３５とするとともに前記開口と前記排気室とを区画する隔壁３２’を配置し、ガス排出口３４側のセル連通小室３５と電解液還流口３３側のセル連通小室３５間を上蓋４に設けた切り欠き５４を介して連通させ、電解液還流口３３と排気室３７とを中蓋３の凹部に設けた切り欠き３６を介して連通させたことを特徴とする。
（２）本発明に係る鉛蓄電池は、前記（１）に記載の蓄電池において、前記排気室３７は、ジグザグに斜行させて配置した少なくとも２つの隔壁４１、４２によって３つ以上の排気小室３８、３９、４０に区画されるとともに隣接する排気小室同士を前記隔壁４１、４２に設けた切り欠き４３、４４を介して連通させ、かつ床６２をセル連通小室３５との距離が小さくなるほど傾斜が大きくなるようにするとともに前記切り欠き４３、４４を床６２の傾斜が大きくなる方に設けたことを特徴とする。

（３）本発明に係る鉛蓄電池は、前記（１）に記載の蓄電池において、前記集中排気室４５を、複数の排気室３７のうち、両端部に位置する少なくとも一つの排気室に隣接させて位置させるとともに、該排気室と集中排気室４５とを区画する隔壁３２”を配置し、セル連通小室３５から最も離れた排気小室４０と集中排気室４５とが連通するように前記隔壁３２”に切り欠きまたは透孔４６を設けたことを特徴とする。

前記（１）に記載の本発明電池によれば、電池を転倒させた場合にも電解液の漏出の虞の小さい一括排気方式の鉛蓄電池とすることができる。
前記（２）、（３）に記載の本発明電池によれば、排気ガスとそれに含まれる電解液のミストや蒸気の分離機能に優れた鉛蓄電池とすることができる。また、電池を転倒させた場合にも電解液の漏出の虞がさらに小さい一括排気方式の鉛蓄電池とすることができるとともに、排気室内で結露した電解液の還流がスムースに行われる鉛蓄電池とすることができる。

以下、本発明の詳細について、１実施形態により説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
図１は、上蓋を外した状態での本発明の１実施形態に係る６セルモノブロック型の鉛蓄電池１を斜め上から見た斜視図である。２は電槽で、その内部は、電池の側辺のうち短辺に平行に配置された５個の隔壁（図示せず）によって６セルに分割されており、それぞれのセルに１組の正極板、負極板およびセパレータからなる極板群と希硫酸からなる電解液（図示せず）を収納している。図１の３は、電槽２の上に装着した中蓋で、４は、中蓋３の凹部に装着する上蓋である。電槽２、中蓋３、上蓋４は、何れもポリプロピレン製の成形体であり、電槽１の側壁上端（図示せず）と中蓋２の側壁下端（図示せず）および中蓋３の凹部に設けた隔壁の上端と上蓋の隔壁の下端（図示せず）は熱融着されて、それぞれ気密に接合されている。なお５は、鉛合金製の正極端子、６は、鉛合金製の負極端子である。

図２は、前記中蓋３を上から見た図である。中蓋３に設けた凹部３１は、斜線を施した隔壁３７′によって、電池の内側空間と外側空間に区画され、さらに電池の内側空間は、隔壁によってセル数と同じ６個に区画されている。

一括排気を図るための構造には、排気室とは別に各セルに直結する排気用通路を設ける方法もあるが、集中排気室を電池の端部に配置し、排気ガスを各セルに対応する排気室を横断的に移行させて集中排気室に導き、集中排気室から電池の外へ排気する方が構造が簡単で排気経路のスペースが小さくて済む点から好ましい。この方式においては、隔壁によって形成された前記６個の区画を排気ガスが横断的に移行できるように連通させる必要がある。しかし、電池の使用中にセル間に電解液量の差が生じないようにするためには、各セルに対応する排気室内で結露した電解液が前記区画を横断的に移行することなく、対応するセル還流させる必要がある。そのためには、電解液が横断的に６個の区画間を横断的に移行するのを防ぐ排気室間障壁３２を設けることが好ましい。

後記のように上蓋の内面にも中蓋の隔壁に対応して、前記電池の内側空間を６個の室に区画する隔壁が設けられており、上蓋の隔壁には６個の室内を横断的にガスが移行できるように切り欠きが設けられ、これに対して、中蓋の場合、室を６に分割する排気室間隔壁３２には切り欠きを設けず、排気室間隔壁３２を介して電解液が６個の区画を横断的に移行するのを防ぐための障壁とすることが好ましい。

前記区画のうち１個の区画を例に採って説明すると、３５は、セル連通小室で該セル連通小室とセルとは、排気室で結露した電解液をセル内に還流する電解液還流口３３、セルで発生したガスをセル連通室３５に排出するガス排出口３４を介してセルと連通している。セル連通小室３５は、隔壁によって排気室３７と区画され、隔壁に設けた切り欠き３６を介して排気室３７と連通しており該切り欠き３６以外は隔壁によって排気室３７と隔離されている。

また、排気室３７は、２つの隔離板４１、４２によって３つの小排気室（３８、３９、４０）に区画されており、該隔壁にはそれぞれ１個の切り欠きを設け、隣り合う排気小室同士は、前記隔離板４１、４２に設けた切り欠き４３および４４を介して連通している。後記の如く排気室の床面はセル連通小室３５に近い側ほど低く、セル連通小室からの距離が大きくなるほど高くなるように、中蓋の短辺に沿って傾斜を持たせている。前記隔壁に設けた切り欠き（４３、４４）は、排気室の床面に設けた傾斜に平行な直線上に重ならないように配置して（図ではジグザグの位置にある）排気室を通過するガスの流路を長くしている。このことによって、排気室を通過する間に排気ガスに混入する電解液のミストや蒸気を効率良く結露させ、排気ガスから除去する。

４５は、集中排気室で、隔壁３２″によって排気室３７（図では小排気室３９）と区画されており、隔壁３２″に設けた切り欠き４６によって、３つの小排気室のうち、セル連通室から最も離れたところに位置する小排気室４０に連通している。

４７は、注液室で、セルに開いた開口４８を備え、周囲を隔壁４７′によって排気室３７（図では小排気室４０）と区画されている。４９は、中蓋３の凹部に後記上蓋４を装着するときの位置合わせ用ピンで後記上蓋に設けた筒状穴６０と嵌合する。５０は上蓋との接合を強固にするための接合用凸部である。

図３は、上蓋４を内面から見た図であり、斜線で示した前記上蓋の隔壁３７′と接合する隔壁５１と、上蓋に設けた位置合わせ用ピンに嵌合する筒状穴６０を備える。電池内空間を６個に分割する排気室間隔壁３２には、切り欠き５２を設け排気ガスが排気室間で横断的な移行を可能にするための経路を形成している。また、該切り欠きに対向する位置に電解液の移行を抑制するための邪魔板５３を配置している。さらにセル連通小室３５のガス排気側と液還流側を区画する隔壁に切り欠き５４を設け、セルから排出されたガスが排気室３７へ移行するための経路を形成し、該切り欠きと対向する位置に邪魔板５５を配置してガスに混じってセルから排出される電解液が排気室３７へ移行するのを抑制している。

上蓋４を中蓋３の凹部の上に装着したときに、前記中蓋３の隔壁と上蓋４の隔壁はピッタリ重なる位置に配置されており、中蓋３の隔壁の上端と上蓋の隔壁の下端は、熱融着によって接合される。このように中蓋の隔壁と上蓋の隔壁を接合することによって、セル連通室と排気室、隣り合う排気小室同士、排気室と集中排気室は隔壁に設けた切り欠きを除いて隔離される。
また、図２および図３に示すように注液室４７を取り囲む隔壁には切り欠きを設けず、上蓋の隔壁と中蓋の隔壁を接合することによって、注液室と排気室、注液室と電池外空間は気密に隔離する。

図４は、中蓋３の凹部に上蓋４を装着し、中蓋の凹部に設けた隔壁と上蓋の内面に設けた隔壁を接合させた状態を示す図であって、図２、図３のＡ−Ａの線で示した部分の断面図である。中蓋３の凹部床壁６２は、図４に示す如く、セル連通小室３５に近い程低く、セル連通室３５から遠い位置程高くなるように傾斜を持たせている。また、図２に示したように、排気室３７を３個の排気小室３８、３９、４０に分割する隔壁４１、４２を前記床壁６２の傾斜に対して斜行させ、排気室間隔壁３２と隔壁４１、４２のなす角度θを鋭角にし、かつ、隔壁４１、４２の切り欠き４３、４４を前記傾斜した床面の最も低い位置に配置している。これによって、電池が通常の状態（水平に置かれた状態）では、排気室３７内で結露した電解液が排気室の床壁６２に設けた傾斜に沿って電解液還流口側に移行し、滞留する虞がない。

セルの内部空間は、セル連通小室３５と排気室３７を連通させるために設けた隔壁３６の切り欠きを除いて排気室３７、さらには電池の外部空間と気密に封鎖されている。誤って電池を横転させた場合、電解液はセルからセル連通小室３５に溢れ出て該セル連通室３５を満たし、電解液面はセル連通室と排気室を連通させるために設けた隔壁の切り欠き３６に至る。前記のようにセルの内部空間は該切り欠きを除いて電池の外部空間と気密に隔離されているので前記切り欠き３６が電解液で塞がれている状態では空気がセル内に侵入することができず、前記切り欠き３６に至った電解液面に大気圧が加わるので、セル連通小室３５を下側になるように転倒させた場合、セル連通室３５が上側になるように転倒させた場合いずれの場合にもセル内の電解液が排気室３７に侵入するのをくい止めることができる。

また、セル連通小室３５が下側になるように転倒させた場合、排気室中に結露した電解液は排気室３７を排気小室３８、３９、４０に分割する隔壁に設けた切り欠き４３、４４を通ってセル連通室側３５に移行するので、集中排気室に電解液が侵入するのを防ぐことができる。他方、セル連通室が上側になるように横転させた場合でも、図２、図３に示すように、排気室３７に少なくとも２つの（本実施形態では２つ）隔壁４１、４２を配置し、各々の隔壁４１、４２の各々の隔壁に設けた切り欠き４３、４４を排気室３７の床面の傾斜に対してジグザグに配置し、傾斜に平行な直線状に重ならないように配置しているので、電池を横転させた場合にも隔壁同士が上下方向に重なることがなく、セル連通小室３５に近い排気小室３８で結露した電解液が中間の小排気室３９を素通りするのを防ぐことができる。また、排気室３７を分割する隔壁を斜行させ、排気室間隔壁３２と隔壁４１、４２のなす角度θを鋭角とすることにより、各排気小室が液溜空間を形成し、排気室内で結露した電解液が集中排気室へ移行するのを防ぐ。液溜空間を大きくするためには、隔壁４１、４２の切り欠き４３、４４に接する端部を図２、図３に示すように、セル連通室３５の方向（排気室の床壁６２が低い方向）に向かって屈曲させておくことが好ましい。

また、集中排気室４５を上蓋４の短辺のほぼ中央に位置させ、集中排気室４５がセル連通小室３５から最も離れた排気小室４０に連通し、セル連通小室３５が下側になるように横転した状態においては、セル連通小室３５が該排気小室４０の上側に位置するようにすることによって排気室中で結露した電解液が集中排気室へ移行するのを防ぐことができるのでさらに好ましい。

セルから排出されたガス中に混入した電解液のミストや蒸気は排気室３７を通る間に結露し、その殆どが集中排気室４５に至る迄に除去される。しかし、集中排気室４５に至ったガスの中にも微量の電解が含まれる虞がある。該微量の電解液を除去するため、図４に示した如く、集中排気室を囲む上蓋４の隔壁５７の内側にフィルターとしてポリプロピレン製やセラミックス製の多孔体６３を嵌合させる。排気室内の圧力を高めることなくスムースに排気するためには、ガスはフィルターの厚み方向に通過することが好ましい。そのためには、フィルターと上蓋４の内壁面との間に空間を設ける必要がある。該フィルター６３は集中排気室の筒状隔壁５７に嵌合して係止しているので位置決めが難しいが、上蓋の内面に凸部５６を設けることによって上蓋壁面とフィルターの間に間隔を設けることができる。該方法は簡便であり、且つ、一定の間隔を確保できる点で好ましい方法である。凸部５６の形状や数量は特に限定されるものではないが、フィルターと上蓋の内壁面の間隔を平行にするには、上蓋壁面の集中排気室の内周部分に設けた環状の段差とするか、少なくとも３つの凸部５６を等間隔に配置することが好ましい。該構成とすることによって、集中排気室に移行したガスは、フィルター内をその厚さ方向に移行し、集中排気室４５の上蓋側空間に至り、排出路５９を通って外部に排出される。

集中排気室４５の床面には、集中排気室と小排気室を連通させるための隔壁に設けた切り欠き（図２の４６）に近い程低く、切り欠きから遠くなるほど高くなるように傾斜を設けることが好ましい。また、ガスを電池外へ排出するための排出路５９を切り欠きに４６近い位置に設けることが好ましい。セルから排出されるガスによって排気室内の圧力が上昇した状態では、前記排気室内のガス圧によってガスが排気室から集中排気室４５に移行する際、ガスの流れは集中排気室への入り口（切り欠き４６に相当）から離れた奥の部分に集中し易い、従って、排気室で結露せずにガスに混入した微量の電解液のミストや蒸気の流れも集中排気室の奥の法に集中し易く、集中排気室の奥の部分で電解液が結露してフィルター６３が目詰まりを起こす虞がある。集中排気室４５の床の傾斜、集中排気室４５から電池の外へ通じるガス排出路５９の配置を前記の構成とすることによって排気ガスが均等にフィルターを通過するようにすることができる。

上蓋３と上蓋４の隔壁同士を熱融着によって接合する際、隔壁を加熱して軟化させた状態で上蓋と下蓋の隔壁同士を押圧するので隔壁が変形する虞がある。上蓋の集中排気室に装着したフィルター６３は、上蓋４の内面に設けた集中排気室形成用の筒状隔壁５７の中に嵌合して係止めしているので、上蓋４の隔壁５７が変形して隔壁５７の内寸に変化が起きるとフィルター６３がはずれてしまう虞がある。このような不具合の発生を防ぐため、中蓋３の上面に設けた隔壁３２″に比べて、上蓋の隔壁５７の機械的強度を高くして、両者を接合した時に上蓋に設けた隔壁に変形が生じ難くすることが好ましい。具体的には図４に示した如く、中蓋の隔壁３２″の厚さに比べて、上蓋の隔壁５７の厚さを大きくすることが好ましい。両者の厚さの比率は特に限定されるものではないが、上蓋の隔壁５７の厚さを中蓋の隔壁３２″の厚さの１．５〜３倍に設定するのが好ましい。また、上蓋４の隔壁５７の厚さを大きく設定し、該上蓋４の隔壁５７の外周面に隔壁の高さ方向にリブ状突起５８を設けることが更に好ましい。該リブ状突起の形状、寸法、数量は特に限定されるものではないが、少なくとも３箇所、隔壁の外周に沿って等間隔に配置されることが好ましい。

図２に示したように、中蓋３には注液口４８を設ける。注液口４８を設けることによって、電槽上に中蓋３を装着した後に注液することが可能となり、注液後の電池組立工程において、電池に揺れや振動が加わっても電解液があふれ出る虞がなくハンドリングが容易となる。注液後中蓋３の凹部３１に上蓋４を装着し中蓋３と上蓋４の隔壁を熱融着することによって気密に接合し、前記注液口４８を囲む隔壁４７′と上蓋４の壁面で排気室と気密に隔離した注液室４７を形成することによって、電池を横転させた場合でも注液口４８を通ってセル内の電解液が排気室３７や、電池の外に漏出するのを防ぐことができる。

図５は、集中排気室４５のうち上蓋側の構造と排気路５９を示す図である。集中排気室４５の下方から流れてきたガスは、隔壁５７に嵌着したフィルター６３を通過して、上蓋の内面に当接する空間に移行し、排気路５９を経由して電池の外へ排出される。なお、上蓋の内面に設けた凸部５６により前記上蓋の内面に一定の大きさを有する空間が確保される。

前記のように、中蓋３の凹部３１には上蓋との位置合わせ用のピン状凸部４９を設け、上蓋の内面には、前記ピン状凸部４９と嵌合させるための筒状穴６０を設ける。中蓋の位置合わせ用部材を前記ピン状凸部４９とすることによって、電槽２に中蓋３を装着し、電解液を注液したあと電槽外面を洗浄する工程で中蓋上面が洗浄水で濡れた場合でも嵌合部に水が残溜することをなくし、異物を噛み込む虞がなくする利点がある。
以上、１実施形態により本発明の詳細を説明したが、本発明は前記１実施形態に限定されるものではない。

本発明に係る鉛蓄電池の上蓋を外した状態を斜め上から見た斜視図である。本発明に係る鉛蓄電池の中蓋を上から見た平面図である。本発明に係る上蓋の内面を示す平面図である。本発明に係る鉛蓄電池の中蓋の凹部に上蓋を装着した状態を示す断面図である。本発明に係る鉛蓄電池の集中排気室の上蓋部分の断面および側面を示す図である。

３中蓋
４上蓋
３１中蓋凹部
３２排気室間隔壁
３２″ 中蓋に設けた集中排気室形成用隔壁
３３電解液還流口
３４ガス排出口
３５セル連通小室
３７排気室
３８、３９、４０排気小室
３６、４３、４４、４６中蓋の隔壁に設けた切り欠き
４５集中排気室
４７注液室
４９ピン状凸部
５２、５４上蓋の隔壁に設けた切り欠き
５６凸部
５７上蓋に設けた集中排気室形成用隔壁
６０筒状穴
６３フィルター

Claims

複数のセルを収納する電槽２と、該電槽２の上面を覆う中蓋３と、該中蓋３の凹部を覆う上蓋４を備え、前記中蓋３の凹部と前記上蓋４とによって囲まれた空間を形成するとともに、該空間に、前記空間を排気室間隔壁３２で分割して前記セル数と同数の排気室３７を設けるとともに隣り合う排気室同士を連通させ、前記セルから発生するガスを排出するガス排出口３４と前記ガスとともに排出された電解液をセル内に還流させるための電解液還流口３３とで構成された開口を設けるとともに該開口を介してセルと排気室とを連通させ、かつ前記排気室３７に連通する集中排気室４５を備え、前記セルから発生するガスを前記ガス排出口３４、前記排気室３７および前記集中排気室４５を経由して外部に一括排気する機構を備えた鉛蓄電池１において、前記開口内をガス排出口３４側と電解液還流口３３側とに区画してセル連通小室３５とするとともに前記開口と前記排気室とを区画する隔壁３２’を配置し、ガス排出口３４側のセル連通小室３５と電解液還流口３３側のセル連通小室３５間を上蓋４に設けた切り欠き５４を介して連通させ、電解液還流口３３と排気室３７とを中蓋３の凹部に設けた切り欠き３６を介して連通させたことを特徴とする鉛蓄電池。
前記排気室３７は、ジグザグに斜行させて配置した少なくとも２つの隔壁４１、４２によって３つ以上の排気小室３８、３９、４０に区画されるとともに隣接する排気小室同士を前記隔壁４１、４２に設けた切り欠き４３、４４を介して連通させ、かつ床６２をセル連通小室３５との距離が小さくなるほど傾斜が大きくなるようにするとともに前記切り欠き４３、４４を床６２の傾斜が大きくなる方に設けたことを特徴とする請求項１に記載の鉛蓄電池。
前記集中排気室４５を、複数の排気室３７のうち、両端部に位置する少なくとも一つの排気室に隣接させて位置させるとともに、該排気室と集中排気室４５とを区画する隔壁３２”を配置し、セル連通小室３５から最も離れた排気小室４０と集中排気室４５とが連通するように前記隔壁３２”に切り欠きまたは透孔４６を設けたことを特徴とする請求項１に記載の鉛蓄電池。