JPWO2015092960A1 - 鉛蓄電池 - Google Patents

Abstract

本発明の鉛蓄電池は、極板群と、極板群を収納する複数のセル室を有し上方が開口している電槽と、電槽の開口部分を塞ぐ第１の蓋とを備え、第１の蓋には、それぞれのセル室の直上に設けられている複数の第１の孔と、隣り合う第１の孔同士を連通させる第２の孔と、一つの第１の孔と外部とを連通させる第３の孔と、外面に設けられた窪みであって第３の孔の外部への出口が底部に開口している窪みとが設けられており、第１の孔は栓によって塞がれており、栓には第２の孔と繋がっている第４の孔と、該第４の孔とセル室とを連通させている通気穴とが設けられており、窪みは第２の蓋によって覆われており、第２の蓋は、平板部と、該平板部の一部の領域を底として窪み側に突き出している筒状部と、該筒状部にはめ込まれた多孔体からなるフィルタとを備えており、平板部のうち筒状部の底となっている部分には第５の孔が設けられている。

Description

本発明は、鉛蓄電池に関する。

鉛蓄電池は複数のセル室のそれぞれに極板群を収納した構造を有しているが、用途によって様々な種類がある。なかでもエンジン始動用の鉛蓄電池は、電解液を豊富に用いる仕様となっている。このようなエンジン始動用の鉛蓄電池は、電解液の過剰な消失を回避するための工夫が凝らされている。それと同時に、充電末期等における加水分解の際に発生する水素ガスや酸素ガスを効率的に放出する構造が採用されている。特に鉛蓄電池の取り外しが困難な箇所に車載される仕様や、電解液が減少した場合のメンテナンス（補水）が困難な地域で用いられる仕様においては、複数のセル室毎に個別にガスを排出するのではなく、蓋に設けた排出機構を通じて各セル室の内部で発生したガスをまとめて一括で排出する機構（以降「一括排気機構」と称する）を採ることが多い。

特許文献１および２には、各セル室の内部で発生したガスを、液口栓に設けた排気経路に導き、その排気経路と連通する一括排気機構を蓋に設けて、発生したガスを排出する鉛蓄電池が記されている。

特開２００８−２３５０５５号公報 特開２００９−０９３９４６号公報

ところで鉛蓄電池は、発生したガスが滞留した個所に火花が偶発的に入り込んだ場合、その個所の周辺が破損する可能性がある。この可能性を払拭するために、特許文献１および２では、液口栓の排気経路の途中に多孔体からなるフィルタを設置することで隘路を形成させ、発生したガスが滞留しやすいセル室の上部に火花が偶発的に入り込まないようにしている。

ところがこれらの構成では、セル室ごとにフィルタを設ける必要があるので、コストパフォーマンスに劣る。対応策として、一括排気機構の出口にこのフィルタを設置すれば、フィルタを１つにすることができる。しかしながら無作為に一括排気機構を設計してこのフィルタを設置しても、ガスが短時間に多量に発生した場合などに、フィルタの機能（発生したガスが滞留する箇所に火花が偶発的に入り込まないようにすること）が十分に発揮されない虞があることがわかった。

本発明はかかる課題に鑑みなされたもので、急激な加水分解によりガスが短時間に多量に発生した場合でも、発生ガスが滞留する箇所に火花が偶発的に入り込まないようにするというフィルタの機能が十分に発揮できる一括排気機構を有しつつ信頼性の高い鉛蓄電池を提供することを目的とする。

本発明の鉛蓄電池は、極板群と、前記極板群を収納する複数のセル室を有しているとともに上方が開口している電槽と、前記電槽の開口部分を塞ぐ第１の蓋とを備え、前記第１の蓋には、それぞれの前記セル室の直上に設けられて電解液の注液を行うための複数の第１の孔と、隣り合う前記第１の孔同士を連通させる第２の孔と、一つの前記第１の孔と外部とを連通させる第３の孔と、外面に設けられた窪みであって前記第３の孔の外部への出口が底部に開口している窪みとが設けられており、それぞれの前記第１の孔は栓によって塞がれており、前記栓には前記第２の孔と繋がっている第４の孔と、該第４の孔と前記セル室とを連通させている通気穴とが設けられており、前記窪みは第２の蓋によって覆われており、前記第２の蓋は、平板部と、該平板部の一部の領域を底として前記窪み側に突き出している筒状部と、該筒状部にはめ込まれた多孔体からなるフィルタとを備えており、前記平板部のうち前記筒状部の底となっている部分には第５の孔が設けられている構成を有している。

ある好適な実施形態において、前記極板群は、正極格子と正極活物質とからなる正極板と、負極格子と負極活物質とからなる負極板と、正極板と負極板の間に介在するセパレータとを備えており、前記正極格子は、上辺において前記正極格子を構成する複数の網目同士を連結する枠骨を有しており、側辺においては枠骨を有していない。

ある好適な実施形態において、前記正極格子がエキスパンド格子である。

ある好適な実施形態において、前記第２の孔と前記第３の孔と前記第４の孔とは一直線上に配置されており、前記第５の孔は前記一直線から離れた位置に配置されている。前記第２の孔と前記第３の孔と前記第４の孔とは一直線上に連なるように配置されていることが好ましい。

ある好適な実施形態において、前記窪みの開口面の形状は非回転対称である。

ある好適な実施形態において、前記第５の孔の最大径は前記筒状部の最大内径よりも小さい。

ある好適な実施形態において、前記第１の蓋には鉛蓄電池を持ち上げるための持ち手が取り付けられており、前記持ち手は、前記第１の蓋に回転自在に填め込まれた支点部と、前記支点部から延びて把持される把持部とを有しており、前記把持部は、前記第１の蓋の外周に沿って置かれている状態と、前記支点部を中心に回転して前記第１の蓋の上方に位置する状態との間を行き来する。

本発明によれば、急激な加水分解によりガスが短時間に多量に発生した場合でも、発生ガスが滞留する箇所に火花が偶発的に入り込まず、一括排気機構を有しつつ信頼性が高い鉛蓄電池を提供できるようになる。

（ａ）は、実施形態１に係る鉛蓄電池の模式的な斜視図であり、（ｂ）は、実施形態１に係る鉛蓄電池の上部の一部を縦に切断した模式的な断面図である。 （ａ）は実施形態１に係る第２の蓋を模式的に示した斜視図であり、（ｂ）は第２の蓋の模式的な断面図であり、（ｃ）は第１の蓋から第２の蓋へのガスの流れを示す模式的な図である。 実施形態１に係る栓を模式的に示した概観図である。 実施形態１に係る第１の蓋の一部を、その上面と平行に切断してガスの流れを示した模式的な断面図である。 実施形態１に係る第２の蓋の部分のガスの流れを示した模式的な図である。 実施形態１に係る第１の蓋の一部を、その上面と平行に切断して液体の流れを示した模式的な断面図である。 実施形態１に係る第２の蓋の部分の液体の流れを示した模式的な図である。 実施形態１に係る、第２の蓋の第１の蓋へのはめ込み状態を模式的に示した斜視図である。 実施形態１に係る、第２の蓋が取り外された第１の蓋の状態を模式的に示した斜視図である。 実施形態２に係る鉛蓄電池を模式的に示した斜視図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

（実施形態１）
図１〜９は、実施形態１に係る鉛蓄電池およびその要部を模式的に示した図である。鉛蓄電池においては、複数の正極板及び負極板がセパレータを介して積層された極板群が複数用意されて、電解液と共に、電槽１の中で区切られた複数のセル室にそれぞれ収容されている。電槽１は上方が開口しており、その開口部を第１の蓋２が塞いでいる。

ここで、正極板は、正極格子と、正極格子に充填された正極活物質とを備え、負極板は、負極格子と、負極格子に充填された負極活物質とを備えている。

１つの極板群において、複数の正極板は、各正極格子の耳部同士が正極ストラップによって接続されることにより、互いに並列接続されている。同様に１つの極板群において、複数の負極板は、各負極格子の耳部同士が負極ストラップによって接続されることにより、互いに並列接続されている。さらに、各セル室内に収容された複数の極板群は、接続体によって直列接続されている。一列に並んだ複数のセル室のうち、両端のセル室においては、正極ストラップ及び負極ストラップに、それぞれ極柱が溶接されており、各極柱は、蓋（第１の蓋）２に配設された正極端子３ａ及び負極端子３ｂに、それぞれ溶接されている。

なお、図示は省略しているが、正極格子はエキスパンド格子である。そして、正極格子は全体が略矩形であって、上辺部には格子を構成する複数の網目を連結する上側枠骨が存しており、上側枠骨から上方へ耳部が突き出している。一方、矩形の側辺部分には網目を連結する枠骨が存在しておらず、そのため正極格子は延びて変形しやすい。

ここで正極格子の組成は、特に限定はないものの鉛−カルシウム−スズ合金であることが好ましい。この組成において、カルシウムの含有量は０．０５重量％近傍が好ましく、スズの含有量は１．６質量％近傍が好ましい。

本実施形態において、第１の蓋２は、各セル室の直上に相応する位置に設けた複数個の液口（第１の孔）４ａと、第１の孔４ａを挟んで断続的に設けた第１の横穴（第２の孔）４ｂと、第２の孔４ｂと繋がる排出口（第３の孔）４ｃとを有している。第１の孔４ａは電解液をセル室に注入するための孔である。すなわち、隣り合う第１の孔４ａ同士を第２の孔４ｂが連通させており、一列に並んだセル室のうち一方の端に位置するセル室の直上に設けられた第１の孔４ａと外部とを第３の孔４ｃが連通させている。この第３の孔４ｃは、第１の蓋２の外面（側面）に設けられた窪み７の底部に外部への出口が開口している構成を有している。なお、窪み７は第２の蓋６により覆われている。

そしてそれぞれの第１の孔４ａは、セル室と繋がる縦穴（通気穴）５ａと、第２の孔４ｂと繋がることでセル室の内部から第３の孔４ｃへと連通させる第２の横穴（第４の孔）５ｂとからなる複数の液口栓（栓）５で塞がれている。すなわち、それぞれの栓５は、第１の孔４ａを塞いだ状態において、第１の蓋２に設けられた第２の孔４ｂと繋がる第４の孔５ｂと、この第４の孔５ｂとセル室内とを連通させる通気穴５ａを備えている。

さらに第３の孔４ｃは、閉口部品（第２の蓋）６で塞がれている。この第２の蓋６は、第３の孔４ｃと連通する穿孔（第５の孔）６ａを有しつつ第３の孔４ｃを覆う平板部６ｂと、第５の孔６ａを囲むように平板部６ｂから略垂直方向に突出させたリブ（筒状部）６ｃと、平板６ｂと筒状部６ｃに囲まれた空間に装着された多孔体からなるフィルタ６ｄとからなる。つまり、第２の蓋６は、平板部６ｂの一部を底としてそこから窪み７側に突き出している筒状部６ｃの内側空間にフィルタ６ｄが填め込まれている構成を有している。平板部６ｂは大小２つの円を並べ、両方の円の外接線に繋いだ、いわゆる涙滴形状のとがった部分を丸くした形状であって、筒状部６ｃは大きい方の円を底にしており、その部分に第５の孔６ａが設けられている。第５の孔６ａは、第２の蓋６を窪み７に嵌めた状態において、前記大きな円の中心よりも上側に設けられている。

本実施形態において、加水分解の際に発生する水素ガスや酸素ガスは、図１（ｂ）、図２（ｃ）、図４、図５に示すように、セル室の内部から矢印に沿って、通気穴５ａ、第４の孔５ｂ、第２の孔４ｂを経た後、両端のセル室でない場合は少なくともさらに１回以上、第４の孔５ｂ、第２の孔４ｂを経てから第３の孔４ｃに達し、フィルタ６ｄを装着した第２の蓋６の第５の孔６ａを経て電池の系外へと導かれる。

一方、電解液由来の液滴８は、図６，７に示すように、ガスと同じ経路を通って窪み７にまで押し出されていっても筒状部６ｃ及びフィルター６ｄによって遮られ、第５の孔６ａから電池外に出て行くことはない。第３の孔４ｃの最も低い位置は窪み７の最も低い位置と同じであるので、時間がたつにつれて、液滴８は第３の孔４ｃからセル室内へと流れて戻っていく。

鉛蓄電池を過酷な条件下で使用した場合、急激な加水分解により上述したガスが一気に発生する場合がある。一例として、四周を囲う枠骨のうち横枠骨を有さない格子（典型例としてエキスパンド格子）を正極格子として高温下で用い続けた場合、四周の全てを枠骨で囲われた格子（典型例として鋳造格子）の場合と比べて、正極格子の格子骨が伸びやすくなるので、負極と内部で接触して短絡を引き起こし、急激に加水分解が起こって一気にガスが発生する可能性がある。そしてこのような不具合が生じたときに、例えばフィルタを第３の孔４ｃに填め込んでいる構成であると、上で述べたガスの勢いでフィルタが第３の孔４ｃから外れてしまう。そうすると、隘路を形成するというフィルタ６ｄの機能が損なわれて、火花が鉛蓄電池内部に偶発的に入り込んでしまい、内部で引火してしまう虞がある。

ところが本実施形態の場合、フィルタ６ｄがガスの勢いで動こうとする先には平板部６ｂがあるので、第５の孔６ａの径（最大径）がフィルタ６ｄの径より小さければ、フィルタ６ｄが電池の系外まで移動することはない。さらにフィルタ６ｄは筒状部６ｃに囲まれているので、上下左右方向にその位置がずれることもない。なお、フィルタ６ｄの径は筒状部６ｃの最大内径以上にしておけば、振動等によって筒状部６ｃから外れることはない。

またフィルタ６ｄが単体として第１の蓋２に装着される形態であれば、装着位置が奥まっていることやフィルタ６ｄ自身が鉛蓄電池本体と比べて相対的に小さすぎることなどから、フィルタ６ｄの装着し忘れという不具合が生じやすい上に、この不具合の発見が困難である。ところが本実施形態の場合、第２の蓋６の相当部分を占める一部という形で、目視や検査がしやすい個所にフィルタ６ｄを装着してから鉛蓄電池に組み込むことになるので、フィルタ６ｄの装着し忘れという不具合が生じ難い上に、この不具合の発見が容易である。

なお図２（ｃ）、図４〜７に示す構成は、第２の孔４ｂと第３の孔４ｃと第４の孔５ｂとが一直線上に並び、この直線上にこれらの孔が延びているように配置されているとともに第５の孔６ａはこの直線から離れた位置に開口しており（第一の構成）、窪み７の開口面すなわち第２の蓋６が平板部６ｂで塞ぐべき平面形状が非回転対称形状である（第二の構成）がために、次の２つの効果を奏する。第１に、第２の孔４ｂ、第３の孔４ｃおよび第４の孔５ｂで構成される一括排気機構の直線上から外すように第５の孔６ａを設けること（第一の構成）により、第２の蓋６にフィルタ６ｄを挿入する空間を設ける際に、第２の蓋６が収まるように第１の蓋２の寸法（一括排気機構の直線と平行する寸法）を大きくする必要がなくなる（鉛蓄電池の寸法を大きくする必要がなくなる）ので、体積当たりのエネルギー効率を維持できる。また、電解液の液滴がガスとともに電池外に押し流されそうになっても、一旦第２の蓋６の平板部６ｂに当たってそこで止まり、窪み７の空間に溜まって再度第３の孔４ｃを通ってセル室内へと戻っていく。仮に第２の孔４ｂと第３の孔４ｃと第４の孔５ｂと並んでいる一直線上に、第５の孔６ａも並んでいると、第５の孔６ａの直前に位置するフィルタ６ｄに液滴が詰まっていき、電池内で大量のガスが一気に発生した場合、液滴がフィルタ６ｄから押し出されて第５の孔６ａから電池外へと出て行ってしまう。液滴は硫酸であるので、電池外に出て行くと安全上好ましくない。本実施形態の構成であれば、このような硫酸が電池外に出て行くことを防ぐことができる。

第２の効果として、第２の蓋６を非回転対称形状とすること（第二の構成）により、図２（ｃ）、図４〜７の構成を採った際に組み込み方向を逆にするという間違いを引き起こす、すなわち筒状部６ｃのある側を第３の孔４ｃと対向するように填め込もうとする可能性がなくなる。なぜならば、非回転対称形状であるため、逆方向に填め込もうとしても大きさが合わずに填め込むことができないからである。

（実施形態２）
図１０は、実施形態２に係る鉛蓄電池を模式的に示した図であり、第１の蓋２の周辺以外は実施形態１と同様である。本実施形態の特徴は、第１の蓋２の外周の少なくとも一部に沿って持ち手４ｄを設け、使用時にこの持ち手４ｄによって持ち上げれば取手機構となることである。すなわち、鉛蓄電池を車両内等の設置場所から持ち上げて取り外したり、逆に設置場所に納めようとする場合に、持ち手４ｄの把持部４ｅを手で持つことにより、容易に鉛蓄電池を持ち上げて移動させることができる。

本実施形態では、持ち手４ｄには、第１の蓋２に回転自在に填め込まれた支点部９が設けられている。支点部９は、矩形の第１の蓋２の２つの長辺の側壁部分にそれぞれ一つずつ設けられている。支点部９から連結部が延びていき、２つの連結部を把持部４ｅが繋いでいる構造を持ち手４ｄは有している。持ち手４ｄは第１の蓋２の外周に沿って置かれている収納状態と、収納状態から支点部９を中心に回転して第１の蓋２の上方に把持部４ｅが位置する把持状態との間を行き来する。収納状態においては、持ち手４ｄ全体が第１の蓋２の外周に沿って配置されている。

第１の蓋２の外周の少なくとも一部に沿わせずに持ち手４ｄを設ける形態として、一括排気機構の直上、すなわち第１の蓋２の上に持ち手４ｄを収納させる形態が挙げられる。この場合、円滑な一括排気機構を設けるために、持ち手４ｄの分だけ余分に鉛蓄電池を高くする（あるいは鉛蓄電池の内容積を小さくする）ことになるので、体積当たりのエネルギー効率が低下することになる。本実施形態は、この課題をも排除できるものである。なお、本実施形態では持ち手４ｄが２つ存しているが、１つだけでもよい。

以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、もちろん、種々の改変が可能である。

本発明は、正極格子としてエキスパンド格子を用いる仕様の鉛蓄電池を高温下で用いる場合に有用である。

１ 電槽
２ 第１の蓋
３ａ 正極端子
３ｂ 負極端子
４ａ 第１の孔
４ｂ 第２の孔
４ｃ 第３の孔
４ｄ 持ち手
４ｅ 把持部
５ 栓
５ａ 通気穴
５ｂ 第４の孔
６ 第２の蓋
６ａ 第５の孔
６ｂ 平板部
６ｃ 筒状部
６ｄ フィルタ
７ 窪み
９ 支点部

Claims (7)

1. 極板群と、
   前記極板群を収納する複数のセル室を有しているとともに上方が開口している電槽と、
   前記電槽の開口部分を塞ぐ第１の蓋と
   を備え、
   前記第１の蓋には、それぞれの前記セル室の直上に設けられて電解液の注液を行うための複数の第１の孔と、隣り合う前記第１の孔同士を連通させる第２の孔と、一つの前記第１の孔と外部とを連通させる第３の孔と、外面に設けられた窪みであって前記第３の孔の外部への出口が底部に開口している窪みとが設けられており、
   それぞれの前記第１の孔は栓によって塞がれており、前記栓には前記第２の孔と繋がっている第４の孔と、該第４の孔と前記セル室とを連通させている通気穴とが設けられており、
   前記窪みは第２の蓋によって覆われており、
   前記第２の蓋は、平板部と、該平板部の一部の領域を底として前記窪み側に突き出している筒状部と、該筒状部にはめ込まれた多孔体からなるフィルタとを備えており、
   前記平板部のうち前記筒状部の底となっている部分には第５の孔が設けられている、鉛蓄電池。
2. 前記極板群は、正極格子と正極活物質とからなる正極板と、負極格子と負極活物質とからなる負極板と、正極板と負極板の間に介在するセパレータと
   を備えており、
   前記正極格子は、上辺において前記正極格子を構成する複数の網目同士を連結する枠骨を有しており、側辺においては枠骨を有していない、請求項１に記載の鉛蓄電池。
3. 前記正極格子がエキスパンド格子である、請求項２に記載の鉛蓄電池。
4. 前記第２の孔と前記第３の孔と前記第４の孔とは一直線上に配置されており、
   前記第５の孔は前記一直線から離れた位置に配置されている、請求項１に記載の鉛蓄電池。
5. 前記窪みの開口面の形状は非回転対称である、請求項４に記載の鉛蓄電池。
6. 前記第５の孔の最大径は前記筒状部の最大内径よりも小さい、請求項１に記載の鉛蓄電池。
7. 前記第１の蓋には鉛蓄電池を持ち上げるための持ち手が取り付けられており、
   前記持ち手は、前記第１の蓋に回転自在に填め込まれた支点部と、前記支点部から延びて把持される把持部とを有しており、
   前記把持部は、前記第１の蓋の外周に沿って置かれている状態と、前記支点部を中心に回転して前記第１の蓋の上方に位置する状態との間を行き来する、請求項１に記載の鉛蓄電池。