JP2003338309A - 制御弁式鉛蓄電池 - Google Patents

制御弁式鉛蓄電池

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JP2003338309A
JP2003338309A JP2002145827A JP2002145827A JP2003338309A JP 2003338309 A JP2003338309 A JP 2003338309A JP 2002145827 A JP2002145827 A JP 2002145827A JP 2002145827 A JP2002145827 A JP 2002145827A JP 2003338309 A JP2003338309 A JP 2003338309A
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宣行 高見
Kazuhiro Sugie
一宏 杉江
Kazuhiko Shimoda
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    • Y02T10/70Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回生充電時の充電受け入れ性を目的にして電
解液の硫酸濃度を低下させた制御弁式鉛蓄電池を充電状
態が50%〜90%程度の中間状態で使用した場合に、
電解液の凍結とこれによる電槽の変形、破損を抑制する
こと。 【解決手段】 ガラス繊維もしくは合成樹脂繊維からな
るマットセパレータと正極板および負極板から構成され
る極板群が電槽に収納され、この極板群から遊離した電
解液を実質的に保有しない制御弁式鉛蓄電池であって、
前記極板群の前記電槽収納状態において、前記マットセ
パレータの空孔体積をVとし、前記マットセパレータに
含浸保持された電解液体積をVeとした時に、比率(V
e/V)を0.92以下とするとともに、前記電解液の
硫酸濃度を26.0質量%〜37.0質量%とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は電解液を含浸保持す
るマットセパレータを備え、電解液の殆どすべてが極板
群に保持されていて、極板群から遊離した電解液を殆ど
保有しない制御弁式鉛蓄電池に関するものである。
【0002】
【従来の技術】鉛蓄電池は安価であり、比較的広い温度
領域でも信頼性が高いことから自動車用電池として広く
用いられている。
【0003】通常、始動用の自動車用電池ではオルタネ
ータにより発電された電力により電池が満充電状態にな
るようにレギュレータで充電電圧を規制しながら充電
し、充電した電力を用いてエンジン始動やライト点灯を
行う。
【0004】近年、自動車の燃費向上の目的に、電池の
充電電圧を低下させることによって、オルタネータの回
転数を低下させてエネルギーロスを削減したり、エンジ
ンとモータとを組み合わせたハイブリッド車両が実用化
されている。
【0005】このような車両に電池を用いる場合、車速
の減速時のエネルギーを積極的に回生エネルギーとして
蓄電する必要がある。この回生エネルギーは減速時に発
生するため、発電量および発電時間は無作為であり、こ
のエネルギーを蓄電池の充電に適した電圧、電流に変換
する必要があり、また、このような回生エネルギーによ
る充電(以降、回生充電という)を効率よく受け入れる
ために蓄電池の充電状態(以降、SOCという)を適切
に制御する必要があった。
【0006】この回生充電を効率良く受け入れるため
に、例えば特開平8−308018号公報に示されてい
るように定格電圧12Vの鉛蓄電池を13Vで充電し、
SOCを60%〜90%程度で制御することが記載され
ている。また、電解液の硫酸濃度を低下させることによ
って回生充電の充電受け入れ性を改善することが提案さ
れている。
【0007】これらの電解液の硫酸濃度を低くした鉛蓄
電池のSOCを50%〜90%の中間状態で制御するこ
とにより回生充電時の受け入れ性は改善する反面、電解
液の硫酸濃度が低い状態で蓄電池が使用される頻度が多
くなる。硫酸濃度の低下によって電解液の凝固点が上昇
することによって、電解液は凍結しやすくなり、電池特
性を著しく低下させたり、凍結した電解液の体積変化に
よって、電槽が変形したり、場合によっては電槽が破損
するという課題があった。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明は前記した課
題、すなわち回生充電効率の向上を目的として電解液の
硫酸濃度を低下させるとともに、SOCを中間状態で使
用しても電解液の凍結を抑制し、また、電解液が凍結し
たとしても、電槽の変形、破損を抑制した制御弁式鉛蓄
電池を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】前記した課題を解決する
ために、本発明の請求項1記載に係る発明はガラス繊維
もしくは合成樹脂繊維からなるマットセパレータと正極
板および負極板とにより構成される極板群が電槽に収納
され、前記極板群に保持されていて極板群から遊離した
電解液を実質的に保有しない制御弁式鉛蓄電池であっ
て、前記極板群が前記電槽に収納された状態において、
前記マットセパレータの空孔体積をVとし、前記マット
セパレータに含浸保持された電解液の体積をVeとした
時に、比率(Ve/V)を0.92以下に設定するとと
もに、前記電解液の硫酸濃度を26.0質量%〜37.
0質量%としたことを特徴とする制御弁式鉛蓄電池を示
すものである。
【0010】また、本発明の請求項2記載に係る発明
は、請求項1記載における比率(Ve/V)の下限値を
0.80とした請求項1記載の制御弁式鉛蓄電池を示す
ものである。
【0011】
【発明の実施の形態】本発明の一実施の形態を以下に説
明する。
【0012】鉛蓄電池用の正極板および負極板をマット
セパレータを介して配置して極板群を構成する。マット
セパレータは耐酸化性、耐酸性を有しているガラス繊維
マット、ポリプロピレン樹脂繊維マットやこれらを混抄
したものを用いる。この極板群を電槽に収納後、必要に
応じて極板群間の接続を行う。その後、電槽開口部を蓋
で封止するとともに、極板群から導出される入出力端子
と蓋もしくは電槽間の封止を行う。その後、電解液を注
入し、充電を行い、制御弁式鉛蓄電池を構成する。
【0013】本発明の制御弁式鉛蓄電池においては満充
電状態における電解液の硫酸濃度を26.0質量%乃至
37.0質量%の範囲にするとともに、極板群が電槽に
収納された状態における、マットセパレータの空孔体積
をVとし、このマットセパレータの空孔に保持された電
解液の体積をVeとした時の比率(Ve/V)を0.9
2以下とする。
【0014】このような構成により、制御弁式鉛蓄電池
の回生充電効率の向上と、SOCを中間状態で用いた場
合における電解液の凍結とこれによる電槽の変形、破損
を抑制することができる。
【0015】なお、比率(Ve/V)の下限値について
は回生充電における充電受け入れ性および放電容量が急
激に低下することから、少なくともこの比率を0.80
以上に設定することが好ましい。
【0016】
【実施例】本発明の実施例による鉛蓄電池と比較例によ
る鉛蓄電池とを対比することによって本発明の効果を明
らかにした。
【0017】鉛−0.07質量%カルシウム−1.25
質量%錫合金を鋳造して得たスラブを多段階に圧延して
得た圧延鉛シートをエキスパンド加工して集電体を作製
した。この集電体にそれぞれ正極活物質ペースト、負極
活物質ペーストを充填し、熟成乾燥することにより、そ
れぞれ鉛蓄電池用の正極板および負極板とした。これら
の正極板と負極板とをガラス繊維で構成されたマットセ
パレータを介して積層し、同極性の極板耳部を集合溶接
して極板群を作製した。
【0018】この極板群の6個を6個のセル室を有する
電槽に収納後、極板群間を直列接続した後、電槽開口部
を蓋で閉塞し、蓋に一体成形された鉛ブッシングに極柱
を挿通させ、鉛ブッシングと極柱とを溶接して端子部を
形成した。
【0019】その後、それぞれのセル室に対応して蓋に
設けた注液口から電解液である希硫酸を注入し、注液口
に電槽内圧に応じて開閉する制御弁を取りつけて化成充
電を行うことにより公称電圧12V、5時間率定格容量
10Ahの制御弁式鉛蓄電池を構成した。
【0020】本実施例においては注液する希硫酸の硫酸
濃度と注液量を変化させることによって化成充電後、す
なわち満充電状態における電解液中の硫酸濃度とセパレ
ータの空孔体積Vとセパレータ空孔に含浸保持された電
解液体積Veとの比率を種々に変化させて電池を構成し
た。なお、極板群圧は19600N/m2に設定した。
【0021】これらの電池を5時間率電流で放電を行
い、SOCを50%の状態とした。これらの電池をそれ
ぞれ満充電状態の電解液の硫酸濃度に対応した電解液の
凝固点温度よりもさらに10℃低い温度で24時間放置
した時の電槽の変形度合いを確認した。なお、電槽変形
度合いの評価としては膨れ等の変形寸法が1mm以下で
あり、殆ど変形のないものを○、変形寸法は5mm以上
で著しい変形のあるものを△、変形によって電槽に割れ
が発生したものを×とした。これらの結果を表1に示
す。
【0022】
【表1】
【0023】表1に示した結果から比率(Ve/V)が
0.92を超えて大きくした場合、電解液の硫酸濃度に
よっては電槽変形が発生し始めることがわかる。
【0024】電池の電槽変形度合いの評価後、電槽割れ
の発生した電池を除いた電池を25℃雰囲気下に48時
間放置した後、100Aの定電流放電を行い、放電開始
後2秒目の放電電圧Eを測定した。この結果を表2に示
す。
【0025】
【表2】
【0026】表2に示した結果から比率(Ve/V)が
0.75で放電電圧4.2Vと急激に出力電圧が低下す
ることがわかる。また、硫酸濃度が25.0質量%で他
の硫酸濃度が26.0質量%、30.0質量%、37.
0質量%、38.0質量%、40.0質量%の場合に比
較して、急激な出力電圧の低下が認められた。
【0027】次に電解液の硫酸濃度と回生充電時の充電
受け入れ性を評価した。
【0028】ここでは各試験電池のSOCを50%と
し、25℃中で17V定電圧充電した場合に、充電開始
1秒目の充電電流を測定することによって充電受け入れ
性を評価した。
【0029】これらの結果を図1に示す。
【0030】図1に示した結果から検討を行ったすべて
の(Ve/V)範囲において電解液の硫酸濃度を37質
量%を超えて増加させると充電電流が急激に低下するこ
とがわかる。これは硫酸濃度が高い領域では充電時に正
極板および負極板表面近傍で発生した硫酸の拡散が抑制
されて充電電流が制限されるものと推測できる。
【0031】これらの結果から、回生充電時の充電受け
入れ性を低下させることなく、電池を低温放置した場合
に発生する電解液の凍結による電槽変形、破損を抑制す
るためには比率(Ve/V)を0.92以下にするとと
もに、前記電解液の硫酸濃度を26.0質量%〜37.
0質量%としたことが必要である。また、出力特性の低
下を抑制するためには少なくとも比率(Ve/V)を
0.80以上とすることが好ましい。
【0032】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の構成によ
れば回生充電効率向上を目的として電解液の硫酸濃度を
低下させた場合において、SOCを中間状態で使用して
も電解液の凍結を抑制できる。また、電解液が凍結した
としても、電槽の変形、破損を抑制した制御弁式鉛蓄電
池を提供することができることから、工業上極めて有用
である。
【図面の簡単な説明】
【図1】電解液の硫酸濃度と充電電流との関係を示す図
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 下田 一彦 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Fターム(参考) 5H028 AA02 AA06 HH02 HH03

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ガラス繊維もしくは合成樹脂繊維からな
    るマットセパレータと正極板および負極板とにより構成
    される極板群が電槽に収納され、前記極板群に保持され
    ていて極板群から遊離した電解液を実質的に保有しない
    制御弁式鉛蓄電池であって、前記極板群が前記電槽に収
    納された状態において、前記マットセパレータの空孔体
    積をVとし、前記マットセパレータに含浸保持された電
    解液の体積をVeとした時に、比率(Ve/V)を0.
    92以下に設定するとともに、前記電解液の硫酸濃度を
    26.0質量%〜37.0質量%としたことを特徴とす
    る制御弁式鉛蓄電池。
  2. 【請求項2】 請求項1記載における比率(Ve/V)
    の下限値を0.80としたことを特徴とする請求項1記
    載の制御弁式鉛蓄電池。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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