JP2005310604A - 密閉形蓄電池および専用充電器 - Google Patents

Abstract

【課題】急速充電可能な密閉形蓄電池であって、蓄電池に充電を制御するためのスイッチを内蔵させるのではなく、充電器側で充電の制御を行うことで、蓄電池に複雑な構造のスイッチを持たせる必要をなくして、蓄電池内の有効空間体積を大きくすることによって、容量向上が可能な密閉形蓄電池及びその専用充電器を提供する。
【解決手段】 電槽缶底面の、電槽缶側面との境界部分に傾斜部を設け、好ましくは前記電槽缶底面を内側に向かって湾曲させることによって、電槽缶底面に蓄電池内部の圧力変化に応じて該変形と変形の縮小を繰り返し行う機能を付与した密閉形蓄電池とする。また、電槽缶の底面が変形したのを検出して充電を停止し、電槽缶の底面の変形が縮小したのを検知して充電を開始する充電制御機構を備えた密閉形蓄電池の専用充電器とする。

【選択図】 図１

Description

充電時の電池内部の圧力変化に応じて有底筒状の金属性電槽缶底面が変形・変形の縮小を繰り返す密閉形蓄電池と該変形・変形の縮小を検知して、充電をオン・オフする充電制御機構を持つ専用充電器に関し、特に急速充電が可能な密閉形蓄電池とその専用充電器に関するものである。

ポータブル機器の電源として主に用いられている蓄電池には、ニッケル水素蓄電池、ニッケルカドミウム電池などの密閉形アルカリ蓄電池や小型シール鉛電池、リチウムイオン電池がある。特に密閉形アルカリ蓄電池は、充放電サイクル性能、耐過充電性能に優れているところからサイクルサービスに適した蓄電池であり、ポータブル機器の電源として重用されている。

近年、充電を短時間で済ませたいとのユーザーの要望に対応するために、１５〜３０分間で充電を完了させるという、従来になかった急速充電に対応できるアルカリ蓄電池の開発が行われている。例えば、ニッケル水素蓄電池をこのような急速充電によって充電しようとすると、充電中に蓄電池の温度が上昇し、充電中のガス発生により蓄電池内部の圧力が上昇する。該蓄電池の温度の上昇や、内部の圧力上昇は蓄電池の性能低下を招く虞があるの避けなければならない。

充電中の温度上昇や内部の圧力上昇を回避しながら急速充電を行うことを可能とするため、充電時の蓄電池内部の圧力上昇に着目して、蓄電池内部に、充電時の電池内部の圧力変化により充電電流を停止・開始することが可能なスイッチ機構を備えた密閉形蓄電池が提案されている。（例えば、特許文献１参照）

米国特許明細書ＵＳ２００２／０１１９３６４（Ｆｉｇ２Ａ，Ｆｉｇ２Ｂ） 該提案によれば充電時に電池内部の圧力が一定圧力に達すると充電電流が遮断され、電池内部の圧力が一定圧力以下になると再度接続され充電され、電池内部圧力変化に連動したオン・オフ（パルス）充電が行われる。 このオン・オフ充電機構は、充電時の電池内部の圧力変化によりグロメットが上下に移動し、該グロメットに装着されている円筒状の接続端子が連動して上下に動くことで、極板と端子を結ぶ回路のスイッチがオン・オフ遮断および接続される構成となっている。 このような電池内部に充電時の電池内圧力変化により充電電流を遮断および接続することが可能な機構を持つ密閉形蓄電池は、内部圧力変化による充電電流制御が働くことで、電池温度の上昇も抑えられる特徴を有している。

前記特許文献に提案されている密閉形蓄電池のスイッチの構造は図２に示すようなものである。
図２に示した密閉形蓄電池２１において、極板群を収納した電槽缶の開放端が合成樹脂の成形体であるグロメット２６および該グロメットの中央に設けた透孔に装着した接続端子２３によって気密に封止されている。極板３０と外部端子２７は、リード板２９、接続端子２３、接続端子２３の側面に接合した金属製リング２４、金属製封口板２５からなる回路によって結ばれている。グロメット２６の中央部分は肉薄であり、図の上下方向に撓み変形する。
常時は弾性体２８の押圧力によってスイッチ２２の第１端子である金属製リングが図の下方に押圧され、スイッチ２２の第２端子である封口板２５に当接し、極板３０と外部端子２７を結ぶ回路（スイッチ２２）がオンの状態にある。蓄電池内部の圧力が上昇するとグロメット２６の中央部分が図の上方に向かって撓み、該撓みに連動したスイッチの第１端子である金属製リング２４が上方に移動してスイッチの第２端子である封口板２５から離れるたためにスイッチ２２がオンからオフにｌ切り変わる。
電池内部の圧力が低くなると前記グロメット２６の中央部分が下方に変形（常時形状に戻る）することによって、スイッチ２２がオフからオンに切り変わる。

前記提案に係る、密閉形蓄電池の充電を蓄電池内部の圧力の変化に応じて充電をオン・オフ制御する充電方法は急速充電を行ううえで有効な手段である。
しかし、該提案によれば、図２に示したように、大きな容積をしめるスイッチ機構を内蔵するために、蓄電池の総容積に占めるスイッチの容積の比率が大きく、蓄電池の容量の低下を招く虞がある。また、複雑な構造のスイッチの構造が複雑なためそれを構成する部材が高価となり、材料コストの増大を招く虞がある。

本発明の課題（目的）は、密閉形蓄電池の充電を前記従来提案にある蓄電池内部に配置したスイッチで制御するのではなく、充電器側で充電のオン・オフを制御することで、急速充電が可能であって、蓄電池の容量が低下することがなく、且つ、蓄電池の材料コストの増大の虞のない密閉形蓄電池とその専用充電器を提供することにある。

前記課題を解決するために、
本発明に係る密閉形蓄電池は、有底筒状金属製電槽缶の底面中央部分が、蓄電池内部の圧力が所定の値を超えたときに外側に向かって変形し、蓄電池内部の圧力が所定の値以下になったときに前記変形が縮小し、蓄電池内部の圧力変化に応じて該変形と変形の縮小を繰り返し行う機能を備えたことを特徴とする密閉形蓄電池である。
なお、本発明でいう電槽缶の底面中央部分の変形とは、後記変形距離Ｌが０．２ｍｍ以上、好ましくは０．３ｍｍ以上に達したことを指す。また、本発明でいう変形の縮小とは、一端変形した電槽缶底面の形状が完全に元の形状（変形が０の状態）に戻ることまたは変形したときに比べて変形距離Ｌが０．１ｍｍ以上、好ましくは０．２ｍｍ以上小さくなることを指す。（請求項１）
本発明に係る密閉形蓄電池は、前記電槽缶底面の、電槽缶側面との境界部分に傾斜部を設けた請求項１に記載の密閉形蓄電池である。尚、ここでいう傾斜部とは、電槽缶底面の一部であって、電槽缶側面との境界部分に位置し、直線状であって電槽缶の側面に対して傾斜している部分を指す。（請求項２）
本発明に係る密閉形蓄電池は、前記電槽缶の傾斜部を除く底面が内側に向かって湾曲している請求項２に記載の密閉形蓄電池である。（請求項３）
本発明に係る密閉形蓄電池は、前記電槽缶は、側面よりも底面が薄く、底面の肉厚が０．１４ｍｍ〜０．２０ｍｍである請求項２〜３に記載の密閉形蓄電池である。（請求項４）
本発明に係る専用充電器は、請求項１に記載の密閉形蓄電池の専用充電器であって、
前記電槽缶底面が外側に向かって変形したのを検出して充電を停止し、電槽缶底面の変形が縮小したのを検知して充電を開始する充電制御機構を備えている密閉形蓄電池の専用充電器である。（請求項５）
本発明に係る専用充電器は、前記充電制御機構の変形・変形の縮小検出手段が、充電開始前と充電中の、電槽缶底面の中央部分の位置ずれを検知するものであることを特徴とする請求項５に記載の密閉形蓄電池の専用充電器である。（請求項６）

請求項１〜４に記載の密閉形蓄電池は、電池内部に充電制御するためのスイッチを有せず、充電器側で充電の制御を行うことで、急速充電が可能であって、蓄電池の容量低下と材料コストの増大を招く虞のない密閉形蓄電池とすることができる。
また、請求項５〜６に記載の充電器は、前記密閉形蓄電池の専用充電器であって、電槽缶の底面の変形を検出して充電のオン・オフを制御することによって急速充電を可能にする充電器である。

（密閉形蓄電池）
以下、円筒形の密閉形蓄電池を例に採り、図に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の１実施形態を示す密閉形蓄電池１の断面図である。図１において、４はニッケルメッキを施した鋼板製の有底筒状電槽缶であって、正極板１１、負極板１２、セパレータ１３を積層した積層体を捲回した捲回式極板群１０を収納している。正極板のタブ端子１４は正極集電板１７に接合され、正極集電板１７は封口板２の内面に接合されて、正極板１１と正極端子３を結ぶ回路が形成されている。負極板１２の最外周面は負極端子を兼ねる電槽缶４の内面に当接している。ニッケル水素蓄電池を例に採ると、正極板１１は発泡ニッケル製の基板に水酸化ニッケルを主体とする活物質粉末を担持させたものであり、負極板１２はニッケルメッキを施した鋼板製のパンチングメタルに水素吸蔵合金粉末を担持させたものである。

図１に於いて電槽缶４の底面のうち実線で示した形状は、蓄電池内部の圧力が所定値以下であるときの電槽缶の底面の形状を示す図であり、破線で示した形状は蓄電池内部の圧力が所定値を超えたときの電槽缶の底面の形状を示す図である。本発明に係る密閉形蓄電池の場合、蓄電池内部の圧力が上昇して所定値を超えると電槽缶４の底面中央部分が図１の破線で示したように距離Ｌだけ外側に向かって変形し、圧力が下降し、所定値以下になると変形（変形距離Ｌ）が縮小する。また、蓄電池内部の圧力変化に応じて該変形と変形の縮小を繰り返し行う機能を備える。

本発明でいう変形とは、変形距離Ｌが０．２ｍｍ以上、好ましくは０．３ｍｍ以上になることをいう。該変形距離Ｌが０．２ｍｍ未満では充電器側で変形を検知して、充電回路をオンからオフに切り替えるのが難しくなる虞がある。本発明においては蓄電池内部の圧力が降下して所定の圧力以下になったときに電槽缶の底面の形状が元の形状に戻る（変形が０）ことを理想とするが、仮に変形が０の状態に戻ることが無くても変形が縮小することによって専用充電器に設けた充電回路のオン・オフを切り替えるスイッチを動作させることができる。本発明でいう変形の縮小とは、電槽缶の底面に前記変形が生じた状態に比べて変形距離Ｌが０．１ｍｍ以上、好ましくは０．２ｍｍ以上小さくなることをいう。変形距離Ｌの縮みが０．１ｍｍ未満では充電器側で変形の縮小を検知して、充電回路をオフからオンに切り替えるのが難しくなる虞がある。

図３に従来の密閉形蓄電池の有底筒状の電槽缶４′の底部断面図を示す。従来の電槽缶の底面１５′と側面は、図３の実線に示すように直交しているかまたは底面と側面の境目（角部）を円形｛一般にアール（ｒ）を付けると表現される｝に加工している（図示せず）。該従来の電槽缶においては（角部にｒを付けたものも含めて）筒状側面の機械的強度が平面状の底面に比べて機械的強度が大きいために、蓄電池内部の圧力が上昇したときに、図３の破線で示したように底面１５′のみが優先的に外側に向かって変形する。このような変形が一旦起きると、変形によって底面１５が伸びるためか蓄電池の内部圧力が降下しても変形の縮小が於き難い（塑性変形が生じ易い）。

本発明に係る密閉形蓄電池に適用する電槽缶は、底面１５のうち側面との境界部分に傾斜部１６を設ける。図４の実線は、本発明の１実施形態に係る電槽缶４の底部を模式的に示した断面図である。電槽缶４の底面１５の側面との境界部分に傾斜部１６を設けている。該傾斜部１６は図４の実線に示す如く直線状であり、電槽缶側面に対して傾斜している。該電槽缶を適用すると、蓄電池内部の圧力上昇により電槽缶底面に変形が生じても、蓄電池内部の圧力が降下すると変形が縮小する。且つ、該変形と変形の縮小が繰り返すことができる。電槽缶４を適用した蓄電池内部の圧力が上昇したときに、図４の破線に示すように底面１５の平坦部分のみでなく、傾斜部１６が変形する（傾斜部の傾斜角θが変わる）ことによって応力が吸収されるので電槽缶底面１５の平坦部分に加わる応力が低減され、該平坦部分が塑性変形するのが抑制される。また、傾斜部１６の変形は傾斜角が変わるのみであり、弾性変形であるので、蓄電池内部の圧力が降下して応力が除かれると変形が縮小するものと考えられる。
なお、傾斜部１６の長さｌは特に限定されるものではないが、０．５〜３ｍｍが好ましい。斜行部の長さｌが０．５ｍｍ未満では斜行部を設けた効果が得られない虞があり、３ｍｍを超えると極板の幅寸法が小さくなり容量低下につながる虞がある。また、傾斜部１６の側面に対する傾斜角θの大きさも特に限定されるものではないが、蓄電池内部の圧力上昇によって底面１５に加わる応力を底面の平坦部のみでなく傾斜部１６にも分担させるためには傾斜角θを３０〜６０度に設定するのが好ましい。
また、傾斜部１６は１本の直線状であってもよいし、途中で折れ曲がっていて２〜３本の直線部分からなってもよい。但し、変形し易い傾斜部を得るには、傾斜部１６に折れ曲がりがなく１本の直線からなることが好ましい。

本発明に係る密閉形蓄電池の場合、電槽缶４の底面１５が内側に向かって湾曲していることが好ましい。該電槽缶を適用すると、蓄電池内部の圧力上昇により電槽缶底面に変形が生じても、蓄電池内部の圧力が降下すると変形が縮小する。且つ、該変形と変形の縮小が繰り返し起きることに対する耐性がさらに向上する。図５の実線は該電槽缶４の底部の断面を模式的に示す図である。該電槽缶を適用した場合、変形、変形の縮小の繰り返しに対する耐性がさらに向上する。該電槽缶の底面は内側に向かって湾曲しており、外に向かって変形するための撓み代をもっているので、蓄電池内部の圧力が上昇したときには、図５の破線に示すように電槽缶の底面１５の湾曲が小さくなるように変形するのみなので、底面１５が伸びる虞がない。従って、電槽缶の底面１５がさらに塑性変形し難く、元の形状に戻りやすい電槽缶にすることができる。なお、湾曲の程度は特に限定されるものではないが、湾曲の曲率半径を２０ｍｍ以上であって、且つ、電槽缶の内径の１．４倍以上、３００ｍｍ以下とすることが好ましい。湾曲部の曲率半径が２０ｍｍ未満の場合、蓄電池内部の圧力に対する底面の耐性が高く、スイッチのオン・オフを司るための変形が得られ難くなり、且つ、蓄電池内部の圧力が上昇したときに電槽缶の側面と底面の境界部分に応力が集中し、該部分の疲労を促進する虞がある。また、湾曲部の曲率半径が電槽缶の内径の１．４倍未満では電槽缶の底面が筒状部の内部に入り込む度合いが大きくなり、蓄電池の内容積が小さくなる虞がある。他方、曲率半径が３００ｍｍを超えると湾曲を設けた効果が発揮されない虞がある。なお、傾斜部１６の長さｌ、傾斜角θの大きさは特に限定されるものではないが、前記同様、長さｌを０．５〜３ｍｍとすることが好ましく、傾斜角θを３０〜６０度に設定するのが好ましい。

本発明でいう所定の圧力（蓄電池内部の圧力が該圧力を超えたときに、充電器に設けた変形・変形の縮小検知手段が電槽缶の底面中央部分の変形を検知して充電回路に設けたスイッチがオンからオフに切り変わり、該圧力以下になったときに前記変形・変形の縮小検知手段が電槽缶の底面中央部分の変形の縮小を検知して前記スイッチがオフからオンに切り変わる）は、特に限定されるものではないが、密閉形ニッケル水素蓄電池やニッケルカドミウム蓄電池を急速充電しようとする場合、蓄電池内部の圧力が低いところで充電のオン・オフの切り変えが起きるように設定する（所定の圧力設定値が低い）と充電電気量が小さくなってしまう。逆に蓄電池内部の圧力が高いところで充電のオン・オフの切り変えが起きるように設定する（所定の圧力設定値が高い）と蓄電池の温度が上昇し、蓄電池の特性劣化を招く虞がある。密閉形ニッケル水素蓄電池やニッケルカドミウム蓄電池の場合には蓄電池内部の圧力が１．８〜２．８メガパスカル（ＭＰａ)の範囲で充電のオン・オフの切り変えが起きるように所定の圧力を設定することが好ましい。

本発明に係る密閉形蓄電池の場合、電槽缶４の底面１５の肉厚を側面の肉厚にくらべて薄くするのが好ましく、且つ、底面の肉厚を０．１４〜０．２０ｍｍとするのが好ましく、０．１７〜０．２０ｍｍとするのがさらに好ましい。電槽缶の側面は筒状部であり、側面部に一旦変形が起きると元には戻らない。従って、側面に比べて底面の肉厚を薄くし、底面が優先的に変形するようにすることが好ましい。また、本発明においては電槽缶の底面１５の変形を検知してスイッチのオン・オフの切り替えを行う。スイッチの検知精度を上げるには、図５に示した変形距離Ｌが０．２ｍｍ以上であるのが良く、０．３ｍｍ以上であることが好ましい。蓄電池内部の圧力が前記のように１．８〜２．８ＭＰａの範囲ないで電槽缶底面の変形を０．２ｍｍ以上とするためには、電槽缶の底面の肉厚を０．２０ｍｍ以下にすることが好ましい。ニッケル水素蓄電池やニッケルカドミウム電池の電槽缶には安価であって、且つ、機械的強度が高いところからニッケルメッキを施した鋼板が重用されている。密閉形蓄電池の場合、蓄電池内部の圧力が以上に上昇した場合（開弁圧を超えた時）には、図１に示したゴム弁８によって封止されている透孔６が開口し、蓄電池の内部に蓄積したガスを正極端子３に設けた透孔７を経由して外部に排出する。前記開弁圧は通常約３．５ＭＰａに設定される。密閉形蓄電池においては開弁圧以下の圧力で電槽のかしめ部分が破壊したり電槽缶に破断が生じたりするのを避けなければならない。前記開弁圧力以下で電槽缶の底面に破断が生じるのを避けるためには、電槽缶の底面の肉厚を０．１４ｍｍ以上にすることが好ましく、０．１７ｍｍ以上にすることがさらに好ましい。また、前記傾斜部１６の肉厚を底面の平坦部または湾曲部の肉厚に比べて等しいかまたは薄くすることが好ましい．該構成とすることによって、底面１５の平坦部や湾曲部に比べて傾斜部１６を変形し易くすることによって平坦部または湾曲部の変形を抑制し、平坦部または湾曲部が塑性変形するのを防ぐ。

（電槽缶底面の変形と耐圧性）
ニッケルメッキを施した鋼板からなり、筒状部の内径が１４ｍｍ（ＡＡサイズの円筒形蓄電池用電槽缶）の電槽缶を作製した。なお電槽缶底面の側面との境界部に長さｌが１ｍｍ、傾斜角θが４５度の傾斜部１６を設け、かつ、図４に示したように、底面の傾斜部を除く部分を平坦にし、傾斜部と平坦部の肉厚を同じとした。電槽缶の側面および底面の肉厚を表１および表２に示た如くに設定し、電槽缶内部の圧力を上昇させたときの底面の変形の発生、破断の発生の有無を調べた。
電槽缶の開放端に金属製の蓋を接合し、該蓋に設けた透孔を通じて高圧の窒素ガスを圧入した。先ず圧力１．８ＭＰａで窒素を圧入試し電槽缶底面の膨れ（変形）発生の有無を調べた。変形距離Ｌが０．２ｍｍ以上の場合には変形有り、０．２ｍｍ未満の場合には変形無しと判定した。
次いで、圧力３．５ＭＰａで窒素を圧入して電槽缶の破断の発生の有無を調べた。側面の肉厚、底面肉厚の異なるもの各々５ケづつ用意し試験に供した。変形の発生有無の調査結果を表１に、電槽缶の破断の発生の有無の調査結果を表２に示す。

表１に示すとおり、電槽缶の底面の肉厚を０．２０ｍｍ以下に設定すると、１．８ＭＰａで加圧したときに電槽缶の底面に変形が発生した。また、表２に示したとおり底面の肉厚が０．１１ｍｍの場合は３．５ＭＰａで加圧したときに電槽缶の底面に破断が発生した。これに対して肉厚を０．１４ｍｍ以上とした場合には破断の発生が認められなかった。なお、詳細は省略するが、図５に示したように電槽缶底面の傾斜部を除く部分を曲率半径５０ｍｍとしたときも底面の変形の発生、破断の発生の有無において表１および表２に示した結果と同様の結果が得られた。このことから、電槽缶底面の厚さを０．１４〜０．２０ｍｍとすることが好ましい。

（昇圧・降圧の繰り返しに対する耐性）
（傾斜部の有無の影響）
ニッケルメッキを施した鋼板からなり、筒状部の内径が１４ｍｍ（ＡＡサイズの円筒形蓄電池用電槽缶）の電槽缶を作製した。なお、側面の肉厚を０．２６ｍｍとし、電槽缶の底面の肉厚を０．１７ｍｍとした。一方の電槽缶の底面形状を図３に示した形状とし（比較例電槽缶ａ）、他方の電槽缶の底面形状を図４に示したように底面の側面との境界部分に傾斜部１６を設けた（本発明電槽缶ｂ）。なお、該本発明電槽缶ｂの傾斜部の長さｌを１ｍｍ、傾斜角θを４５度とした。また、該傾斜部を除く底面を平坦部とした。このように底面の形状の異なる電槽缶ａ、電槽缶ｂを各々５ケづつ用意した。
該電槽缶の開放端に前記同様金属製の蓋を接合し、該蓋に設けた透孔を通じて窒素を圧入した。２ＭＰａの窒素を圧入して３０秒間保持し、ついで圧力を０．２ＭＰａに降下させて３０秒間保持した。該昇圧、降圧操作を１サイクルとして、１０回昇圧・降圧操作を繰り返し行った。１サイクル目と１０サイクル目に電槽缶底面の変形の発生の有無、変形の縮小の有無をチェックした。なお、供試サンプル（電槽缶）の底面の中央が外側に向かって０．２ｍｍ以上変形したときに変形が発生したとし、変形発生後、圧力を降下させたときに変形が無くなるかまたは小さくなった（変形の大きさが０．１ｍｍ以下になる）ときに変形が縮小したと判定した。

比較例電槽缶ａ、本発明電槽缶ｂ共に１サイクル目の昇圧操作で約０．３ｍｍの変形が認められた。電槽缶ａの場合、５ヶ中２ヶ１サイクル目の降圧で変形の縮小が認められず、５サイクル目では残りの３ヶも変形の縮小が認められなかった。これに対して電槽缶ｂの場合は５サイクル目の昇圧・降圧で５ヶの電槽缶全てにおいて変形の発生と変形の縮小の発生が認められた。比較例電槽缶ａの場合は一旦変形すると、変形が元に戻りにくい（変形の縮小が起きにくい）ので、該変形・変形の縮小を検出して充電のオン・オフの切り変えを行おうとする本願発明には適さない。他方、電槽缶の底面に傾斜部を設けた本発明電槽缶ｂの場合は、底面に変形の発生・変形の縮小が繰り返して発生する機能を持つことが分かった。

（底面の肉厚の影響）
ニッケルメッキを施した鋼板からなり、筒状部の内径が１４ｍｍ（ＡＡサイズの円筒形蓄電池用電槽缶）の電槽缶を作製した。なお、側面の肉厚を０．２６ｍｍとし、電槽缶底面の側面との境界部分に長さｌが１ｍｍ、傾斜角θが４５度の傾斜部１６を設け、該傾斜部を除く底面を平坦部とし、傾斜部と平坦部の肉厚を共に、表３に示す肉厚とした。
該電槽缶の開放端に前記同様金属製の蓋を接合し、該蓋に設けた透孔を通じて窒素を圧入した。２ＭＰａの窒素を圧入して３０秒間保持し、ついで圧力を０．２ＭＰａに降下させて３０秒間保持した。該昇圧、降圧操作を１サイクルとして、最大で１２００回昇圧・降圧操作を繰り返し行った。１サイクル目とその後２００サイクル毎に電槽缶底面の変形の発生の有無、変形の縮小の有無をチェックした。なお、供試サンプル（電槽缶）の底面の中央が外側に向かって０．２ｍｍ以上変形したときに変形が発生したとし、変形発生後、圧力を降下させたときに変形が解消された（変形の大きさが０．１ｍｍ以下になる）ときに変形が縮小したと判定した。昇圧・降圧を繰り返し行い、変形の発生と変形の縮小が認められたサイクル数をサイクル耐性とした。１サイクル目の変形距離（Ｌ）とサイクル耐性を表３に示す。

実用に耐えるには少なくとも４００〜６００サイクルのサイクル耐性が望まれる。底面の肉厚が０．１１ｍｍではサイクル耐性が不足する虞がある。６００サイクル以上のサイクル耐性を得るには電槽缶の底面の肉厚を０．１４ｍｍ以上にすることが好ましく、０．１７ｍｍ以上にすると８００サイクル以上のサイクル耐性が得られるのでさらに好ましい。また、電槽缶の底面の肉厚が０．２３ｍｍの場合は昇圧時の変形距離が小さく変形発生の検出が難しくなる虞がある。

（底面の曲率半径の大きさの影響）
ニッケルメッキを施した鋼板からなり、筒状部の内径が１４ｍｍ（ＡＡサイズの円筒形蓄電池用電槽缶）の電槽缶を作製した。なお、側面の肉厚を０．２６ｍｍとし、電槽缶底面の側面との境界部に長さｌが１ｍｍ、傾斜角θが４５度の傾斜部１６を設け、該傾斜部を除く底面を表４に示した曲率半径で内側に向かって湾曲させた。また、傾斜部と平坦部の肉厚を共に０．１７ｍｍとした。該電槽缶を前記（底面の肉厚の影響）のところで記述したのと同じ方法で昇圧・降圧の繰り返し試験に供した。１サイクル目の変形距離（Ｌ）とサイクル耐性を表４に示す。

表４に示したように、電槽缶の底面を傾斜部を除いて内側に向かって湾曲させると、表３に示した傾斜部を除く底面を平面とした電槽缶に比べてサイクル耐性がさらに向上する。但し、湾曲の曲率半径が１５ｍｍの場合は変形が小さく、変形の発生を検出することが難しい虞があり、曲率半径が３００ｍｍの場合は傾斜部を除く底面を平面とした電槽缶とサイクル耐性が変わらず湾曲させた効果が得られない虞がある。表４に示した結果から、電槽缶底面の曲率半径としては２０〜２００ｍｍが好ましく、２０〜１００ｍｍが更に好ましい。

（専用充電器）
図６は、本発明に係る専用充電器の１実施形態を模式的に示す図である。図６に示した例では本発明に係る密閉形蓄電池１を同時に４セル充電が可能である。本充電器１８は、図６、（イ）の丸印で囲ったスイッチ機構を備えている。図６，（ロ）は図６、（イ）の丸印で囲った部分を拡大した図である。図６、（ロ）において、２０は充電器１８の−出力端子である。密閉形蓄電池１の負極端子である電槽缶の底面１５と専用充電器１８の−出力端子２０は金属製の接続片１９によって電気的に接続されている。接続片１９は、支点１９′を回転の中心として回転が可能なように配置されている。常時は、図６、（ロ）の左側の図に示すように、接続片１９がスプリング１８′によって押圧され、接続片１９の一端が電槽缶の底面１５に当接し、接続片１９の他端に設けた接点２０′が専用充電器の−出力端子２０に当接している（スイッチがオンの状態にある）。
充電中に蓄電池内部の圧力が上昇し所定の値を超えて、図７（ロ）の右側の図に示すように電槽缶の底面１５の中央部分が外側に向かって変形すると接属片１９が支点１９′を中心にして回転し、接点２０′が−出力端子２０から離れ、スイッチがオフに切り替わる。蓄電池内部の圧力が降下し所定の値以下になると、電槽缶の底面１５の中央部分に生じた変形が縮小するので接続片１９がスプリング１８′によて押圧され、接点２０′が−出力端子２０に当接して、スイッチがオンに切り替わる。
なお、蓄電池１の高さ寸法が寸分違わず一定であるとは限らない。本充電器のスイッチを機能させるためには、蓄電池１を充電器１８に装着したときに蓄電池１の底面の位置が一定でなければならない。本実施形態では蓄電池１の底面の角部に当接するようガイドを設けることによって蓄電池の底面位置を一定にする。また、充電器の＋出力端子と蓄電池１の正極端子の間にスプリング１８″を介在させることによって蓄電池１の高さ寸法のばらつきを吸収する（スプリング１８′に比べてスプリング１８″の押圧力を大きくしておけばスイッチの機能に支障は起きない）。

蓄電池内部の圧力が降下して所定値以下になったときに、電槽缶の底面が必ずしも完全に元の形状（変形が全く無い状態）戻るとは限らない。電槽缶の底面が完全に元の形状に戻らずに変形が残存すると、充電器の出力端子２０と接点２０′が当接しない事態が起きる虞がある。図６、（ハ）はこのような事態を回避するための充電器の構成を模式的に示した図であって、充電器の−出力端子２０の接点２０′と当接する部分を図の上下方向に可変とし、該当接部分をスプリング１８′に比べて押圧力の小さいスプリング２０″により図の下方に向かって押圧する。また、該当接部分の図における下限の位置を定めるためのストッパー（ピン）１９″を配置する。このような構成とすることによって電槽缶の底面が完全に元の形状に戻らずに変形が残存してとしても、充電器の出力端子２０と接点２０′を当接させることができる。

蓄電池１の該専用充電器１８による充電様式は特に限定されるものではない。定電圧充電、定電流充電、定電力充電などいずれの充電様式も適用できるが、充電中の電圧の高騰を避けるためには、充電が進行すると共に充電電流が垂下する定電圧充電様式が好ましい。
本発明によれば、このような、専用充電器を使用することによって、電池内部に充電の停止、再開を司るスイッチを備えない密閉形蓄電池の充電のオン・オフを制御することができる。

（本発明に係る密閉形蓄電池への専用充電器の適用例）
正極がニッケル電極、負極が水素吸蔵合金電極からなる捲回式極板群を備え、電槽缶の側面の肉厚が０．２６ｍｍ、底面の肉厚が０．１７ｍｍ、傾斜部の長さが１ｍｍ電槽缶底面の曲率半径が１００ｍｍである図１に示した断面構造を有するＡＡサイズの円筒形のニッケル水素蓄電池を作製した。該蓄電池の場合、図２に示した従来提案のスイッチを内蔵し、電槽缶の肉厚が側面、底面共に０．２６ｍｍの電槽缶を備えたニッケル水素蓄電池に比べて、極板の幅（面積）を６％大きくすることができ、放電容量も６％大きくすることが出来た。

前記本発明に係るＡＡサイズのニッケル水素蓄電池を、図６に示した電槽缶底面の変形・変形の縮小検出機能とが該変形・変形の縮小に応じて充電器の−出力端子と蓄電池の負極端子結ぶ回路のオン・オフを切り変える機能（スイッチ）を備えた専用充電器を用いて印加電圧１．６２Ｖの定電圧で充電した。該充電時の充電電流、蓄電池表面温度の経時変化を図７に示す。図７に示すように、充電の後半において充電器に設けたスイッチが動作して、充電電流がパルス電流となり、充電中の蓄電池の温度が好ましい温度範囲である６０℃未満に抑制されている。

請求項１〜４に記載の密閉形蓄電池は、電池内部に充電制御するスイッチを有せず、充電器側で充電の制御を行うことで、複雑な構造のスイッチを必要としないので部品コストの低減を図ることができ、且つ、蓄電池内部の有効空間の容積を大きくして極板を大きくすることができるので、容量向上が可能な密閉形蓄電池が実現できると共に、請求項５〜６に記載の充電器は、電池内部に充電制御するスイッチを有しない、密閉形蓄電池の充電に適した専用の充電器であるので、産業上の利用可能性は極めて大きい。

本発明の１実施形態に係る密閉形蓄電池の断面構造を示す図である。 従来の密閉形蓄電池の封口部の断面構造を示す図である。 従来の密閉形蓄電池の電槽缶底面の元の形状（実線）、変形したときの形状（破線）を模式的に示した図である。 本発明の１実施形態に係る密閉形蓄電池の電槽缶底面の元の形状（実線）、変形したときの形状（破線）を模式的に示した図である。 本発明の別の実施形態に係る密閉形蓄電池の電槽缶底面の元の形状（実線）、変形したときの形状（破線）を模式的に示した図である。 本発明に係る専用充電器のスイッチ構造の１例を示す図である。 本発明電池を専用充電器を用いて充電したときの電池内部圧力と電池温度の関係を示すグラフである。

符号の説明

１ 密閉形蓄電池
４ 電槽缶
１５ 底面
Ｌ 変形距離
１６ 傾斜部
１８ 専用充電器
１９ 接続片
２０ −出力端子

Claims (6)

1. 有底筒状金属製電槽缶の底面中央部分が、蓄電池内部の圧力が所定の値を超えたときに外側に向かって変形し、蓄電池内部の圧力が所定の値以下になったときに前記変形が縮小し、蓄電池内部の圧力変化に応じて該変形と変形の縮小を繰り返し行う機能を備えたことを特徴とする密閉形蓄電池。
2. 前記電槽缶底面の、電槽缶側面との境界部分に傾斜部を設けたことを特徴とする請求項１に記載の密閉形蓄電池。
3. 前記電槽缶の傾斜部を除く底面が内側に向かって湾曲していることを特徴とする請求項２に記載の密閉形蓄電池。
4. 前記電槽缶は、側面よりも底面が薄く、底面の肉厚が０．１４ｍｍ〜０．２０ｍｍであることを特徴とする請求項２〜３に記載の密閉形蓄電池。
5. 請求項１に記載の密閉形蓄電池の専用充電器であって、
   前記電槽缶の底面が変形したのを検出して充電を停止し、電槽缶の底面の変形が縮小したのを検知して充電を開始する充電制御機構を備えていることを特徴とする密閉形蓄電池の専用充電器。
6. 前記充電制御機構の変形・変形の縮小検出手段が、充電開始前と充電中の、電槽缶の底面の中央部分の位置ずれを検知するものであることを特徴とする請求項５に記載の密閉形蓄電池の専用充電器。
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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