JP2006269322A - 鉛蓄電池 - Google Patents

Abstract

【課題】極板群の極性が反転した状態で電槽に収納された場合においても、それを容易に判別できる構成とすること。
【解決手段】両極の極板耳位置を極板幅中心線より互いに反対方向に偏芯した位置に設け、一方の極性の第１の極板の耳の偏芯量をｄ１、他方の極性の第２の極板の耳の偏芯量をｄ２とした時に、ｄ１＞ｄ２とし、第１の極板の耳および第２の極板耳のそれぞれ同極性の耳を集合溶接する第１および第２のストラップを有し、隣接しあう極板群において、一方の極板群の第１のストラップより極板中心方向に偏芯した第１の接続体と、他方の極板群の第２のストラップより極板外側方向に偏芯した第２の接続体とを接続する。
【選択図】図７

Description

本発明は、鉛蓄電池の極板群の構成に関するものである。

鉛蓄電池は、車両のエンジン始動用、電動車用やバックアップ電源用といった様々な用途に用いられている。鉛蓄電池の公称電圧は２Ｖであり、必要とする出力電圧に応じて、
数セルを直列接続する。

バックアップ電源に用いる大容量の産業用鉛蓄電池では、２Ｖ電池をラックに収納し、
端子間を接続することにより、所定電圧・容量の組電池とすることが一般的である。

一方、車両のエンジン始動用や、電動車用あるいは比較的小容量のバックアップ電源用に用いられる鉛蓄電池では、電池内でセル間が接続されたモノブロック電池としたり、このモノブロック電池の複数同士を接続して、組電池として使用する。

一方、鉛蓄電池では、極板を円筒形や楕円筒形、あるいは長円筒形に巻回した極板群を除き、矩形状の正極板１０１と負極板１０２とをセパレータ１０３を介して積層し（図１参照）、正極板１０１から導出した正極耳１０１ａ同士を集合溶接して正極ストラップ２０１を形成し、負極板１０２から導出した負極耳１０２ａ同士を集合溶接して負極ストラップ２０２を形成して極板群２０３とする（図２参照）。

また、正極ストラップ２０１および負極ストラップには、隣接する極板群２０３間との接続のための正極接続体２０４および負極接続体２０５が一体に形成される。

従来の鉛蓄電池では、例えば特許文献１にあるように、正極耳１０１ａおよび負極耳１０２ａの耳位置は正極板１０１および負極板１０２の幅方向の中心線（Ｌ）に対して、同一の寸法（図２における寸法ｄ）偏芯させたものを用いていた（例えば特許文献１参照）。

そして、このような極板群２０３では、正極ストラップ２０１と負極ストラップとが極板の中心線（Ｌ）から同一距離（ｄ´）に配置されることになる。

図３は、セル室３０３が列状に配置された電槽３０１に、隔壁３０２面と極板・セパレータ面が平行になるよう極板群２０３を収納した鉛蓄電池を示す図である。極板群２０３を上から俯瞰したときの極板の幅方向中心線をＭとした場合、中心線Ｍと正極ストラップ２０１の幅方向中心線（Ｐ）間の距離と、中心線Ｍと負極ストラップ２０２間の幅方向中心線（Ｎ）間の距離とが同一距離（ｄ´）となる。

ここで、正・負両極のストラップの幅方向中心線（Ｐ，Ｎ）と正・負両極の極板耳の幅方向中心線が一致する場合、ｄ＝ｄ´となる。なお、図３では極板群２０３を構成する正極板１０１、負極板１０２およびセパレータ１０３を省略している。

図３において、電池端子を導出する極板群では、正・負の接続体に替えて、極柱３０４が正極ストラップ２０１もしくは負極ストラップ２０２に設けられる。そして、極柱３０４を設けない正極ストラップ２０１に設けた接続体２０４と、負極ストラップ２０２に設けられた接続体２０５を隣接する極板群２０３間で対向配置して接続する。

上記のような、正極耳１０１ａと負極耳１０２ａをそれぞれの極板幅方向中心より同一量偏芯した位置に設けた鉛蓄電池では、接続する正極接続体２０４と負極接続体２０５とを互いに対向する位置とするため、正極ストラップ２０１の中心線Ｐ−正極接続体２０４間の寸法と、負極ストラップ２０２の中心線Ｎ−負極接続体２０５間の寸法を同一寸法（ｅ）とすることになる。
特開昭６１−１６４６７号公報

しかしながら、図３に示したような、従来の鉛蓄電池では、正負のストラップの位置が、図３における極板の幅方向中心線Ｍに対して左右対称であるため、極性を見誤り、極板群２０３を電槽３０１に挿入する作業時に挿入方向を誤る場合があった。また、極板群の挿入方向を誤った場合でも、正常なものと外観上の差異が殆どないために、目視検査も困難であった。

図４は正極端子より４セル目の極板群２０３を正規の方向ではなく、１８０°回転させて挿入した状態を示す図である。一見して正常に挿入した状態との区別が困難であることがわかる。挿入方向に誤りがある場合、正極板と負極板がそれぞれ極性が反転した状態で使用されるため、電池放電容量や寿命が急激に低下する。

本発明は、前記したような鉛蓄電池の製造工程において発生する、極板群の誤った方向への挿入を防止することを目的とする。

前記した課題を解決するために、第１の極性を有した第１の極板と、第２の極性を有した第２の極板と、これら両極板間に介在するセパレータとからなる極板群の複数を電槽内で隔壁により区画され、かつ列状に配置されたセル室に収納し、これら極板群間を接続した鉛蓄電池であって、前記極板群は、前記第１の極板の面および前記第２の極板の面と前記セパレータ面が前記隔壁に平行になるよう、前記セル室に収納され、これら両極板の耳位置は極板幅中心線より互いに反対方向偏芯した位置に設けられ、第１の極板における耳の極板幅方向中心線からの偏芯量をｄ１、第２の極板における耳の極板幅方向中心線からの偏芯量をｄ２とした時に、ｄ１＞ｄ２とし、さらに、第１の極板の耳を集合溶接する第１のストラップと、第２の極板の耳を集合溶接する第２のストラップとを有し、隣接しあう極板群において、一方の極板群に設けた第１のストラップより極板中心方向に偏芯して設けた第１の接続体と、他方の極板群に設けた第２のストラップより極板外側方向に偏芯して設けた第２の接続体とが接続された鉛蓄電池を示すものである。

このような本発明の構成により、正極ストラップと負極ストラップとが極板群の幅方向中心線に対して非対称な位置となるため、極板群の方向を目視やセンサーで容易に検出することができるため、極板群の挿入方向の誤りを防止することができる。

また、本発明の構成により、極板群挿入方向が正規な状態では、各接続体同士の接続部を中心として、互いに接続された正極ストラップと負極ストラップとが点対称の位置となる。一方、挿入方向を誤った場合には、互いに接続された正極ストラップと負極ストラップとが隔壁に対して線対称の位置となるため、容易に挿入方向の適否を外観で判定することができる。

さらに、極板中心線からの極板耳の偏芯量と、極板耳中心線（ストラップ中心線）からの接続体の偏芯量を適切に設定することにより、接続体部品を電池内で同一形状とすることが可能となり、部品共用化により生産性の向上効果が得られる。

そして、本発明の請求項２の発明は、請求項１の鉛蓄電池において、第１の極板は耳を形成した側の極板側部に枠骨を有した格子体を備えたことを特徴とするものである。

特に、エキスパンド格子体を用いた極板のように、極板側部に枠骨を有さず、かつ極板中心線からの極板耳の偏芯量を大きくした場合、機械的な応力を受けやすい極板耳直下に格子枠骨によって囲まれていない格子マス目が近接するため、この部分の活物質が脱落しやすい。したがって、極板耳の偏芯量がより多い第１の極板については、極板耳を形成した側の極板側部に枠骨を有した格子とすることにより、極板耳直下での活物質の脱落を抑制することができる。

そして、本発明の請求項３に係る発明は、請求項１〜２の構成を備えた鉛蓄電池において、前記第２の極板は前記第２の極板耳を形成した側の極板側部に枠骨を有さないエキスパンド格子体を備えることを特徴とするものである。

エキスパンド格子体は、鋳造格子体といった他の格子体に比較してより軽量化・薄型化が可能であり、鉛蓄電池の軽量化・高出力化に有効である。極板側部に枠骨を有さないエキスパンド格子体においても、極板耳の偏芯量の少ない、第２の極板に適用することにより、機械的応力のうけやすい極板耳と、極板側部に存在する一部が開放した格子マス目との距離をより離間できる。これにより、極板耳に機械的応力が加えられた場合においても、開放した格子マス目からの活物質の脱落を抑制することができる。

本発明によると、極板群において、正極ストラップと負極ストラップの位置が顕著に異なるので、極性を容易に認識でき、極板群を電槽に挿入する作業時に挿入方向を誤ることがない。また、誤って挿入した場合においても目視あるいはセンサーにより挿入方向の検査を容易に行うことができるという効果を得ることができる。

以下、本発明の実施の形態を説明する。

（第１の実施形態）
本発明の鉛蓄電池は、図５に示したように、正・負いずれか一方の極性である、第１の極性を有した第１の極板５０１と、もう一方の極性である、第２の極性を有した第２の極板５０２が、セパレータ５０３を積層した極板群を有する。

本発明では、正・負両極の極板の耳位置は極板幅中心線Ａより互いに反対方向に偏芯した位置に設けられ、第１の極板５０１の極板耳５０１ａの偏芯量をｄ１、第２の極板５０２における極板耳５０２ａの偏芯量をｄ２とした時に、ｄ１＞ｄ２とする。なお、ここで偏芯量（ｄ１）は、第１の極板耳５０１ａの幅方向中心線（図５における線Ｂ）と極板幅中心線Ａ間の水平距離とし、偏芯量（ｄ２）は、第２の極板耳５０２ａの幅方向中心線（図５における線Ｃ）と極板幅中心線Ａ間の水平距離とする。

図６は、図５における第１の極板耳５０１ａおよび第２の極板耳５０２ａについて、それぞれ同極性同士で集合溶接して第１のストラップ５０４と第２のストラップ５０５が形成される。また、第１のストラップ５０４には第１の接続体５０６が、第２のストラップ５０５には第２の接続体５０７がそれぞれ形成され、極板群５０８とする。なお、本実施形態例では、極板耳の幅方向中心線（Ｂ、Ｃ）と、これら極板耳を集合溶接するストラップの幅方向中心線（Ｂ´、Ｃ´）とを一致させた例を示している。

但し、直列接続された複数の極板群中、端子導出のための極柱を設ける極板群では、第１のストラップ５０４もしくは第２のストラップ５０５のいずれか一方を、接続体に替えて端子極柱５１２，５１２´を設ける。

本発明では、第１のストラップ５０４より極板中心方向に偏芯して第１の接続体５０６を設けるとともに、第２のストラップ５０５より極板外側方向に偏芯して第２の接続体５０７が設けられている。

図７は、本発明の鉛蓄電池５００において、鉛蓄電池の極板群５０８を電槽５０９に挿入した状態を示す図である。但し、極板群５０８を構成する極板およびセパレータは省略している。なお、図７に示した例では、電槽５０９は隔壁５１０にて６個のセル室５１１に仕切られており、セル室５１１は列状に配置されている。そして、各セルに極板群５０８を挿入し、直列に接続する構成である。

本発明においては、極板群５０８が第１の極板５０１および第２の極板５０２とセパレータ５０３面が隔壁５１０と平行になるようセル室５１１に収納されている。そして、隣接しあう極板群５０８において、一方の極板群５０８に設けた第１の接続体５０６と、他方の極板群５０８に設けた第２の接続体５０７とを接続する。なお、第１の接続体５０６と第２の接続体７の接続部の中心線は溶接に支障がない程度の誤差を有して線Ｆで一致させる。

第１の接続体５０６と第２の接続体５０７との接続は、従来の鉛蓄電池のセル間接続に用いられている、バーナー溶接、プラズマ溶接や抵抗溶接を用いて行うことができる。また、両端のセル室５１１に収納された極板群５０８の一方のストラップには電池への入出力用の端子極柱５１２，５１２´が形成される。そして、以降の組立工程は従来の方法に従い、本発明の鉛蓄電池５００を得ることができる。

このような構成により、同一極板群５０８において第１のストラップ５０４と第２のストラップ５０５とが極板の幅方向中心線Ａ´に対して非対称な位置となる。また、隣接しあう極板群５０８間において、第１のストラップ５０４と第２のストラップ５０５が隔壁５１０の中心線に対して線対称の位置にならないため、極板群５０８の方向を目視やセンサーで容易に検出することができ、極板群５０８のセル室５１１への挿入方向の誤りを防止することができる。

図８は、本発明の鉛蓄電池において、故意に端子極柱５１２から４セル目の極板群５０８を正規の方向から１８０度回転して挿入した状態を示す図である。図７に示した正規な状態のものと比較すれば、極板群５０８の挿入方向を誤ったものは、隣接しあう極板群間で第１のストラップ５０４と第２のストラップ５０５が隔壁５１０の中心線に対してほぼ線対称の位置となるため、明確に極板群の挿入方向に対する良否判定ができる。

本発明の鉛蓄電池において、極板群５０８挿入方向の良否判定は目視でも容易であるが、画像センサーやストラップの位置センサー等の外観形状から検出する方法を用いて自動化することも容易にできる。

これにより、正極板群と負極板群の挿入向きを誤ったまま、セル間接続をし、誤ったまま次工程へ製品を流すといった重大な品質不具合を皆無にできる特有の効果を有する。

本実施形態では、第１の極板耳５０１ａの幅方向中心線Ｂと、第１のストラップ５０４の幅方向中心線Ｂ´とが一致し、第２の極板耳５０２ａの幅方向中心線Ｃと、第２のストラップ５０５の幅方向中心線Ｃ´とが一致した例を示している。この場合、第１のストラップ５０４の幅方向中心線Ｂ´と第１の接続体５０６の中心線Ｆ間の距離ｆと、第２のストラップ５０５の幅方向中心線Ｃ´と第２の接続体５０７の中心線Ｆ間の距離ｆ´とを同一とすることにより、第１の接続体５０６と第２の接続体５０７とを同一形状とすることができ、共通部品化できるため、生産性向上や製造コストの低減の面で極めて有利であるという効果も奏する。

第１の極板耳５０１ａの幅方向中心線Ｂと第１のストラップ５０４の幅方向中心線Ｂ´、および第２の極板耳５０２ａの幅方向中心線Ｃと第２のストラップ５０５の幅方向中心線Ｃ´とは、通常、概略一致した位置に設ける。しかしながら、集電効率の向上を目的として、ストラップ幅を耳幅に対してより幅広に設ける場合、ストラップと極板耳の幅方向中心軸が必ずしも一致しない場合があるが、隣接しあい、互いに接続された極板群５０８において、第１のストラップ５０４の中心線Ｂ´と第２のストラップ５０５の中心線Ｃ´間が離間し、かつ中心線Ｂ´−中心線Ｃ´間に第１の接続体５０６および第２の接続体５０７の中心線Ｆが配置された構成とすることにより、本発明の効果を得ることができる。

なお、本発明においては、第１の極板５０１と第２の極板５０２の極性は互いに異なればよく、第１の極板５０１を正極、第２の極板５０２を負極としても、また、逆に第１の極板５０１を負極、第２の極板５０２を正極としても、本発明の効果を得ることができる。

なお、本発明の効果は、少なくともセル列を構成する極板群数が３以上、すなわち、第１の接続体５０６と第２の接続体５０７の両方が存在する極板群５０８が少なくとも１以上存在する構成の鉛蓄電池において最も顕著に得られるものである。

例えば、セル列を構成する極板群数が２である鉛蓄電池においては、本発明の構造によらず、端子極柱５１２，５１２´の位置検出で挿入方向が比較的容易に検出できるからである。

（第２の実施形態）
本発明のさらに好ましい第２の実施形態の鉛蓄電池は、第１の実施形態の鉛蓄電池において、図９に示したような、第１の極板５０１は第１の極板耳５０１ａを形成した側の極板側部５０１ｂに枠骨９０１ａを有した格子体９０１を備える。

鉛蓄電池製造において、極板から突出している極板耳は、切断加工により極板耳を形成する工程、極板群を積層する工程、極板耳のストラップ溶接工程等の製造工程において、作業者の手や、他の治工具あるいは設備の一部に接触する機会も多く、機械的なストレスを受ける。

特に極板幅方向中心線からの極板耳の偏芯量をより大きくした第１の極板５０１では、第１の極板耳５０１ａを形成した側の極板側部５０１ｂに枠骨９０１ａを有した格子体９０１を用いることにより、第１の極板耳５０１ａ直下の格子マス目９０１ｂに充填された活物質の脱落を抑制することができる。

第１の極板５０１として、図１０に示したような、極板耳９１０ａを形成した側の極板側部９１０ｂが枠骨によって囲まれていない、エキスパンド格子体９１１を有したエキスパンド極板９１０を用いた場合には、極板側部９１０ｂに一部が開放され、閉じていない格子マス目９１０ｃが存在する。第１の極板５０１としてエキスパンド極板９１０を用いた場合、極板耳９１０ａと格子マス目９１０ｃが近接するため、極板耳９１０ａに加えられる応力により、格子マス目９１０ｃに充填された活物質が容易に脱落してしまう。脱落した活物質は内部短絡や容量低下の要因となるため、好ましくない。

（第３の実施形態）
本発明の他の好ましい第３の実施形態の鉛蓄電池は、第１もしくは第２の実施形態の鉛蓄電池において、図１１に示したように、第２の極板５０２は第２の極板耳５０２ａを形成した側の極板側部５０２ｂに枠骨を有さないエキスパンド格子体９１２を備える。

エキスパンド格子体は鋳造格子体に比較して薄型・軽量の格子体を得ることができ、鉛蓄電池の軽量化・高出力化に好ましい。一方、エキスパンド格子体は、極板全周囲が枠骨で囲まれないため、枠骨を有さないがために、一部が開放された格子マス目９１２ｃが極板側部５０２ｂに存在する。

本発明の第３の実施形態においては、極板側部５０２ｂに開放された格子マス目９１２ｃを有するエキスパンド格子体９１２を用いるものの、第２の極板耳５０２ｂの偏芯量が第１の極板５０１のそれに比較した小さいため、格子マス目９１２ｃと第２の極板耳５０２ａとがより離間した位置となる。したがって、第２の極板耳５０２ａに応力が加わった場合にも、格子マス目９１２ｃからの活物質の脱落が抑制できる。

前記したように、本発明によれば、鉛蓄電池の極板群挿入方向を容易に検出できるため、複数セルで構成される鉛蓄電池に好適である。

セパレータを介して正極板と負極板とが積層された状態を示す図 極板群を示す図 極板群を電槽に収納した状態を示す図 一部の極板群を反転して電槽に収納した状態を示す図 本発明の実施形態における極板とセパレータとを積層した状態を示す図 本発明の実施形態における極板群を示す図 本発明の実施形態における鉛蓄電池の要部を示す図 一部の極板群を反転して電槽に収納した状態を示す図 第２の実施形態による第１の極板を示す図 極板を示す図 第３の実施形態による第２の極板を示す図

符号の説明

１０１ 正極板
１０１ａ 正極耳
１０２ 負極板
１０２ａ 負極耳
１０３ セパレータ
２０１ 正極ストラップ
２０２ 負極ストラップ
２０３ 極板群
２０４ 正極接続体
２０５ 負極接続体
３０１ 電槽
３０２ 隔壁
３０３ セル室
３０４ 極柱
５００ 鉛蓄電池
５０１ 第１の極板
５０１ａ 第１の極板耳
５０１ｂ （第１の極板の）極板側部
５０２ 第２の極板
５０２ａ 第２の極板耳
５０２ｂ （第２の極板の）極板側部
５０３ セパレータ
５０４ 第１のストラップ
５０５ 第２のストラップ
５０６ 第１の接続体
５０７ 第２の接続体
５０８ 極板群
５０９ 電槽
５１０ 隔壁
５１１ セル室
５１２，５１２´ 端子極柱
９０１ 格子体
９０１ａ 枠骨
９０１ｂ 格子マス目
９１０ エキスパンド極板
９１０ａ 極板耳
９１０ｂ 極板側部
９１１ エキスパンド格子体
９１２ エキスパンド格子体
９１２ｃ 格子マス目

Claims (3)

1. 第１の極性を有した第１の極板と、
   第２の極性を有した第２の極板と、
   これら両極板間に介在するセパレータとからなる極板群の複数を、電槽内で隔壁により区画され、かつ列状に配置されたセル室に収納し、これら極板群間を接続した鉛蓄電池であって、
   前記極板群は、前記第１の極板の面および前記第２の極板の面と前記セパレータ面とが前記隔壁に平行になるよう、前記セル室に収納され、
   これら両極板の耳位置は極板幅中心線より互いに反対方向に偏芯した位置に設けられ、第１の極板における耳の極板幅中心線からの偏芯量をｄ１、第２の極板における耳の極板幅中心線からの偏芯量をｄ２とした時に、ｄ１＞ｄ２とするとともに、
   第１の極板の耳を集合溶接する第１のストラップと、
   第２の極板の耳を集合溶接する第２のストラップとを有し、
   隣接しあう極板群において、一方の極板群に設けた第１のストラップより極板中心方向に偏芯して設けた第１の接続体と、
   他方の極板群に設けた第２のストラップより極板外側方向に偏芯して設けた第２の接続体とが接続されたことを特徴とする鉛蓄電池。
2. 前記第１の極板は耳を形成した側の極板側部に枠骨を有した格子体を備えたことを特徴とする請求項１に記載の鉛蓄電池。
3. 前記第２の極板は前記第２の極板耳を形成した側の極板側部に枠骨を有さないエキスパンド格子体を備えることを特徴とする請求項１〜２に記載の鉛蓄電池。

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