JP2007317560A - 鉛蓄電池 - Google Patents

Abstract

【課題】電解液６の液面の異常な低下時に正負の極板３、４を直接接続したり警告することができる液式の鉛蓄電池を提供する。
【解決手段】セル１ｂ内に、正負の極板３、４がセパレータ５を介して重なり合った発電要素を縦向けに収納すると共に、これらの極板３、４が浸かるように電解液６を注液した液式の鉛蓄電池において、フロート本体内で互いに直接接続された接点１３ａ、１３ａをそれぞれセパレータ５の厚さ以上の間隔を開けて下方に突出させた液面浮遊フロート１３をセル１ｂ内の電解液６に浮遊させた構成とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、電解液の異常な減少に対する対策を施した液式の鉛蓄電池に関するものである。

液式（開放型）の鉛蓄電池は、水の蒸発と充放電に伴うこの水の電気分解とによって電解液が徐々に減少する。そして、この電解液の減少により、正負の極板が電解液の液面より上に露出すると、腐食が急激に進行し、最悪の場合には極板外れが生じるおそれがある。

そこで、従来の鉛蓄電池は、電槽の透明な外壁を通して電解液の液面の位置を確認したり、注液栓に取り付けられたフロート式の光学インジケータにより電解液の液面に異常がないかを確認していた。しかしながら、車両に搭載された鉛蓄電池の場合には、ボンネット等を開けてこの鉛蓄電池が見えるようにして確認しなければならなず、この確認を怠ると、電解液の異常な減少を見過ごすおそれも生じる。

そこで、液面検知電極が電解液に浸かるようにした液面検出装置をセル内に配置して、この液面検知電極の電位を随時検出することにより、電解液の液面が異常に低下して液面検知電極が電解液に浸からなくなった場合に、ブザーやランプ等の警報装置を作動させるようにした鉛蓄電池も従来から開発されていた（例えば、特許文献１〜３参照。）。

ところが、上記液面検出装置は、電解液の異常な減少だけを検出するために鉛蓄電池に取り付けられ、しかも、この液面検出装置の液面検知電極の電位を検査するための液面判定回路を設ける必要もあるので、鉛蓄電池のコストアップにつながるという問題があった。特に、電解液から蒸発した水を凝結（凝縮）させて元のセル内に還流させるようにした液還流室を備えた鉛蓄電池の場合には、蒸発による電解液の減少がほとんどなく、注液口からの補水もできない構造であるため、稀に発生する電解液の異常な減少を確実に検出するために、高価な液面検出装置と液面判定回路を用いると、コスト負担が大きくなりすぎるという問題があった。
実開平５−１５３２２号公報 特開平５−８２１７４号公報 特開平５−７４５０２号公報

本発明は、電解液の液面の異常な低下時に正負の極板を直接接続し、又は、この異常を警告することができる液式の鉛蓄電池を提供しようとするものである。

請求項１の発明は、セル内に、正負の極板がセパレータを介して重なり合った発電要素を縦向けに収納すると共に、これらの極板が浸かるように電解液を注液した液式の鉛蓄電池において、互いに直接接続され、又は、警報手段に接続された２以上の接点をそれぞれセパレータの厚さ以上の間隔を開けて下方に突出させた液面浮遊フロートをセル内の電解液に浮遊させたことを特徴とする。

請求項２の発明は、電解液の液面の上下変動に伴って、前記液面浮遊フロートを所定の経路で上下動させるガイド手段が設けられたことを特徴とする。

請求項３の発明は、前記極板が上端部でストラップに接続されたものであり、前記液面浮遊フロートの一部の接点を下方に突出させる代わりに、この接点の先端をストラップの上方に配置したことを特徴とする。

請求項４の発明は、前記液面浮遊フロートの一部の接点を下方に突出させる代わりに、正負いずれかの極板、又は、この極板の上端部に接続されたストラップにこの接点を上下動可能に接続したことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、電解液の液面が正常な場合には、液面浮遊フロートはこの電解液に浮遊しているが、電解液の液面が異常に低下すると、この液面浮遊フロートも下降し、下方に突出した２以上の接点がセパレータを介した正負の極板の上端部にそれぞれ接触することになる。従って、電解液の異常な減少時には、正負の極板が液面浮遊フロートの接点によって短絡されたり警報手段に接続される。そして、短絡する場合には、当該セルの発電要素が起電力を失い、鉛蓄電池を強制的に使用できないようにすることができる。また、警報手段に接続される場合には、当該セルの発電要素の起電力によって音や光等を発することにより使用者に異常を警告することができる。しかも、簡単な構造の液面浮遊フロートを電解液に浮遊させるだけでよく、警報手段を用いた場合であっても、液面判定回路が不要となるので、鉛蓄電池のコスト負担がほとんど生じない。

なお、発電要素を縦向けに収納するとは、積層や巻回された正負の極板とセパレータとが上下方向に対して直交する方向に重なり合うような向きでセル内に収納されることをいう。従って、正負の極板は、板面が上下方向に対して直交する方向を向き、上端部が上方に露出することになるので、下降して来た液面浮遊フロートの接点がこの上端部に乗るように接触することになる。ただし、下降する液面浮遊フロートの接点がセパレータの上端部に乗り上げると、極板の上端部に接触できないので、接点の下端の周囲の形状やセパレータの上端部の形状を工夫することにより、この接点が確実に極板の上端部に案内されるようにすることが好ましい。

また、鉛蓄電池は、単一セルのものでも複数セルのものでもよい。そして、セルが複数ある場合には、全部のセルに液面浮遊フロートを配置してもよく、一部のセル（１セルだけの場合も含む）だけに配置してもよい。

請求項２の発明によれば、液面浮遊フロートがガイド手段により所定の経路で上下動するので、下降する液面浮遊フロートの接点が確実に極板の上端部に接触し、セパレータの上端部等に乗り上げるようなおそれがなくなる。

請求項３の発明によれば、液面浮遊フロートの１つ以上の一部の接点がストラップの上方に配置されるので、この液面浮遊フロートが下降すると、一部の接点がストラップに接触すると共に、残りの接点が極板の上端部に接触することになり、これによって電解液の異常な減少時には、正負の極板が液面浮遊フロートの接点によって短絡されたり警報手段に接続される。ただし、一部の接点が接触するストラップに接続された極板と、残りの接点が接触する極板とは、極性が異なるものでなければならないので、液面浮遊フロートは、請求項２のガイド手段により所定の経路で上下動するものでなければならない。

請求項４の発明によれば、液面浮遊フロートの一部の接点がいずれかの極板やストラップに常時接続されるので、電解液の異常な減少時に、この液面浮遊フロートが下降して残りの接点が別の極板の上端部に接触すると、正負の極板が液面浮遊フロートの接点によって短絡されたり警報手段に接続される。ただし、残りの接点が接触する極板は、一部の接点が常時接続される極板やこの極板のストラップとは極性が異なるものでなければならないので、液面浮遊フロートは、請求項２のガイド手段により所定の経路で上下動するものでなければならない。

なお、接点が上下動可能に極板に接続されるとは、例えば伸縮自在なリード線やリンク機構、スライド機構（請求項２のガイド手段を兼用するものであってもよい）等を介して接点が接続されることにより、この極板に対して常時接続された状態で液面浮遊フロートが上下動可能になることをいう。また、この極板が上端部でストラップに接続されたものである場合には、この極板に代えてストラップに接点が上下動可能に接続されていてもよい。

以下、本発明の最良の実施形態について図１〜図７を参照して説明する。

本実施形態は、図１に示す自動車用の液式の鉛蓄電池について説明する。この鉛蓄電池は、樹脂製の方形容器状の電槽１と、この電槽１の上端開口部を塞いで封止する樹脂製の電槽蓋２とを備えている。電槽１の内部は、図２に示すように、隔壁１ａによって内部が複数（本実施形態では６箇所）のセル１ｂに区切られていて、各セル１ｂ内には、それぞれ複数枚ずつの正極板３と負極板４とをセパレータ５を介して積層した発電要素が縦向けに収納されている。発電要素の複数枚ずつの正極板３と負極板４は、それぞれ上端の端部から上方に向けて突出した耳部３ａ、４ａの上端部が正極ストラップ７と負極ストラップ８に接続されている。また、各セル１ｂ内には、発電要素の極板３、４が耳部３ａ、４ａも含めて完全に浸かるように電解液６が注液されている。さらに、各セル１ｂの正極ストラップ７は、一方に隣接するセル１ｂの負極ストラップ８と隔壁１ａの貫通孔を介して接続されると共に、各セル１ｂの負極ストラップ８も、他方に隣接するセル１ｂの正極ストラップ７と隔壁１ａの貫通孔を介して接続され、これによって全セル１ｂの発電要素が直列に接続されている。

電槽蓋２は、上記電槽１の上端開口部に熱溶着等により封止固着される。また、この際、電槽１の各セル１ｂも、隔壁１ａの上端で封止されてセル１ｂごとに分離される。また、この電槽蓋２には、両端のセル１ｂ、１ｂからそれぞれ外部に向けて貫通し封止された図１に示す正極端子９と負極端子１０が埋め込み成形されている。これらの端子９、１０は、それぞれ両端のセル１ｂ、１ｂ内で正極ストラップ７と負極ストラップ８に接続されることにより鉛蓄電池の外部端子となる。

上記電槽蓋２には、図１及び図６に示すように、液還流室２ａが形成されている。液還流室２ａは、電槽蓋２の上面に形成された窪みによる空間によって構成され、上方の開口部は液還流室蓋１１によって塞がれる。この液還流室２ａは、電槽１の６箇所のセル１ｂに対応するように、各隔壁１ａに対応する位置に形成された液還流室隔壁２ｂを介して６箇所の小部屋に区切られている。ただし、この液還流室隔壁２ｂは、図示しないスリット等を介して隣接する小部屋同士が互いに連通するようになっている。液還流室隔壁２ｂで区切られた各小部屋には、対応するセル１ｂに通じる排気口２ｃと還流口２ｄが形成されている。そして、セル１ｂから漏出した水蒸気や霧状の電解液が排気口２ｃを通ってこの液還流室２ａの小部屋に入ると、仕切りによって区切られたこの小部屋内で凝結して液状となり、傾斜面の底にある還流口２ｄから再び元のセル１ｂに還流されるようになっている。また、セル１ｂで電気分解によって発生した酸素ガスと水素ガスが排気口２ｃを通ってこの液還流室２ａの小部屋に入ると、液還流室隔壁２ｂのスリット等を介して両端の小部屋に達し、液還流室蓋１１の下面に取り付けられたフィルタ１１ａを介して外部に排出されるようになっている。

上記電槽蓋２には、正極端子９が直接接続されるセル１ｂに隣接するセル１ｂに通じて上面に開口するフロートガイド取付孔２ｅが開口されていて、図１及び図２に示すように、このフロートガイド取付孔２ｅにはフロートガイド１２が取り付けられる。フロートガイド１２は、フロートガイド取付孔２ｅに螺着するための頭部の下部に、下方に向けて角筒状に突出したガイド筒１２ａが形成された樹脂部品である。そして、このガイド筒１２ａの筒内には、角筒状の内周面に隙間嵌めで嵌合する液面浮遊フロート１３が回転することなく上下動可能となるように嵌入される。

液面浮遊フロート１３は、図２に示すように、電解液６に浮く軽いほぼ直方体の部品であり、比重の軽い樹脂からなるフロート本体と、このフロート本体の下端面から下方に向けて突出する２本の接点１３ａ、１３ａとで構成される。接点１３ａ、１３ａは、いずれも下端が尖った純鉛からなるピンであり、フロート本体内部で互いに直接接続されている。なお、ここでは、両端が尖った少し長いピン状の純鉛の棒の両端部をそれぞれ同じ方向に直角に折り曲げて接点１３ａ、１３ａとし、中央部分をフロート本体の樹脂に埋め込み成形することにより液面浮遊フロート１３を作製した例を示す。これらの接点１３ａ、１３ａは、セパレータ５の厚さに極板３、４の平均の厚さを加えた距離だけ間隔を開けて突出するようにしている。また、これらの接点１３ａ、１３ａの下方への突出量は、極板３、４の上端から、これより高いセパレータ５の上端に至るまでの距離よりも十分に長くなるようにしている。

電槽蓋２のフロートガイド取付孔２ｅにフロートガイド１２を取り付けると、ガイド筒１２ａの下端は、当該セル１ｂに収納された発電要素の極板３、４やセパレータ５の上端の少し上にまで達する。この際、フロートガイド１２は、液面浮遊フロート１３の接点１３ａ、１３ａがいずれか１枚のセパレータ５を介して隣接する正極板３と負極板４の上端面の上方で上下動するように取り付けられる。また、液面浮遊フロート１３は、電解液６の液面が正常であり、極板３、４が耳部３ａ、４ａも含めて完全に浸かっている場合には、この電解液６に浮遊して接点１３ａ、１３ａの下端が正負の極板３、４よりも十分上方に位置するようになっている。

上記構成によれば、図３に示すように、セル１ｂ内の電解液６の液面が異常に低下した場合に、フロートガイド１２のガイド筒１２ａ内で液面浮遊フロート１３も下降して、下方に突出した接点１３ａ、１３ａが１枚のセパレータ５を介した正負の極板３、４の上端面にそれぞれ接触するようになる。従って、電解液６の異常な減少時には、正負の極板３、４が液面浮遊フロート１３の接点１３ａ、１３ａを介して短絡されるので、このセル１ｂの発電要素が起電力を失い、１セル分の電圧低下によって鉛蓄電池を実質的に使用できないようにすることができる。しかも、簡単な構造の液面浮遊フロート１３をフロートガイド１２のガイド筒１２ａ内で電解液６に浮遊させるだけなので、鉛蓄電池のコスト負担もほとんど生じない。

なお、上記実施形態では、液面浮遊フロート１３の接点１３ａ、１３ａを直接接続しておくことにより、電解液６が異常に減少したときに、発電要素の正負の極板３、４を短絡させる場合を示したが、図４に示すように、フロートガイド１２の頭部にブザー１４を埋め込んでおき、液面浮遊フロート１３の接点１３ａ、１３ａをそれぞれリード線を介してこのブザー１４に接続するようにしてもよい。この場合、電解液６の異常な減少時には、正負の極板３、４が液面浮遊フロート１３の接点１３ａ、１３ａを介してブザー１４に接続されるので、セル１ｂの発電要素の起電力によって音を発することにより使用者に異常を警告することができる。

上記接点１３ａ、１３ａをブザー１４に接続するリード線は、液面浮遊フロート１３の円滑な上下動を阻害することがないように、軽い力で伸縮自在となり絡まるようなことのない例えばコイル状のリード線等を用いることが好ましい。また、このようなリード線に代えて、リンク機構やスライド機構等を介して接続することもできる。さらに、ブザー１４は、鉛蓄電池のどこかに取り付けられていればよく、必ずしもフロートガイド１２の頭部に埋め込む必要はない。さらに、ブザー１４を液面浮遊フロート１３のフロート本体に埋め込むようにすれば、リード線等を用いる必要がなくなる。ブザー１４は、例えばドライバ回路を備えた圧電ブザー等を用いることができ、このようなブザー１４に代えて、音や光等を発する他の警報手段を用いることもできる。

また、上記実施形態では、フロートガイド１２の角筒状のガイド筒１２ａによって液面浮遊フロート１３の上下動をガイドする場合を示したが、ガイド筒１２ａは、必ずしも角筒状である必要はなく、円筒状のものを用いることもできる。ただし、液面浮遊フロート１３がガイド筒１２ａ内で回転すると、２つの接点１３ａ、１３ａを確実に正負の極板３、４に接触させることができない場合があるので、この液面浮遊フロート１３の回転を防止するような構造を用いてもよい。

また、上記のようなガイド筒１２ａに代えて、図５に示すように、ガイド棒１２ｂを用いることもできる。この場合、液面浮遊フロート１３は、フロート本体の中央部で上下に貫通する孔にこのガイド棒１２ｂを通すことにより上下動可能にすることができる。このようなガイド棒１２ｂを用いる場合にも、例えばこのガイド棒１２ｂを角棒にしたり、複数本のガイド棒１２ｂを用いることにより、液面浮遊フロート１３の回転を防止することができる。さらに、これらガイド筒１２ａやガイド棒１２ｂに代えて、他のスライド機構を用いたり、リンク機構等により液面浮遊フロート１３を上下動させることもでき、この液面浮遊フロート１３を所定の経路で上下動させるものであれば、任意の構成のガイド手段を用いることができる。

また、上記実施形態では、液面浮遊フロート１３の２つの接点１３ａ、１３ａを共に下方に突出させる場合を示したが、図６に示すように、一方の接点１３ａを負極ストラップ８の上方に配置しておき、電解液６の異常な減少時には、他方の接点１３ａが正極板３の上端面に接触すると共に、この一方の接点１３ａが負極ストラップ８に接触するようにしてもよい。この場合、逆に一方の接点１３ａを正極ストラップ７の上方に配置し、他方の接点１３ａを負極板４の上方に配置してもよい。さらに、この一方の接点１３ａは、正極板３又は負極板４（正極ストラップ７又は負極ストラップ８）に上下動可能に接続しておくこともできる。上下動可能な接続は、上記リード線やスライド機構、リンク機構等を用いればよい。

また、上記実施形態では、液面浮遊フロート１３の上下動にガイド筒１２ａやガイド棒１２ｂ等のガイド手段を用いる場合を示したが、図７に示すように、液面浮遊フロート１３を単に電解液６に浮遊させるだけでもよい。ただし、この場合には、電解液６の異常な減少時に、２つの接点１３ａ、１３ａを確実に正極板３と負極板４に接触させるために、各接点１３ａの下端の周囲に、例えば図７に示すようなガイド用の傾斜面を形成する等の工夫が必要となり、これらの接点１３ａ、１３ａがセパレータ５の上端面に乗り上げることがないように、このセパレータ５の上端部にも傾斜面を形成することが好ましい。

また、上記実施形態では、液面浮遊フロート１３から接点１３ａが２つ突出する場合を示したが、３つ以上の接点１３ａが突出するようにすることもできる。もっとも、電解液６の異常な減少時に正負の極板３、４を短絡させる場合には、これらの接点１３ａは全て直接接続すればよいが、ブザー１４等の警報手段に接続する場合には、同一極性の極板３、４に接触する接点１３ａ同士が警報手段の同じ端子に接続されるようにする必要がある。

また、上記実施形態では、液面浮遊フロート１３が樹脂製のフロート本体と純鉛製の接点１３ａとで構成される場合を示したが、電解液６に対して耐食性を有し、少なくとも接点１３ａが導電体であれば、材質は問わない。また、フロート本体は、中空状であってもよく、電解液６の異常な減少時に正負の極板３、４を短絡させる場合には、このフロート本体を中空状の導電性金属板によって構成し、その一部を接点１３ａとして用いることもできる。

また、上記実施形態では、液面浮遊フロート１３を鉛蓄電池の１箇所のセル１ｂ内にのみ配置する場合を示したが、全セルを含む２箇所以上のセル１ｂ内に配置することもできる。ただし、エンジンルーム内に搭載される自動車用の鉛蓄電池は、エンジンに近い側に正極端子９を配置するのが通常であるため、正極端子９が直接接続されるセル１ｂが最も高温になりやすく電解液６の減少も最大となる。このため、液面浮遊フロート１３を一部のセル１ｂ内にのみ配置する場合には、この正極端子９のセル１ｂ又はこれにできるだけ近いセル１ｂに配置するのが好ましい。

また、上記実施形態では、６セルの鉛蓄電池について示したが、セル数は任意であり、単セルの鉛蓄電池にも同様に実施可能である。さらに、この鉛蓄電池の発電要素は、積層型に限らず、巻回型のものであってもよく、セル１ｂ内に縦向けに収納するものであれば、同様に実施可能である。さらに、この鉛蓄電池は、液還流室２ａが設けられていないものであってもよく、自動車用のものにも限らない。

本発明の一実施形態を示すものであって、鉛蓄電池の構成を示す組み立て斜視図である。 本発明の一実施形態を示すものであって、ガイド筒内に液面浮遊フロートを配置したセルの部分拡大縦断面正面図である。 本発明の一実施形態を示すものであって、図２におけるセルの電解液が異常に減少したときの部分拡大縦断面正面図である。 本発明の一実施形態を示すものであって、ブザーに接続した液面浮遊フロートを配置したセルの部分拡大縦断面正面図である。 本発明の一実施形態を示すものであって、ガイド棒にガイドされる液面浮遊フロートを配置したセルの部分拡大縦断面正面図である。 本発明の一実施形態を示すものであって、一方の接点をストラップに接触させるようにした液面浮遊フロートを配置したセルの部分拡大縦断面正面図である。 本発明の一実施形態を示すものであって、ガイド手段を用いない液面浮遊フロートを配置したセルの部分拡大縦断面正面図である。

符号の説明

１ 電槽
１ａ 隔壁
１ｂ セル
２ 電槽蓋
２ａ 液還流室
２ｂ 液還流室隔壁
２ｃ 排気口
２ｄ 還流口
２ｅ フロートガイド取付孔
３ 正極板
３ａ 耳部
４ 負極板
４ａ 耳部
５ セパレータ
６ 電解液
７ 正極ストラップ
８ 負極ストラップ
９ 正極端子
１０ 負極端子
１１ 液還流室蓋
１１ａ フィルタ
１２ フロートガイド
１２ａ ガイド筒
１２ｂ ガイド棒
１３ 液面浮遊フロート
１３ａ 接点
１４ ブザー

Claims (4)

1. セル内に、正負の極板がセパレータを介して重なり合った発電要素を縦向けに収納すると共に、これらの極板が浸かるように電解液を注液した液式の鉛蓄電池において、
   互いに直接接続され、又は、警報手段に接続された２以上の接点をそれぞれセパレータの厚さ以上の間隔を開けて下方に突出させた液面浮遊フロートをセル内の電解液に浮遊させたことを特徴とする鉛蓄電池。
2. 電解液の液面の上下変動に伴って、前記液面浮遊フロートを所定の経路で上下動させるガイド手段が設けられたことを特徴とする請求項１に記載の鉛蓄電池。
3. 前記極板が上端部でストラップに接続されたものであり、前記液面浮遊フロートの一部の接点を下方に突出させる代わりに、この接点の先端をストラップの上方に配置したことを特徴とする請求項２に記載の鉛蓄電池。
4. 前記液面浮遊フロートの一部の接点を下方に突出させる代わりに、正負いずれかの極板、又は、この極板の上端部に接続されたストラップにこの接点を上下動可能に接続したことを特徴とする請求項２に記載の鉛蓄電池。

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