JP2008186690A - 鉛蓄電池 - Google Patents

Abstract

【課題】 一括排気方式を採用した鉛蓄電池であって、セル間で液面にバラツキが生じても補水できるようにした鉛蓄電池を提供する。
【解決手段】 複数のセルを収納する電槽２と、該電槽２の上端の開口部を覆うとともに表面に凹部３１が形成された中蓋３と、該中蓋３の凹部３１を覆う上蓋４とからなり、前記凹部３１の上蓋４に囲まれた空間を排気室間隔壁３２によって分割して前記セル数と同数の排気室３７を形成するとともに隣接する排気室３７同士を連通させ、かつ中蓋３の各セルに対応する床壁に注液用の開口４８、ガス排出口３４及び電解液還流口３３を設け、前記ガス排出口３４から排出されるガスを前記排気室３７から集中排気室４５に集中させて電池外へ一括排気する機構とガスとともに排出される水分を前記電解液還流口３３からセルに戻す機構とを備え、前記上蓋４の、中蓋３の開口４８に対応する位置に、止栓７が装着される開口４８を設けてなる。
【選択図】 図６

Description

本発明は、電解液の逸出を防止しながら、ガスを排出させる排気構造を備えた鉛蓄電池に関するものである。

複数のセルを備えるモノブロック式の鉛蓄電池には、セルごとに排気栓を設けた個別排気方式と各セルから排出されたガスを一旦排気室に導き、該排気室からガスを集中して外部に排出する一括排気方式がある。個別排気方式に比べて、一括排気方式は部品点数が少なくて済むこと、極板の上部空間の容積を小さくすることが可能であって、電池の容量を減らすことなく電池の小型化が図れること、電解液の逸出量の抑制などの利点があるところから、車載用の鉛蓄電池に広く採用されるようになった。

このような一括排気方式に関しては、電解液がミストまたは蒸気の形で電池外へ逸出するのを防ぎ、電池の内圧が上昇しないようにガスを排出させる点でいくつかの提案がされている。例えば、排気室内で電解液のミストや水蒸気を含んだガスを水平方向に流し、この間に電解液のミストや水蒸気を結露させることによりガスと電解液を分離し、ガスを外部に排出するとともに、結露した電解液をセル内に還流する構造のものがある（特許文献１、特許文献２参照）。
米国特許第４４８６５１６号公報 特開平８−２２８１５号公報

このように、ガスと電解液を分離して電解液をセル内に還流させることによって、セルの電解液中の水分の逸出を防止することができ、車載用の鉛蓄電池における補水作業をなくすことができた。

ところが、上記した鉛蓄電池は、電解液の液面低下を抑制する効果はあるが、用途外使用やレギュレータの故障等による異常な液面低下が生じた場合には、前述した如く、補水用の注液口が設けられていないため、液面が低下したセルに補水ができないという問題があった。

上記課題を解決するため、本発明は、複数のセルを収納する電槽と、該電槽の上端の開口部を覆うとともに表面に凹部が形成された中蓋と、該中蓋の凹部を覆う上蓋とからなり、前記凹部の上蓋に囲まれた空間を排気室間隔壁によって分割して前記セル数と同数の排気室を形成するとともに隣接する排気室同士を前記排気室間隔壁に設けた切欠き又は透孔によって連通させ、かつ各セルに対応して注液用の開口、ガス排出口及び電解液還流口を中蓋に設け、前記ガス排出口から排出されるガスを前記排気室と排気室間隔壁の切欠き又は透孔を介して集中排気室に集中させて電池外へ一括排気する機構とガスとともに排出される水分を前記電解液還流口からセルに戻す機構とを備えた鉛蓄電池において、中蓋の開口に対応する位置に、止栓が装着されていることを特徴（請求項１）とし、また、前記止栓は空気抜き孔を有していないことを特徴（請求項２）とし、また、両端のセルのいずれか一方の止栓に液面センサーまたはインジケータが設けられていることを特徴（請求項３）とする。

本発明によれば、ガスを電解液から分離して、電解液をセル内に還流させ、ガスのみを電池外に一括排気させる機構を備えた鉛蓄電池を、セルに対応する止栓を装着できるようにしているから、セルの液面が低下しても、そのセルの止栓を開いて補水を行うことができる。特に、本発明の鉛蓄電池は、一括排気の機構を備えたものであることから、その止栓には、従来の液式電池の液口栓では必須であった空気抜き孔を設ける必要はなく、その結果、空気抜き孔を設けた液口栓のように、防沫構造や防爆フィルターを設けるような構造を有しない、簡素なものにすることができる。従って、このような止栓であれば、それを液面センサーやインジケータにして、極柱があって液面センサーやインジケータを設けることが困難であった両端のセルに装着することができ、複雑な構造にしないで、減液が生じやすい両端のセルの液面検出もできるようになる。

以下、本発明の実施形態について、図により説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

図１は、上蓋４を外した状態での本発明の一実施形態に係る６セルモノブロック型の鉛蓄電池１を斜め上方から見た斜視図である。２は電槽で、その内部は、電池の短側辺に平行に配置された５個の隔壁（図示せず）によって６セルに分割されており、それぞれのセルに正極板、負極板およびセパレータからなる極板群と希硫酸からなる電解液（図示せず）を収納している。３は中蓋で、電槽２の上に装着している。４は上蓋で、中蓋３の凹部３１に装着するとともに、後述する中蓋３の開口４８に対応する位置に止栓７が設けられている。電槽２、中蓋３、上蓋４はいずれもポリプロピレン樹脂などの成形体である。電槽１は表面に凹部３１が形成された中蓋３が熱融着によって装着されて上面が気密に覆われ、中蓋３は上蓋４が熱融着によって装着されてその凹部３１が気密に覆われる。なお、中蓋３の凹部３１の形状と上蓋４の内面（中蓋３側）の形状については後述する。また、５は鉛合金製の正極端子であり、６は鉛合金製の負極端子である。

図２は、前記中蓋３を上方から見た平面図、図３は前記上蓋４を内面から見た平面図である。図２に示した中蓋３の上面と、図３に示した上蓋４の内面とは、上蓋４を中蓋３の凹部３１の上に装着したときに、図２と図３に斜線を施して示した隔壁３７′同士、排気室間隔壁３２同士がそれぞれ重なる位置に配置されており、中蓋３の隔壁３７′の上端は上蓋４の隔壁３７′の下端に、中蓋３の隔壁３２の上端は上蓋４の隔壁３２の下端にそれぞれ熱融着によって接合される。

また、図２において、４７は注液室で、各セルに開いた開口４８を備え、周囲は隔壁４７′によって排気室３７（排気小室４０）と区画されている。この注液室４７の隔壁４７′に対応する位置の上蓋４にも隔壁４７′が設けられており、該隔壁４７′で囲まれた内側には止栓７が螺着されるような開口４８が設けられている。４５は集中排気室で、隔壁３２″によって排気室３７（排気小室３９）と区画され、隔壁３２″の切欠き４６によってのみ排気室３７（排気小室４０）と連通している。前記隔壁４７′、３２″は、これらに対応して上蓋４側にも隔壁４７′、３２″が設けられており、前述したように、それぞれが重なる位置に配置されている。

また、図２において、３５はセル連通小室で、セルで発生したガスを排出するガス排出口３４と排気室３７で結露した水または電解液をセル内に還流する電解液還流口３３とを有し、ガス排出口３４から排出されたガスは図３に示した上蓋４の内面に形成された切欠き５４、図２に示した中蓋３の上面に形成された切欠き３６を介して排気室３７に導かれ、排気室３７内で結露して生じた水または電解液は排気室３７から切欠き３６を介して電解液還流口３３からセル内に戻され、結露しなかったガスは排気室３７から集中排気室４５に導かれる。前記排気室３７は、２つの隔離板４１、４２によって３つの排気小室３８、３９、４０に区画されており、該隔離板４１、４２にそれぞれ１個設けられた切欠き４３、４４によってのみ隣接する排気小室同士が連通している。前記セル連通小室３５の隔壁３２′と隔離板４１、４２も、これらに対応して上蓋４側に隔壁３２′と隔離板４１、４２が設けられており、前述したように、それぞれが重なる位置に配置されている。なお、排気室３７の床面はセル連通小室３５に近い側ほど低く、セル連通小室３５からの距離が大きくなるほど高くなるように、中蓋３の短側辺に沿って傾斜させている。

また、図２からわかるように、前記隔離板４１、４２も床壁６２の傾斜に対して斜行させ、かつ、隔離板４１、４２の切欠き４３、４４を前記傾斜した床面の最も低い位置に配置して、電池が通常の状態（水平に配置された状態）で、排気室３７内で結露した電解液が排気室３７の床壁６２の傾斜に沿って電解液還流口３３側に容易に移行するようにしている。また、前記隔離板４１、４２に設けた切欠き４３、４４は、排気室３７の床壁６２の傾斜に対して平行な直線上に重ならないように配置（図ではジグザグの位置に配置）して、排気室３７を通過するガスの流路を長くして、ガスが排気室３７を通過する間にガスに混入する電解液のミストや水蒸気を効率良く結露してセル内に戻すことができるようにしている。

また、集中排気室４５の隔壁３２″に設けた切欠き４６は３つの排気小室３８、３９、４０のうち、セル連通小室３５から最も離れたところに位置する排気小室４０に連通するようにして集中排気室４５に導かれるガスから、できるだけ多くの水分を除去できるようにしている。

図４は、中蓋３の凹部３１に上蓋４を装着し、中蓋３の凹部３１に設けた隔壁３７′と上蓋４の内面に設けた隔壁３７′を接合させた状態での図２、図３のＡ−Ａ部断面図であり、この図４から、中蓋３の凹部３１の床壁６２は、セル連通小室３５に近い程低く、セル連通小室３５から遠い位置になる程高くなるように傾斜していることがわかる。また、図４から、上蓋４に螺着される止栓７は中蓋３の開口４８の位置にあることがわかる。

次に、一括排気の構造について説明する。

前記集中排気室４５は両端のセルに対応する排気室３７と連通していることは、これまでに説明したとおりであるが、中間のセルの排気室３７と集中排気室４５とは、上蓋４の内面の排気室間隔壁３２に設けた切欠き５２を介して連通するようにして、各セルから排出されるガスが他のセルに対応する排気室３７を横断的に移動して集中排気室４５に導かれるようにしている。しかしながら、セル間で電解液量の差が生じないようにするためには、ガスは他のセルに対応する排気室３７を横断的に移動しても、各セルに対応する排気室３７内で結露して生じた水は横断的に移動しないようにして、対応するセルに還流させる必要がある。そのため、前記排気室間隔壁３２の集中排気室４５側に邪魔板５３を配置しておくことが好ましい。同様に、セル連通小室３５のガス排出口３４と電解液還流口３３とを連通させる切欠き５４にも、電解液還流口３３側に邪魔板５５を配置しておくことが好ましい。また、防爆性を確実にするため、図４に示したように、集中排気室４５を囲む上蓋４の隔壁３２″の内側にフィルターとしてポリプロピレン製やセラミックス製の多孔体からなる多孔性フィルター６３を嵌合させる。

これにより、ガスは、多孔性フィルター６３内を下から上に、その厚さ方向に移動して、多孔性フィルター６３と上蓋４の内壁面との間に形成された空間から、上蓋４の内面に形成されたトンネル状の排出路５９を通って外部に排出させることができる。このような空間を形成するため、上蓋４の内面に凸部５６を設けるのがよい。なお、前記凸部５６の形状や数量は特に限定されるものではないが、多孔性フィルター６３と上蓋４の内壁面の間隔を平行にするには、集中排気室４５の内周部分に環状の段差として設けるか、少なくとも３つの凸部５６を等間隔に配置することが好ましい。また、図４からわかるように、集中排気室４５の床面にも、集中排気室４５と排気小室４０を連通させるための隔離板４２に設けた切欠き４６に近い程低く、切欠き４６から遠くなるほど高くなるような傾斜を設けることが好ましい。また、ガスを電池外へ排出するための排出路５９は切欠き４６に近い位置に設けることが好ましい。これは、セルから排出されるガスによって排気室３７内の圧力が上昇した状態では、前記排気室３７内のガス圧によって排気室３７から集中排気室４５にガスが移行する際、ガスの流れは集中排気室４５への入口（切欠き４６）から離れた奥の部分に集中しやすいので、排気室３７で結露せずに微量の電解液のミストや水蒸気がガスに混入していると、その流れも集中排気室４５の奥の方に集中しやすく、この部分で電解液が結露して多孔性フィルター６３が目詰まりを起こさないようにするためである。集中排気室４５の床面の傾斜、集中排気室４５から電池の外へ通じるガス排出路５９の配置を前記の構成とすることによって、多孔性フィルター６３にガスを均等に通過させるようにできる。

このような構成にすることにより、中蓋３の凹部３１を上蓋４によって覆うと、セル連通小室３５と排気室３７、隣接する排気小室同士、排気室３７と集中排気室４５はそれぞれの隔壁に設けた切欠きのみによって連通するようにできる。なお、前記切欠きは、３６、４３、４４のように水または電解液を流通させる場合には、中蓋３側に設け、５２、５４のようにガスを流通させる場合には上蓋４側に設けるのが好ましい。なお、注液室４７を取り囲む隔壁には切欠きを設けず、上蓋４の隔壁と中蓋３の隔壁とが接合された際に、注液室４７と排気室３７あるいは電池外とが気密に隔離できるようにする。

本発明は、前述した如く、中蓋３の開口４８の位置の上蓋４に止栓７が螺着できるようにして、そのセルの止栓７を開いて補水を行うことができるようにしたものである。すなわち、上蓋４の開口４８の内周面には雌ねじ部４８ａが形成され、前記止栓７が螺着できるようにしている。

前記止栓７としては図５に示したようなものがある。すなわち、図５において、７ａは頭部、７ｂは頭部７ａの下方に突出する筒部であり、この筒部７ｂの上部外周には雌ねじ部４８ａと螺合するための雄ねじ部７ｃが形成され、頭部７ａの上面には止栓７を締め付けたり緩めたりするための十字状のコイン溝（図１参照）が形成されている。

なお、このような止栓７を設けることは、従来の液式電池に補水用の液口栓を設けることと機能的には同じであるが、本発明の止栓７は、一括排気の機構を備えた二重蓋構造の鉛蓄電池に適用するものであるから、従来の液式電池の液口栓のように、防沫構造や防爆フィルターを設ける構造にして空気抜き孔を設けるといった複雑な構造にする必要はない。従って、液面検出を必要とするセルに装着する止栓を透明にし、その止栓を通してセル内の液面レベルがわかるような簡素な構造の液面センサーやインジケータを止栓に設けることもできる。また、このような簡素な液面センサーやインジケータを設けた止栓であれば、減液が生じやすいにもかかわらず、極柱があって、液面センサーを装着することが困難であった両端のセルにも、構造を複雑にすることなく装着することができるから、より確実性の高い両端のセルでの液面検出に寄与することもできる。

上記した実施形態は、中蓋３の開口４８の全部が上蓋４の装着によって覆われてしまうもので説明したが、図６に示したように、中蓋３に設けた４箇所の開口４８は上蓋４に止栓７を螺着するようにし、他の２箇所の開口４８１は中蓋３に止栓７１を螺着するようにして、中蓋３の開口４８の一部が上蓋４の装着によって覆われないようにした実施形態、あるいは中蓋３の開口４８が鉛蓄電池１の長辺側の端部にある図１〜図４に対して、それを鉛蓄電池１の中央部にした図６のような実施形態にも適用することができる。中蓋３の開口４８を鉛蓄電池１の中央部にした実施形態は、開口４８の位置が一般的な液式の鉛蓄電池１と同様であるため、製造設備が共用できるという点で有利である。

上記した如く、本発明は、セルの液面が低下しても、そのセルの止栓を開いて補水を行うことができるので、その産業上の利用可能性は大である。

本発明に係る鉛蓄電池の上蓋を外した状態を斜め上方から見た斜視図である。 本発明に係る鉛蓄電池の中蓋を上方から見た平面図である。 本発明に係る鉛蓄電池の上蓋の内面を示す平面図である。 本発明に係る鉛蓄電池の中蓋の凹部に上蓋を装着した状態を示す断面図である。 本発明の鉛蓄電池に使用される止栓の断面図である。 本発明の他の実施形態に係る鉛蓄電池の上蓋を外した状態を斜め上方から見た斜視図である。

符号の説明

２ 電槽
３ 中蓋
４ 上蓋
７ 止栓
８ 液面センサー
３１ 凹部
３２ 排気室間隔壁
３２″ 中蓋に設けた集中排気室形成用隔壁
３３ 電解液還流口
３４ ガス排出口
３５ セル連通小室
３７ 排気室
３８、３９、４０ 排気小室
３６、４３、４４、４６ 中蓋の隔壁に設けた切欠き
４５ 集中排気室
４７ 注液室
４８ 開口
５２、５４ 上蓋の隔壁に設けた切欠き
５７ 上蓋に設けた集中排気室形成用隔壁
６３ 多孔性フィルター

Claims (3)

1. 複数のセルを収納する電槽と、該電槽の上端の開口部を覆うとともに表面に凹部が形成された中蓋と、該中蓋の凹部を覆う上蓋とからなり、前記凹部の上蓋に囲まれた空間に排気室を形成するとともに隣接する排気室同士を連通させ、かつ各セルに対応して注液用の開口、ガス排出口及び電解液還流口を前記中蓋に設け、前記ガス排出口から排出されるガスを前記排気室を介して集中排気室に集中させて電池外へ一括排気する機構とガスとともに排出される水分を前記電解液還流口からセルに戻す機構とを備えた鉛蓄電池において、中蓋の開口に対応する位置に、止栓が装着されていることを特徴とする鉛蓄電池。
2. 止栓は空気抜き孔を有していないことを特徴とする請求項１記載の鉛蓄電池。
3. 両端のセルのいずれか一方の止栓に液面センサーまたはインジケータが設けられていることを特徴とする請求項１記載の鉛蓄電池。

Images