JP2013004436A - 鉛蓄電池 - Google Patents

Abstract

【課題】電池が倒れた際に、電解液が外部に漏れ出したり、電槽内に設けられている一連のセル室内の電解液量が不均一になったりするのを防ぐことができるようにした鉛蓄電池を提供する。
【解決手段】内部に電解液を有する電槽と、この電槽の上面開口部を閉じる蓋体とを備え、前記蓋体により閉じられた電槽内部とこの電槽外部とが、気体を通過させ、液体を通過不能とする、機能膜により隔離されている構成とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、電槽内に流動性の電解液を有する鉛蓄電池に関するものである。

モノブロック式の鉛蓄電池は、全体がほぼ直方体状をなすように形成された電槽本体と、この電槽本体の上面の開口部を閉じる蓋体とを備え、前記電槽の内部に、電槽の長手方向に沿って並ぶ複数のセル室が形成されている。

セル室の内部には、正極板と負極板とをセパレータを介して積層させた極板群が、電解液と共に収容されており、各セル室内の極板群が、隣接するセル室内の極板群と、セル間接続部を通して接続されることにより、鉛蓄電池を構成している。

また、電槽の蓋体には、その長手方向の一端及び他端に位置させて、正極端子及び負極端子が取り付けられている。

一般に鉛蓄電池は、充電時末期に電解液中の水が分解され、正極で酸素ガス、負極で水素ガスが発生する。これらは、セル室内から外部に排出する必要がある。
そのため、電解液の漏出を防ぎながらガスを排出し得る構造の排気栓を、各セル室に対応する蓋体に設けたものが広く用いられている。

しかし、鉛蓄電池の充電時には、ガスとともに電解液のミストが発生するため、各セル室内から排気栓を通して、ミストが外部に排出されないように、蓋体内に、各セル室に対応する排気室を設け、各セル室内から出た電解液のミストを、各排気室に連通する集中排気室内に留め、集中排気室内で液化した電解液を、各セル室内に環流させるようにしたものが、特許文献１に開示されている。

特許文献１に開示されるものは、蓋体の一部に、電槽の長手方向の一端と他端との間に亘る中蓋体が、その幅方向の一端を電槽の幅方向の一端寄りに位置させて設けられ、中蓋体の上に上蓋体が接合されている。

中蓋体には、上方に開口した中蓋体の側凹部が、また上蓋体には、下方に開口した上蓋体の側凹部が、それぞれ形成されていて、これらの凹部により、中蓋体と上蓋体との間に空間が形成され、この空間が、複数のセル室にそれぞれ対応する複数の排気室に仕切られている。

また、排気室には、各排気室と対応するセル室との間を区画する各排気室の底壁部を貫通して、大きさ及び形状が異なる２つの流通孔が設けられ、各排気室の底壁部には、流通孔が設けられた部分が最も低くなるように傾斜がつけられている。

更に、排気室には、複数の排気室相互間を仕切っている排気室間隔壁を貫通させて通気孔が形成され、これにより、複数の排気室内が相互に接続されている。中蓋体の長手方向の両端にそれぞれ配置された両端の排気室に、それぞれ連通するようにして２つの集中排気室が設けられ、これらの集中排気室は、上蓋部または中蓋部に設けられた排気口を通して外部に連通させられている。

各排気室内には、二つの流通孔の間を仕切る隔壁部と、セル室内から流通孔を通して排気されたガスの移動を適宜に妨げる障壁部とが形成され、各セル室内から排気孔を通して対応する排気室内に排気されたガスが、障壁部に接触しながら集中排気室に向けて移動していく過程で、ガス中に含まれる電解液のミストを、液化させるようになっている。液化させられた電解液は、排気室の傾斜した底壁部を伝って、流通孔からセル室内に環流させられるため、各セル室内の電解液の減少が抑制される。

また、中蓋部には、各排気室の底壁部を貫通して各セル室内に連通した電解液注入口が設けられている。中蓋部及び上蓋部には、各セル室内の電解液注入口の周囲を囲む筒状部が設けられ、上蓋部が中蓋部に接合された際に、上蓋部側の筒状部と中蓋部側の筒状部とが相互に接合されることにより、電解液注入口が閉鎖されて排気室内の空間から隔離されるようになっている。

特開２００５−１６６３１８号公報

上記のように、各セル室に対応する排気室を設けて、各排気室の底壁部に流通孔を設けた鉛蓄電池では、電池を運搬している際に電槽が倒れると、セル室内から排気室内に電解液が流出する。セル室から排気室内に大量の電解液が流出すると、流出した電解液がやがて集中排気室に達して排気口から外部に漏れ出し、周囲を汚損させるおそれがある。

更に、特許文献１に開示された鉛蓄電池では、転倒した際に各セル室から各排気室内に流出した電解液が他の排気室内に流入するが、他の排気室内に流入した電解液は、電池を転倒状態から正常な状態に復帰させた際に元のセル室に戻るとは限らないため、一度電池を転倒させると、セル室内の電解液の量が不均一になるという問題があった。

特に、電池がその電槽の長手方向の一端を下にして転倒した際には、各セル室から各排気室内に流出した電解液が、各排気室よりも低い位置にある他の排気室側に移動する。転倒した電池を起こした際には、下方に移動した電解液が、転倒していたときに下方に配置されていたセル室内により多く戻るため、電槽の長手方向の端部寄りに位置するセル室内の電解液の量が多くなり、電槽の長手方向の中央部寄りに配置されたセル室内の電解液の量が極端に少なくなる状態が生じる。一度このような状態が生じると、各セル室内に均一な量の電解液が収容された状態に戻すことはできないため、電池を正常に機能させることができなくなる。

本発明の目的は、電池が倒れた際に、電解液が外部に漏れ出したり、電槽内に設けられている一連のセル室内の電解液量が不均一になったりするのを防ぐことができるようにした鉛蓄電池を提供することにある。

上記課題を解決するために、第１の発明は、内部に電解液を有する電槽と、この電槽の上面開口部を閉じる蓋体とを備え、前記蓋体により閉じられた電槽内部とこの電槽外部とが、気体を通過させ、液体を通過不能とする、機能膜により隔離されていることを特徴とする。

第２の発明は、前記機能膜が蓋体に設置されていることを特徴とする。

第３の発明は、前記第１又は第２の発明において、電槽が、内部を複数のセル室に区画する隔壁を有し、蓋体が、その下面に、前記セル室と連通する環流孔と、この環流孔に向かい下り傾斜となる底面とを有した複数の排気室を形成し、前記複数の排気室の全てが、集中排気室に連通すると共に、この集中排気室が蓋体により閉じられた電槽外部との排気経路を有し、この排気経路内に機能膜を設置したことを特徴とする。

本発明によれば、電池の搬送中に転倒させるようなことがあっても、電解液を外部に流出させることがない。

また、機能膜が蓋体に設置される場合には、蓋体が、電池上部に設置されるため、電解液が外部に漏れにくく、気体を通過させ易くなる。

電槽が、内部を複数のセル室に区画する隔壁を有し、蓋体が、その下面に、前記セル室と連通する環流孔と、この環流孔に向かい下り傾斜となる底面とを有した複数の排気室を形成し、前記複数の排気室の全てが、集中排気室に連通すると共に、この集中排気室が、蓋体により閉じられた電槽外部との排気経路を有し、この排気経路内に機能膜を設置した場合は、電池内部より発生した気体が、機能膜に至るまでの排気経路の隔壁に結露、凝縮し、環流孔から電池内部に戻るため、電解液が減少しにくい。

本発明の自動車用の鉛蓄電池を示す図である。 本発明の蓋本体の内部構造を示す図である。 蓋本体のガスの流れを示す図である。 上蓋の底面を示す図である。

＜電槽＞
本発明にて述べる電槽とは、内部に電解液を貯留することができるものであれば、他に限定されるものではなく、様々な形状を取ることができる。より具体的には、立方体、直方体、これらの角部を切り欠いた形状等を用いることができ、電槽内に配置される極板が長方形であることから、直方体であることが好ましい。

また、電槽は、内部に極板群を組み込み易いことから、その上面が開放されており、この開放部分を後述する蓋体にて閉じるようにする。

＜セル室＞
電槽の内部には、空間を複数の室に区画する隔壁を設け、このようにすることで、液絡を阻止する。

具体的に自動車用の鉛蓄電池を例として説明すると、電槽の内部は隔壁によって６つの区画に分けられ、これらをセル室と称する。このセル室には、複数枚の正極板と負極板とをセパレータを介して積層した極板群が挿入される。極板群ひとつは、単セルともいい、電池電圧は２Ｖである。自動車用に用いるためには、電池電圧が１２Ｖ必要なため、前記隔壁を穿孔して各単セルの端子部を溶接し、６セルを直列接続して１２Ｖの電池を得る。

電槽の材質は、少なくとも内部に貯留する電解液（希硫酸）により腐食されないことが必要である。具体的には、ポリプロピレン、ＡＢＳ、ポリエチレン等を用いることができる。一般に自動車用途では、耐酸性及び強度の面から、ポリプロピレンを好適に用いることができる。

＜蓋体＞
本発明にて述べる蓋体は、先に述べた電槽上面を閉じ、内部に貯留される電解液が漏れるのを防ぐと共に、電気分解により発生した酸素、水素ガスの圧力が上がった場合には、ガスを電池外部に放出する機能が必要である。これらの条件を満足することができるものであれば、他に限定されるものではなく、様々な形状を取ることができる。より具体的には、立方体、直方体、これらの角部を切り欠いた形状等を用いることができる。

蓋体の１例として環流孔、集中排気室、排気室を有する還流構造蓋を以下に説明する。

還流構造を有する蓋体は、蓋本体と上蓋とを係合させて形成される。蓋本体又は上蓋には、リブを立てることにより、双方を係合させた際に、複数の室を形成することができ、この各室を排気室として使用する。また、全ての排気室に連通する１つの室を、集中排気室とする。

設置状態にて下側となる蓋本体には、電槽に設けた各セルと蓋体に設けた各排気室とを連通する環流孔を設け、各排気室内の電解液が、この環流孔を通じて各セルに環流するように、環流孔に向かい下り傾斜となる底面とする。電池内にて発生したガスとミストは、ミストが液化して、環流孔から各セルに戻され、ガス状態のものが、各セルから排気室、集中排気室を通り、電槽外部に排気される。

＜機能膜＞
本発明にて述べる機能膜は、電解液に耐性を有し、気体を通過させ、液体を通過不能とするものであれば、特に限定されるものではない。

より具体的には、天然ゴム、ブタジエンゴム、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム、ニトリルゴム、シリコンゴム及びフッ素ゴム等のゴム類；ポリエチレン樹脂及びポリプロピレン樹脂等のポリオレフィン系樹脂；フッ素樹脂又はポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素系樹脂；ポリカーボネート樹脂又はメチルペンテン樹脂等の熱可塑性樹脂；フェノール樹脂又はエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂の、微小多孔質膜又は微小多孔質体を用いることができる。

尚、これら機能膜は、一般に「脱気膜」として販売されているものを、適宜用いることができる。

機能膜を設置する位置は、特に限定されるものではないが、集中排気室、排気経路を有する蓋体においては集中排気室付近の排気経路内に機能膜を設置することが好ましく、より具体的には、集中排気室内の各セル間を連通する通路に設置することが好ましい。

本発明を実施例及び比較例により、好ましい実施形態を詳細に説明する。但し、本発明はこれらに限定されるものではない。

図１は、本発明の１実施例を示す自動車用の鉛蓄電池であり、電槽１と、この電槽１の上面開口部を閉じる蓋体２とを備えている。電槽１は、ポリプロピレン製であり、内部を６つのセル室に区画する隔壁を有している。各セル室には、正極板と負極板とを、セパレータを介して交互に並べた極板群を設置してあり、全体として１２Ｖとなるようにしている。また、電槽１内には、電解液として希硫酸を注入してあり、比重を１．２８（２０℃換算）としている。

図２は、図１の蓋体２に係合させた上蓋４を外し、蓋本体３の上面を示したものである。これは、内部構造を明らかにするための図である。

蓋本体３は、電槽１に設けた個々のセル室に対応する環流孔５を、１セル室に対し１個の割合で各セル室の直上に配置しており、この環流孔５を通して、電解液が電槽１と蓋体２との間を行き来することになる。蓋本体３は、電槽１のセル室を区切る隔壁に対応する区画壁６を有し、この区画壁６にて区画された１区画に対し、１個の環流孔５が設けられる。

区画内の底面７は、環流孔５に向かって下り傾斜となっており、環流孔５の周囲に、底面７の傾斜よりも更に下り傾斜角度を有するダム壁８を設けてあり、環流孔５の位置が、最も低い位置となるようにしてある。そのため、ある程度の量であれば、電解液をダム壁８の部分に貯留することができ、ダム壁を乗り越えた電解液も、底面７の傾斜により、素早くダム壁８の部分から、環流孔５を通過し、元のセル部分に戻る。

底面７には、環流孔５及びダム壁８以外に、邪魔板９が設けられ、この邪魔板９により、排気室１０と、集中排気室１１とが区画される。排気室１０は、環流孔５が設けられた空間であり、他の部分が、集中排気室１１になる。排気室１０と集中排気室１１は、邪魔板９に設けた流通孔１２により連通されており、邪魔板９が流通孔１２に向かって傾けて配置（図面では、流通孔１２を底とするホッパ形状）されているので、排気室１０から集中排気室１１への電解液移動がし難いが、逆に集中排気室１１から排気室１０への電解液移動が容易に行われるようになっている。

集中排気室１１は、先に述べた区画壁６が切り欠かれ、大きな１つの部屋となっているが、区画壁６を切り欠いた部分には、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を用いた機能膜１３が設けられており、気体を通すが、液体を通さないようになっている。そのため、電槽の各セルから環流孔５を通過して排気室１０に流入した電解液は、液体のまま集中排気室１１へと流入するものの、機能膜１３によりそれ以上の移動が制限され、最終的には元のセル室に環流することとなる。なお、集中排気室１１内にある円筒壁１４は、電解液注入孔としての役割がある。

図３にセル室内で発生したガスの流れ（破線）を示す。ガスは機能膜１３を通過し、図１の排気孔１５から外部へ放出される。機能膜１３を通過するガスの量はごく僅かであるため、各セル室にて電解液の量が大きくばらつくことがなく、安定して電池を使用することができる。

図４に上蓋４の底面（蓋本体３と対向する面）を示す。上蓋４に設けられた「く」の字型の貯留壁１６は、先に述べたダム壁８（図２参照）により貯留される電解液を、電槽がある程度傾けられても貯留し続けられるようにしたもので、環流孔５から流通孔１２へと向かう部分に設けられている。

電解液の漏れにくさを評価するため、電池を横倒しにして、電解液が漏れるまでの時間を計測した。機能膜のない電池は３分程度で液漏れしたのに対し、本発明品は２時間経過しても液漏れしかなかった。

１…電槽、２…蓋体、３…蓋本体、４…上蓋、５…環流孔、６…区画壁、７…底面、８…ダム壁、９…邪魔板、１０…排気室、１１…集中排気室、１２…流通孔、１３…機能膜、１４…円筒壁、１５…排気孔、１６…貯留壁

Claims (3)

1. 内部に電解液を有する電槽と、この電槽の上面開口部を閉じる蓋体とを備え、前記蓋体により閉じられた電槽内部とこの電槽外部とが、気体を通過させ、液体を通過不能とする、機能膜により隔離されていることを特徴とする鉛蓄電池。
2. 請求項１において、機能膜が蓋体に設置されていることを特徴とする鉛蓄電池。
3. 請求項１又は２において、電槽が内部を複数のセル室に区画する隔壁を有し、蓋体が、その下面に、前記セル室と連通する環流孔と、この環流孔に向かい下り傾斜となる底面とを有した複数の排気室を形成し、前記複数の排気室の全てが、集中排気室に連通すると共に、この集中排気室が蓋体により閉じられた電槽外部との排気経路を有し、この排気経路内に機能膜を設置したことを特徴とする鉛蓄電池。