JP2014229533A - 鉛蓄電池 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来から使用されている極柱及びブッシングをそのまま使用することができ、アイドリングストップ車用の重量の重い鉛蓄電池であっても、極柱の破断を抑制することが可能な鉛蓄電池を提供する。【解決手段】 極柱と、この極柱の上面及び一部側面を覆うブッシングとを備え、前記極柱が、その頂部をブッシングと溶接され、この溶接箇所よりも下側にて、極柱側面及びブッシング内壁の双方に当接する保持部材を、極柱側面とブッシング内壁の間に介在させている。【選択図】図１

Description

本発明は、鉛蓄電池に関し、特に鉛蓄電池用端子の構造に関するものである。

鉛蓄電池は、その信頼性、価格の安さ等から、広く一般に使用されており、特に車載用電池の需要は大きい。

鉛蓄電池２０の外観を図４に示す。鉛蓄電池２０の端子２１は、正極端子２１ａ及び負極端子２１ｂから構成され、箱型の電池本体から突出して設けられている。前記端子２１に車両のハーネスをつなぐことで、電池から車両に電力を供給し、車両に搭載された発電機（オルタネータ）により電池を充電する。このように、端子２１は車両と電池をつなぐ重要な部品である。

鉛蓄電池の端子２１についてより詳細に述べる。図２に従来の鉛蓄電池における端子部分の概略断面図を示す。電解液（希硫酸）中に浸漬された極板１は、各々に耳２と呼ばれる極板１から突出した部分を有しており、前記耳２がストラップ３に溶接されている。

ストラップ３は極柱４を有しており、この極柱４を鉛蓄電池の蓋５に設けた中空のブッシング６に挿入する。極柱４は、その頂部にてブッシング６と溶接され、固定されて位置が決められるとともに、ブッシング６の開口部が封口される。すなわち、端子２１は、ブッシング６の蓋５から突出した部分と、ブッシング６と極柱４の溶接による封口部７から構成されている。

但し、極柱４とブッシング６とは、封口部７でのみ溶接されているので、極柱４とブッシング６との間には空間が存在する。すると、電解液の毛細管現象、車載時の鉛蓄電池の振動や、鉛蓄電池の運搬時の転倒等により、電解液が前述した空間に入り込み、極柱４及びブッシング６の腐食を促進してしまう。

そこで、特許文献１に示されるものでは、極柱とブッシングとの間の空間を、耐酸性の樹脂にて埋めることが開示されている。これにより、空間に電解液が入り込むことがなく、極柱及びブッシングの腐食を阻止することができる。

特開平１１−４５６９８号公報

近年の車両は燃費を向上させるために、車両を停止させている間はエンジンも停止させるアイドリングストップの考えが広まっている。アイドリングストップを使用する車両は、停止中はエンジンも停止しているため、車両の発電機から電力を供給していた電装品（エアコン、ヘッドライト等）を鉛蓄電池で稼動させなければならない。このため、従来の鉛蓄電池に対して、容量が大きく、高い充放電性能が要求される。

このため、アイドリングストップ車用の鉛蓄電池は、極板や接続部品の鉛量を多くすることで電気抵抗を下げたり、従来車両より一回り大きな鉛蓄電池を搭載して入出力の向上を図ってきた。結果として、鉛蓄電池が重くなった。

こうなると、従来車の鉛蓄電池と比較してアイドリングストップ車用の鉛蓄電池では、車両の振動が鉛蓄電池に伝わったときに極柱に加わる応力が大きくなり、極柱が破断する可能性が増大する。

極柱の破断に対しては、極柱の径を太くすること、先に述べた特許文献１に開示されているようにブッシングとの空間をほぼゼロにすること等により対応可能である。しかしながら、アイドリングストップ車用の鉛蓄電池においても、既存の極柱又はブッシングを使用できないと、大幅なコストアップになり現実的ではない。

本発明の目的は、従来から使用されている極柱及びブッシングをそのまま使用することができ、鉛の使用量が多いアイドリングストップ車用の鉛蓄電池であっても、極柱の破断を抑制することが可能な鉛蓄電池を提供することである。

本発明は、以下のものに関する。
（１）極柱と、この極柱の上面及び一部側面を覆うブッシングとを備え、前記極柱が、その頂部をブッシングと溶接され、この溶接箇所よりも下側にて、極柱側面及びブッシング内壁の双方に当接する保持部材を極柱側面とブッシング内壁の間に介在させている鉛蓄電池。
（２）項（１）において、保持部材が弾性体である鉛蓄電池。
（３）項（２）において、弾性体がエチレン−プロピレンゴム（ＥＰＭ）またはエチレン−プロピレン−ジエンゴム(ＥＰＤＭ)である鉛蓄電池。

本発明によれば、保持部材を用いることにより、車載による振動での極柱部位破断を抑制することができる。

保持部材が弾性体である場合は、非弾性体であるよりも、振動による極柱への衝撃を弾性体の変形により吸収する効果がある。

弾性体の材質が、エチレン−プロピレンゴム（ＥＰＭ）またはエチレン−プロピレン−ジエンゴム(ＥＰＤＭ)である場合は、車載環境に対する耐熱性および鉛蓄電池内部に収納している電解液（希硫酸）に対する耐酸性の特性が高いため、形状劣化しにくい特徴をもつ。

本発明の鉛蓄電池における端子部分の概略断面図である。 従来の鉛蓄電池における端子部分の概略断面図である。 本発明に係る保持部材を示す図である。 鉛蓄電池の外観を示す図である。

以下、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。
＜極柱＞
本発明にて述べる極柱４は、複数の極板を接続したストラップ３とブッシング６との間にて、通電を行えるものであれば、特に限定されるものではない。
極柱４の材質としては、鉛又は鉛−アンチモン系合金等を用いることができ、鉛−アンチモン系合金を用いると機械強度が高く好ましい。
また、極柱４の形状は、特に限定されるものではないが、製造が容易なことから、円柱形状とすることが好ましく、金型から離型し易いように、抜きテーパを設けるようにすることが好ましい。
＜ブッシング＞
本発明にて述べるブッシング６は、極柱に入力（充電）、出力（放電）される電気を、外部へと通電するものであり、実使用で端子２１として機能する。
ブッシング６の材質としては、鉛又は鉛−アンチモン系合金等を用いることができ、鉛−アンチモン系合金を用いると機械強度が高く好ましい。
また、ブッシングの形状は、極柱の上面及び一部側面を覆えるものであれば、特に限定されるものではないが、水平断面形状を、極柱の水平断面形状と相似形にすることが、極柱の挿入性および、ブッシングと極柱の溶接時における鉛の垂れにくさにより好ましい。
ブッシングと極柱とは、溶接により通電可能に接続される。溶接箇所は、特に限定されないが、極柱の最上面と、ブッシングの最上面となる部分とを溶接することが、製造工程で溶接しやすく好ましい。
尚、ブッシングの内壁と、極柱側面との間には、後述する保持部材を介在させるための間隙を設けるようにする。
＜保持部材＞
本発明にて述べる保持部材は、極柱とブッシングとの溶接箇所よりも下側にて、極柱側面及びブッシング内壁の双方に当接するものであり、ブッシング内での極柱の移動を阻止する働きがある。

また、保持部材は、極柱側面とブッシング内壁を傷つけることがないように緩衝材としての機能をもたせるため、弾性体であることが好ましい。材質としてエチレン−プロピレンゴム（ＥＰＭ）、またはエチレン−プロピレン−ジエンゴム(ＥＰＤＭ)を用いることが、耐熱性、耐酸性から特に好ましい。

保持部材８の形状は、極柱側面及びブッシング内壁の双方に当接するものであれば、特に限定されるものではないが、より具体的には、図３に示すようなものを用いることができる。

図３に示すものは中空円筒形状であり、極柱と同様にテーパ状になっており、中空部９を極柱に通し、内周面１０を極柱側面に、外周面１１をブッシングの内壁へと当接させるようにする。円筒厚みは、一様にしてもよいが、より振動を抑えることが可能なことから、配置する箇所の極柱とブッシングとの離間距離に合わせるようにし、内周面１０と外周面１１とが、各々極柱とブッシングに当接することが好ましい。

尚、図３に記載された保持部材は、全体を同じ材質にて成形されたものであっても良いが、より防振性能を上げ、極柱及びブッシングの表面を保護するため、材質の異なるものを複数積層させて成形することが好ましい。

＜実施例１＞
本実施例では、本発明例および比較例による鉛蓄電池（以下、電池と略す）を作製し、極柱へ取り付ける保持部材の形状を変更させることにより、振動試験による極柱の折損現象の再現試験を行った。

本実施例に用いた正極板は、Ｐｂ−１．５質量％Ｓｎ−０．０５質量％Ｃａの組成で、厚み０．９ｍｍの圧延鉛合金シートをエキスパンド加工したエキスパンド格子に、公知の正極活物質ペーストを充填し、熟成乾燥して得たものである。このペーストは、酸化度７５％のボールミル式鉛粉を、水および希硫酸で混錬したものである。負極板は、Ｐｂ−０．７質量％Ｓｎ−０．０７質量％Ｃａ合金の組成で、厚み０．９ｍｍの圧延鉛合金シートをエキスパンド加工したエキスパンド格子に、公知の負極活物質ペーストを充填し、熟成乾燥して得たものである。セパレータとして、１μｍ以下の平均細孔径を有した多孔性ポリエチレンを袋状に加工したセパレータを用い、その内部に負極板を収納する構造とした。上記の正極板を６枚、袋状セパレータに収納した負極板７枚を交互に積層して極板群とした。前記極板群を電池に６個収納するが、電池両端部に収納する極板群のみ、蓋５のブッシング６と溶接する極柱４を有する。

図１に、保持部材８を用いた端子部分の概略断面図を示す。極柱４の先端部の直径寸法：５ｍｍ、根元の直径：９．５ｍｍであり、先端から根元までの長さは８５ｍｍの円錐台形状である。保持部材８として、図３に示す、上端内径：６ｍｍ、下端内径：７ｍｍ、高さ：１０ｍｍ、厚み（肉厚）：０．７ｍｍ、材質：ポリプロピレンの中空円筒形状を用いる。前記保持部材８を極柱４にはめ込み、極柱側面及びブッシング内壁の双方に当接するようした。

前記極板群を電池内に収めた後、蓋５と電池本体を熱溶着し、ブッシング６と極柱４をバーナにより溶接する。この状態で、図１に示すように、保持部材８は前記溶接箇所よりも下側に位置するようになる。

続いて、希硫酸を注液し、直流電流を通電して電槽化成する。電槽化成後の電解液の比重を１．２８０（２０℃換算）に調整し、液面の位置をストラップ上面より上方２０ｍｍとなる調整した。以上で、社団法人電池工業会規格ＳＢＡ０１０１規定のアイドリングストップ車用Ｍ−４２形電池を作製した。
＜実施例２＞
保持部材として、材質：エチレン−プロピレンゴム（ＥＰＭ）を用い、それ以外は実施例１と同様にして電池を作製した。
＜実施例３＞
保持部材として、材質：エチレン−プロピレン−ジエンゴム(ＥＰＤＭ)を用い、それ以外は実施例１と同様にして電池を作製した。
＜比較例１＞
保持部材を用いない以外は、実施例１と同様にして電池を作製した。この電池の端子部分の概略断面図は、図２のとおりである。
＜振動試験＞
保持体有無の仕様で、以下のように評価した。

各電池を、完全充電状態で、１４．４Ｖの定電圧充電をしながら、加速度：３９．２ｍ／ｓ^２、振幅幅：２．３〜２．５ｍｍで上下方向に３時間振動させた。続いて、加速度：１９．６ｍ／ｓ^２、振幅幅：２．３〜２．５ｍｍで電池長側面に対して左右方向に３時間振動させた。最後に、加速度：１９．６ｍ／ｓ^２、振幅幅：２．３〜２．５ｍｍで電池長側面に対して前後方向に３時間振動させた。試験後、電池内の短絡、断線、電池外観での変形がないことを確認した。破断、断線は、電池の端子間電圧をレコーダで記録し、電圧の推移で判断した。

振動試験の結果、保持部材を有する実施例１〜３の電池では、電圧以上、変形がなかった。これに対して、保持部材を有さない比較例１の電池では、前後方向の振動試験において、およそ２時間で電圧異常が発生した。試験後解体すると、極柱が溶接部の付近で破断していた。

即ち、本発明の実施例では、保持部材により、極柱部位破断を抑制することができることが確認できた。

１…極板、２…耳、３…ストラップ、４…極柱、５…蓋、６…ブッシング、７…封止部、８…保持部材、９…中空部、１０…内周面、１１…外周面、２０…鉛蓄電池、２１ａ…正極端子、２１ｂ…負極端子。

Claims (3)

1. 極柱と、この極柱の上面及び一部側面を覆うブッシングとを備え、前記極柱が、その頂部をブッシングと溶接され、この溶接箇所よりも下側にて、極柱側面及びブッシング内壁の双方に当接する保持部材を極柱側面とブッシング内壁の間に介在させている鉛蓄電池。
2. 請求項１において、保持部材が弾性体である鉛蓄電池。
3. 請求項２において、弾性体がエチレン−プロピレンゴム（ＥＰＭ）またはエチレン−プロピレン−ジエンゴム（ＥＰＤＭ）である鉛蓄電池。

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