JP2021026966A - 鉛蓄電池 - Google Patents

Abstract

【課題】蓋が変形しにくい鉛蓄電池を提供する。【解決手段】鉛蓄電池は、一列に並ぶ複数のセル室を有する電槽の開口側に配置される蓋、を備える。蓋は、電槽と向かい合う第１面を有する天板と、第１面側に設けられた凸部と、を有する。凸部は、複数のセル室のうち、一列の中央に位置する第１のセル室及び第２のセル室と、第１のセル室又は第２のセル室と隣り合う第３のセル室とを横断するように連続的に設けられている。【選択図】図２

Description

本発明は、鉛蓄電池に関する。

鉛蓄電池の従来例として、合成樹脂製の電槽の開口側が合成樹脂製の蓋で封止された構造のものがある（例えば、特許文献１参照）。この構造の鉛蓄電池において、合成樹脂製の電槽は、隔壁により区画された複数のセル室を有する。また、複数の極板群が一群ずつ複数のセル室に収納されている。そして、隔壁を介して隣接する極板群が、隔壁に設けた貫通孔を介して接続されている。この接続は、通常、極板群が有する正負の各ストラップから立ち上がる中間極柱同士で、隔壁の貫通孔及びその周辺部を挟み、抵抗溶接を行うことで行われている。

特開２００３−１４２０４１号公報

鉛蓄電池を車両に搭載する際には、走行中に鉛蓄電池が振動することを抑制するために、蓋の上にステーと呼ばれる固定金具を載せて、その長さ方向両端のボルトを締め付けることにより、鉛蓄電池を車両側に押しつける。この締め付けは適切な力で行う必要がある。締め付け力が強すぎると、蓋が変形し、その直下に位置する隔壁に歪みが生じる可能性がある。隔壁に歪みが生じると、隔壁と中間極柱の抵抗溶接部との間に隙間が生じ、液リークが発生する可能性がある。液リークが発生すると電池の内部抵抗が上昇し、アイドリングストップ車の場合は、アイドリングストップが禁止される状態になる可能性がある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、蓋が変形しにくい鉛蓄電池を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る鉛蓄電池は、一列に並ぶ複数のセル室を有する電槽の開口側に配置される蓋、を備え、前記蓋は、前記電槽と向かい合う第１面を有する天板と、前記第１面側に設けられた凸部と、を有し、前記凸部は、複数の前記セル室のうち、一列の中央に位置する第１のセル室及び第２のセル室と、前記第１のセル室又は前記第２のセル室と隣り合う第３のセル室とを横断するように連続的に設けられている。

本発明の一態様によれば、蓋が変形しにくい鉛蓄電池を提供することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る鉛蓄電池の構成例を示す平面図である。 図２は、本発明の実施形態（実施例１）に係る蓋の裏面側の構成例を示す平面図である。 図３は、本発明の実施形態（実施例１）に係る蓋の裏面側の構成例を示す断面図である。 図４は、本発明の実施例２に係る蓋の裏面側の構成例を示す平面図である。 図５は、本発明の実施例３に係る蓋の裏面側の構成例を示す平面図である。 図６は、本発明の実施例４に係る蓋の裏面側の構成例を示す平面図である。

＜実施形態＞
本発明の実施形態について説明する。なお、以下に説明する実施形態は本発明の一例を示したものであって、本発明は実施形態に限定されるものではない。また、実施形態には種々の変更又は改良を加えることが可能であり、そのような変更又は改良を加えた形態も本発明に含まれ得る。
以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各装置や各部材の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判定すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれることは勿論である。

以下の図面の記載では、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向を用いて、方向を示す場合がある。例えば、Ｘ軸方向は、後述する鉛蓄電池１００の長手（長辺）方向である。Ｙ軸方向は、後述する鉛蓄電池１００の短手（短辺）方向である。Ｚ軸方向は、後述する鉛蓄電池１００の高さ方向である。Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向は、互いに直交する。ＸＹＺ軸は右手系をなす。

＜全体構成の説明＞
本発明の実施形態に係る鉛蓄電池用正極板を有する液式鉛蓄電池は、従来公知のモノブロックタイプの電槽と、蓋と、６つの極板群を有する。電槽は、隔壁により６つのセル室に区画されている。６つのセル室は電槽の長手方向に沿って一列に配置されている。各セル室には１つの極板群が配置されている。
極板群は、複数枚の負極板及び複数枚の正極板と、セパレータと、負極ストラップと、正極ストラップと、負極ストラップから立ち上がる負極中間極柱と、正極ストラップから立ち上がる正極中間極柱を有する。複数枚の負極板及び複数枚の正極板は、セパレータを介して交互に配置されている。極板群を構成する負極板の枚数Ｍｎは正極板の枚数Ｍｐよりも１枚多いが、同数枚でも構わない。また、正極板の枚数Ｍｐの方が負極板の枚数Ｍｎよりも１枚多くても構わない。負極板は、例えば袋状のセパレータ内に収納されている。負極板が入った袋状のセパレータと正極板とを交互に重ねることで、負極板と正極板との間にセパレータが配置された状態となっている。なお、前記袋状のセパレータ内に正極板を収納する場合にも本発明を適用することができるのは勿論である。

＜実施形態＞
図１は、本発明の実施形態に係る鉛蓄電池１００の構成例を示す平面図である。図１に示すように、鉛蓄電池１００は、電槽の開口側（例えば、鉛直方向の上側）を覆う蓋１を備える。蓋１は、例えばポリプロピレン樹脂などの合成樹脂からなり、複数の注液口Ｈ２が設けられている。注液口Ｈ２は、蓋１の表面１ａと裏面１ｂ（図２参照）との間を貫通する貫通穴である。注液口Ｈ２は、セル室と同じ数だけ設けられている。１つのセル室の上方に１つの注液口Ｈ２が設けられている。これらの注液口Ｈ２は、液口栓２で塞がれている。液口栓２には、電槽内で発生したガスを大気中に排出するためのガス排気口２１が設けられている。

また、蓋１には、正極端子３と、負極端子４とが固定されている。正極端子３及び負極端子４はそれぞれ、電槽内から、蓋１の裏面１ｂと表面１ａとの間を貫いて、蓋１の表面１ａ側へ突出している。例えば、正極端子３は、鉛蓄電池１００の長手方向（例えば、Ｘ軸方向）に一列に並ぶ６つのセル室のうち、一列の一端に位置するセル室から蓋１を貫いて表面１ａ側へ突出している。負極端子４は、一列に並ぶ６つのセル室のうち、一列の他端に位置するセル室から蓋１を貫いて表面１ａ側へ突出している。蓋１の表面１ａ側において、正極端子３には正極ケーブル５が接続され、負極端子４には負極ケーブル６が接続されている。

図１に示すように、蓋１の表面１ａ側に固定金具７が配置されている。固定金具７は、ステーとも呼ばれる。固定金具７は、平面視で、鉛蓄電池１００の長手方向の中央付近を通り、且つ、鉛蓄電池１００の長手方向と直交する方向（例えば、Ｙ軸方向）に平行となるように配置されている。固定金具７の長さ方向（例えば、Ｙ軸方向）の両端には、貫通穴がそれぞれ設けられている。これらの貫通穴には、車両側からねじ軸８が通されており、ねじ軸８にはその先端側からボルト９が嵌められている。ボルト９を締め付けると、固定金具７が蓋１を車両側に押しつける。これにより、鉛蓄電池１００は車両に固定されるようになっている。

図２は、本発明の実施形態に係る蓋１の裏面１ｂ側の構成例を示す平面図である。図３は、本発明の実施形態に係る蓋１の裏面１ｂ側の構成例を示す断面図である。図３は、図２をＡ−Ａ’線で切断した断面を示している。図２及び図３に示すように、蓋１は、平面形状が長方形である天板１１を有する。天板１１は、電槽と向かい合う第１面（例えば、上述した裏面１ｂ）と、第１面の反対側に位置する第２面（例えば、上述した表面１ａ）とを有する。上述の注液口Ｈ２は天板１１に設けられている。上述の正極端子３及び負極端子４は天板１１に固定されている。また、蓋１は、天板１１の外周に設けられた外周板１２と、天板１１の裏面１ｂ側に設けられた仕切り板１３とを有する。外周板１２及び仕切り板１３は、天板１１の裏面１ｂから電槽側へ起立した状態で設けられている。

外周板１２は、鉛蓄電池１００の厚さ方向（例えば、Ｚ軸方向）において、電槽の外壁（以下、電槽外壁）と向かい合う。外周板１２は、天板１１の長手方向（例えば、Ｘ軸方向）に平行な一対の第１外周板１２１と、天板１１の長手方向と直交する方向（例えば、Ｙ軸方向）に平行な一対の第２外周板１２２とを有する。電槽の開口側に蓋１が配置され、外周板１２の下端部が電槽外壁の上端部に固定される（例えば、熱溶着される）と、電槽の開口側が蓋１で封止される。

仕切り板１３は、Ｚ軸方向において、電槽の隔壁と向かい合う。上述したように、電槽は６つのセル室を有し、６つのセル室はＸ軸方向に一列に並んでいる。この構造では、セル室を区画する隔壁の数は５つであり、仕切り板１３も隔壁に対応して５つ設けられている。５つの隔壁はそれぞれＹ軸方向に平行であり、一定の間隔でＸ軸方向に並んで配置されている。５つの仕切り板１３もＹ軸方向に平行であり、一定の間隔でＸ軸方向に並んで配置されている。仕切り板１３のＹ軸方向の一端は、一対の第１外周板１２１の一方に接続している。仕切り板１３のＹ軸方向の他端は、一対の第１外周板１２１の他方に接続している。電槽の開口側に蓋１が配置され、仕切り板１３の下端部が隔壁の上端部に固定される（例えば、熱溶着される）と、電槽の開口側の空間がセル室ごとに仕切られる。

蓋１は、蓋１の裏面１ｂ側に設けられた複数のリブ１４を有する。複数のリブ１４の一部は、仕切り板１３の厚さ方向（例えば、Ｘ軸方向）の両側と接続している。この構造によって、天板１１に対する仕切り板１３の接続強度が高められている。また、複数のリブ１４の他の一部は、第２外周板１２２の内側面に接続している。この構造によって、天板１１に対する第２外周板１２２の接続強度が高められている。

また、蓋１は、蓋１の裏面１ｂ側に設けられた一対の湾曲板１５１、１５２を有する。湾曲板１５１、１５２は、裏面１ｂから電槽側へ起立した状態で設けられている。湾曲板１５１、１５２は、注液口Ｈ２の縁部に位置し、互いに向かい合っている。この構造により、湾曲板１５１、１５２は、注液口Ｈ２のスリーブを構成している。６つの注液口Ｈ２の各々に、スリーブを構成する一対の湾曲板１５１、１５２が設けられている。

また、蓋１は、蓋１の裏面１ｂ側に設けられた凸部１６を有する。凸部１６は、固定金具７と接触しないように、蓋１の裏面１ｂ側に設けられている。凸部１６は、Ｘ軸方向に延設されており、その平面視による形状（以下、平面形状）は直線状である。凸部１６は、仕切り板１３で仕切られる６つのセル室を横断するように、仕切り板１３を介して連続して設けられている。蓋１の裏面１ｂ側からの平面視で、凸部１６は、６つの注液口Ｈ２をＸ軸方向に結ぶ第１仮想線ＩＬ１と、正極端子３と負極端子４とをＸ軸方向で結ぶ第２仮想線ＩＬ２とで挟まれる領域に設けられている。

図３に示すように、蓋１において、凸部１６を有する部分の厚さをｄ２とし、凸部１６がなく天板１１のみが存在する部分の厚さをｄ１としたとき、例えば、厚さｄ２は厚さｄ１の１．２倍以上となっている。また、凸部１６の裏面１ｂからの高さは、仕切り板１３の裏面１ｂからの高さよりも低く、外周板１２の裏面１ｂからの高さよりも低く、湾曲板１５１、１５２の裏面１ｂからの高さよりも低くなっている。

以上説明したように、本発明の実施形態に係る鉛蓄電池１００は、一列に並ぶ複数のセル室を有する電槽の開口側に配置される蓋１、を備える。蓋１は、電槽と向かい合う裏面１ｂを有する天板１１と、天板１１の裏面１ｂ側に設けられ、電槽の開口側の空間をセル室ごとに仕切る仕切り板１３と、天板１１の裏面１ｂ側に設けられた凸部１６と、を有する。電槽はセル室を６つ備える。凸部１６は６つのセル室を横断するように連続的に設けられている。例えば、凸部１６は６つのセル室を横断するように仕切り板１３を介して連続している。このような構成であれば、固定金具７を用いて鉛蓄電池１００を車両に固定する際に、ボルト９を締め付ける力が強すぎても、蓋１が変形することを抑制することができる。

詳しく説明すると、蓋１において、凸部１６が存在する部分は、凸部１６が存在しない部分（例えば、天板１１のみの部分）よりも厚いため、強度が高い。図１に示したように、固定金具７は蓋１の表面１ａ側に配置されるが、蓋１の裏面１ｂ側には固定金具７と平面視で交差するように凸部１６が設けられている。固定金具７から蓋１への押し付け荷重が集中する蓋１の長手方向の中央付近は、凸部１６で補強されている。これにより、ボルト９が過剰に締め付けられて押し付け荷重が過大となる場合でも、押し付け荷重によって蓋１の中央付近が変形する（例えば、電槽側へ湾曲する）ことを抑制することができ、蓋１が電槽内の隔壁を押圧して、隔壁に歪みを生じることを抑制することができる。

これにより、隔壁の歪みが原因で隔壁と中間極柱の抵抗溶接部との間に隙間生じたり、この隙間を通して液リークが発生したりすることを抑制することができる。液リークの発生を抑制できるため、液リークによる内部抵抗の上昇を防止することができ、アイドリングストップ車の場合はアイドリングストップが禁止される状態となることを抑制することができる。

なお、蓋の強度を高めるために、蓋の厚さを全体的に厚くする方法も考えられる。しかし、この方法では、蓋の製造に使用する原料の増加と、蓋の重量増大とを招いてしまう。使用原料が増加すると、蓋の製造コストが増大してしまう。また、蓋の重量が増大すると、この蓋を使用した鉛蓄電池の重量が増大し、鉛蓄電池を搭載した車両等の燃費が低下する可能性がある。これに対して、本発明の実施形態は、蓋全体を厚くするのではなく、凸部により蓋を部分的に厚くすることによって、押し付け荷重が集中する箇所を補強している。これにより、本発明の実施形態は、使用原料の増加と重量増大を抑制しつつ、蓋の強度を効率よく高めることを実現している。

以下に、実施例とともに本発明についてさらに詳しく説明する。本発明の実施例及び比較例として、Ｍ４２型の鉛蓄電池に用いられる蓋を成形加工により製造した。後述するように、実施例１から４では蓋の裏面側に種々の凸部を設けた。凸部の形状は、各実施例でそれぞれ異なる。蓋において、厚さｄ１（図３参照）に対する厚さｄ２（図３参照）の比である、ｄ２／ｄ１は、１．２とした。厚さｄ１は各実施例でそれぞれ同じ厚さとし、厚さｄ２も各実施例でそれぞれ同じ厚さとした。比較例では、蓋に凸部を設けなかった。

なお、実施例１から４では、ｄ１に対するｄ２の比（ｄ２／ｄ１）を１．２としたが、本発明において厚さの比はこれに限定されるものではない。ｄ１に対するｄ２の比を大きくすれば、凸部について、蓋の変形を抑制する補強材としての機能は高まるが、一方で、厚さｄ２を大きくすることは使用原料の増加と蓋の重量増大を招いてしまう。このため、厚さｄ２を単純に大きくすることは得策ではない。適宜、適正な厚さの比となるように凸部を設けることが重要である。

実施例１から４及び比較例で製造した蓋を用いて、Ｍ４２型の鉛蓄電池を製造した。蓋以外の各部材は、各実施例及び比較例で同一とした。化成後の状態の鉛蓄電池を用いて「締付強度試験」を実施した。締付強度試験は、「電池工業会 ＳＢＡ Ｓ ０１０１：２０１４ アイドリングストップ車用鉛蓄電池 ８．４．８締付強度試験」に記載の「上下締め」に準じて実施した。なお、ＳＢＡで規定の締め付け力は、「ボルト１本あたり９８０Ｎ」と定められているが、本トルクは「過剰締付」を想定したものではない。このため、本実施例では、過剰締付による使用状態を想定し、より高トルクとなる「ボルト１本あたり１３００Ｎ」の条件で試験を実施した。

試験終了後の蓋及び隔壁（すなわち、電槽中仕切り）の変形状態を調査するため、試験前の鉛蓄電池の高さをあらかじめ測定し、試験終了後に再度、鉛蓄電池の高さを測定した。試験前後における鉛蓄電池の高さの変化量を、蓋の変形量の指標とした。なお、鉛蓄電池の高さとは、平置きした鉛蓄電池の底部から蓋の長手方向における中央部までの高さである。
各実施例及び比較例について、より具体的に説明する。

＜実施例１＞
実施例１では、図２及び図３に示した蓋１を製造した。実施形態で説明したように、蓋１の裏面１ｂ側には凸部１６が設けられている。凸部１６は、６つのセル室をＸ軸方向に沿って一直線上に横断するように、仕切り板１３を介して連続して設けられている。蓋１を備える鉛蓄電池の試験前後の高さの変化量は１．０ｍｍであった。実施例１は、後述の比較例に対し、蓋の変形が効果的に抑制されている。

＜実施例２＞
図４は、本発明の実施例２に係る蓋１Ａの裏面１ｂ側の構成例を示す平面図である。実施例２では、図４に示す蓋１Ａを製造した。蓋１Ａの裏面１ｂ側には、実施例１の蓋１と同様に、平面形状が直線状である凸部１６が設けられている。ただし、蓋１Ａでは、凸部１６を設ける範囲を、一列に並ぶ６つのセル室うち、一列の中央又は中央に近い側に位置する４つのセル室に限定している。一列の一端に位置するセル室と、一列の他端に位置するセル室とには、凸部１６を設けていない。蓋１Ａを備える鉛蓄電池の試験前後の高さの変化量は１．５ｍｍであった。実施例２は、実施例１よりも蓋の変形の抑制効果は小さくなるものの、後述の比較例と比べると変形は抑制されている。実施例２も、凸部１６による十分な補強効果が得られている。

＜実施例３＞
図５は、本発明の実施例３に係る蓋１Ｂの裏面１ｂ側の構成例を示す平面図である。図５に示すように、実施例３の蓋１Ｂの裏面１ｂ側には、平面形状がＵ字状（すなわち、弧状）の凸部１６が設けられている。蓋１Ｂでは、凸部１６は６つのセル室を湾曲しながら横断するように、仕切り板１３を介して連続して設けられている。凸部１６の一端は正極端子３に隣接し、凸部１６の他端は負極端子４に隣接している。蓋１Ｂを備える鉛蓄電池の試験前後の高さの変化量は１．０ｍｍであった。実施例３も、後述の比較例に対し、蓋の変形が効果的に抑制されている。

＜実施例４＞
図６は、本発明の実施例４に係る蓋１Ｃの裏面１ｂ側の構成例を示す平面図である。図６に示すように、実施例４に係る蓋１Ｃには、その裏面１ｂ側に平面形状がＷ字状（すなわち、正の傾きを有する直線と、負の傾きを有する直線とを交互に接続した形状）の凸部１６が設けられている。蓋１Ｃを備える鉛蓄電池の試験前後の高さの変化量は０．５ｍｍであった。全ての実施例の中でも補強の効果は最も高い。但し、実施例４は、実施例１から３と比べて、裏面１ｂにおける凸部１６の占有面積が大きい。このため、実施例４は、実施例１から３と比べて、使用原料が多く、蓋の重量も増えている。

＜比較例＞
比較例は、蓋の裏面側に凸部を設けない蓋で製造した鉛蓄電池である。比較例の鉛蓄電池では、試験前後の高さの変化量が３．０ｍｍと非常に大きかった。試験終了後の鉛蓄電池を解体し、内部の状況を確認したところ、蓋の変形箇所の直下に位置する隔壁は、下部に押しつぶされて湾曲している状態が確認された。
蓋の変形量と、判定の結果を表１に示す。判定の結果について、◎は優、〇は良、×は不良を示す。実施例１から４はいずれも試験前後の高さの変化量が小さく、判定の結果は、優又は良であった。比較例は不良であった。

＜その他の実施形態＞
上述の実施形態又は実施例では、凸部１６の平面形状として直線状、Ｕ字状、Ｗ字状の３形態を示したが、これらはあくまで一例である。凸部１６の平面形状はこれらに限定されない。凸部１６は、複数（例えば、６つ）のセル室のうち、一列の中央に位置する第１のセル室及び第２のセル室と、第１のセル室又は第２のセル室と隣り合う第３のセル室とを横断するように、仕切り板１３を介して連続していればよく、凸部１６の平面形状は適宜に設計変更できるものとする。

本発明は上述した実施形態及び各実施例の要旨を逸脱しない範囲で、構成要素の種々の省略、置換及び変更のうち少なくとも１つを行うことができる。また、本明細書に記載された効果はあくまでも例示であって限定されるものでは無く、また他の効果があってもよい。

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ 蓋
１ａ 表面
１ｂ 裏面
２ 液口栓
３ 正極端子
４ 負極端子
５ 正極ケーブル
６ 負極ケーブル
７ 固定金具
８ ねじ軸
９ ボルト
１１ 天板
１２ 外周板
１２１ 第１外周板
１２２ 第２外周板
１３ 仕切り板
１４ リブ
１６ 凸部
２１ ガス排気口
１００ 鉛蓄電池
１５１ 湾曲板
１５２ 湾曲板
Ｈ２ 注液口
ＩＬ１ 第１仮想線
ＩＬ２ 第２仮想線

Claims (6)

1. 一列に並ぶ複数のセル室を有する電槽の開口側に配置される蓋、を備え、
   前記蓋は、
   前記電槽と向かい合う第１面を有する天板と、
   前記第１面側に設けられた凸部と、を有し、
   前記凸部は、
   複数の前記セル室のうち、一列の中央に位置する第１のセル室及び第２のセル室と、前記第１のセル室又は前記第２のセル室と隣り合う第３のセル室とを横断するように連続的に設けられている、鉛蓄電池。
2. 前記蓋は、
   前記天板の前記第１面側に設けられ、前記電槽の開口側の空間を前記セル室ごとに仕切る仕切り板、をさらに有し、
   前記凸部は、前記仕切り板を介して連続している、請求項１に記載の鉛蓄電池。
3. 前記凸部の前記第１面からの高さは、前記仕切り板の前記第１面からの高さよりも低い、請求項２に記載の鉛蓄電池。
4. 前記蓋において、前記凸部が存在する部分の厚さは、前記天板のみが存在する部分の厚さの１．２倍以上である、請求項１から３のいずれか１項に記載の鉛蓄電池。
5. 前記天板は、前記第１面の反対側に位置する第２面を有し、
   前記第２面は平坦である、請求項１から４のいずれか１項に記載の鉛蓄電池。
6. 前記電槽は前記セル室を６つ備え、
   前記凸部は６つの前記セル室を横断するように設けられている、請求項１から５のいずれか１項に記載の鉛蓄電池。

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