JP2022021773A - Liquid type lead storage battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液式鉛蓄電池に関する。 The present invention relates to a liquid lead-acid battery.
従来の液式鉛蓄電池としては、隔壁により区画された複数のセル室を有する電槽と、複数のセル室にそれぞれ収納された複数の極板群と、複数のセル室に注入された電解液と、電槽に固定されて複数のセル室の上方を塞ぐ蓋と、を備えたものが挙げられる。
極板群は、交互に配置された複数枚の負極板および正極板と、負極板と正極板との間に配置されたセパレータと、複数枚の負極板および正極板の上方に配置され、複数枚の負極板同士および複数枚の正極板同士をそれぞれ負極板および正極板の幅方向の別の位置で、負極板および前記正極板の厚さ方向に連結する負極ストラップおよび正極ストラップと、を有する。
As a conventional liquid lead-acid battery, an electric tank having a plurality of cell chambers partitioned by a partition wall, a plurality of electrode plates housed in each of the plurality of cell chambers, and an electrolytic solution injected into a plurality of cell chambers are used. And a lid that is fixed to the battery case and closes the upper part of a plurality of cell chambers.
A plurality of electrode plates are arranged above the plurality of negative electrode plates and positive electrode plates arranged alternately, the separator arranged between the negative electrode plates and the positive electrode plates, and the plurality of negative electrode plates and positive electrode plates. It has a negative electrode plate and a positive electrode strap connecting the negative electrode plates and a plurality of positive electrode plates at different positions in the width direction of the negative electrode plate and the positive electrode plate, respectively, in the thickness direction of the negative electrode plate and the positive electrode plate. ..
極板群は、負極板および正極板の厚さ方向をセル室の配列方向に合わせて、セル室内に配置されている。そして、隣り合う二つのセル室の一方に配置された極板群の負極ストラップから立ち上がる負極中間極柱と、他方に配置された極板群の正極ストラップから立ち上がる正極中間極柱とが、隔壁に形成された貫通孔内を埋める金属部で接続されている。
負極板および正極板は、それぞれ、負極合剤および正極合剤が保持された基板(集電体)と、基板から上側に突出した集電用の耳と、を有し、耳は、負極ストラップおよび正極ストラップでそれぞれ連結されている。また、配列方向両端のセル室に配置された極板群は、負極ストラップまたは正極ストラップから立ち上がる端子極柱と正極ストラップまたは負極ストラップから立ち上がる中間極柱を有する。
The electrode plate group is arranged in the cell chamber with the thickness direction of the negative electrode plate and the positive electrode plate aligned with the arrangement direction of the cell chamber. Then, the negative electrode intermediate pole pillar rising from the negative electrode strap of the electrode plate group arranged in one of the two adjacent cell chambers and the positive electrode intermediate pole pillar rising from the positive electrode strap of the electrode plate group arranged in the other are on the partition wall. It is connected by a metal part that fills the formed through hole.
The negative electrode plate and the positive electrode plate each have a substrate (collector) in which the negative electrode mixture and the positive electrode mixture are held, and an ear for collecting electricity protruding upward from the substrate, and the ear is a negative electrode strap. And are connected by a positive electrode strap, respectively. Further, the electrode plate group arranged in the cell chambers at both ends in the arrangement direction has a terminal pole column rising from the negative electrode strap or the positive electrode strap and an intermediate pole pillar rising from the positive electrode strap or the negative electrode strap.
さらに、蓋には、配列方向両端のセル室上方に配置される部分に貫通穴が形成され、各貫通穴にブッシングが埋め込まれ、各ブッシングに負極端子極柱および正極端子極柱の上部が挿入されている。
近年、環境負荷低減のため車両の電動化が急速に進み、アイドリングストップ車やハイブリッド車が登場している。ハイブリッド車には、マイクロハイブリッド車、マイルドハイブリッド車、及びストロングハイブリッド車があり、比較的安価なマイクロハイブリッド車やマイルドハイブリッド車の人気が高まっている。
Further, through holes are formed in the lids located above the cell chambers at both ends in the arrangement direction, bushings are embedded in each through holes, and the negative electrode terminal pole pillar and the upper portion of the positive electrode terminal pole pillar are inserted into each bushing. Has been done.
In recent years, the electrification of vehicles has progressed rapidly in order to reduce the environmental load, and idling stop vehicles and hybrid vehicles have appeared. Hybrid vehicles include micro-hybrid vehicles, mild hybrid vehicles, and strong hybrid vehicles, and relatively inexpensive micro-hybrid vehicles and mild hybrid vehicles are becoming more popular.
マイクロハイブリッド車やマイルドハイブリッド車には、エンジン始動用および再始動用にアイドリングストップ用液式鉛蓄電池が使用されている。アイドリングストップ用液式鉛蓄電池では、頻繁なエンジン始動の度に大電流のクランキング電流を放電するため、発電により生じた電子を効率的に外部装置へ移動する必要があり、集電体、ストラップ、中間極柱、および端子極柱等からなる導電パスが非常に重要となってくる。 In micro-hybrid vehicles and mild hybrid vehicles, liquid lead-acid batteries for idling stop are used for starting and restarting the engine. In a liquid lead-acid battery for idling stop, a large current cranking current is discharged every time the engine is started frequently, so it is necessary to efficiently move the electrons generated by power generation to an external device. , Intermediate poles, terminal poles, etc. are very important.
従来のアイドリングストップ用液式鉛蓄電池では、頻繁な大電流放電に対応するため、導電パス向上を目的に、正極板および負極板の枚数を多くして(集電体である基板の表裏面の合計面積を大きくして)鉛量を増やすことで、寒冷地域においても頻繁なエンジン始動に耐えうる設計を行ってきた。また、端子極柱に関しても、同様に、端子極柱の体積を大きくして鉛量を増やすことで、導電パスが向上するため、低温放電特性が向上する傾向にある。 In the conventional liquid lead-acid battery for idling stop, in order to cope with frequent large current discharge, the number of positive electrode plates and negative electrode plates is increased for the purpose of improving the conductive path (on the front and back surfaces of the substrate which is a current collector). By increasing the amount of lead (by increasing the total area), we have designed it to withstand frequent engine starts even in cold regions. Similarly, with respect to the terminal pole pillar, by increasing the volume of the terminal pole pillar and increasing the amount of lead, the conductive path is improved, so that the low temperature discharge characteristic tends to be improved.
一方、電解液中の水分減少を抑制することで、液式鉛蓄電池の電槽に水を補給するメンテナンスを行う頻度を低くできる。そして、電解液中の水分減少は、高温であるほど生じやすい。よって、今後、高温地域である東南アジアに、急速にマイクロハイブリッド車やマイルドハイブリッド車が普及すると予想されることから、電解液中の水分減少を抑制できる性能は、アイドリングストップ車用の液式鉛蓄電池の重要な性能の一つであると言える。 On the other hand, by suppressing the decrease in water content in the electrolytic solution, it is possible to reduce the frequency of maintenance for replenishing water in the battery case of the liquid lead-acid battery. The decrease in water content in the electrolytic solution is more likely to occur at higher temperatures. Therefore, it is expected that micro-hybrid vehicles and mild hybrid vehicles will rapidly spread in Southeast Asia, which is a high-temperature region, and the performance that can suppress the decrease in water content in the electrolytic solution is a liquid lead-acid battery for idling stop vehicles. It can be said that it is one of the important performances of.
本出願人は、先に、液式鉛蓄電池の高温環境下での電解液の早期液枯れを抑制することと低温放電特性の確保とを両立するために、ストラップの体積を減少させることを提案した(特許文献1を参照)。 The applicant has previously proposed to reduce the volume of the strap in order to suppress the premature withering of the electrolytic solution in the high temperature environment of the liquid lead-acid battery and to secure the low temperature discharge characteristics. (See Patent Document 1).
上述のように、導電パス向上を目的に、電槽のセル室の容積を変えずに、セル室に入れる極板群の正極板および負極板の枚数を多くした場合、セル室に入れられる電解液の量が少なくなる。また、同様に、電槽のセル室の容積を変えずに端子極柱の体積を大きくした場合、両端のセル室に入れられる電解液の量が少なくなる。つまり、導電パス向上を目的にしたこのような対策は、高温環境下での電解液の早期液枯れを抑制するという点では好ましくないものとなってしまう。 As described above, when the number of positive electrode plates and negative electrode plates of the electrode plate group to be put in the cell chamber is increased without changing the volume of the cell chamber of the electric tank for the purpose of improving the conductive path, the electrolysis is put in the cell chamber. The amount of liquid is reduced. Similarly, if the volume of the terminal pole column is increased without changing the volume of the cell chamber of the battery case, the amount of the electrolytic solution that can be put into the cell chambers at both ends is reduced. That is, such measures aimed at improving the conductive path are not preferable in terms of suppressing premature withering of the electrolytic solution in a high temperature environment.
本発明の課題は、高温環境下での電解液の早期液枯れを抑制することと低温放電特性の確保とが両立できる液式鉛蓄電池を提供することである。 An object of the present invention is to provide a liquid lead-acid battery capable of suppressing premature withering of an electrolytic solution in a high temperature environment and ensuring low temperature discharge characteristics.
上記課題を解決するために、本発明の第一態様は、下記の構成(a)~(e)を備えた液式鉛蓄電池を提供する。
(a)隔壁により区画された複数のセル室を有する電槽と、複数のセル室にそれぞれ収納された複数の極板群と、複数のセル室に注入された電解液と、電槽に固定されて複数のセル室の上方を塞ぐ蓋と、を備えている。極板群は、交互に配置された複数枚の負極板および正極板と、負極板と正極板との間に配置されたセパレータと、複数枚の負極板および正極板の上方に配置され、複数枚の負極板同士および複数枚の正極板同士をそれぞれ負極板および正極板の幅方向の別の位置で、負極板および正極板の厚さ方向に連結する負極ストラップおよび正極ストラップと、を有する。極板群は、負極板および正極板の厚さ方向をセル室の配列方向に合わせて、セル室内に配置されている。
In order to solve the above problems, the first aspect of the present invention provides a liquid lead-acid battery having the following configurations (a) to (e).
(a) An electric tank having a plurality of cell chambers partitioned by a partition wall, a plurality of electrode plates housed in each of the plurality of cell chambers, an electrolytic solution injected into the plurality of cell chambers, and fixed to the electric tank. It is equipped with a lid that closes the top of multiple cell chambers. A plurality of electrode plates are arranged above the plurality of negative electrode plates and positive electrode plates arranged alternately, the separator arranged between the negative electrode plates and the positive electrode plates, and the plurality of negative electrode plates and positive electrode plates. It has a negative electrode plate and a positive electrode strap that connect the negative electrode plates and the plurality of positive electrode plates to each other at different positions in the width direction of the negative electrode plate and the positive electrode plate, respectively, in the thickness direction of the negative electrode plate and the positive electrode plate. The electrode plate group is arranged in the cell chamber with the thickness direction of the negative electrode plate and the positive electrode plate aligned with the arrangement direction of the cell chamber.
(b)隣り合う二つのセル室の一方に配置された極板群の負極ストラップから立ち上がる負極中間極柱と、他方に配置された極板群の正極ストラップから立ち上がる正極中間極柱とが、隔壁に形成された貫通孔内を埋める金属部で接続されている。負極板および正極板は、それぞれ、負極合剤および正極合剤が保持された基板と、基板から上側に突出した集電用の耳と、を有し、耳は、負極ストラップおよび正極ストラップでそれぞれ連結されている。 (b) The negative electrode intermediate pole pillar rising from the negative electrode strap of the electrode plate group arranged in one of the two adjacent cell chambers and the positive electrode intermediate pole pillar rising from the positive electrode strap of the electrode plate group arranged in the other are partition walls. It is connected by a metal part that fills the inside of the through hole formed in. The negative electrode plate and the positive electrode plate each have a substrate on which the negative electrode mixture and the positive electrode mixture are held, and ears for collecting electricity protruding upward from the substrate, and the ears are the negative electrode strap and the positive electrode strap, respectively. It is connected.
(c)複数のセル室の配列方向における一端のセル室に配置された極板群は、負極ストラップから立ち上がる負極中間極柱および正極ストラップから立ち上がる正極端子極柱を有し、複数のセル室の配列方向における他端のセル室に配置された極板群は、負極ストラップから立ち上がる負極端子極柱および正極ストラップから立ち上がる正極中間極柱を有する。 (c) The electrode plate group arranged in the cell chamber at one end in the arrangement direction of the plurality of cell chambers has a negative electrode intermediate pole pillar rising from the negative electrode strap and a positive electrode terminal pole pillar rising from the positive electrode strap, and has a plurality of cell chambers. The electrode plate group arranged in the cell chamber at the other end in the arrangement direction has a negative electrode terminal pole column rising from the negative electrode strap and a positive electrode intermediate pole pillar rising from the positive electrode strap.
(d)蓋には、一端および他端のセル室の上方となる部分に貫通穴が形成され、貫通穴にブッシングが埋め込まれ、ブッシングに負極端子極柱および正極端子極柱の上側部分が挿入されている。ブッシングは、少なくとも蓋の厚さ方向の上部に形成された、負極端子極柱および正極端子極柱の上部の外径に対応させた内径を有する同径部(負極端子極柱および正極端子極柱の上部が接触している部分)と、同径部に連続して蓋の厚さ方向の下部(電槽側となる部分)に形成された、内径が同径部から離れるにつれて大きくなるテーパ部と、を有する。 (d) The lid has through holes formed in the upper part of the cell chamber at one end and the other end, a bushing is embedded in the through hole, and the upper part of the negative electrode terminal pole and the positive electrode terminal pole is inserted into the bushing. Has been done. The bushing is formed at least in the upper part in the thickness direction of the lid and has an inner diameter corresponding to the outer diameter of the upper part of the negative electrode terminal pole pillar and the positive electrode terminal pole pillar (negative electrode terminal pole pillar and positive electrode terminal pole pillar). A tapered portion that is formed in the lower part of the lid in the thickness direction (the part on the battery case side) that is continuous with the same diameter part and increases as the inner diameter increases away from the same diameter part. And have.
(e)負極端子極柱および正極端子極柱の負極ストラップおよび正極ストラップからの立ち上がり面の断面積S1は0.61cm2以上0.90cm2以下である。一端のセル室および他端のセル室において、極板群の複数枚の負極板および複数枚の正極板を構成する基板の表裏面の合計面積S2と、正極端子極柱および負極端子極柱における同径部とテーパ部との境界位置から立ち上がり面までの体積V1と、の関係が、550cm-1≦S2/V1≦921cm-1を満たす。 (e) The cross-sectional area S1 of the negative electrode terminal pole pillar and the rising surface from the negative electrode strap and the positive electrode strap of the positive electrode terminal pole pillar is 0.61 cm 2 or more and 0.90 cm 2 or less. In the cell chamber at one end and the cell chamber at the other end, the total area S2 of the front and back surfaces of the plurality of negative electrode plates of the electrode plate group and the substrate constituting the plurality of positive electrode plates, and the positive electrode terminal pole column and the negative electrode terminal pole pillar. The relationship between the volume V1 from the boundary position between the same diameter portion and the tapered portion to the rising surface satisfies 550 cm -1 ≤ S2 / V1 ≤ 921 cm -1 .
本発明の液式鉛蓄電池は、高温環境下での電解液の早期液枯れを抑制することと低温放電特性の確保とが両立できるものになることが期待できる。 The liquid lead-acid battery of the present invention can be expected to be able to suppress early liquid withering of the electrolytic solution in a high temperature environment and to secure low temperature discharge characteristics at the same time.
以下、本発明の実施形態について説明するが、本発明は以下に示す実施形態に限定されない。以下に示す実施形態では、本発明を実施するために技術的に好ましい限定がなされているが、この限定は本発明の必須要件ではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described, but the present invention is not limited to the embodiments shown below. In the embodiments shown below, technically preferable limitations are made for carrying out the present invention, but these limitations are not essential requirements of the present invention.
<構成>
図1および図2に示すように、実施形態の液式鉛蓄電池は、従来公知のモノブロックタイプの電槽1と、蓋2と、六個の極板群3を有する。電槽1は、隔壁13により六個のセル室41~46に区画されている。六個のセル室41~46は電槽1の長手方向(一方向)に沿って配列されている。各セル室41~46に一個の極板群3が配置されている。蓋2には、各セル室41~46の上方となる位置に注液口が形成されている。各注液口から各セル室41~46に電解液5が注入されている。
<Structure>
As shown in FIGS. 1 and 2, the liquid lead-acid battery of the embodiment has a conventionally known monoblock type battery tank 1, a
図1に示すように、極板群3は、複数枚の負極板31および正極板32と、セパレータ33と、負極ストラップ310と、正極ストラップ320を有する。図1の例では、一個の極板群3を構成する負極板31の枚数は正極板32の枚数よりも一枚多くなっている。また、図1および2において、セル室41~46の配列方向をX方向、高さ方向をZ方向、X方向およびZ方向に垂直な方向をY方向と表示する。
As shown in FIG. 1, the
図1に示すように、負極板31は、負極合剤が保持された格子状の負極基板311と、負極基板311から上側に突出する耳312を有する。負極合剤は、負極活物質である鉛とカーボンブラックと補強繊維などを含む。負極合剤は、負極活物質100質量部に対して0.05質量部以上0.5質量部以下の割合でカーボンブラックを含有する。
正極板32は、正極合剤が保持された格子状の正極基板321と、正極基板321から上側に突出する耳322を有する。正極合剤は、正極活物質である二酸化鉛を主とする鉛酸化物と、補強繊維などを含む。
As shown in FIG. 1, the
The
複数枚の負極板31および正極板32は、セパレータ33を介して交互に配置されている。
図1に示すように、負極ストラップ310および正極ストラップ320は、全ての負極板31および正極板32の上方に配置され、負極ストラップ310が全ての負極板31の耳312を厚さ方向(X方向)に連結し、正極ストラップ320が全ての正極板32の耳322を厚さ方向(X方向)に連結している。
The plurality of
As shown in FIG. 1, the
負極板31の耳312と正極板32の耳322は、幅方向(セル室に入った時にY方向となる方向)で異なる位置に配置されている。
また、負極基板311と耳312とは一体に金属材料で形成され、耳312を形成する金属材料はアンチモン(Sb)を含有しないか、含有する場合は50ppm以下の割合で含有している。同様に、正極基板321と耳322とも一体に金属材料で形成され、耳322を形成する金属材料はアンチモン(Sb)を含有しないか、含有する場合は50ppm以下の割合で含有している。
The
Further, the
図1には、主に、配列方向の一端のセル室41およびその隣のセル室42の上側部分が表示されている。つまり、図1は図2のA-A断面図に相当する。一方(左側)のセル室41内の負極ストラップ310の右端から立ち上がる負極中間極柱310aと、他方(右側)のセル室42内の正極ストラップ320の左端から立ち上がる正極中間極柱320aとが、隔壁13に形成された貫通孔13a内を埋める金属部34で接続されている。金属部34は、負極中間極柱310aと正極中間極柱320aとで、隔壁13の貫通孔13aが形成されている部分を挟み、両中間極柱同士を抵抗溶接することで、貫通孔13aに生じさせたものである。
In FIG. 1, the upper portion of the
図2に示すように、配列方向の一端のセル室41に配置された極板群3は、負極ストラップ310から立ち上がる負極中間極柱310aと正極ストラップ320から立ち上がる正極端子極柱362を有する。配列方向の他端のセル室46に配置された極板群3は、正極ストラップ320から立ち上がる正極中間極柱320aと、負極ストラップ310から立ち上がる負極端子極柱361を有する。
As shown in FIG. 2, the
全てのセル室41~46における、各極板群3の全ての負極基板311および正極基板321の表裏面の合計面積は同じであり、この合計面積をS2とする。例えば、負極板31の枚数が7枚、正極板32の枚数が6枚の場合、合計面積S2は、負極基板311の表面の面積×6×2と、正極基板321の表面の面積×7×2との合計値となる。なお、正極基板321および負極基板311の寸法は、幅(Y方向の寸法)が例えば100mm以上150mm以下の範囲であり、高さ(Z方向の寸法)が例えば100mm以上140mm以下の範囲である。
The total area of the front and back surfaces of all the
負極端子極柱361および正極端子極柱362は、負極ストラップ310および正極ストラップ320からそれぞれY方向外側に延設された小片部35の上に形成されている。図1に示すように、正極端子極柱362は、小片部35側(図2参照)から順に、座部362a、大径部362b、テーパ部362c、小径部362d、および先端部362eが連続している形状を有する。負極端子極柱361も、正極端子極柱362と同じ形状を有する。
The negative electrode
負極端子極柱361および正極端子極柱362の小片部35からの立ち上がり面(座部の底面、図1の高さH2の位置)の断面積(S1)は0.61cm2以上0.90cm2以下である。
蓋2の上板21には、負極端子極柱361および正極端子極柱362の上方となる部分に貫通穴21aが形成され、図1に示すように、上板21の電槽1側に、貫通穴21aに連続する内周面を有するスリーブ22が形成されている。そして、蓋2の貫通穴21aおよびスリーブ22に、ブッシング6が挿入されている。
The cross-sectional area (S1) of the rising surface (bottom surface of the seat portion, the position of the height H2 in FIG. 1) from the
In the
ブッシング6は、基部61と基部61より外径が小さい先端部62とからなり、基部61が貫通穴21aおよびスリーブ22に埋め込まれ、先端部62が蓋2の上板21から出ている。基部61は、先端部62に連続する第一部分61aと、第一部分61aから電槽1側に延びる第二部分61bと、を有する。
以下、セル室41におけるブッシング6と正極端子極柱362との関係について説明するが、セル室46におけるブッシング6と負極端子極柱361との関係も以下と同じである。
The bushing 6 is composed of a
Hereinafter, the relationship between the bushing 6 in the
ブッシング6の先端部62および基部61の第一部分61aの内径は、一定であって、正極端子極柱362の小径部362dの直径とほぼ同じである。また、基部61の第二部分61bは、内径が第一部分61aから離れるにつれて大きくなっている。つまり、先端部62と基部61の第一部分61aは、正極端子極柱362の上部(小径部362d)の外径に対応させた内径を有する同径部であり、基部61の第二部分61bは、内径が同径部から離れるにつれて大きくなるテーパ部である。また、正極端子極柱362のテーパ部362cは、ブッシング6のテーパ状内面(基部61の第二部分61bの内面)よりも、テーパの傾斜および長さが小さい。
The inner diameters of the
ブッシング6に、正極端子極柱362の上側部分(テーパ部362cおよび小径部362dと、先端部362eの一部)が挿入され、先端部362eの先端がブッシング6から出ている。
ブッシング6の先端部62および基部61の第一部分61a内で、正極端子極柱362とブッシング6は接触し、ブッシング6の基部61の第二部分61b内で、正極端子極柱362とブッシング6は接触しない。また、基部61の第一部分61aと第二部分61bとの境界位置(ブッシング6の同径部とテーパ部との境界位置、図1の高さH1の位置)から座部362aの底面(立ち上がり面:高さH2の位置)までの間の、正極端子極柱362の体積をV1とする。
The upper portion (tapered
In the
そして、一端のセル室41において、極板群3の全ての負極基板311および正極基板321の表裏面の合計面積S2と、上述の正極端子極柱362の体積V1との関係は下記の(1)式を満たしている。また、他端のセル室46において、極板群3の全ての負極基板311および正極基板321の表裏面の合計面積S2と、上述の正極端子極柱362の体積V1と同じ定義の負極端子極柱361の体積V1との関係も、下記の(1)式を満たしている。
550cm-1≦S2/V1≦921cm-1・・・(1)
Then, in the
550cm -1 ≤ S2 / V1 ≤ 921cm -1 ... (1)
<作用、効果>
この実施形態の液式鉛蓄電池は、負極端子極柱361および正極端子極柱362の小片部35からの立ち上がり面の断面積(S1)が0.61cm2以上0.90cm2以下であるとともに、一端のセル室41および他端のセル室46において、極板群3の全ての負極基板311および正極基板321の表裏面の合計面積S2と、正極端子極柱362および負極端子極柱361の体積V1と、の関係が上記(1)式を満たしている。つまり、比S2/V1が550以上921以下の範囲にある。そのため、これらの両者を満たさない点のみが異なる液式鉛蓄電池と比較して、高温環境下での電解液の早期液枯れを抑制することと低温放電特性の確保との両立性能が高くなる。
<Action, effect>
In the liquid lead-acid battery of this embodiment, the cross-sectional area (S1) of the rising surface from the
なお、比S2/V1は634以上794以下であることが好ましい。これによれば、高温環境下での電解液の早期液枯れを抑制しつつ、より高い低温放電特性を得ることができる。 The ratio S2 / V1 is preferably 634 or more and 794 or less. According to this, it is possible to obtain higher low temperature discharge characteristics while suppressing premature withering of the electrolytic solution in a high temperature environment.
<試験電池の作製>
実施形態の液式鉛蓄電池と同じ構造の液式鉛蓄電池として、サンプルNo.1~No.27の液式鉛蓄電池を作製した。
サンプルNo.1~No.27の液式鉛蓄電池は、M42型のアイドリングストップ用液式鉛蓄電池であって、一端のセル室41および他端のセル室46の内容積は553cm3である。また、負極端子極柱361および正極端子極柱362の小片部35からの立ち上がり面の断面積S1、一端のセル室41および他端のセル室46における極板群3の全ての負極基板311および正極基板321の表裏面の合計面積S2、一端のセル室41および他端のセル室46における上記定義の正極端子極柱362および負極端子極柱361の体積V1を、表1に示す値とした。それ以外の点は全て同じ構成を有する。
<Making test batteries>
Sample No. 1 to No. 27 liquid lead-acid batteries were produced as liquid lead-acid batteries having the same structure as the liquid lead-acid battery of the embodiment.
The liquid lead-acid batteries of Samples No. 1 to No. 27 are M42 type liquid lead-acid batteries for idling stop, and the internal volume of the
なお、一端のセル室41および他端のセル室46の内容積は、セル室底面から電解液のUpper-Levelまでの高さとセル室の幅(電槽1の長手方向)とセル室の長さ(電槽1の短手方向)とを乗ずることで算出できる。ただし、隔壁13に突起(リブ)が設けられている場合は、突起(リブ)の体積は除外して算出することが好ましい。また、セル室自体がテーパ形状となっている場合など、3辺の長さから単純計算で算出することが困難であれば、3D-CAD等から体積を算出しても良い。
The internal volumes of the
先ず、正極基材(正極基板321+耳322)および負極基材(負極基板311+耳312)として、JIS-Bサイズの重力鋳造基板を、正極基材は一枚あたりの重さが約32g、厚さが約1.45mmで、負極基材は一枚あたりの重さが約30g、厚さが約1.0mmで作製した。また、正極基板321は幅(Y方向の寸法)102mm、高さ(Z方向の寸法)107.5mmとし、負極基板311は、幅102mm、高さ108.5mmとした。
First, as the positive electrode base material (
サンプルNo.1~No.15の液式鉛蓄電池では、極板群3を構成する正極板32の枚数を6枚、負極板31の枚数を7枚としたため、合計面積S2は、102mm×107.5mm×6×2+102mm×108.5mm×7×2=2865cm2となる。サンプルNo.16~No.27の液式鉛蓄電池では、極板群3を構成する正極板32の枚数を7枚、負極板31の枚数を7枚としたため、合計面積S2は、102mm×107.5mm×7×2+102mm×108.5mm×7×2=3084cm2となる。
In the liquid lead-acid batteries of Samples No. 1 to No. 15, the total area S2 is 102 mm × 107 because the number of
また、電流・電位解析シミュレーションにより、鋳造性や鉛量を考慮しつつ、電位分布ができるだけ均一になるように、基板の格子デザインを決定した。具体的には、耳周辺の電流が集中する部分の鉛量を増やし、耳を基点に放射上になるような格子デザインとした。
次に、正極基材の格子状基板(正極基板321)には、下記の組成物を用い通常の方法で作製した正極活物質ペーストを充填した。正極活物質ペースト用の組成物は、一酸化鉛を主成分とする鉛粉と鉛丹、ポリエステル繊維からなるカットファイバー、ビスマスを含有した化合粒とを混合した組成物である。充填後に通常の処理を行って、化成前の正極板を得た。
In addition, by current / potential analysis simulation, the grid design of the substrate was determined so that the potential distribution would be as uniform as possible while considering castability and lead content. Specifically, the amount of lead in the part where the current is concentrated around the ear was increased, and the grid design was made so that it radiates from the ear as the base point.
Next, the lattice-shaped substrate (positive electrode substrate 321) of the positive electrode base material was filled with the positive electrode active material paste prepared by a usual method using the following composition. The composition for the positive electrode active material paste is a composition in which lead powder containing lead monoxide as a main component, lead tan, cut fiber made of polyester fiber, and compound granules containing bismuth are mixed. After filling, normal treatment was carried out to obtain a positive electrode plate before chemical conversion.
負極基材の格子状基板(負極基板311)には、下記の組成物を用い通常の方法で作製した鉛ペーストを充填した。負極活物質ペースト用の組成物は、鉛粉、ポリエステル繊維からなるカットファイバー、カーボンブラック、リグニン、硫酸バリウムを混合した組成物である。充填後に通常の処理を行って、化成前の負極板を得た。
次に、サンプルNo.1~No.15では正極板6枚と負極板7枚を、サンプルNo.16~No.27では正極板7枚と負極板7枚を、ポリエチレンセパレータを挟んで交互に積層して積層体を得た。次に、COS(キャストオンストラップ)方式の鋳造装置を用いて、各積層体の正極板および負極板にストラップと中間極柱と端子極柱を形成することで、極板群を得た。
The lattice-shaped substrate (negative electrode substrate 311) of the negative electrode base material was filled with a lead paste prepared by a usual method using the following composition. The composition for the negative electrode active material paste is a composition in which lead powder, cut fiber composed of polyester fiber, carbon black, lignin, and barium sulfate are mixed. After filling, a normal treatment was carried out to obtain a negative electrode plate before chemical conversion.
Next, in samples No. 1 to No. 15, 6 positive electrode plates and 7 negative electrode plates are alternately used, and in samples No. 16 to 27, 7 positive electrode plates and 7 negative electrode plates are alternately sandwiched between polyethylene separators. It was laminated to obtain a laminated body. Next, a group of electrode plates was obtained by forming a strap, an intermediate electrode column, and a terminal electrode column on the positive electrode plate and the negative electrode plate of each laminate using a COS (cast-on-strap) type casting apparatus.
この極板群をサンプル毎に六個用意し、電槽の各セル室に入れて、隣接するセル室間の中間極柱の抵抗溶接、電槽と蓋の熱溶着、各注液口から各セル室内への電解液の注入(Upper-Levelまで)、および注液口を塞ぐことなどの通常の工程を行うことにより、液式鉛蓄電池(化成前)を組み立てた。その後、通常の方法で電槽化成を行うことで、電槽化成後の比重を1.285(20℃換算値)として、M42型のアイドリングストップ用液式鉛蓄電池を得た。 Six of these electrode plates are prepared for each sample, placed in each cell chamber of the battery chamber, resistance welding of intermediate pole columns between adjacent cell chambers, heat welding of the battery tank and lid, and each from each injection port. A liquid lead-acid battery (before chemical conversion) was assembled by performing normal steps such as injecting an electrolytic solution into the cell chamber (up to Upper-Level) and closing the injection port. Then, by carrying out the electric tank chemical conversion by a usual method, the specific gravity after the electric tank chemical formation was set to 1.285 (20 ° C. conversion value), and an M42 type liquid lead-acid battery for idling stop was obtained.
なお、一端のセル室41の正極端子極柱362の体積V1は、大径部362bの直径および長さを変えることで変化させた。また、他端のセル室46の負極端子極柱361の体積V1も、大径部の直径および長さを正極端子極柱362と同じに変えることで変化させて、正極端子極柱362の体積V1と同じにした。表1にはS2/V1の算出値も示す。
なお、No.1~No.3およびNo.10~No.27は、同一設計で作製した液式鉛蓄電池を3つずつ(N=3)用意して試験した結果である。
The volume V1 of the positive electrode
No. 1 to No. 3 and No. 10 to No. 27 are the results of testing by preparing three liquid lead-acid batteries (N = 3) manufactured with the same design.
<試験および評価>
得られた各液式鉛蓄電池について、以下の方法で試験を行った。
(低温放電特性)
コールドクランキング試験(CC試験)を以下の条件で実施した。
先ず、各液式鉛蓄電池を満充電状態にした後、-18℃±1℃の恒温槽内で24時間放置する。次に、電流340Aで30秒間定電流放電を行い、放電開始後30秒目の電圧を測定する。
測定された電圧が8.13V以上であれば、低温放電特性が良好であると判断できる。
<Test and evaluation>
Each of the obtained liquid lead-acid batteries was tested by the following method.
(Low temperature discharge characteristics)
The cold cranking test (CC test) was conducted under the following conditions.
First, each liquid-type lead-acid battery is fully charged, and then left in a constant temperature bath at −18 ° C. ± 1 ° C. for 24 hours. Next, constant current discharge is performed at a current of 340 A for 30 seconds, and the voltage 30 seconds after the start of discharge is measured.
If the measured voltage is 8.13V or higher, it can be determined that the low temperature discharge characteristics are good.
(減液特性)
高温地域での使用を想定して、下記の条件で連続CV充電を実施した。つまり、高温過充電試験を行った。
先ず、各液式鉛蓄電池を満充電状態にした後、75℃の雰囲気下で、最大電圧14.5V、最大電流50Aで50日、連続CV充電を行い、試験終了まで補水は行わない。
そして、試験終了時点で、一端のセル室41および他端のセル室46内の電解液5の水位を調べた。この水位がLower-Levelと同じかそれより上の位置であれば、高温環境下での電解液の早期液枯れが抑制できると判断できる。また、Upper-LevelからLower-Levelまで水位が下がった場合の電解液の減少量を100としたときの、各サンプルにおける電解液の減少量の相対値を減液特性とした。この数値が小さいほど減液特性に優れている(電解液が減少しにくい)ことになり、この数値が100以下であれば合格と判定できる。
(Liquid reduction characteristics)
Assuming use in a high temperature area, continuous CV charging was carried out under the following conditions. That is, a high temperature overcharge test was performed.
First, after each liquid lead-acid battery is fully charged, continuous CV charging is performed for 50 days at a maximum voltage of 14.5 V and a maximum current of 50 A in an atmosphere of 75 ° C., and water is not replenished until the end of the test.
Then, at the end of the test, the water level of the
また、CC試験30秒目の電圧が8.13V以上と減液特性が100以下の両方を満たす場合、総合判定を「〇」とし、いずれかまたは両方を満たさない場合「×」とした。
これらの試験結果を、液式鉛蓄電池の構成とともに表1に示す。
Further, when the voltage at the 30th second of the CC test satisfies both the voltage of 8.13 V or more and the liquid reduction characteristic of 100 or less, the comprehensive judgment is set to "〇", and when either or both is not satisfied, it is set to "x".
The results of these tests are shown in Table 1 together with the configuration of the liquid lead-acid battery.
表1の結果から以下のことが分かる。
内容積が553cm3であって、上記寸法の正極板を6枚または7枚と上記寸法の負極板を7枚有する極板群が配置された、一端のセル室41および他端のセル室46において、0.61cm2≦S1≦0.90cm2と550cm-1≦S2/V1≦921cm-1の両方を満たすNo.5~8およびNo.13~24の液式鉛蓄電池は、高温環境下での電解液の早期液枯れを抑制しながら良好な低温放電特性を得ることができる。これに対して、0.61cm2≦S1≦0.90cm2と550cm-1≦S2/V1≦921cm-1のいずれかまたは両方を満たさないNo.1~4およびNo.24~27の液式鉛蓄電池では、高温環境下での電解液の早期液枯れの抑制効果と低温放電特性が良好になることの少なくとも一方が得られない。
The following can be seen from the results in Table 1.
The
1 電槽
13 隔壁
13a 隔壁の貫通孔
2 蓋
21 蓋の上板
21a 蓋の貫通穴
22 蓋のスリーブ
3 極板群
31 負極板
311 負極基板(負極板の基板)
312 負極板の耳
310 負極ストラップ
310a 負極中間極柱
32 正極板
321 正極基板(正極板の基板)
322 正極板の耳
320 正極ストラップ
320a 正極中間極柱
34 貫通孔内を埋める金属部
35 ストラップに連続する小片部
361 負極端子極柱
362 正極端子極柱
362a 正極端子極柱の座部
362b 正極端子極柱の大径部
362c 正極端子極柱のテーパ部(正極端子極柱の上側部分)
362d 正極端子極柱の小径部(正極端子極柱の上部、正極端子極柱の上側部分)
362e 正極端子極柱の先端部(正極端子極柱の上側部分)
41~46 セル室
41 配列方向における一端のセル室
46 配列方向における他端のセル室
5 電解液
6 ブッシング
61 ブッシングの基部
61a 基部の第一部分(同径部)
61b 基部の第二部分(テーパ部)
62 ブッシングの先端部(同径部)
1
312 Negative
322 Positive
362d Small diameter part of positive electrode terminal pole pillar (upper part of positive electrode terminal pole pillar, upper part of positive electrode terminal pole pillar)
362e Tip of positive electrode pole pillar (upper part of positive electrode terminal pole pillar)
41-46
61b Second part of the base (tapered part)
62 Bushing tip (same diameter)
Claims (1)
前記複数のセル室にそれぞれ収納された複数の極板群と、
前記複数のセル室に注入された電解液と、
前記電槽に固定されて前記複数のセル室の上方を塞ぐ蓋と、
を備え、
前記極板群は、交互に配置された複数枚の負極板および正極板と、前記負極板と前記正極板との間に配置されたセパレータと、前記複数枚の負極板および正極板の上方に配置され、前記複数枚の負極板同士および前記複数枚の正極板同士をそれぞれ前記負極板および前記正極板の幅方向の別の位置で、前記負極板および前記正極板の厚さ方向に連結する負極ストラップおよび正極ストラップと、を有し、
前記極板群は、前記負極板および前記正極板の厚さ方向を前記セル室の配列方向に合わせて、前記セル室内に配置され、
隣り合う二つの前記セル室の一方に配置された前記極板群の前記負極ストラップから立ち上がる負極中間極柱と、他方に配置された前記極板群の前記正極ストラップから立ち上がる正極中間極柱とが、前記隔壁に形成された貫通孔内を埋める金属部で接続され、
前記負極板および前記正極板は、それぞれ、負極合剤および正極合剤が保持された基板と、前記基板から上側に突出した集電用の耳と、を有し、前記耳は、前記負極ストラップおよび前記正極ストラップでそれぞれ連結され、
前記複数のセル室の配列方向における一端のセル室に配置された前記極板群は、前記負極ストラップから立ち上がる負極中間極柱および前記正極ストラップから立ち上がる正極端子極柱を有し、
前記複数のセル室の配列方向における他端のセル室に配置された前記極板群は、前記負極ストラップから立ち上がる負極端子極柱および前記正極ストラップから立ち上がる正極中間極柱を有し、
前記蓋には、前記一端および前記他端の前記セル室の上方となる部分に貫通穴が形成され、前記貫通穴にブッシングが埋め込まれ、前記ブッシングに前記負極端子極柱および前記正極端子極柱の上側部分が挿入され、
前記ブッシングは、少なくとも前記蓋の厚さ方向の上部に形成された、前記負極端子極柱および前記正極端子極柱の上部の外径に対応させた内径を有する同径部と、前記同径部に連続して、前記蓋の厚さ方向の下部に形成された、内径が前記同径部から離れるにつれて大きくなるテーパ部と、を有し、
前記負極端子極柱および前記正極端子極柱の前記負極ストラップおよび前記正極ストラップからの立ち上がり面の断面積S1は0.61cm2以上0.90cm2以下であり、
前記一端のセル室および前記他端のセル室において、前記極板群の前記複数枚の負極板および前記複数枚の正極板を構成する前記基板の表裏面の合計面積S2と、前記正極端子極柱および前記負極端子極柱における前記同径部と前記テーパ部との境界位置から前記立ち上がり面までの体積V1と、の関係が、550cm-1≦S2/V1≦921cm-1を満たす液式鉛蓄電池。
An electric tank having multiple cell chambers partitioned by a partition wall,
A plurality of electrode plates stored in each of the plurality of cell chambers, and
The electrolytic solution injected into the plurality of cell chambers and
A lid fixed to the battery case and closing the upper part of the plurality of cell chambers,
Equipped with
The electrode plate group includes a plurality of alternately arranged negative electrode plates and positive electrode plates, a separator arranged between the negative electrode plate and the positive electrode plate, and above the plurality of negative electrode plates and positive electrode plates. The plurality of negative electrode plates and the plurality of positive electrode plates are arranged and connected to each other at different positions in the width direction of the negative electrode plate and the positive electrode plate, respectively, in the thickness direction of the negative electrode plate and the positive electrode plate. With a negative electrode strap and a positive electrode strap,
The electrode plate group is arranged in the cell chamber with the thickness direction of the negative electrode plate and the positive electrode plate aligned with the arrangement direction of the cell chamber.
The negative electrode intermediate pole pillar rising from the negative electrode strap of the electrode plate group arranged in one of the two adjacent cell chambers and the positive electrode intermediate pole pillar rising from the positive electrode strap of the electrode plate group arranged on the other side. , Connected by a metal part that fills the inside of the through hole formed in the partition wall,
The negative electrode plate and the positive electrode plate each have a substrate on which a negative electrode mixture and a positive electrode mixture are held, and an ear for collecting electricity protruding upward from the substrate, and the ear is the negative electrode strap. And connected by the positive electrode strap, respectively.
The electrode plate group arranged in the cell chamber at one end in the arrangement direction of the plurality of cell chambers has a negative electrode intermediate pole pillar rising from the negative electrode strap and a positive electrode terminal pole pillar rising from the positive electrode strap.
The electrode plate group arranged in the cell chamber at the other end in the arrangement direction of the plurality of cell chambers has a negative electrode terminal pole column rising from the negative electrode strap and a positive electrode intermediate pole pillar rising from the positive electrode strap.
A through hole is formed in the lid at one end and an upper portion of the cell chamber at the other end, a bushing is embedded in the through hole, and the negative electrode terminal pole and the positive electrode terminal pole pillar are embedded in the bushing. The upper part of is inserted,
The bushing has an inner diameter portion formed at least in the upper portion in the thickness direction of the lid and having an inner diameter corresponding to the outer diameter of the upper portion of the negative electrode terminal pole pillar and the positive electrode terminal pole pillar, and the same diameter portion. Continuously, it has a tapered portion formed in the lower portion of the lid in the thickness direction and whose inner diameter increases as the inner diameter increases away from the same diameter portion.
The cross-sectional area S1 of the negative electrode terminal pole pillar, the negative electrode strap of the positive electrode terminal pole pillar, and the rising surface from the positive electrode strap is 0.61 cm 2 or more and 0.90 cm 2 or less.
In the cell chamber at one end and the cell chamber at the other end, the total area S2 of the front and back surfaces of the substrate constituting the plurality of negative electrode plates and the plurality of positive electrode plates of the electrode plate group, and the positive electrode terminal pole. Liquid lead that satisfies 550 cm -1 ≤ S2 / V1 ≤ 921 cm -1 in the relationship between the volume V1 from the boundary position between the same diameter portion and the tapered portion in the column and the negative electrode terminal pole column to the rising surface. Storage battery.
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