JP3225123U - 鉛蓄電池用電槽 - Google Patents

Abstract

【課題】少材料の設計で、鉛蓄電池の電解液の成層化を抑制することができる鉛蓄電池用電槽の提供。【解決手段】電槽１内に区画されたセル室１２の内底面１３に設ける極板群載置用の鞍２において、鞍２に厚み方向（Ｙ軸方向）に貫通した液流動部５を設け、鞍２の上端面を連続した水平面（Ｘ−Ｙ平面）とする。【選択図】図１

Description

本考案は、鉛蓄電池用電槽、特に電槽内に区画されたセル室の内底面に設ける極板群載置用の鞍を備える鉛蓄電池用電槽に関するものである。

鉛蓄電池には液式のものと制御弁式のものがあり、液式鉛蓄電池では負極板および正極板がセパレータを介して交互に配置された極板群が、電解液の入った電槽のセル室内に収納されている。従来のエンジン車に使用する液式鉛蓄電池は、充電率が高い状態（過充電状態も含む）で使用されることが多かった。しかし近年、充電制御車やアイドリングストップ車両が主流になりつつある。このような事情から、近年の液式鉛蓄電池は不十分な充電状態である部分充電状態（ＰＳＯＣ：Ｐａｒｔｉａｌ Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）で使用されることが多くなっている。

充電初期の液式鉛蓄電池では、充電反応により生じた硫酸が、極板内部から極板近傍に存在する電解液に向けて絶え間なく放出され、極板近傍に存在する電解液の硫酸濃度が高くなる。つまり、極板内部から外部(極板近傍)に絶え間なく濃硫酸が供給され続ける。この濃硫酸は、極板から離れた部分に存在する電解液(希硫酸)よりも比重が大きいため、電槽の下部に沈降し、滞留する。その結果、電槽内の電解液の濃度が上下方向で不均一化する、いわゆる成層化現象が起こる。

充電率が高くなるに連れて、液式鉛蓄電池に供給された電力が電解液を構成する水の電気分解に使用される割合が高くなる。水の電気分解で生じたガスは、極板近傍の電解液中に放出される。過充電状態になると、供給された電力は充電反応には使用されず、電解液を構成する水の電気分解に使用されるため、極板内部から大量のガスが発生する。そして、この大量のガスが極板内部から極板近傍の電解液中に放出されて、電槽の下部に滞留した濃硫酸を上方に押し上げる作用を示し、電解液が撹拌されて、電槽内の電解液の成層化が解消される。

しかし、液式鉛蓄電池が部分充電状態で使用される場合には、上述のガスによる電解液の成層化の解消は期待できない。電解液の成層化が解消されないと、負極板下部のサルフェーションが進行して、電池寿命が短くなる。

そこで、例えば特許文献１では、極板群の側面のうち極板平面に垂直な面（極板の積層方向に平行な面）の少なくとも一方を液密かつ気密な仕切部材で覆うことで、極板群の内外にわたる電解液の水平方向の対流が妨げられ、充電時に発生するガスの浮力を効果的に利用して電解液の上昇流を起こすことができ、電解液の撹拌効果を高めて、成層化を抑制する方法が提案されている。しかし、この方法では、水の電気分解でガスが十分に発生する充電率が高い状態でなければ、電解液の成層化の解消を期待できないと考えられる。

また、特許文献２では、鉛蓄電池のセル室内に仕切り壁を設けて、セル室内の圧力差を利用して電解液の対流を発生させ、成層化を抑制する方法が提案されている。しかし、セル室内に仕切り壁を設けるため、電槽部材に加え、仕切り壁に使用するための材料コストがかかってしまう懸念がある。

そして、特許文献３では、電槽の内底面の鞍に斜めのスリットを設けて、鞍間の滞留ガスが前記スリットを通り抜け極板群の端面より抜け出ると同時に、電解液の撹拌を起こし、成層化を抑制する方法が提案されている。しかし、鞍にスリットが形成されていると、鞍と、極板群と、が均等に当接しない。この状態で、充放電が繰り返され、腐食による正極板の伸び（グロース）が生じると、スリット部に当接している極板群の正極板は、スリット部が形成されていない箇所に当接している正極板に比べて、伸び率が大きくなると推測される。これにより、対向し合う正極板と負極板とにズレが生じてしまい、活物質の利用率の低下ないしは電池容量の低下につながると考えられる。また、このような構造の電池を自動車に載置した際、振動等によりスリットの尖った部分にセパレータが接触し、セパレータの破損による短絡の危険性も懸念される。

特許第５９９４５４５号公報 特開２００７−２４２３３３号公報 実開平３−１１６５６３号公報

そこで本考案は、少材料の設計で、鉛蓄電池の電解液の成層化を抑制することができる鉛蓄電池用電槽を提供することを目的とする。

すなわち本考案に係る鉛蓄電池用電槽は、電槽内に区画されたセル室の内底面に設ける極板群載置用の鞍において、前記鞍は液流動部を有し、前記液流動部は前記鞍の厚み方向に貫通して設けられ、前記鞍の上端面が連続した水平面であることを特徴とするものである。

さらに、本考案は、前記電槽のセル室の内底面に斜面部が設けられており、前記斜面部の最高位部が前記鞍の上端面より下方に位置し、前記斜面部の高さが前記最高位部から前記セル室の外側方向にかけて低くなることを特徴とするものである。

本考案に係る鉛蓄電池用電槽によれば、電槽のセル室の内底面に設ける極板群載置用の鞍の下部に液流動部を設けることで、鞍の下部の空間まで電解液の撹拌に有効的に活用でき、電槽下部に沈降した硫酸を拡散しやすくなるため、成層化を抑制することができる。

また、本考案では、液流動部を鞍の厚み方向の肉抜きにより設けるため、少材料の設計となり、材料コストを削減でき、電池重量の軽量化も見込まれる。

さらには、セル室の内底面に斜面部を設けることで、極板から生じた硫酸が電槽下部に沈降後、滞留せず、斜面部を伝いセル室の側面方向に移動するため、拡散距離および拡散時間が延び、硫酸がより拡散しやすくなるため、成層化をより抑制することができる。

本考案の実施形態に係る鉛蓄電池用電槽の部分断面部分斜視図。 本考案の実施形態に係る鉛蓄電池用電槽のセル室の下部を極板群の積層方向に直交する方向（Ｙ軸方向）から示したＡ−Ａ’断面図。 本考案の実施形態に係る鉛蓄電池用電槽のセル室の下部を極板群の積層方向に直交する方向（Ｙ軸方向）から示したＡ−Ａ’断面図。 本考案の実施形態に係る鉛蓄電池用電槽のセル室の斜面部を示した部分断面部分斜視図。 本考案の実施形態に係る鉛蓄電池用電槽のセル室の斜面部を示した部分断面部分斜視図。 本考案の実施形態に係る鉛蓄電池用電槽のセル室の下部を極板群の積層方向に直交する方向（Ｙ軸方向）から示したＡ−Ａ’断面図。 本考案の実施形態に係る鉛蓄電池用電槽のセル室の下部を極板群の積層方向に直交する方向（Ｙ軸方向）から示したＡ−Ａ’断面図。 従来の鉛蓄電池用電槽のセル室を極板群の積層方向（Ｘ軸方向）から示したＢ−Ｂ’断面図。

以下に本考案の実施形態を、図を用いて説明する。図１は本考案の実施形態に係る鉛蓄電池用電槽の部分断面部分斜視図である。図２は本考案の実施形態に係る鉛蓄電池用電槽のセル室の下部を極板群の積層方向に直交する方向（Ｙ軸方向）から示したＡ−Ａ’断面図である。図３（ａ）〜（ｄ）は図２の鞍の変形例である。図４は本考案の実施形態に係る鉛蓄電池用電槽のセル室の斜面部を示した部分断面部分斜視図である。図５（ａ）〜（ｃ）は図４の斜面部の変形例である。図６は鞍の両端に空間を設けた実施形態に係る鉛蓄電池用電槽のセル室の下部を極板群の積層方向に直交する方向（Ｙ軸方向）から示したＡ−Ａ’断面図である。図７は図６の内底面に斜面部を設けた実施形態に係る鉛蓄電池用電槽のセル室の下部を極板群の積層方向に直交する方向（Ｙ軸方向）から示したＡ−Ａ’断面図である。図８は従来の鉛蓄電池用電槽のセル室を極板群の積層方向（Ｘ軸方向）から示したＢ−Ｂ’断面図である。

従来の鉛蓄電池用電槽１を図８に示す。この電槽１のセル室１２内に極板群３が収納されるが、極板群３はセパレータ４を介して交互に積層された正極板と負極板からなり、正極板および負極板の足部３１を４本の鞍２にそれぞれ載置して収納される。本考案の鉛蓄電池用電槽も従来の電槽と同様で、図１に示すようなセル室１２で電槽１内部が６個に区画されて形成されており、セル室１２の内底面１３に４本の鞍２が設けられ、この鞍２に正極板および負極板の足部を載置して極板群が収納されるのである。

本考案では図１〜３に示すように、鞍２は厚み方向（Ｙ軸方向）に貫通する肉抜き部による液流動部５が設けられている。このような構造により、充電時に発生するガス、振動または温度勾配を利用して電解液を拡散することができ、成層化を解消し、電池寿命の低下を抑制できる。
また、鞍２の上端面を連続した水平面（Ｘ−Ｙ平面）にすることで、極板群と鞍２の上端面とが均等に当接し、腐食環境下でのグロースによる正極基板の伸び率の不均一化を抑止して、正極板と負極板とが対向し合う状態を保ち、活物質の利用率の低下ないしは電池容量の低下を抑制することができる。ここで、前記水平面の“水平”とは、電槽１の内底面１３から鞍２の上端面までの設計基準高さ（設計値）に多少の高低差を有するものも含み、その高低差が±０．５ｍｍ以内であれば“水平”とみなせる。尚、鞍２の角を面取り加工することでセパレータの破損をより抑制することができる。

さらに、本考案では、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、液流動部５を、前記液流動部５の下端が内底面１３よりも上方の位置になるように設ける、または、図３（ｃ）に示すようにメッシュ状の液流動部５を設けることで、電解液の流動と同時に極板から脱落した活物質が舞い上がることにより生じる短絡の危険性を抑制することができる。
また、図２および図３（ｄ）に示すように、液流動部５を、前記液流動部５の下端が内底面１３に位置するように設けることで、電槽１下部に沈降した硫酸の拡散効果を高めることができる。
尚、液流動部５の大きさおよび形状は、鞍２の機械的強度を損なわない形態であれば良い。

そして、図４に示すようにセル室１２の内底面に斜面部６を備え、斜面部６の最高位部６１を鞍２の上端面より下方に設けて、斜面部６の高さが最高位部６１から前記セル室１２の側面方向（Ｘ軸方向）に低くなるように設けることで、極板から生じた硫酸が電槽１下部へ沈降後、斜面部６を伝い、セル室１２の側面方向に移動する。これに伴い、硫酸の拡散距離および拡散時間が延びるため、硫酸濃度の不均一化をさらに抑制することができる。

図４、図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、セル室１２の内底面１３に斜面部６を設けて、斜面部６の最高位部６１は、鞍２の上端より下方に位置するセル室内の一点または一線とする。尚、前記一線の長さおよび方向は特に限定されない。また斜面６は、急な傾斜である場合、電槽１部材の材料コストが高くなるうえ、斜面部６の高さが鞍２の高さを超えてしまい、極板群を支持する機能を損なう懸念がある。一方で、緩い傾斜である場合、電解液の流動性の向上が見込めない。これらの観点から、斜面部６の傾斜は、鞍２が極板群を支持するのを妨げない、かつ電解液の流動性が向上する形態であれば良い。

また、図５（ｃ）に示すように、内底面１３の一部分に斜面部６を設けても良い。但し、斜面部６の範囲が狭いと電解液の流動性の向上が見込めないため、斜面部６は、セル室１２あたりにおける内底面１３の面積に対し５０％以上を占めることが好ましい。さらに、内底面１３の中心付近に位置することがより好ましい。

本考案では、鞍２の両端と電槽１の側壁および隔壁１１とは、図２に示すように接合させても良く、図６に示すようにガイドリブ１４の高さの寸法以下の範囲内で距離を離して、鞍２の両端に空間を設けても良い。接合させた場合、鞍２がセル室１２の短側面および隔壁１１により固定され、剛性が高くなるため、鞍２により極板群を確実に支持できる。一方で、接合させない場合、鞍２の両端に電解液が流動可能な空間ができるため、電解液の流動性がさらに向上する。

さらに、電解液の流動性向上の観点から、図７に示すように、図６の実施形態に加え、斜面部６を設ける形態が、最も電解液の撹拌効果を発揮する。

本考案の鉛蓄電池用電槽１は合成樹脂製であり、耐酸性を有するものであれば特に限定されず、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン等のポリオレフィンが挙げられる。

本考案の鉛蓄電池用電槽１は、次の方法により作製することができる。例えば、射出成型加工と熱溶着加工との２段階で成形できる。図１〜７に示すような鞍２部材と、前記鞍２の溶着前の電槽１部材の形状となるような金型を別々に用意して、合成樹脂の射出成型により成形する。その後、成形した前記鞍２部材と前記電槽１部材の接合部を熱して、溶着する。尚、本考案の鞍２が形成可能であれば、一体成形により作製しても良く、例えば、３Ｄプリンター等を用いた積層法による一体成型も可能である。

その他、本考案は前記実施形態に限らず、本考案の趣旨を逸脱しない限り、前述した構成を適宜組み合わせても良い。

１ 電槽
１１ 隔壁
１２ セル室
１３ 内底面
１４ ガイドリブ
２ 鞍
３ 極板群
３１ 正極板および負極板の足部
４ セパレータ
５ 液流動部
６ 斜面部
６１ 最高位部

Claims (2)

1. 電槽内に区画されたセル室の内底面に設ける極板群載置用の鞍において、
   前記鞍は、液流動部を有し、
   前記液流動部は、前記鞍の厚み方向に貫通して設けられ、
   前記鞍の上端面が、連続した水平面であることを特徴とする鉛蓄電池用電槽。
2. 前記電槽のセル室の内底面は、斜面部を有し、
   前記斜面部の最高位部は、前記鞍の上端面より下方に位置し、
   前記斜面部の高さが、前記最高位部から前記セル室の外側方向にかけて低くなることを特徴とする請求項１の鉛蓄電池用電槽。