JP3245022B2 - 鉛蓄電池及びその製造方法 - Google Patents

鉛蓄電池及びその製造方法

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JP3245022B2
JP3245022B2 JP23715795A JP23715795A JP3245022B2 JP 3245022 B2 JP3245022 B2 JP 3245022B2 JP 23715795 A JP23715795 A JP 23715795A JP 23715795 A JP23715795 A JP 23715795A JP 3245022 B2 JP3245022 B2 JP 3245022B2
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、鉛蓄電池、特にそ
のセル間接続部の改良及びその鉛蓄電池の製造方法に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の蓄電池において、低廉で信頼性の
高い電池として鉛蓄電池が広く用いられており、鉛蓄電
池は経済性の点や、取り扱いが容易な点等で他の蓄電池
に比べて優れた特性を有している。一般的に用いられて
いる鉛蓄電池は、正極板、それと同数又は一枚多い負極
板、各極板間に挟み込まれたセパレータ及び電解液等が
合成樹脂製の電槽の内部に配設され構成されている。こ
の電槽は、電池内圧が異常に上昇した場合ガスを大気中
へ放出するための安全弁や正極及び負極の外部接続用の
端子を形成するためのブッシング等を備えた蓋により密
封されている。従来の鉛蓄電池において、電槽内を複数
のセル室に仕切る仕切壁には、その上部に真円形の貫通
孔が形成されていた。各セル室内に配設された正極板及
び負極板はその上部において、それぞれストラップによ
り接続されており、隣接するセル室のストラップには仕
切壁の貫通孔に対向する一端に正極性端子又は負極性端
子が接続されていた。従来の鉛蓄電池において、仕切壁
を間にして対向する正極性端子と負極性端子は、仕切壁
の真円形の貫通孔の内部を満たしたセル間接続部により
接続されていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記のように構成され
た従来の鉛蓄電池において、隣接するセル室内の正極性
端子と負極性端子とは仕切壁の上部に形成された真円形
の貫通孔内を満たすセル間接続部を介して接続されてお
り、電槽上部にはセル間接続部のための大きな空間を必
要としていた。このため、従来の鉛蓄電池はその高さ寸
法を十分小さくすることができず、体積効率(Wh/m
3)の向上を妨げていた。また、セル間接続部を形成す
るための正極性端子又は負極性端子が各ストラップの側
面に溶接されて、階段状に配設されているため、セル間
接続のための部材が多く必要であり、この部材のために
重量が重くなり、また電流経路が長くなっていた。従っ
て、従来の鉛蓄電池は、重量効率(Wh/kg)が低
く、電流経路が長いため抵抗分が大きくなり出力特性も
低いという問題があった。本発明は、前述のような問題
を解決するためになされたもので、小型化、軽量化及び
高出力化を達成した信頼性の高い鉛蓄電池を提供するこ
とを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の鉛蓄電池は、上部が開口した実質的に箱状
の電槽と、前記電槽内を複数のセル室に仕切り、上縁近
傍に水平方向を長径とする楕円形貫通孔を有する仕切壁
と、前記セル室内に配設され、複数の正極板と負極板及
び両極板を隔離する複数のセパレータからなる極板群
と、前記極板群の上方に配設され、前記正極板に接続さ
れた実質的に直線状の第1のストラップと、前記第1の
ストラップと平行に前記極板群の上方に配設され、前記
負極板に接続された実質的に直線状の第2のストラップ
と、前記仕切壁を間にして対向して配設され、隣接する
セル室の前記第1のストラップと前記第2のストラップ
のそれぞれの一端に形成された正極性端子及び負極性端
子と、前記仕切壁の楕円形貫通孔を実質的に満たし、前
記正極性端子と前記負極性端子を接続するセル間接続体
と、前記電槽の開口を封止する蓋とを具備する。
【0005】また、本発明の鉛蓄電池の製造方法は、仕
切壁により仕切られた電槽内の複数のセル室内に、複数
の正極板と負極板及び両極板を隔離する複数のセパレー
タからなる極板群を収納し、前記正極板に接続された実
質的に直線状の第1のストラップの一端に正極性端子が
形成され、前記負極板に接続された実質的に直線状の第
2のストラップの一端に負極性端子が形成された鉛蓄電
池の製造方法において、前記仕切壁の上縁近傍に形成さ
れた水平方向を長径とする楕円形貫通孔を間にして対向
して配設された隣り合う前記正極性端子と前記負極性端
子を、水平方向を長径とする楕円形圧接面の突起部を持
つ抵抗溶接電極により挟み付けて加圧し、前記正極性端
子と負極性端子とを接触させる工程と、前記加圧下にお
いて前記正極性端子と前記負極性端子との接触部分に前
記抵抗溶接電極により高電流を流す抵抗溶接により前記
楕円形貫通孔内を実質的に満たすセル間接続体を形成す
る工程と、前記電槽の上部開口に蓋を熱溶着する工程と
を有する。上記のように構成された本発明の鉛蓄電池に
おいて、各セル室内の正極板又は負極板を接続する各ス
トラップはそこに流れる電流の増加に応じてその断面形
状が大きく形成されており、仕切壁を介して隣り合う正
極性端子と負極性端子間は偏平形状でその断面が実質的
に略楕円形状であるセル間接続体により電気的に接続さ
れている。
【0006】
【発明の実施の形態】以下、本発明の鉛蓄電池の好まし
い実施例を図面を参照して説明する。図1は本発明の鉛
蓄電池の一実施例を示す側面断面図であり、図2は図1
の鉛蓄電池の蓋14を取り外した状態を示す平面図であ
る。図1及び図2に示すように、上方が開口した箱状の
電槽1は、熱可塑性樹脂、例えばポリプロピレンにより
後述する仕切壁2とともに一体成形されている。電槽1
の内部には、複数のセパレータ40を間にして対向して
配設された複数の正極板41と複数の負極板42とを有
する極板群4が収納されている。本実施例において、セ
パレータ40には硝子繊維等から製造されたマット状保
液材(例えば、ガラスリティナーマット)が用いられて
いる。正極板41はPb−Ca合金により形成された格
子に鉛ペーストを塗着したものであり、負極板42はP
b−Ca合金により形成された格子に鉛ペーストを塗着
したものである。上記極板群4であるセパレータ40、
正極板41及び負極板42には希硫酸電解液が保持され
ている。
【0007】図1に示すように、極板群4における正極
板41及び負極板42の上部にはそれぞれ耳部41a及
び42aが形成されている。複数の正極板41の各耳部
41aには導電体である板状の第1のストラップ7aが
接続されており、複数の負極板42の各耳部42aには
導電体である板状の第2のストラップ7bが接続されて
いる。図2に示すように、正極又は負極の極柱15を有
する第3のストラップ7cには、前述の第1のストラッ
プ7aと第2のストラップ7bと同じように、正極板4
1の耳部41a、又は負極板42の耳部42aが接続さ
れている。第3のストラップ7cに設けられている極柱
15は、蓋14に設けられたブッシング(図示しない)
に溶接により接続されて、正極又は負極の端子13を構
成する。
【0008】図2に示すように、電槽1内は複数の仕切
壁2により仕切られた複数のセル室1aが形成されてお
り、各セル室1aには極板群4が配置されている。ま
た、各セル室1aには、極板群4と直交するように、各
セル室1aの上部に第1のストラップ7a及び第2のス
トラップ7b、または第3のストラップ7cが実質的に
並行に配設されている。第1のストラップ7a及び第2
のストラップ7bの一端には、正極性端子8a及び負極
性端子8bがそれぞれ形成されている。これらの正極性
端子8aと負極性端子8bは、仕切壁2を介して隣接し
たセルを接続するものであり、隣接するセル室1a、1
aの正極性端子8aと負極性端子8bは後述する抵抗溶
接により電気的に接続されている。図3は、本実施例の
電槽1の仕切壁2を示す正面断面図である。図3に示す
仕切壁2の上部右側には、水平方向に長径を有する楕円
形状の楕円形貫通孔3が形成されている。本実施例にお
いて、楕円形貫通孔3の寸法は、長径が15mmであ
り、短径が9mmである。従って、長径/短径比は約
1.67である。電槽1内において、楕円形貫通孔3
は、仕切壁2の上部に形成されており、一つおきに左と
右の交互に配置されている。上記仕切壁2の楕円形貫通
孔3を間にして対向して配置された正極性端子8aと負
極性端子8bは、後述する抵抗溶接により接続され、仕
切壁2を介して隣接したセルは互いに電気的に直列接続
された状態となっている。
【0009】図1及び図2の電槽1の内部を表す平面図
に示されているように、厚みが略一定である板状の第1
のストラップ7aと第2のストラップ7bの幅寸法は、
それぞれの端部に形成された正極性端子8a及び負極性
端子8bに近づくにつれて徐々に広くなるよう形成され
ている。また、厚みが略一定である板状の第3のストラ
ップ7cの幅寸法は、その中央に配設された極柱15に
近づくにつれて徐々に広くなるよう形成されている。こ
のように、本実施例において、第1のストラップ7a、
第2のストラップ7b及び第3のストラップ7cは、そ
の垂直断面の面積がそこに流れる電流の増加に対応して
徐々に大きく形成されている。こうして、各ストラップ
において、その垂直断面の電流密度は実質的に略一定と
なるよう設定されている。
【0010】なお、本実施例における第1のストラップ
7a及び第2のストラップ7bの一端には、キャスト・
オン・ストラップ工法により正極性端子8a及び負極性
端子8bが一体的にそれぞれ形成されている。本実施例
におけるキャスト・オン・ストラップ工法とは、例えば
極板群4の正極板41の各耳部41aを鋳型に差し込ん
だ状態で、第1のストラップ7aと正極性端子8aを一
体的に鋳造する工法である。このように、第1のストラ
ップ7aと正極性端子8a、及び第2のストラップ7b
と負極性端子8bは、実質的に直線状に連続して形成さ
れる。また、鉛合金により形成された極柱15は、第1
のストラップ7a及び第2のストラップ7bと同じよう
に前述のキャスト・オン・ストラップ工法により極板群
4を接続した第3のストラップ7cと同時に一体的に形
成される。外部への出力端子である正極と負極の端子1
3を形成するためのブッシングと、各セル室1aに対応
して設けた安全弁12とを有する蓋14は、電槽1の上
方開口に熱溶着されて、電槽1は封止される。
【0011】次に、本実施例の鉛蓄電池の製造方法にお
いて、仕切壁2を介して対向して配設された隣り合う正
極性端子8aと負極性端子8bとを接続する方法につい
て説明する。電槽1内において仕切壁2に形成された楕
円形貫通孔3を間にして対向して配設された正極性端子
8aと負極性端子8bは、抵抗溶接装置により溶接され
る。図4は抵抗溶接装置における、銅合金により形成さ
れた抵抗溶接電極9を示す。図4の(a)は抵抗溶接電
極9の側面図であり、図4の(b)は抵抗溶接電極9の
正面図である。図4に示すように、抵抗溶接電極9は垂
直方向が短く、水平方向が長い実質的に偏平形状であ
り、その先端には突起部9aが形成されている。この突
起部9aは、その正面突出端面の形状が水平方向に長径
を有する楕円形状であり、この正面突出端面が被溶接部
を押圧する楕円形圧接面9pとなる。本実施例におい
て、この楕円形圧接面9pの長径が11mm、短径が6
mmの抵抗溶接電極9を使用した。従って、本実施例に
おける抵抗溶接電極9の楕円形圧接面9pの長径/短径
比は約1.83である。なお、図4の(a)の側面図に
示したネジ孔9bは、抵抗溶接電極9を抵抗溶接装置に
固定するための取付孔である。
【0012】図5及び図6は、抵抗溶接時における、仕
切壁2の楕円形貫通孔3を間にして対向して配設された
正極性端子8aと負極性端子8bの接続方法を示す側面
断面図である。図5は抵抗溶接時の初期状態を示してい
る。図5に示す初期状態において、正極性端子8aと負
極性端子8bのそれぞれの背後には一対の抵抗溶接電極
9が配置される。次に、正極性端子8aと負極性端子8
bは抵抗溶接電極9により挟み込まれて加圧され、正極
性端子8aと負極性端子8bの一部が楕円形貫通孔3内
において接触状態となる。図6に示す圧接下の接触状態
において、正極性端子8aと負極性端子8bとの接触部
分には、抵抗溶接電極9により高電流が瞬時に流され、
その接触部分に発生したジュール熱により接触部分の近
傍部分は溶融される。このため、正極性端子8aと負極
性端子8bは、楕円形貫通孔3内を満たして形成された
セル間接続体11により、接続状態となる。このよう
に、圧接下の電圧印加により、正極性端子8aと負極性
端子8bの間は抵抗溶接され、電気的に接続状態とな
る。図7は正極性端子8aと負極性端子8bが仕切壁2
の楕円形貫通孔3内を通って接続された状態を示す側面
断面図である。図7に示すように、正極性端子8aと負
極性端子8bの両側面には、一対の抵抗溶接電極9によ
る押圧により、楕円形凹部10が形成される。この楕円
形凹部10における最奥面である楕円形押圧面10p
は、前記抵抗溶接電極9の突起部9aにおける楕円形圧
接面9pと略同一形状であり、長径/短径比は約1.8
3である。
【0013】本実施例において、抵抗溶接電極9の突起
部9aにおける楕円形圧接面9pの短径d1は、仕切壁
2の楕円形貫通孔3の短径e1より小さく形成する方が
良い結果を示した。すなわち、d1<e1である。また、
正極性端子8aと負極性端子8bに挟まれた仕切壁2の
楕円形貫通孔3内はセル間接続体11により満たされて
おり、このセル間接続体11はその垂直断面が実質的に
楕円形状である。正極性端子8aに形成された楕円形凹
部10の凹部内空間の容積V1と、負極性端子8bに形
成された楕円形凹部10の凹部内空間の容積V2とを加
えた全容積V1+V2は、前記セル間接続体11により満
たされた楕円形貫通孔3内部の容積Vと実質的に等しい
が、本実施例では多少大きく設定した。これは、抵抗溶
接時の多少の飛び散りを考慮したものである。従って、
V≦V1+V2であれば本発明の効果は達成される。
【0014】本実施例において、仕切壁2の上縁近傍に
水平方向を長径とする楕円形貫通孔3を形成し、この楕
円形貫通孔3内に第1のストラップ7aと第2のストラ
ップ7bを接続する垂直断面が楕円形のセル間接続体1
1を抵抗溶接装置により形成したため、本実施例の鉛蓄
電池は、高さ寸法を十分小さくすることができるため、
体積効率(Wh/m3)が大幅に向上している。また、
本実施例において、第1のストラップ7a、第2のスト
ラップ7b及び第3のストラップ7cは、これらの垂直
断面形状をそこに流れる電流の増加に対応するよう徐々
に大きく形成している。すなわち、本実施例において、
各ストラップは必要最低限の垂直断面積で略一定の電流
密度となるよう形成されている。この結果、本実施例の
鉛蓄電池において、ストラップには無駄に太く形成した
部分がないので、重量効率(Wh/kg)が大幅に向上
している。さらに、本実施例の鉛蓄電池においては、各
ストラップ(第1のストラップ7a又は第2のストラッ
プ7b)と異極性端子(正極性端子8a又は負極性端子
8b)を直線状に接続し、且つ、この異極性端子に楕円
形のセル間接続体11を直線状のストラップの延長線上
から離れることなく形成している。このため、隣接する
セル室1a、1aの各ストラップと異極性端子は略直線
状の接続状態となり、通電経路が短縮され、本実施例の
鉛蓄電池は従来のものに比べて出力特性が向上してい
る。
【0015】次に、電槽1内の仕切壁2に形成した楕円
形貫通孔3の形状と、抵抗溶接装置における抵抗溶接電
極9の楕円形圧接面9pとの関係について説明する。図
8は、抵抗溶接電極9の楕円形圧接面9pの長径/短径
比Tに対する楕円形貫通孔3の長径/短径比Hの割合R
(以下、Rと略称する)と溶接不良率nの実験により求
めた関係を示す。図8において、縦軸に溶接不良率n
[%]を示し、横軸にRを示す。Rは、仕切壁2の楕円
形貫通孔3の長径/短径比Hを抵抗溶接電極9の楕円形
圧接面9pの長径/短径比Tにより除したものであり、
R=H/Tで表される。なお、抵抗溶接電極9の長径/
短径比Tの代わりに、抵抗溶接後の正極性端子7aと負
極性端子7bの各表面に形成された楕円形凹部10の楕
円形押圧面10pにおける長径/短径比Dを用いても同
様の結果である。すなわち、R=H/Dである。
【0016】図8における溶接不良率nは、溶接不良数
の発生率を示したものであり、百分率で表している。図
8に示されているように、Rは約0.85において溶接
不良率nが最低となっており、Rが0.70〜0.98
の間において溶接不良率nは0.01%以下となってい
る。なお、前述の実施例におけるRは、1.67(H)
/1.83(T)=約0.91であった。図8の表を作
成した実験によれば、Rが0.95以上に設定された場
合は、溶融した鉛合金が仕切壁2と異極性端子8a、8
bの間から飛び散る溶接飛び散り不良が多く発生した。
溶接飛び散り不良が発生すると、正極性端子8aと負極
性端子8b間の溶接強度が弱くなり、耐振動性能が悪化
する。また、溶接飛び散り量が多量であると、極板間を
短絡させる恐れがある。一方、Rが0.70以下に設定
された場合には、仕切壁2の楕円形貫通孔3内に形成さ
れるべきセル間接続体11が、その楕円形貫通孔3の長
径の両端へ行き渡らず、楕円貫通孔3内を完全に満たさ
ないという、溶接不良が多く発生した。
【0017】以上のように、正極性端子8aと負極性端
子8bを抵抗溶接する場合、仕切壁2に形成する楕円形
貫通孔3の長径/短径比Hと、抵抗溶接時に用いる抵抗
溶接電極9の突起部9aの楕円形圧接面9pの長径/短
径比Tとの割合R(=H/T)は、0.70〜0.95
の間に設定することが好ましい。このように楕円形貫通
孔3と抵抗溶接電極9の突起部9aの形状を上記のよう
に設定することにより、抵抗溶接時の不良発生を大幅に
抑制することができ、信頼性の高い鉛蓄電池が得ること
ができる。
【0018】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、仕切壁
の上縁近傍に水平方向に長径を有する楕円形貫通孔を形
成し、この楕円形貫通孔内のセル間接続体により、隣接
するセルを電気的に接続するように構成した。このた
め、仕切壁の高さ寸法を低く形成することができ、小型
の鉛蓄電池を得る効果がある。また、本発明によれば、
隣接するセルを接続するストラップの断面形状を、部分
ごとにそこに流れる電流に対応して必要最低限の大きさ
の断面形状となるように異形に形成して、ストラップの
総重量を軽減し、軽量の鉛蓄電池を得る効果がある。さ
らに、本発明によれば、仕切壁の楕円形貫通孔と抵抗溶
接電極の形状を所望の楕円形とすることにより、溶接強
度と信頼性が大幅に向上した鉛蓄電池を得る効果があ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例における鉛蓄電池を示す側面
断面図である。
【図2】本実施例の鉛蓄電池の蓋を取り除いた状態を示
す平面図である。
【図3】本実施例における電槽を示す側面断面図であ
る。
【図4】本実施例の鉛蓄電池の製造において用いる抵抗
溶接電極を示し、(a)は側面図、(b)は正面図であ
る。
【図5】本実施例の鉛蓄電池の製造方法におけるセル間
接続体形成前の側面断面図である。
【図6】本実施例の鉛蓄電池の製造方法におけるセル間
接続体形成途中の側面断面図である。
【図7】本実施例の鉛蓄電池におけるセル間接続体等を
示す側面断面図である。
【図8】本発明の鉛蓄電池における溶接不良率と、抵抗
溶接電極の楕円形圧接面の長径/短径比Tに対する楕円
形貫通孔の長径/短径比Hの割合Rとの関係を示す図で
ある。
【符号の説明】
1 電槽 1a セル室 2 仕切壁 3 楕円形貫通孔 4 極板群 7a 第1のストラップ 7b 第2のストラップ 8a 正極性端子 8b 負極性端子 11 セル間接続体 14 蓋 40 セパレータ 41 正極板 42 負極板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01M 2/20 - 2/34

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 上部が開口した実質的に箱状の電槽、 前記電槽内を複数のセル室に仕切り、上縁近傍に水平方
    向を長径とする楕円形貫通孔を有する仕切壁、 前記セル室内に配設され、複数の正極板と負極板及び両
    極板を隔離する複数のセパレータからなる極板群、 前記極板群の上方に配設され、前記正極板に接続された
    実質的に直線状の第1のストラップ、 前記第1のストラップと平行に前記極板群の上方に配設
    され、前記負極板に接続された実質的に直線状の第2の
    ストラップ、 前記仕切壁を間にして対向して配設され、隣接するセル
    室の前記第1のストラップと前記第2のストラップのそ
    れぞれの一端に形成された正極性端子及び負極性端子、 前記仕切壁の楕円形貫通孔を実質的に満たし、前記正極
    性端子と前記負極性端子を接続するセル間接続体、 前記電槽の開口を封止する蓋、 を具備する鉛蓄電池。
  2. 【請求項2】 第1のストラップ及び第2のストラップ
    が、それぞれの一端に形成された正極性端子及び負極性
    端子に近づくにしたがい、それぞれの断面形状が徐々に
    大きくなるよう形成された請求項1記載の鉛蓄電池。
  3. 【請求項3】 仕切壁により仕切られた電槽内の複数の
    セル室内に、複数の正極板と負極板及び両極板を隔離す
    る複数のセパレータからなる極板群を収納し、前記正極
    板に接続された実質的に直線状の第1のストラップの一
    端に正極性端子が形成され、前記負極板に接続された実
    質的に直線状の第2のストラップの一端に負極性端子が
    形成された鉛蓄電池の製造方法において、 前記仕切壁の上縁近傍に形成された水平方向を長径とす
    る楕円形貫通孔を間にして対向して配設された隣り合う
    前記正極性端子と前記負極性端子を、水平方向を長径と
    する楕円形圧接面の突起部を持つ抵抗溶接電極により挟
    み付けて加圧し、前記正極性端子と負極性端子とを接触
    させる工程と、 前記加圧下において前記正極性端子と前記負極性端子と
    の接触部分に前記抵抗溶接電極により高電流を流す抵抗
    溶接により前記楕円形貫通孔内を実質的に満たすセル間
    接続体を形成する工程と、 前記電槽の上部開口に蓋を熱溶着する工程と、 を有する鉛蓄電池の製造方法。
  4. 【請求項4】 抵抗溶接電極の突起部における楕円形圧
    接面の短径が仕切壁の楕円形貫通孔の短径より短く、且
    つ前記抵抗溶接電極の突起部の挟み付けにより正極性端
    子と負極性端子に形成された楕円形凹部の凹部内空間の
    全容積が仕切壁の楕円形貫通孔内の容積より大きいか、
    又は等しい請求項3記載の鉛蓄電池の製造方法。
  5. 【請求項5】 抵抗溶接電極の突起部の楕円形圧接面に
    おける長径/短径比に対する仕切壁の楕円形貫通孔にお
    ける長径/短径比の割合が0.70〜0.98である請
    求項3記載の鉛蓄電池の製造方法。
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