JP3502139B2 - 自動車用鉛蓄電池 - Google Patents

自動車用鉛蓄電池

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JP3502139B2 JP00923694A JP923694A JP3502139B2 JP 3502139 B2 JP3502139 B2 JP 3502139B2 JP 00923694 A JP00923694 A JP 00923694A JP 923694 A JP923694 A JP 923694A JP 3502139 B2 JP3502139 B2 JP 3502139B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は自動車用鉛蓄電池の耐減
液性能の改善、向上に関するものである。
【0002】
【従来の技術】現在の自動車用鉛蓄電池は、その構成上
過充電時に電解液の電気分解により危険な水素ガスや酸
素ガスを発生する。従ってガス排気孔を有した液口栓を
用い、必要に応じて防爆フィルター材を採用していた。
この防爆フィルターには逆火を防止するために、比較的
高い通気抵抗の多孔体を用いるのが普通であった。一方
鉛蓄電池にとって最も重要なメンテナンスは補水作業で
あり、減液特性を改善することで補水作業を軽減する所
謂、メンテナンスフリー鉛蓄電池が主流である。減液の
根本原因は電池使用中の充電電圧による水の電気分解の
起こりやすさにあり、電気分解により発生したガスが液
口栓の排気孔より排出される。減液量の大部分はこれに
よるものである。その他の要因としては水分の蒸発が考
えられるが、それは僅かな量であった。
【0003】これまでの技術では、極板格子材料にガス
発生電圧の高い合金を検討、採用することで減液性能の
改良を図っていた。具体的にはガスが発生し始めるガス
発生電圧の低い鉛アンチモン系合金から、アンチモンの
含有量を減らした低アンチモン鉛合金や更には、全く新
しい鉛カルシウム合金系を用いることで、減液の少ない
メンテナンスフリー電池が考案、実現化されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】これらの電池はその開
発当初、旧来の電池に比較して減液特性が大幅に向上
し、成功したかのように見られた。
【0005】しかし、車両の目覚ましい発展によるエン
ジンルーム内の高温化や4WDなどの特殊車両にみる高
振動や交通環境が大きく変化するなかで、新しい問題が
発生し始めた。
【0006】問題の一つは、防爆フィルターを使用しな
い電池構成では、旧来のアンチモン合金系電池に防爆フ
ィルターを用いたものと比較し、減液量が同等であるこ
とである。これはメンテナンスフリーを目指し、減液に
伴う補水作業を無くしたカルシウム合金系電池では大き
な問題である。
【0007】もう一つの問題は、上記の問題を解決する
手段として防爆フィルターを備えた電池構成の場合に、
しばらく電池を使用していると、フィルターから連続的
に溢液する不具合が発生することである。これは近年の
4WDオフロード車等に見られる比較的高い振動下で発
生する現象であり、防爆性を優先して設計されたフィル
ターの孔径は、比較的小さくコントロールされており、
本来電解液飛沫は一旦はフィルターに付着するものの、
フィルターに施した撥水性により容易に還流されるので
あるが、ガス排気経路と飛沫電解液の付着部分とが同じ
経路にあることによって、連続的に溢液し、電池蓋上面
を硫酸で汚染するだけでは無く、エンジンルーム内の電
池周辺機器を損傷させたり、場合によっては、配線を劣
化させてショートによる車両火災等の危険性を含んだ大
きな問題である。
【0008】この問題はもともと、電気分解による減液
が大きく、メンテナンスフリーの対象外であったアンチ
モン合金系電池にはない、カルシウム合金系電池での特
有の問題であることが理解出来る。
【0009】このように、近年の車両技術の変貌や用途
の多様性と交通環境の変化に適応した真のメンテナンス
フリー電池を実現することが課題となっている。
【0010】そこで本発明は、カルシウム合金よりなる
極板格子を用いた鉛蓄電池において、液口栓のガス排気
経路途中に、l/分のエアー送風量の時、水柱マノメ
ータの数値が400mm以上700mm以下の範囲であ
る多孔体を装着し、かつ液口栓の排気穴位置を栓側面に
設けるとともに、前記多孔体の表面近傍の孔径はその内
部よりも小さくした構造としたものである。
【0011】
【作用】上記のような問題のもとの詳細な調査を行っ
た。その結果、電池の使用環境としては、エンジンルー
ム内の温度即ち電池の環境温度は高いものでは80℃を
越え、車種によっては100℃付近に達するものもあっ
た。このような温度条件の下で充電による電気分解で発
生したガスの排気と、都市部走行時や渋滞によるノロノ
ロ走行等による微振動とが複合した場合に耐減液性能の
低下が著しいことが判ってきた。
【0012】これまで減液は水の電気分解によるものが
殆どと考えられてきたが、それとは違った要因での減液
が発生していると推測出来、特に高い温度環境下にある
ことを考慮すると水分の蒸発が大きく関与している可能
性が高い。これは電気分解量の理論計算値より判断して
も、電気分解分以外の減液量が存在することが確認出来
たことからも説明出来る。
【0013】水分の蒸発をもう少し調べてみると、絶対
減液量と電気分解量との差は、電気分解量以外の減液現
象と判断して、この減液質量と減液分の体積を比較する
と、電気分解以外の減液は比重1.00即ち“純水”で
あることが判った。
【0014】従って、高温環境下で水分の蒸発が存在す
ることが明らかとなった。通常走行振動を含めた、比較
的小さな微振動は、上記水分の蒸発を加速するような働
きを持つものであると考えられる。これは電池内部と外
部の気体の置換という点で考えると、上下方向の振動が
気体置換に有利に作用するであろうことが容易に想像出
来る。又高い振動領域では気体の置換という点では、先
にも述べたようなガス排気に乗じた溢液現象を抑制した
構造であれば効果は大きいと思われる。
【0015】本発明では、上記現象をふまえガス排気経
路途中に所定の孔径範囲をもった多孔体を設置すること
により、減液特性の向上を図ったものであり、主に水分
の蒸発分を外部へ排出するのを抑制したものである。即
ち、多孔体自身にガスの排気と水分の蒸発抑制を選択さ
せる、所謂選択性の多孔体構造を採用することで、従来
の防爆フィルターの欠点をなくしたものである。
【0016】
【実施例】以下、本発明による実施例を説明する。
【0017】図1は本発明の液口栓の断面状態を示し、
図2に従来の防爆フィルター付き液口栓を示した。
【0018】従来の液口栓の防爆フィルター6には、そ
の通気抵抗が1l/分のエアー送風量の時、水中マノメ
ータの数値がおよそ0〜20mm程度となるような多孔体
を用いていた。しかし本発明では多孔体5は前記と同じ
通気抵抗が水中マノメータ数値で400〜700mmの範
囲のものであり、従来のものより極めて抵抗値の高い多
孔体を用いている。
【0019】尚従来の防爆フィルター材料には、酸化ア
ルミナの焼結体を用いており、後工程にて撥水処理をお
こなっているが、本発明ではその材料自身が撥水性を有
しているポリエチレンを用いた。しかしながらそのポイ
ントは多孔度であり、材料の違いによる性能差は無視し
ても良いと考える。
【0020】本発明の多孔体5は、その粗粒子粒度の
をコントロールすることにより水マノメータ数値で
通気抵抗値を約400〜700mmの範囲の任意値に合わ
せることが可能である。
【0021】本発明の多孔体5は従来の防爆フィルター
6に比較し、通路径が極めて狭くなっていることがわか
る。このように通路を狭くすることにより、粒度の大き
い水の分子間結合を持った蒸発体即ち、水蒸気(ロ)は
多孔体を通過出来ず結局殆どは還流され、又ガス分子
(イ)は極めて小さいために通路径に影響無く、通路を
抜けて電池外部へ排出される。したがって減液量は基本
的にガス生成分のみとなる。
【0022】これに対し、従来の防爆フィルター6では
水蒸気(ロ)の動きは基本的に同じであるが、通路径が
広いために容易に通路内部に侵入してしまい、結局水蒸
気として逃げてしまい余分な水分を逃がすことになる。
この状態で特に高い振動によりフィルターの底面まで到
達した電解液の飛沫(ハ)は滞留した水蒸気(ロ)にく
っつき、フィルターの広面に膜を張ったような状態にな
り、その状態でガス(イ)が通過しようとすると当然の
ことながら、ガス(イ)の圧力で押されて電解液飛沫
(ハ)や水蒸気(ロ)は電池外部へ漏れ出てしまうこと
になる。
【0023】尚図2の従来液口栓で、防爆フィルター6
を設置しない場合は、水蒸気(ロ)は勿論のこと、電解
液飛沫(ハ)も全て電池外部へ排出される。
【0024】これらの事実を実験データに基づき説明す
る。図3はベンチ試験における通気抵抗別に電池の減液
量を測定した結果であり、図4は振動試験での通気抵抗
別溢液の有無を確認した結果である。
【0025】まず図3は、実車走行をシュミレーション
し、環境温度70℃で14.5V定電圧充電をしなが
ら、上下方向に実車ランダム振動を加えた条件で100
時間連続実験を行い、そのときの電池の重量変化を測定
したものである。又液口栓の排気穴3の位置の違いによ
る効果を見極めるための比較試験も行った。
【0026】図3の結果では、多孔体の通気抵抗値が高
い程減液抑制の効果が高く、水中マノメータ数値で約7
00mm付近まで効果が大きくなることがよくわかる。更
に排気穴3の位置の違いによる効果も大きく、栓上面よ
りも栓の側面に排気穴3を設けたほうが良好な結果が得
られた。これはおそらく振動による気体の置換効率が排
気穴3の位置により異なり、多孔体の上面に穴がある
と、ガスの排気と置換の方向が上下方向であり、排気穴
方向と同じで上下振動により置換エネルギーを増幅させ
る作用が働くためと考えられる。
【0027】又先に説明した溢液の問題があるため、図
4の実験により、総合的な判断が必要である。図4は7
0℃中で1Aの定電流充電をしながら10Hz,4Gの加
速度で10分間振動を加えた時に、希硫酸成分の溢液の
有無を通気抵抗別に確認したものである。その結果は完
全な溢液と判断出来る溢液が認められた通気抵抗値は、
マノメータ数値でおよそ50mm以下の領域であっ
た。このことより、溢液性を考慮した通気抵抗値では5
0mm以上の範囲であれば問題は無い。更に、多孔体表面
近傍の孔径を多孔体内部の孔径よりも小さくすることに
より、水蒸気を効率よく多孔体表面部で水滴状にとど
め、ガスだけを排出する効果を発揮するものである。実
際には多孔体を構成するポリエチレン粉末の焼結温度
(融着温度)と成型スピードをコントロールすることに
より、多孔体の表面近傍の孔径は内部より小さく作るこ
とが可能である。本発明の多孔体はこの方法にて作った
ものである。
【0028】又、本発明では多孔体材料にポリエチレン
を使用している関係上、そのもの自体が撥水性を有し、
撥水処理が不要となる。従来の防爆フィルターでは後処
理により撥水性を持たせていたため使用中の時間変化と
共に撥水力が劣化してしまい、およそ1〜2年程度で撥
水性は失われる。この点合成樹脂材料の場合は劣化しに
くいため、品質の維持が可能である。
【0029】更に電解液飛沫の多孔体への付着を考慮す
ると、多孔体へ到達するまでに栓の防沫構造体4がもつ
多くの迷路構造に水蒸気が接触することにより、多孔体
へ到達する電解液飛沫の量を少なくすることが出来のが
好ましい。そのためには液口栓の構造自体の工夫も必要
であり、有効な手段である。この点を考慮し本発明の液
口栓の構造は、上下方向の振動に対し逆方向、即ち側面
に開口部2を設け、更に防沫構造も迷路距離を大きくし
かつ還流し易い構造を採用している。
【0030】
【発明の効果】以上の如く、本発明は電池の環境温度が
著しく上昇している状況下において、特に優れた減液特
性を発揮するものであり、メンテナンスフリー性を要求
する電池市場においては、これまでのカルシウム合金を
用いた電池の減液性能の向上を図るための有効な手段で
ある。更に合成樹脂で多孔体を構成することで、品質的
に問題点を持たない優れた機能を長期間発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の液口栓の断面図
【図2】従来の液口栓の断面図
【図3】温度別通気抵抗別に減液量を測定した結果を示
す図
【図4】振動を加えたときの通気抵抗別の溢液有無を示
した図
【符号の説明】
1 底面開口部 2 側面開口部 3 排気穴 4 防沫構造体 5 多孔体 6 従来の防爆フィルター イ ガス ロ 水蒸気 ハ 電解液飛沫
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭50−12538(JP,A) 特開 昭63−29442(JP,A) 特開 平2−162647(JP,A) 実開 昭61−120171(JP,U) 実開 昭56−107670(JP,U) 実開 昭60−87163(JP,U) 実開 昭55−153766(JP,U) 実開 昭55−175976(JP,U) 実開 昭55−164763(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01M 2/12,4/14,2/36

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】カルシウム合金よりなる極板格子を用いた
    鉛蓄電池において、液口栓のガス排気経路途中に、1l
    /分のエアー送風量の時、水柱マノメータの数値が40
    0mm〜700mmの範囲にある合成樹脂製多孔体を装着
    し、かつ液口栓の排気穴位置を液口栓の側面に設けると
    ともに、前記多孔体の表面近傍の孔径は、その内部より
    も小さいことを特徴とする自動車用鉛蓄電池。
  2. 【請求項2】多孔体がポリエチレンよりなる請求項1記
    載の自動車用鉛蓄電池。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102403467A (zh) * 2011-11-10 2012-04-04 深圳市豪鹏科技有限公司 防爆二次电池

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN102403467A (zh) * 2011-11-10 2012-04-04 深圳市豪鹏科技有限公司 防爆二次电池

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