JP3838489B2

JP3838489B2 - 鉛蓄電池

Info

Publication number: JP3838489B2
Application number: JP2001306977A
Authority: JP
Inventors: 健治木村; 明俊平松; 和成安藤
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-10-02
Filing date: 2001-10-02
Publication date: 2006-10-25
Anticipated expiration: 2021-10-02
Also published as: JP2003115290A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉛蓄電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
正極活物質として二酸化鉛（ＰｂＯ₂）、負極活物質として海綿状鉛（Ｐｂ）、電解液として希硫酸を用いることを基本構造とする鉛蓄電池は、正極板である複数のＰｂＯ₂板と負極板であるＰｂ板とが、電解液である希硫酸（Ｈ₂ＳＯ₄）を保持した多孔体の微細ガラス繊維等によって構成されたセパレータを介して交互に積層された単位発電要素を有しており、複数の単位発電要素がケース内に収納されている。
【０００３】
図５は、従来の鉛蓄電池１の内部構造の一例を示す斜視図である。
【０００４】
鉛蓄電池１は、上部が開放された中空の直方体状に形成されたケース本体２を有している。このケース本体２の中空になった内部は、隔壁３によって、長手方向に沿って３分割されると共に、幅方向に沿って２分割されて、６個のセル２ａ〜２ｆに構成されており、各セル２ａ〜２ｆは、それぞれ、ケース本体２の長手方向に沿って長くなった断面長方形状になっている。
【０００５】
各セル２ａ〜２ｆには、それぞれが同様の平板状に形成された複数の正極板（ＰｂＯ₂板）と、同じく、それぞれが同様の平板状に形成された複数の負極板（Ｐｂ板）とを有する単位発電要素がそれぞれ収納されている。単位発電要素は、正極板と負極板とが、希硫酸を保持した多孔性の微細ガラス繊維等によって構成されたセパレータを介して、交互に積層されて構成されている。
【０００６】
ケース本体２における一方の端部には、第１セル２ａ及び第６セル２ｆが、ケース本体２の幅方向に沿って並んで配置されており、第１セル２ａに対してケース本体２の長手方向に沿って第２セル２ｂ及び第３セル２ｃが並んで配置されている。そして、第３セル２ｃに対してケース本体２の幅方向に隣接して第４セル２ｄが配置されており、第４セル２ｄと第６セル２ｆとの間に第５セル２ｅが配置されている。そして、各セル２ａ〜２ｆ内に収納された単位発電要素の正極板及び負極板は、それぞれ、ケース本体２の長手方向に沿った状態になっている。
【０００７】
第１セル２ａ及び第６セル２ｆを除く第２セル２ｂ〜第５セル２ｅ内にそれぞれ収納された各単位発電要素における全ての正極板は、一括して各正極板の一方の側部上に設けられたストラップ４に接続されており、また、各単位発電要素における全ての負極板は、一括して、正極板の側部に設けられたストラップ４とは反対側の側部上に設けられたストラップ４に接続されている。一方のストラップ４は、全ての正極板と導通状態になっており、また、他方のストラップ４は、全ての負極板と導通状態になっている。
【０００８】
第１セル２ａ内に収納された単位発電要素の全ての正極板は、一括してストラップ４に接続されているが、全ての負極板は、一括して端子部材５に接続されている。これに対して、第６セル２ｆに収納された単位発電要素の全ての負極板が、一括してストラップ４に接続されており、全ての正極板が、一括して端子部材５に接続されている。
【０００９】
第１セル２ａ内に収納された単位発電要素の負極板に接続されたストラップ４は、第２セル２ｂ内の単位発電要素の正極板に接続されたストラップ４と、隔壁３に設けられた貫通孔を介して相互に接続されており、図５に示すように、第２セル２ｂ内の単位発電要素の負極板に接続されたストラップ４は、第３セル２ｃ内の単位発電要素の正極板に接続されたストラップ４と、隔壁３に設けられた貫通孔を介して相互に接続されている。第３セル２ｃ内の単位発電要素の負極板に接続されたストラップ４は、ケース本体２の幅方向に隣接する第４セル２ｄ内の単位発電要素の正極板に接続されたストラップ４と、隔壁３に設けられた貫通孔を介して相互に接続されている。
【００１０】
第４セル２ｄ内の単位発電要素の負極板に接続されたストラップ４は、第５セル２ｅ内の単位発電要素の正極板に接続されたストラップ４と、隔壁３に設けられた貫通孔を介して相互に接続されている。そして、第５セル２ｅ内の単位発電要素の負極板に接続されたストラップ４は、第６セル２ｆ内の単位発電要素の正極板に接続されたストラップ４と、隔壁３に設けられた貫通孔を介して相互に接続されている。これにより、第１セル２ａ〜２ｆ内にそれぞれ収納された各単位発電要素は、直列に接続されており、第１セル２ａ内の単位発電要素に接続された端子部材５は正極端子、第６セル２ｆ内の単位発電要素に接続された端子部材５は負極端子になっている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
図６は、従来の鉛蓄電池１の各セル２ａ〜２ｆに収納される正極板及び負極板を構成する極板１０の正面図である。極板１０は、矩形状に形成された極板本体部１３と、この極板本体部１３の一方の側部に、極板本体部１３から上方に長方形状に突出するように設けられた集電部１１とを有している。集電部１１は、極板本体部１３の一方の側縁に対して適当な間隔をあけた状態で、しかも、極板本体部１３の幅方向の中央に対しても適当な間隔をあけた状態で設けられている。
【００１２】
このような構成の極板１０は、図７（ａ）に示すように、一対の極板１０を、それぞれの集電部１１が、反対側の側部にそれぞれ位置するように、一方の極板１０の表裏を反転させた状態で、相互にセパレータを介して突き合わされることによって、正極板及び負極板とされる。
【００１３】
第２セル２ｂ〜第５セル２ｅ内にそれぞれ収納される単位発電要素では、図７（ｂ）に示すように、正極板を構成する全ての極板１０の集電部１１に、一方のストラップ４が溶接によって接続され、負極板を構成する全ての極板１０の集電部１１に、他方のストラップ４が溶接によって接続される。
【００１４】
各ストラップ４は、図８に示すように、極板１０に設けられた集電部１１の上端縁に溶接される平板状の極板接続部４ａと、この極板接続部４ａの一方の側部から上方に向かって屈曲されたセル間接続部４ｂとを有している。極板接続部４ａは、セル間接続部４ｂが、隣接するセルとの間に配置された隔壁３に沿った状態になるように、正極板または負極板を構成する全ての極板１０の集電部１１に対して、溶接によって接続される。
【００１５】
極板１０に設けられた集電部１１は、極板１０と同じ材料である鉛（Ｐｂ）または酸化鉛（ＰｂＯ₂）により形成され、相当の重量を有するため、装置の軽量化を図るためには幅方向の長さを小さく形成することが好ましい。
【００１６】
しかし、集電部１１の上部に設けられるストラップ４は、その幅方向の長さが集電部１１の幅方向の長さより大きくなるように形成されるため、ストラップ４の幅方向の長さに対する集電部１１の幅方向の長さの相対比が小さくなり過ぎると、振動等によって、集電部１１の周辺部分に断裂等の損傷が発生するおそれがある。したがって、ストラップ４の幅方向の長さと集電部１１の幅方向の長さとの相対比を適正にすることは、断裂等の損傷を防止しつつ、装置の軽量化を図る上で重要である。
【００１７】
また、集電部１１の上端に設けられるストラップ４の幅方向の長さが極板１０の幅方向の長さに比較して小さくなり過ぎると、ストラップ４の抵抗が高くなるために、大電流放電時に電圧降下が大きくなる。したがって、極板１０の幅方向の長さに対するストラップ４の幅方向の長さの相対比を適正にすることは、電圧降下を防止する上で重要である。
【００１８】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、集電部の断裂等の損傷を防止しつつ装置の軽量化を図ることができ、かつ、ストラップの高抵抗化による電圧降下を防止することができるように、ストラップ及び集電部の幅方向の長さを適正にし得る鉛蓄電池を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の鉛蓄電池は、正極板と負極板をセパレータを介して積層してなる鉛蓄電池において、該正極板及び該負極板は、極板本体部と、該極板本体部に設けられた集電部とを有する極板によって構成されて、該正極板の集電部がストラップに接合されるとともに、該負極板の集電部がストラップに接合されており、各極板の集電部の長さをＡ、ストラップの該集電部と同方向の長さをＷ、極板本体部の該集電部と同方向の長さをＸとした場合に、
Ａ＞Ｗ／２
Ｘ／５≦Ｗ＜Ｘ／２
を満足することを特徴とするものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の鉛蓄電池の一例を示す斜視図である。
【００２１】
本発明の鉛蓄電池１は、上部が開放された中空の直方体状に形成されたケース本体２を有しており、このケース本体２の中空になった内部は、隔壁３によって、第１〜第６の６個のセル２ａ〜２ｆに分割されている。ケース本体２の内部は、長手方向に沿って３分割されるとともに、幅方向に沿って２分割されて、６個のセル２ａ〜２ｆが構成されており、各セル２ａ〜２ｆは、それぞれ、ケース本体２の長手方向に沿って長くなった断面長方形状になっている。
【００２２】
各セル２ａ〜２ｆには、それぞれ同様の平板状に形成された複数の正極板（ＰｂＯ₂板）と、同じく、それぞれが同様の平板状に形成された複数の負極板（Ｐｂ板）とを有する単位発電要素がそれぞれ収納されている。単位発電要素は、正極板と負極板とが、希硫酸を保持した多孔性の微細ガラス繊維等によって構成されたセパレータを介して、交互に積層されて構成されている。
【００２３】
ケース本体２における一方の側部には、第１セル２ａおよび第６セル２ｆが、ケース本体２の幅方向に沿って並んで配置されており、第１セルに対してケース本体２の長手方向に沿って第２セル２ｂおよび第３セル２ｃが並んで配置されている。そして、第３セル２ｃに対してケース本体２の幅方向に隣接して第４セル２ｄが配置されており、第４セル２ｄと第６セル２ｆとの間に第５セル２ｅが配置されている。そして、各セル２ａ〜２ｆ内に収納された単位発電要素の正極板および負極板は、それぞれ、ケース本体２の長手方向に沿った状態になっている。
【００２４】
第１セル２ａおよび第６セル２ｆを除く第２セル２ｂ〜第５セル２ｅ内にそれぞれ収納された各単位発電要素における全ての正極板は、一括して各正極板の一方の側部上に設けられたストラップ４に接続されており、また、各単位発電要素における全ての負極板は、一括して、正極板の側部に設けられたストラップ４とは反対側の側部上に設けられたストラップ４に接続されている。一方のストラップ４は、全ての正極板と導電状態になっており、また、他方のストラップ４は、全ての負極板と導電状態になっている。
【００２５】
第１セル２ａ内に収納された単位発電要素の全ての正極板は、一括してストラップ４に接続されているが、全ての負極板は、一括して端子部材５に接続されている。これに対して、第６セル２ｆ内に収納された単位発電要素の全ての負極板が、一括してストラップ４に接続されており、全ての正極板が、一括して端子部材５に接続されている。
【００２６】
第１セル２ａ内に収容された単位発電要素の負極板に接続されたストラップ４は、第２セル２ｂ内の単位発電要素の正極板に接続されたストラップ４と、隔壁３に設けられた貫通孔を介して相互に接続されており、図４に示すように、第２セル２ｂ内の単位発電要素の負極板に接続されたストラップ４は、第３セル２ｃ内の単位発電要素の正極板に接続されたストラップ４と、隔壁３に設けられた貫通孔を介して相互に接続されている。第３セル２ｃ内の単位発電要素の負極板に接続されたストラップ４は、ケース本体２の幅方向に隣接する第４セル２ｄ内の単位発電要素の正極板に接続されたストラップ４と、隔壁３に設けられた貫通孔を介して相互に接続されている。
【００２７】
第４セル２ｄ内の単位発電要素の負極板に接続されたストラップ４は、第５セル２ｅ内の単位発電要素の正極板に接続されたストラップ４と、隔壁３に設けられた貫通孔を介して相互に接続されている。そして、第５セル２ｅ内の単位発電要素の負極板に接続されたストラップ４は、第６セル２ｆ内の単位発電要素の正極板に接続されたストラップ４と、隔壁３に設けられた貫通孔を介して相互に接続されている。これにより、第１セル２ａ〜２ｆ内にそれぞれ収納された各単位発電要素は、直列に接続されており、第１セル２ａ内の単位発電要素に接続された端子部材５は正極端子、第６セル２ｆ内の単位発電要素に接続された端子部材５は負極端子になっている。
【００２８】
図２は、本発明の鉛蓄電池１の各セル２ａ〜２ｆに収納される正極板及び負極板を構成する極板の正面図である。極板１０は、矩形状に形成された極板本体部１３と、この極板本体部１３の一方の側部に、極板本体部１３から上方に長方形状に突出するように設けられた集電部１１とを有している。集電部１１は、極板本体部１３の一方の側縁に対して適当な間隔をあけた状態で、しかも、極板本体部１３の幅方向の中央に対しても適当な間隔をあけた状態で、所定の長さＡとなるように設けられている。
【００２９】
このような構成の極板１０は、図３（ａ）に示すように、一対の極板１０を、それぞれの集電部１１が、反対側の側部にそれぞれ位置するように、一方の極板１０の表裏を反転された状態で、相互にセパレータを介して突き合わされることによって、正極板および負極板とされる。
【００３０】
第２セル２ｂ〜第５セル２ｅ内にそれぞれ収納される単位発電要素では、図３（ｂ）に示すように、正極板を構成する全ての極板１０の集電部１１に、一方のストラップ４が溶接によって接続され、負極板を構成する全ての極板１０の集電部１１に、他方のストラップ４が溶接によって接続される。
【００３１】
その際、各ストラップ４の単位発電要素に対し、内側に存在する端面と集電部の単位発電要素に対し、内側に存在する端面が一致するように接続する。
【００３２】
各ストラップ４は、極板１０に設けられた集電板１１の上側縁に溶接される平板状の極板接続部４ａと、この極板接続部４ａの一方の側部から上方に向かって屈曲されたセル間接続部４ｂとを有している。極板接続部４ａは、セル間接続部４ｂが、隣接するセルとの間に配置された隔壁３に沿った状態になるように、正極板または負極板を構成する全ての極板１０の集電部１１に対して、溶接によって接続される。
【００３３】
極板１０の集電部１１の長さＡは、極板１０の集電部１１に沿った長さＷに対して、次の関係になっている。
【００３４】
Ａ＞Ｗ／２
また、極板１０の集電部１１の長さＡは、極板本体部１０の集電部１１に沿った長さ（幅）Ｘに対して次の関係を有している。
【００３５】
Ｘ／５≦Ｗ＜Ｘ／２
次に、単位発電要素とストラップとの接合強度に関する実施例について説明する。
【００３６】
鉛蓄電池１に使用される極板としては、極板本体部１３の高さ１１５ｍｍ、幅１００ｍｍの極板１０を正極板及び負極板として用いた。１５枚の極板を集電部１１が同じ側部に位置するように揃えられた負極板とし、１４枚の極板を集電部１１が反対側の側部に位置するように揃えられた正極板として、負極板と正極板とを、セパレータを介して交互に積層状態として単位発電要素とした。そして、正極板とされた全ての極板１０の上端部に設けられた集電部１１の上側縁に、一方のストラップ４の極板接続部４ａを溶接によって接合するとともに、負極板とされた全ての極板１０の上端部に設けられた集電部１１の上側縁に、他方のストラップ４の極板接続部４ａを溶接によって接合し、単位発電要素の電気容量６０Ａｈとした。
【００３７】
なお、極板本体１３の集電部１１に沿った幅方向の長さをＸ、各集電部１１の長さをＡ、ストラップの集電部に沿った長さをＷとする。
【００３８】
極板１０は、極板本体１３の幅方向の長さＸを１１５ｍｍ、高さを１００ｍｍと一定の長方形になっており、集電部１１の幅方向の長さＡ及びストラップ４の長さＷを種々変更して、一対のストラップ４が接合された単位発電要素を所定の高さから落下させた時のストラップ４に生じる変形量を調べる落下試験と、その落下試験を行った後の完全充電状態から所定時間放電した後の単位発電要素の電圧降下量を測定する電圧降下試験を行った。
【００３９】
落下試験では、一対のストラップ４が接合された単位発電要素を上下を反転させた状態で、１ｍの高さから落下させて、その後に生じる各ストラップ４の変形量を測定した。その結果を下記の表１に示す。
【００４０】
【表１】

表１を参照すると、集電部１１の長さＡが、ストラップ４の同方向の長さＷの１／２よりも大きい場合（Ａ＞Ｗ／２）には、上記の落下試験を行った後でも、ストラップ４に変形が生じていなかった。これに対して、集電部１１の長さＡが、ストラップ４の同方向の長さＷの１／２よりも小さい場合（Ａ＜Ｗ／２）には、落下試験を行った後に、ストラップ４に変形が生じる場合がある。また、このストラップ４の変形量は、集電部１１の長さＡが小さくなる程、大きくなっている。
【００４１】
したがって、集電部１１の長さＡは、ストラップ４の長さＷの１／２よりも大きくなっている（Ａ＞Ｗ／２）ことが好ましい。
【００４２】
なお、表１中、ストラップ４の長さＷが極板本体１３の幅方向の長さＸの１／２になる場合は、単位発電要素に設けられる一対のストラップ４の長さの合計（Ｗ×２）は、極板本体１３の幅方向の長さＸに等しくなっており、このような長さのストラップ４を単位発電要素の上側に相互に分離した状態とすれば、スペース的に無駄が生じるために、本実験では制作しなかった。
【００４３】
また、ストラップ４の長さＷが極板本体１３の幅方向の長さＸの１／１０であって、集電部１１の長さＡをストラップ４の長さＷの１／１０〜３／１０とした場合には、集電部１１の長さＡは、極板本体１３の幅方向の長さＸに対して、１／１０×１／１０〜３／１０×１／１０、即ち、１／１００〜３／１００の長さ、すなわち、１１５ｍｍ×１００ｍｍの極板本体部では、１ｍｍ〜３ｍｍ程度の長さになる。このような微小な長さの集電部１１を制作することは、非常に困難であり、本実験では制作しなかった。
【００４４】
さらに、ストラップ４の長さＷが極板本体１３の幅方向の長さＸの１／５または３／１０であって、集電部１１の長さＡをストラップ４の長さＷの１／１０とした場合にも、同様に、集電部１１の長さが微小になり、制作が非常に困難になるために、本実験では制作しなかった。
【００４５】
次に、落下試験後の単位発電要素に対して、２４０Ａの放電を１０秒間にわたって行った後の電圧降下量を測定した。その結果を下記の表２に示す。なお、表２では、ストラップ４の長さＷが極板本体１３の幅方向の長さＸの２／５であり、集電部１１の長さＡがストラップ４の長さＷに等しい場合を、基準（１．００）として電圧降下量を記載している。
【００４６】
【表２】

表２を参照すると、ストラップ４の長さＷが短くなるほど、電圧降下量が増大している。
【００４７】
さらに、詳細に検討すると、ストラップ４の長さＷが極板本体１３の幅方向の長さＸの１／５から１／１０に低下した場合に、特に、電圧降下量の大きさが顕著になっている。
【００４８】
したがって、表２から、ストラップ４の長さＷは、極板本体１３の幅方向の長さＸの１／５以上とすることが、電圧降下を防止する点から好ましい。
【００４９】
以上の実験結果をまとめると、集電部１１の長さＡ及び集電部１１と同方向のストラップ４の長さＷは、極板本体１３の幅方向の長さをＸとした場合に、
Ａ＞Ｗ／２
Ｘ／５≦Ｗ＜Ｘ／２
の条件を満たせば、ストラップ４等の変形等の損傷を防止しつつ軽量化を図ることができ、しかも、ストラップ４の高抵抗化による電圧降下を防止することができる。
【００５０】
なお、本発明における鉛蓄電池は、開放型・密閉型を問わないが、電池自動車等の電力供給源とした場合に、強い振動が加えられる可能性の高い密閉型の方がその効果はより顕著なものとなる。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の鉛蓄電池は、集電部の長さＡと、集電部の長さと同方向のストラップの長さＷおよび極板本体部の幅方向の長さＸとが、Ａ＞Ｗ／２およびＸ／５≦Ｗ＜Ｘ／２を満たしているために、ストラップ等の変形等の損傷が防止されるとともに、軽量化を図ることができ、さらには、ストラップの高抵抗化による電圧降下を防止することができる。その結果、自動車等の振動が強い用途に適している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の鉛蓄電池の概略構成を示す斜視図である。
【図２】その鉛蓄電池に使用される極板の正面図である。
【図３】（ａ）は、その鉛蓄電池に用いられる単位発電要素における極板の構成を示す正面図、（ｂ）は、極板にストラップを設けた状態の正面図である。
【図４】その鉛蓄電池の各セルに配置された単位発電要素を示す断面図である。
【図５】従来の鉛蓄電池の概略を示す斜視図である。
【図６】その鉛蓄電池に使用される極板の正面図である。
【図７】（ａ）は、従来の鉛蓄電池に用いられる極板を示す側面図、（ｂ）は、この極板にストラップを設けた状態の側面図である。
【図８】その鉛蓄電池の各セルに配置された単位発電要素を示す断面図である。
【符号の説明】
１鉛蓄電池
２セル
３隔壁
４ストラップ
１０極板
１１集電部
１３極板本体部

Claims

正極板と負極板をセパレータを介して積層してなる鉛蓄電池において、
該正極板及び該負極板は、極板本体部と、該極板本体部に設けられた集電部とを有する極板によって構成されて、該正極板の集電部がストラップに接合されるとともに、該負極板の集電部がストラップに接合されており、
各極板の集電部の長さをＡ、ストラップの該集電部と同方向の長さをＷ、極板本体部の該集電部と同方向の長さをＸとした場合に、
Ａ＞Ｗ／２
Ｘ／５≦Ｗ＜Ｘ／２
を満足することを特徴とする鉛蓄電池。