JP4449527B2

JP4449527B2 - 鉛蓄電池

Info

Publication number: JP4449527B2
Application number: JP2004091478A
Authority: JP
Inventors: 博安田; 恒典吉村
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-03-26
Filing date: 2004-03-26
Publication date: 2010-04-14
Anticipated expiration: 2024-03-26
Also published as: JP2005276741A

Description

本発明は鉛蓄電池に関するものである。

車両のエンジン始動用やバックアップ電源用といった様々な用途に鉛蓄電池が用いられている。その中でも始動用鉛蓄電池は、エンジン始動用セルモータへの電力供給とともに、車両に搭載された各種電気・電子機器へ電力を供給する。エンジン始動後、電池はオルタネータによって充電される。ここで、電池の充電と放電とがバランスし、電池のＳＯＣ（充電状態）がほぼ１００％に維持されるよう、オルタネータの出力電圧および出力電流が設定されている。このような始動用鉛蓄電池はサイクルサービス用の鉛蓄電池とは異なり、比較的高いＳＯＣで用いられる。

また、始動用鉛蓄電池はエンジンルーム内に設置されることが殆どである。したがって、鉛蓄電池の使用温度は４０℃以上、さらには８０℃といった高温になる頻度も高い。一方、前記したように、始動用鉛蓄電池（以下、「蓄電池」という）は車両運行中、オルタネータにより連続的あるいは断続的に充電されるため、高温雰囲気下で過充電となる頻度が高い。

蓄電池を過充電した場合、電解液中の水が酸素ガスと水素ガスに分解され電池外に排出されるため、電解液中の水分が減少する。その結果、電解液中の希硫酸濃度が上昇し、正極板の腐食劣化等により容量低下が進行する。また、電解液面が低下し、極板が電解液より露出した場合には、放電容量の急激な低下や、負極板と端子間の接続部が腐食するといった問題が発生する。

このように、特に始動用の蓄電池において、電解液中の水分減少（以下、「減液」という）の抑制は重大な問題である。この蓄電池の減液抑制を目的として、正極格子、負極格子ともに、Ｐｂ−Ｃａ合金を用いた蓄電池が実用化されている。

一方、蓄電池の減液の原因は前記したような水の電気分解によるガス発生によるものと、単に電解液中の水分が蒸発し、この水蒸気が蓄電池外に放出されることによって発生するものがある。Ｐｂ−Ｃａ合金を正極・負極格子に用いることにより、前者の水の電気分解による減液は抑制できるが、水分蒸発による減液については特に有効な手段とは言えない。

このような水分蒸発による減液については、水蒸気が蓄電池外に散逸するのを防ぐ適切な方法を講じることによって、ある程度抑制できることが知られている。例えば、特許文献１には蓄電池の液栓に水蒸気透過を抑制するフィルターを配置したり、特許文献２に示されたように蓄電池蓋内に設けたガス排出経路を迷路構造とし、水蒸気がこの排出経路を通過する間に結露させ、この結露水を蓄電池内に還流する方法が知られている。

前者のフィルター配置によるものは、水蒸気透過抑制の効果をより得るためにフィルターの孔径をより小さくすることが有効である。しかしながら、フィルター内で結露した水分がフィルターの孔を塞ぐことによって目詰まりが発生し、蓄電池内圧が異常に上昇するという不具合を発生させる。一方、フィルターの孔径をより大きくした場合、目詰まりの発生は抑制できるが、充分な水分蒸発抑制効果が得られなかった。

また、後者のガス排出経路を迷路構造とするものは、電槽上部に迷路構造を配置する必要があり、蓄電池寸法がより高くならざるを得ない。通常、始動用鉛蓄電池の外形寸法は規格化されているので、同一機種で迷路構造を設ける場合、電槽高さをより低くする必要があるため、結果として、電解液量が少なくなったり、極板寸法を小さくする等の対策が必要となる。これらの対策はいずれも蓄電池の容量、寿命の面で好ましくないものであった。
特開平７−２２０７０７号公報特開平８−２２８１５号公報

本発明は、前記したような、蓄電池内部の電解液からの水分蒸発を抑制することによって、減液量を抑制し、メンテナンスフリー性能に優れた蓄電池をより簡便に提供するものである。

前記した課題を解決するために、本発明の請求項１に係る発明は、正極格子体および負極格子体にＰｂ−Ｃａ系合金を用いた開放式の鉛蓄電池であって、この鉛蓄電池の外装に設けた液口に装着された排気栓を備え、この排気栓の排気口を、間隙を介して覆うシートを備え、このシートと前記外装間に、排気口からの排出ガスを排気口から離間した排出位置に誘導するガス排出路としての空間を設け、かつ、前記シートが前記外装に接着剤もしくは粘着剤からなる接合層を介して貼合わされてなり、前記ガス排出路として、前記シートの前記外装へ対向する面に、前記排気口周囲から前記排出位置にかけて接合層を有さない非接合部を設けるとともに、前記ガス排出位置を前記シートの端部もしくは前記シートに設けた排出口としたことを特徴とする鉛蓄電池を示すものである。

さらに、本発明の請求項２に係る発明は、請求項１の鉛蓄電池において、前記シートが前記外装に接着剤もしくは粘着剤からなる接合層を介して貼合わされてなり、前記ガス排出路として、前記シートの前記外装へ対向する面に、前記排気口周囲から前記排出位置にかけて接合層を有さない非接合部を設けたことを特徴とする鉛蓄電池を示すものである。

そして、本発明の請求項３に係る発明は、請求項１もしくは請求項２の鉛蓄電池において、前記外装内部から前記排気口までのガス排出経路上に多孔性フィルターを配置したことを特徴とする鉛蓄電池を示すものである。

前記した本発明の構成によれば、鉛蓄電池内部の水分蒸発による減液を顕著に抑制することができる。そして、この減液抑制効果とともに、本発明の構成は比較的簡便に得ることができるため、工業上、極めて有用である。

以下、本発明の実施の形態を説明する。図１に本発明の鉛蓄電池の一例の概略を示す。

本発明による鉛蓄電池1はＰｂ−Ｃａ合金からなる正極格子（図示せず）と負極格子（図示せず）を有している。これら格子体に活物質が充填され、それぞれ正極板２および負極板３が構成される。正極板２および負極板３とセパレータ４とを組合せ、同極性極板の集電用耳部５，５´を接合し、極板群とする。これら極板群の必要数が蓄電池外装の一部となる電槽６に収納され、同じく蓄電池外装の一部となる蓋７で電槽６の開口部を覆っている。

蓄電池外装としての蓋７には電池内部への電解液注液のための注液口８が設けられ、この注液口８に排気栓９が装着されている。排気栓９には電池内部のガスを電池外部に排出するための排気口１０が設けられている。

本発明の鉛蓄電池１は開放式であって、この排気栓９の排気口１０を、間隙を介して覆うシート１１を備える。図２に示したように、このシート１１と蓋７との間に、空間としてのガス排出路１２が設けられている。ガス排出路１２は排気口１０から離間した位置に設けられたガスの排出位置１３にかけて設けられている。排気口から排出されたガスはガス排出路１２を経由してガス排出位置１３において、最終的に電池外に排出される。

このガス排出路１２の構造を図３に示す。排気口１０を覆うシート１１は蓄電池外装としての蓋７に接着剤もしくは粘着剤からなる接合層１４により貼り合わされている。そしてシート１１の排気口１０周囲に対向する部分は接合層１４を設けない、非接合部１５を有している。この非接合部１５は図２に示したように、排気口１０から排出されたガスを排出位置１３にかけて設ける。これによりガスは非接合部１５を経由し、排出位置１３で最終的に電池外に排出される。このような構成により、シート１１の外装としての蓋７との対向面にガス排出路を形成することができる。

図２においては非接合部１５を帯状に形成した例を示したが、図４に示したように、非接合部１５を形成することもできる。図４に示したように、シート１１の排気口１０から離間した位置に排出口１６を設け、この排出口を排出位置１３とすることもできる。その他、排出路１２を確保できれば、どのようなパターンで非接合部１５を形成しても良い。

ここで、シートとして電解液との接触を考慮し、ある程度の耐酸性を有したものがよい。例えば、ＰＥＴ樹脂シートや合成紙を用いることができる。また、シートの厚みは０.２〜０.０５ｍｍといった薄型のものを用いることができる。

接合層１４として用いる接着剤もしくは粘着剤の例として、必要な貼り付け強度に応じて適宜選択することができるが、例としてアクリル系溶剤タイプを用いることができる。また、その層厚を例えば、数μｍ〜数１００μｍで設定すればよい。この接合層１４はあらかじめシート１１に塗布しておくことにより、工程上、円滑にシート１１を蓋７に配置することができる。

また、粘着剤を蓋７に塗布し、あらかじめ接合層１４を配置しておき、この接合層１４上にシート１１を載置することも、もちろん、可能である。また、シート１１上に蓄電池品番や、取扱上の注意を記述した文章を印字し、シート１１をラベルとしての機能を有させることも勿論可能である。

このような本発明の構成によれば、非接合部１５によって形成されたガス排出路１２は排気口から排出された水蒸気によって、蓄電池内部と同等の水蒸気圧を有する空間となる。また、ガス排出路１２の終端である排出位置１３での開口高さは接合層１４の厚み程度であり、電池外部の気流が排出位置１３からガス排出路１２内に流入する等により、ガス排出路１２空間での水蒸気圧が外部気流の影響を受ける頻度は極めて低い。

これにより、ガス排出路１２空間の水蒸気圧が電池内部とほぼ同等に維持さる。したがって、電池内部とガス排出路間は水蒸気拡散において平衡状態に近い状態となり、電池内からの水蒸気の放出が抑制される。また、ガス排出路内の水蒸気圧が低下しても、排気口１０が接合層１４の狭小な間隙を介してシート１１で覆われていること、また、シート１１が排気口１０からの水蒸気の流れに衝突するよう、配置されているので、水蒸気は電池内から容易に放出されない。その結果、蓄電池内部からの水蒸気の排出による電解液の減液が抑制される。

さらに、本発明の好ましい形態として、図３に示したように、電池内部から排気栓９に設けた排気口１０までに至るガス排出経路上に多孔性フィルター１７を配置することにより、減液量を相乗効果的に抑制することができる。

前記のような本発明の構成は、特許文献２に示されたような複雑な構造を有さず、従来の電槽蓋になんらの変更を施すことなく、比較的簡便に製造することが可能である。また、特許文献２に示された電解液を還流する構造のようなスペースは必要でなく、その分、極板寸法を確保できる点で有効である。

以下、実施例により、本発明における効果を説明する。

図２に示したガス排出路１２を帯状に配置した本発明例の電池において、図３に示したように多孔性フィルター１７を設けた電池（本発明例の電池Ａ）およびこの多孔性フィルターを設けない電池（本発明例の電池Ｂ）を作成した。電池形式はＪＩＳＤ５３０１に規定する５５Ｄ２３形蓄電池とした。

また、図２においてシート１１を有さない従来例の電池において、排気栓内に多孔性フィルターを有した電池（従来例の電池Ｃ）およびこの多孔性フィルターを設けない電池（従来例の電池Ｄ）を作成した。

これらの試験電池を以下の条件の試験によりそれぞれの減液量を測定した。

試験条件：
１）試験温度：４０℃気相雰囲気中
２）試験電池を１４.８Ｖ定電圧過充電を２０日間
３）２）の定電圧過充電中、試験電池を上下方向に加速度１Ｇ、３０Ｈｚで加振状態とする。

４）２）の定電圧過充電中、試験電池上面に水平方向に風速１.０ｍ／ｓｅｃの気流を連続して流す。

５）１）の定電圧過充電前後の電池重量減を測定し、これを減液量とする。

上記試験において、試験電池を上下方向に加振することにより、車両走行状態における振動をシミュレートし、これによる電解液面の揺動を故意に発生させ、これによる電池内のガスの置換と水蒸気の散逸が促進される、すなわち、減液に対して厳しい条件とした。また、電池上面への水平気流はエンジン運転状態において、電池周囲に発生するラジエータファンや車両走行に伴って車両外からエンジンルーム内に取り込まれる走行風をシミュレートすることを意図したものである。

上記の試験方法による減液量の測定した結果を、従来例の電池Ｄにおける減液量を１００とした指数で表１に示す。

表１に示した結果から、本発明例の電池Ａおよび電池Ｂは従来例の電池Ｃおよび電池Ｄに比較して減液量を大幅に低減できることがわかる。この本発明の効果は排気栓９の排気口１０をシート１１で覆うような形で配置したため、排気口１０とシート１１間のガス排出路１２を狭い空間として、この空間の水蒸気圧を電池内部と同等としたこと、また、このガス排出路１２は接合層１４程度に相当するわずかな隙間でしか電池外部と連絡しておらず、結果として、ガス排出路１２の水蒸気圧が外部気流の影響を受けず、ほぼ電池内部と同等に維持できたために得られたと考えられる。

さらに多孔性フィルターの有無で比較すると、本発明例における多孔性フィルターによる減液抑制効果は、従来例におけるそれよりも顕著であり、この多孔性フィルターを用いることにより、減液抑制効果を相乗的に得ることができることがわかる。この相乗効果のメカニズムは定かではないが、多孔性フィルターの通気抵抗によってガス排出路１２と電池内部の水蒸気圧が平衡状態となるまでに要する時間がより長くなることに関連すると推測できる。

本発明は鉛蓄電池における減液を顕著に抑制することから、メンテナンスフリータイプの始動用鉛蓄電池として極めて有効である。

本発明の鉛蓄電池を示す破載断面図本発明の鉛蓄電池を示す上面図本発明の鉛蓄電池の要部を示す図他の本発明の鉛蓄電池を示す図

符号の説明

１鉛蓄電池
２正極板
３負極板
４セパレータ
５，５´ 集電用耳部
６電槽
７蓋
８注液口
９排気栓
１０排気口
１１シート
１２ガス排出路
１３排出位置
１４接合層
１５非接合部
１６排出口
１７多孔性フィルター

Claims

正極格子体および負極格子体にＰｂ−Ｃａ系合金を用いた開放式の鉛蓄電池であって、この鉛蓄電池の外装に設けた液口に装着された排気栓を備え、この排気栓の排気口を、間隙を介して覆うシートを備え、このシートと前記外装間に、排気口からの排出ガスを排気口から離間した排出位置に誘導するガス排出路としての空間を設け、かつ、前記シートが前記外装に接着剤もしくは粘着剤からなる接合層を介して貼合わされてなり、前記ガス排出路として、前記シートの前記外装へ対向する面に、前記排気口周囲から前記排出位置にかけて接合層を有さない非接合部を設けるとともに、前記ガス排出位置を前記シートの端部もしくは前記シートに設けた排出口としたことを特徴とする鉛蓄電池。
前記外装内部から前記排気口までのガス排出経路上に多孔性フィルターを配置したことを特徴とする請求項１に記載の鉛蓄電池。