JP4730375B2 - 鉛蓄電池 - Google Patents

Description

本発明は、鉛蓄電池に関するものである。

鉛蓄電池は、過充電時に希硫酸電解液中の水の電気分解により水素ガス及び酸素ガスを発生し、電池内部の空間に滞留する。これらのガスは、放置することにより液口栓のガス排気口より大気中に放出されていくが、満充電直後は電池内の空間にガスが滞留しており、電池内部に火点が発生した場合、ガスに引火して電池破損に至る可能性がある。

破損の原因となる火点としては様々なものが考えられるが、その一つとして静電気があげられる。静電気による破損は、電池周辺で静電気による放電火花が発生して、これが液口栓の外周部やガス排気口部にある隙間から、電池内部に侵入する現象に起因するものと考えられる。

上記対策として特許文献１では、蓋上に導電性を有した導電層を設置し、その一部を負端子もしくは電池締付金具に接続させ、導電層の比抵抗を１０⁴Ω・ｃｍ〜１０⁸Ω・ｃｍとすることで、放電火花が液口栓の外周部やガス排気口部から電池内部に侵入することなく、導電層に吸収され、破損を防止できることが示されている。

このように、静電気による放電火花が液口栓の外周部やガス排気口部から電池内に侵入することに起因する破損の防止対策として、鉛蓄電池の蓋上に導電層を設置することが考えられる。
特開平４−２６４３５５号公報

しかしながら、前記特許文献１に示されている導電層の比抵抗が１０⁴Ω・ｃｍ〜１０⁸Ω・ｃｍの場合でも静電気による放電火花の内部侵入を防止するには十分ではないことが判明し、メンテナンスの簡素化の観点から電解液面を高くする傾向に起因しており、電池内部へ引火し電池破損に至る可能性があるという課題を有していた。

上記の課題を解決するために、本発明の請求項１に係る発明は、蓋の少なくとも一部に導電層を備え、前記導電層の少なくとも一部が前記蓋に設けた一方の端子に接触し、かつ前記導電層の比抵抗が１０^-8Ω・ｃｍ〜１０Ω・ｃｍとすることを特徴とした鉛蓄電池を示すものである。

本発明の請求項２に係る発明は、前記蓋の表面に凹部があり、前記凹部の少なくとも一部に前記導電層が配置された請求項１の鉛蓄電池を示すものである。

本発明の請求項３に記載される発明は、前記蓋の表面に凸部があり、前記凸部の少なくとも一部が前記導電層の周囲に配置されている請求項１の鉛蓄電池を示すものである。

さらに、本発明の請求項４に係る発明は、前記導電層の少なくとも一部が前記蓋に設けた負極端子に接触したことを特徴とした請求項１〜３に記載の鉛蓄電池を示すものである。

本発明の鉛蓄電池は上記構成を有し、液口栓の周辺で発生した静電気による放電火花を、前記蓋に設けた一方の端子に接触するように導電性を有した導電層を蓋の一部に有することにより、端子を経由して電池回路内に吸収させて放電火花の電池内部侵入をなくし、電池の引火破損を防止することができる。

以下、本発明を具体化した実施形態を説明する。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による鉛蓄電池を示す図として、図１は鉛蓄電池の上面図であり、図２は図１における鉛蓄電池の断面図である。

本発明の鉛蓄電池１は、ポリプロピレン樹脂の蓋２に液口栓３を取り付け、かつ液口栓３には電池内部４の滞留ガスを大気中に排出するためのガス排気口５を有している。また、蓋２には負極端子６と正極端子７と導電層８を有し、かつ負極端子６と導電層８は電気的に接続されており、一方の正極端子７は導電層８と隔離されている。

導電層８は、蓋２の表面に形成され、液口栓３および外周部９を除き電池のセル接続方向に連続的に一体化されており、その末端は負極端子６の底部の周囲に配置されることで負極端子６と接触される。例えば液口栓３の外周部の直径が２３ｍｍであった場合、幅方向に各５ｍｍ設けることにより導電層の幅を３３ｍｍに設定する。

上記構成により、液口栓３の外周部９やガス排気口５の周辺で静電気による放電火花が発生した場合に、外周部９やガス排気口５から電池内部４に侵入させることなく、導電層８を介して、負極端子６から極柱１０を介して電池内部に吸収させる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態による鉛蓄電池を示す図として、図３は鉛蓄電池の上面図であり、図４は図３における鉛蓄電池の断面図である。

本発明の鉛蓄電池１は、蓋２に液口栓３を有し、かつ液口栓には電池内部４の電解ガスを大気中に排出するためのガス排気口５を有している。さらに、蓋２には負極端子６と正極端子７と凹部１１を備え、かつ凹部１１の中に導電層８を有し、負極端子と導電層は接続されており、一方の正極端子７と導電層とは接触されてはいない。

導電層８は、蓋表面に導電層を凹部に配置した際に蓋上面以上に露出しないように、深さ１ｍｍで幅２ｍｍの凹部１１を全液口栓３の外周を囲うように設けた凹部１１の底部に配置され、セル接続方向に連続的に一体化された導電層の一部から負極端子６へと接触される。また、液口栓３単体の外周に沿って凹部１１を設けるとともにセル接続方向に連続されており、その凹部に対応するよう底部に導電層８を配置し、負極端子６に接触させることでも同様な効果を得ることができる。

上記構成により、静電気による放電火花が発生しても電池内部４に侵入させることがないとともに、導電層８と隔離された正極端子７に誤って導電性のある工具等が接触した場合にでも、負極端子６に接触している導電層８との間で短絡を防止することができる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態による鉛蓄電池を示す図として、図５は鉛蓄電池の上面図であり、図６は図５における鉛蓄電池の断面図である。

本発明の鉛蓄電池１は、蓋２に液口栓３を有し、かつ液口栓には電池内部４の電解ガスを大気中に排出するためのガス排気口５を有している。また、蓋２には負極端子６と正極端子７と導電層８を備え、かつ導電層８の周囲に凸部１２を有し、負極端子６と導電層は接続されており、正極端子と導電層は隔離されている。また、凸部１２は、導電層８の厚みより高くして、導電層が凸部を越えて蓋２の上面に露出しないようにする。

凸部１２は、高さ１ｍｍで、幅１ｍｍの凸部を２ｍｍの間隔にて蓋表面の全液口栓３を囲うように設けられ、導電層８は凸部を越えて露出しないように凸部間に配置されてセル接続方向に連続的に一体化され、導電層の一部から負極端子６へと接触される。

上記構成により、同様に静電気による放電火花が発生しても電池内部４への侵入を防止できるとともに、導電層８と隔離された正極端子７に、誤って導電性のある工具等が接触した場合にも、導電層８とは接触せずに短絡を防止することができる。

上記の各実施形態における、蓋２には熱可塑性樹脂として例えば１０¹⁶Ω・ｃｍ程度の比抵抗を有したポリプロピレン樹脂材料を用い、蓋２の表面に設ける導電層８には、比抵抗が１０Ω・ｃｍ以下で静電気による放電火花の内部侵入防止効果を得ることができる。

実際には、金属系でＡｌ、Ｃｕ、Ａｇ又はＰｂ等で実現可能な１０^-8Ω・ｃｍまでの範囲の比抵抗のものを採用することでその効果を得ることができるが、実用的な金属として比抵抗を１０^-8Ω・ｃｍ以下の材料を選択するとコストに大きな影響があるため、一般的に存在する比抵抗が１０^-8Ω・ｃｍ〜１０Ω・ｃｍである導電材料を用いるのが望ましい。

具体的な導電層８を形成する導電材料としては、金属系の材料やそれらの分散系の合成樹脂、カーボン系材料、導電性ポリマー系もしくはそれらの繊維系材料、これらの分散系材料によるインサート成形材料、成形部品材料および異材質成形材料を採用することができる。さらに、塗工系、金属蒸着系、酸化物蒸着系、メッキ系および印刷系の導電性コーティングや、導電性コーティングがなされた導電性ラベルを貼付けることも採用することができる。

上記各実施形態において、導電層８に接触する端子は負極端子６として説明しているが、導電層８が接触する端子は正極端子７であっても同様な効果は得られる。しかしながら、導電層の接触を負極端子６側に設定するのは、負極端子自体が還元状態で金属鉛の状態におかれることにより、正極端子に導電層を接触させた場合の酸化による接触不良を抑制するためである。さらに、負極端子６は自動車の車体に電気的に直接接続されており、車体の電池締付金具と導電層８が同極性になることで工具等の接触による不測の事態における短絡を回避することもできる。

導電層８が負極端子６に接触させた実施形態において、導電層８と一方の端子である正極端子７との間隔は短絡防止のために広く保つべきであるが、現実的には少なくとも１０ｍｍ以上にすることが望ましい。さらに第３実施形態のように導電層８の周囲に凸部１２を有しておれば正極端子７と導電層８との間で電解液の付着等による電気的なパスを抑制することができ、リーク回路の発生も防止できる。

本発明の効果を確認するために、供試電池としてＪＩＳ Ｄ５３０１始動用鉛蓄電池に規定された９５Ｄ３１を製作し、それらの供試電池に静電気試験機により静電気の印加を行い、液口栓の周辺で放電火花が発生した際における引火破損の状況の確認実験を行った。

供試電池として第１実施形態の鉛蓄電池に相当する電池に導電層の比抵抗を得るために、Ｃｕの含有量を変化させ分散させた合成樹脂材料を用いたものを電池Ａ、Ｂ，Ｃに用い、さらにカーボンを含有したポリプロピレンで成形して厚みで調整した部品を蓋上に取り付けたものを採用した電池Ｅ、Ｆに用い、次に徐々にカーボン含有量を減じて比抵抗を増加させた導電層を蓋の表面に取り付けた。

上記の供試電池について、以下に示す条件で静電気印加による引火破損試験を行った。
（１）試験温度：２５℃
（２）試験湿度：５０ＲＨ％
（３）印加条件：３０ｋＶ

静電気の印加は、液口栓の上側５ｍｍから気中放電により行い、電解液面は規定液面に設定し、電池外部に放電火花を発生させることにより破損に至るかどうかの確認を行った。これらの試験条件と静電気引火破損試験の結果を表１に示す。

表１に示した結果から、電池外部で静電気による放電火花が発生した場合に、電池Ａ〜Ｆでは引火破損を防止できたのに対して、電池Ｇでは６個中に１個の破損を生じた。さらに、電池ＨおよびＩでは破損の個数は増加する傾向にあった。

この結果より、導電層の比抵抗を１０Ω・ｃｍ以下にすることで放電火花を生じた場合においても、導電層を通じて負極端子より電池内に電気を逃がすことができ電池内で火花を生じることなく破損を防止することができる。

先にも述べたが、電池の表面に凹凸を設け、その中に導電層を配置することで導電層と隔離された正極端子に、誤って導電性のある工具等が接触した場合にも、導電層との接触が避けられるため、短絡の発生も併せて防止することができる。

本発明の構成によれば、静電気に起因する引火破損のない鉛蓄電池を提供することができ、工業上、極めて有用である。

本発明の第１の実施形態による鉛蓄電池の上面図 本発明の第１の実施形態による鉛蓄電池の断面図 本発明の第２の実施形態による鉛蓄電池の上面図 本発明の第２の実施形態による鉛蓄電池の断面図 本発明の第３の実施形態による鉛蓄電池の上面図 本発明の第３の実施形態による鉛蓄電池の断面図

符号の説明

１ 鉛蓄電池
２ 蓋
３ 液口栓
４ 電池内部
５ ガス排気口
６ 負極端子
７ 正極端子
８ 導電層
９ 外周部
１０ 極柱
１１ 凹部
１２ 凸部

Claims (4)

1. 蓋の少なくとも一部に導電層を備え、前記導電層の少なくとも一部が前記蓋に設けた一方の端子に接触し、かつ前記導電層の比抵抗が１０^-8Ω・ｃｍ〜１０Ω・ｃｍとすることを特徴とした鉛蓄電池。
2. 前記蓋の表面に凹部があり、前記凹部の少なくとも一部に前記導電層が配置されていることを特徴とする請求項１記載の鉛蓄電池。
3. 前記蓋の表面に凸部があり、前記凸部の少なくとも一部が前記導電層の周囲に配置されていることを特徴とする請求項１記載の鉛蓄電池。
4. 前記導電層の少なくとも一部が前記蓋に設けた負極端子に接触したことを特徴とした請求項１〜３に記載の鉛蓄電池。

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