JP5099415B2 - 制御弁式鉛蓄電池 - Google Patents

Description

本発明は、制御弁式鉛蓄電池に関する。

従来、自動車や二輪車用の電池には、液面点検や補水などのメンテナンスが必要な液式鉛蓄電池が使用されてきたが、近年はこれに代わって、液面点検や補水などのメンテナンスの必要がないモノブロック電槽を備える制御弁式鉛蓄電池（以下、「モノブロック式鉛蓄電池」という）の需要が高まっている。

モノブロック式鉛蓄電池とは、隔壁により仕切られて複数のセルが形成された１つの電槽（モノブロック電槽）を備える鉛蓄電池である。

ところで、一般的な制御弁式鉛蓄電池においては、充電時に正極で発生した酸素ガスは、負極で吸収消費されて水に還元されるので密閉性が保たれている。しかし、過充電などにより、正極で多くの酸素ガスが発生して負極で充分に吸収消費されない場合には、電池内の圧力が上昇して電池の破壊が起こることがあるため、電池内のガスを逃がして電池内の圧力を一定に保つための排気弁が電池蓋に設けられている。

モノブロック式鉛蓄電池においても、一般的な制御弁式鉛蓄電池と同様に排気弁が設けられており、各セル内の圧力を一定に保つために、各セルに排気弁を設けたものが実用化されているが、各セルに排気弁を設けると、セル数と同数の排気弁が必要でありその装着作業も含めてコスト高になるという問題がある。

この問題を解決するものとしては、各セルを連通する通気経路を設けて、複数のセルに対して排気弁を１つだけ取り付けたものが提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
特開昭６２−１１７２５５号公報

特許文献１に記載の電池のように、セルを連通する通気経路によりセル間でのガスの移動が可能となっている電池においては、使用環境や使用条件によって、過充電時に電気分解で発生したガスや水蒸気がセル間を移動して、電解液の量や濃度のバランスが崩れることがある。

電解液量のバランスが、電気分解で発生したガスや水蒸気が出ていくことで崩れた場合は、電解液量の少なくなったセルでは短寿命となり、逆に他のセルで発生したガスや水蒸気が入ってくることで崩れた場合は、そのセルで水に還元されることで極端に電解液量が増加し、漏液に至ることがある。

電解液量のバランスが崩れる原因としては、種々の原因が考えられるが、例えば車両のエンジンルーム内に配置されている場合に、エンジンに近くて高温となリ易いセルにおいては、電解液の温度が高くなって水蒸気が発生しやすくなったり、電気分解によりガスが発生し易くなって電解液量が少なくなることから、セル間の温度差が一因となっていると考えられる。

本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、排気弁の数を少なく設定することができ、かつ、セル間の電解液量のバランスが崩れ難い制御弁式鉛蓄電池を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための手段として、本発明は、複数の隔壁によって三以上のセルに区画された電槽を備え、前記電槽に前記セルを覆う蓋を取付けると共に、前記蓋にセル内のガスを排出する排気弁を装着した制御弁式鉛蓄電池であって、隣接するセル間でガスの移動を可能とする通気経路を形成し、前記排気弁として、前記通気経路により連通したセルからなる連通セル群に対応する共通排気弁と、前記通気経路が形成されていない単独セルに対応する独立排気弁とを設けたことを特徴とする制御弁式鉛蓄電池である。

本発明によれば、連通セル群に対応して共通排気弁を設け、単独セルに対応して独立排気弁を設けたから、個々のセルに排気弁を設けた場合よりも、排気弁の数を少なくすることができる。

一般に、電槽の隔壁に通気経路を設けて、セル間でガス移動が可能となっているモノブロック式鉛蓄電池においては、使用環境や使用条件によっては、過充電時に電気分解で発生したガスや水蒸気（以下、「電気分解で発生したガスや水蒸気」を「ガスなど」ともいう）がセル間を移動して電解液のバランスが崩れることがある。

しかし、本発明の制御弁式鉛蓄電池は、通気経路が形成されることで連通した連通セル群とは別に、他のセルとは連通していない単独セルとを備えているから、ガスなどが発生し易いセルを単独セルとし、ガスなどの発生の少ないセルを連通セル群とすることができる。

こうすることで、単独セル内で発生したガスは独立排気弁を通じて排出され、他のセルへ移動しない。そして、連通セル群では、ガスなどの発生が同等であるから、他のセルへのガスなどの移動がほとんどない。その結果、本発明によれば、セル間の電解液量のバランスが崩れ難い電池を提供することができる。

＜実施形態１＞
本発明の実施形態１を図１によって説明する。
本実施形態の制御弁式鉛蓄電池１０（以下、電池１０ともいう）は、全体として直方体をなす、プラスチック製の電槽１１を備える。

電槽１１の最上部を覆う上蓋１２には、中央部に電池１０内に貫通する排気口１３が形成されており、上蓋１２の下面には、内側から排気口１３を塞ぐようにフィルタ１４が取り付けられている。

上蓋１２よりも下側には、セル２０を覆う中蓋１５（本発明の「蓋」に相当する）が取り付けられている。中蓋１５にはセル２０内に連通する排気筒１６が３つ設けられ、この排気筒１６には、それぞれ排気弁１７Ａ，１７Ｂ（後述する）が装着されることで、セル２０内で発生するガスなどを排出できるようになっている。

セル２０は、５つの隔壁１８によって６つに区画されており、各セル２０内には、正極板と負極板とをセパレータを介して積層してなる極板群１９と電解液が収容されている。

セル２０を区画する５つの隔壁１８のうち、両端の隔壁１８Ａを除く３つの隔壁１８Ｂには、隣接するセル２０間でガス移動を可能とするスリット状の通気経路２１が形成されているが、両端の隔壁１８Ａには通気経路２１は形成されていない。

この通気経路２１により連通している４つのセル２０は連通セル群２０Ａとされ、端側のセル２０は他のセル２０と連通していない単独セル２０Ｂとされる。

さて、本実施形態においては、連通セル群２０Ａを構成する４つのセル２０に対して１つの共通排気弁１７Ａが設けられるとともに、２つの単独セル２０Ｂに対しては、それぞれに独立排気弁１７Ｂが設けられていることから、個々のセル２０に排気弁を設けた場合よりも排気弁の数が少なく設定されている。

そして、共通排気弁１７Ａの排気出口側と、独立排気弁１７Ｂの排気出口側とは、上蓋１２と中蓋１５の間に形成されている排気空間２２に連なっており、この排気空間２２はフィルタ１４を通して大気に連通している。

次に本実施形態の作用効果について説明する。
一般に、端側のセルは他のセルと比較して外部環境温度の影響を受け易いことや片側の面が電槽の外壁だけであることによって圧迫力不足になり易いことに起因して、ガスなどが発生しやすく、その結果、電解液が減少しやすい傾向にある。
そこで、本実施形態においては、例えば、端側のセル２０（片方の場合と両方の場合とを含む）が高温となる傾向がある環境で使用する場合を想定する。

この場合に、端側に位置するセル２０では、高温により、外側の面の電槽樹脂が軟化し、圧迫力が不足することで極板間隔が広がり、他のセル２０よりも、内部抵抗がわずかに高くなる。

各セル２０は直列に接続されており、各セル２０は同じ電流で充電されるため、内部抵抗の高い端側のセル２０においては、電圧が上がって、ガスが発生しやすくなったり、電解液の温度が高くなり水蒸気が発生しやすくなる。

ところで、端側のセルから他のセルへガスの移動が可能となっている場合には、セル間のわずかな内部抵抗の差に起因して、端側のセルから他のセルへのガスなどの移動が起こって電解液量が減り容量低下が起こり、さらなる充電により、端側のセルにおいては過充電状態になり、さらにガスなどが発生しやすくなって電解液が減少するという悪循環が懸念される。

しかし、本実施形態によれば、端側に位置するセル２０は、他のセル２０に連通していない単独セル２０Ｂとなっているため、発生したガスなどは、独立排気弁１７Ｂを通じて排気空間２２へ排気され、他のセル２０へは移動しない。

一方、端側のセル２０以外のセル２０（連通セル群２０Ａ）においては、端側のセル２０よりもガスなどの発生が少ない。また、端側のセル２０以外のセル２０（連通セル群２０Ａ）ではガスなどの発生が同等であるため、隣接するセル２０間でガスの移動が可能となっていても、ガスなどが他のセル２０へ移動することが少ない。

なお、連通セル群２０Ａ内でガスなどが発生した場合には、発生したガスは、共通排気弁１７Ａを通じて排気空間２２へ排気される。そして、排気空間２２へと排気されたガスはフィルタ１４を通して大気に排出される。

以上より、本実施形態によれば、セル間でのガスなどの移動を防ぐことができるから、排気弁の数を少なく設定でき、かつ、セル間での電解液量のバランスが崩れ難い電池１０を提供することができる。

また、本実施形態によれば、１つの中蓋１５に共通排気弁１７Ａと独立排気弁１７Ｂとを設けることができる上に、１つのフィルタ１４で全排気弁１７Ａ，１７Ｂから排出されるガスを大気に排出することができるから、製造が容易である。

＜実施形態２＞
次に、本発明の実施形態２を図２によって説明する。本実施形態においては、上記実施形態１と同一部分には同一符号を付して、重複する説明は省略する。
本実施形態では、中蓋１５の下方に、端側のセル２０を除く４つのセル２０を覆う蓋２５（以下、下蓋２５という）が取り付けられている点と、排気弁１７Ａ，１７Ｂの数とが、実施形態１と相違する。

下蓋２５で覆われている４つのセル２０を区画する３つの隔壁１８のうち、中央の隔壁１８には通気経路２１が形成されておらず、両端の隔壁１８には通気経路２１が形成されていることから、本実施形態の電池１０には、２つのセル２０が連通した連通セル群２０Ａが２組設けられている。

この２組の連通セル群２０Ａに対応して２つの共通排気弁１７Ａが、それぞれ下蓋２５に装着されており、その排気出口側が、下蓋２５と中蓋１５との間に形成された空間２６に連なっている。下蓋２５と中蓋１５との間に形成された空間２６は、外気に対して密閉された第２の排気空間２６とされ、中央の隔壁１８によって二分されている。

連通セル群２０Ａと端側のセル２０とを区画する隔壁１８は、下蓋２５よりも高い位置まで形成されており、その上端部には、下蓋２５と中蓋１５との間に形成された第２の排気空間２６と端側のセル２０とを連通するスリット状の通気経路２７（以下、第２の通気経路２７という）が形成されている。

端側のセル２０は第２の通気経路２７により第２の排気空間２６と連通してはいるが、他のセル２０とは連通していない単独セル２０Ｂとされる。

この第２の通気経路２７よりも上には、全セル２０を覆う中蓋１５が取り付けられており、この中蓋１５には、単独セル２０Ｂに対応して独立排気弁１７Ｂが装着されている。
すなわち、本実施形態２の電池１０においては、共通排気弁１７Ａの排気出口側は外気に対して密閉された第２の排気空間２６に連なり、第２の排気空間２６が単独セル２０Ｂ内に連通し、独立排気弁１７Ｂを通して大気中にガスを排出可能とされる。

次に本実施形態の作用効果について説明する。
本実施形態の電池１０を実施形態１と同様に、例えば、端側のセル２０が高温となる傾向がある環境で使用すると、端側に位置する単独セル２０Ｂで発生したガスなどは、その一部は第２の通気経路２７を通じて第２の排気空間２６へ移動するが、主に独立排気弁１７Ｂを通じて排気空間２２へ排気される。
この第２の排気空間２６は、共通排気弁１７Ａの排気出口側に連なっているので、単独セル２０Ｂから移動したガスなどは連通セル群２０Ａを構成する各セル２０内に移動することはなく、第２の排気空間２６にガスなどが満ちた場合には、第２の通気経路２７を通じて単独セル２０Ｂへ移動する。

一方、端側のセル２０以外のセル２０（連通セル群２０Ａ）においては、端側のセル２０よりもガスなどの発生が少なく、端側のセル２０以外のセル２０（連通セル群２０Ａ）ではガスなどの発生が同等であるから、ガスなどの移動はほとんどない。なお、連通セル群２０Ａ内で発生したガスは、共通排気弁１７Ａを通じて第２の排気空間２６へ排気され、第２の排気空間２６から第２の通気経路２７を通じて単独セル２０Ｂへ移動し、独立排気弁１７Ｂを通じて排気空間２２へ排気される。

したがって、本実施形態によれば、ガスなどの発生が少なくて電解液が減りにくいセル２０から、ガスなどが発生しやすくて電解液が減少しやすいセルへのガスなどの移動が可能となっているから、セル間での電解液量のバランスが崩れ難い電池１０を提供することができる。また、本実施形態によっても、排気弁の数を少なく設定できる。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
（１）上記実施形態においては、端側のセルが高温になる傾向のある環境、例えば、車両のエンジンルーム内において端側のセルがエンジンの近くに配されて高温となる場合などを想定した例を示したので、端側のセルを単独セルとし、その他のセルを連通セル群とした。
しかし、例えば、短時間に充放電が繰り返されるような条件で使用される電池においては、端側のセルは外気により冷却され易いが、中央に位置するセルは冷却され難く高温になる傾向にあるので、中央に位置するセルを単独セルとして、本発明を適用することができる。
要は、その電池の用いられる場所や使用用途などに合わせて、ガスなどの移動が発生しやすいセルを単独セルとした設計となっていればよい。

（２）上記実施形態においては、単独セルを２つずつ設けたが、単独セルは１つでもよいし、３以上であってもよい。要は単独セルと連通セルとを少なくとも１つずつ備えていればよく、それぞれの数に制限はない。

（３）上記実施形態においては、セルが６つ一列に並んだ形態のものを示したが、セルの数と列の数はこれに限定されず、例えば８つのセルが３列に並んだものなどであってもよい。

（４）上記実施形態においては、隔壁にスリット状の通気経路を形成することで、隣接するセル間でガスの移動を可能としたものを示したが、セルの上を覆う蓋に孔を形成し、他のセルとのバイパス経路を蓋上に設けることで通気経路を形成してもよい。蓋に通気経路を設けると、少量の流動電解液が存在する場合の電解液の移動が確実に防止できるので好適である。

実施形態１の制御弁式鉛蓄電池の断面図 実施形態２の制御弁式鉛蓄電池の断面図

符号の説明

１０…制御弁式鉛蓄電池
１１…電槽
１２…上蓋
１５…中蓋
１７Ａ…共通排気弁
１７Ｂ…独立排気弁
１８…隔壁
２０…セル
２０Ａ…連通セル群
２０Ｂ…単独セル
２１…通気経路
２２…排気空間

Claims (1)

1. 複数の隔壁によって三以上のセルに区画された電槽を備え、前記電槽に前記セルを覆う蓋を取付けると共に、前記蓋にセル内のガスを排出する排気弁を装着した制御弁式鉛蓄電池であって、
   隣接するセル間でガスの移動を可能とする通気経路を形成し、
   前記排気弁として、
   前記通気経路により連通したセルからなる連通セル群に対応する共通排気弁と、前記通気経路が形成されていない単独セルに対応する独立排気弁とを設けたことを特徴とする制御弁式鉛蓄電池。

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