JP5163014B2 - 鉛蓄電池 - Google Patents

Description

本発明は鉛蓄電池に関するものである。

一般的に鉛蓄電池は、長期間にわたり充放電されて使用される中で、その使用の形態により様々な劣化現象が発生する。特に、異常使用や誤使用により鉛蓄電池端子間が短絡等で、想定された範囲を超える大電流で放電されるとジュール熱により異常発熱する。

鉛蓄電池では、その内部接続部材は、鉛もしくは鉛合金であり、他の電池系で用いられるような他の金属に比較して、その融点は極めて低い。その結果、大電流での放電により、極柱やストラップあるいは極板耳部といった各接続部で溶断を生じる可能性がある。

ちなみに、液式鉛蓄電池のように、ストラップ部や極板耳部といった、電解液に浸漬した状態にある部位では、大電流放電時に各接続部で発生するジュール熱が電解液によって放熱されるため、溶断が発生しにくい状況にある。しかしながら、ストラップから電池端子間を接続する極柱は、その鉛蓄電池の構造上、その一部が電解液面上に露出した位置に配されることが大部分である。このように電解液から露出した極柱部分では溶断が発生しやすい。

このような極柱の溶断によって、鉛蓄電池が充放電不能になることは勿論のこと、溶断によって発生したスパークが鉛蓄電池内に滞留した水素ガスに引火することによって、電池内部で水素ガスが燃焼し、この燃焼エネルギーによって、電槽や蓋を破壊する場合があった。

例えば、特許文献１や特許文献２には、極柱や棚の表面に合成樹脂塗料やガラス繊維で被覆する構成が示されている。このような構成は、極柱や棚の腐食防止を目的とするものであるが、極柱が溶断した際のスパークと電池内部の水素ガスとが隔離できるため、水素ガスの燃焼抑制といった面で有効であるとの考えから、本発明者らは、これらの構成の、電池破裂防止といった観点で検討を行ってきた。
特開昭５８−１６４１４５号公報 特開昭６１−１２６７６８号公報

しかしながら、極柱表面を合成樹脂塗料やガラス繊維で覆った場合、電池端子間を短絡させた等により大電流放電によって、極柱が溶融しても、溶融鉛が被覆によって保持されるため極柱が溶断せずに短絡電流が流れ続け、結果的に極柱以外の他の部分が溶断する場合があることがわかった。

このような極柱以外の溶断した部分でスパークが発生した場合には、電池内部に滞留した水素ガスに引火し、電槽や蓋が破損する場合があった。さらに、被覆の強度を意図的に低下させた場合には、被覆の破損箇所から溶融鉛があふれ出し、この部分で電気的導通が切断されるため電池本体の発熱によって、特に、樹脂電槽や蓋が熱変形する場合があった。

本発明は、鉛蓄電池において、前記したような、短絡等によって、電池に大電流が流れた際、極柱で溶断を確実に発生させて大電流を遮断し、かつ、極柱の溶断によっても、電
池内部に滞留した水素ガスへの引火を抑制することを目的とする。

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、同極性の極板耳を集合溶接するストラップと、蓋にインサート成型された端子ブッシングとの間に極柱を有する鉛蓄電池であり、前記極柱の外周面を覆う筒状の被覆体が配され、前記被覆体の上端は、前記極柱と密着すると共に、前記被覆体の下端は、前記ストラップ上面に接し、かつ電解液面の下限は、少なくとも前記ストラップ上面より上方に配置しており、前記極柱の外周面と、前記被覆体の内周面との間に、寸法ｄが０．５〜１．５ｍｍの範囲となるように間隙を設けて配置したことを特徴とする鉛蓄電池を示すものである。

また、本発明の請求項２に係る発明は、鉛蓄電池の大電流放電時に溶断する溶断部を前記極柱に設け、少なくとも前記溶断部を前記被覆体で覆うことを特徴とする請求項１に記載の鉛蓄電池である。

また、本発明の請求項３に係る発明は、前記被覆体は、熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂であることを特徴とする請求項１〜２のいずれか一項に記載の鉛蓄電池である。

そして、本発明の請求項４に係る発明は、前記被覆体は、発泡樹脂または合成ゴムという弾性を有した素材であることを特徴とする請求項１〜２のいずれか一項に記載の鉛蓄電池である。

さらに、本発明の請求項５に係る発明は、前記被覆体は、ガラス繊維マットもしくは、ガラス繊維を編み込んだチューブであることを特徴とする請求項１〜２のいずれか一項に記載の鉛蓄電池である。

本発明の鉛蓄電池は、誤って短絡する等、異常な大電流放電を行った場合において、極柱からの溶融鉛が下部に落下することによって、極柱が確実に溶断して、短絡を停止させることができる。また、溶断によってスパークが発生しても、被覆体によって、電池内部に滞留した水素ガスへの引火が抑制されるため、電槽や蓋の破損を生じることなく、鉛蓄電池の安全性を確保できる。

以下、図面を用いて本発明の実施形態による鉛蓄電池の構成を説明する。

鉛蓄電池１は、図１に示したように、正極板２と負極板３とセパレータ２０とを組み合わせ、それぞれ同極性極板同士を、それぞれの極板に設けた集電用の極板耳２ａ、３ａを介してストラップ４ａ，４ｂで集合溶接した極板群５を備える。

極板群５は、電槽６内に電解液７とともに収納され、電槽６の開口部には蓋８が装着されている。蓋８には必要に応じ、電解液注液用あるいは、補水用の液口８ａが形成され、
この液口８ａには、液口８ａからの電解液の流出を防止するための液口栓８ｂが装着されている。

図１に示した例では、蓋８にインサート成型された端子ブッシング９を有しており、この端子ブッシング９が電池端子として機能する。本発明の鉛蓄電池１は、極板群５と端子ブッシング９間を接続する極柱１０を有する。

評価に用いた鉛蓄電池１は、要部を示した図２〜図６のように、それぞれ極柱１０の外周面を覆う筒状の被覆体１１、１３、１３’、１４、１５を備える。本発明では、極柱１０の外周面１０ａと被覆体の内周面１１ａとが密着しない、隙間１２を設けることが必要である。

なお、図１および図２には示していないが、被覆体１１の下部にストラップ４ａと勘合する装着部を形成し、極柱１０と被覆体１１とを位置決めする構造としてもよい。

本発明の鉛蓄電池１の端子間を短絡させることによって、鉛蓄電池１が大電流によって放電した場合、特に、極柱１０の電解液７より露出した部分で極柱１０を構成する鉛合金がジュール熱により溶融する。この溶融した鉛合金は、それ自身の質量により間隙１２の中を通って落下するため、極柱１０の溶断が確実に起こり、その結果として短絡電流が遮断される。

前記した特許文献１および２のように、極柱に密着する被覆を形成した場合、極柱が溶融して発生した溶融鉛が被覆によって、保持され、下方に流動落下しないために、極柱の接続が維持され、鉛蓄電池は連続して短絡状態となる。その結果、継続して短絡状態になるため鉛蓄電池の発熱量は莫大なものとなり、一般的に用いるポリプロピレン樹脂やＡＢＳ樹脂等の熱可塑性樹脂で成型された電槽や蓋は変形し、内部の電解液が漏出する危険性がある。

また、極柱が溶断しないために、ストラップや極板耳といった極柱以外の他の接続部分で溶断して、この部分で発生したスパークが電池内部に滞留した水素ガスに引火して電槽や蓋が破損し、これらの破損に伴って、電池内部の電解液が飛散する場合がある。

図１および２の構成では、極柱で生じた溶融鉛が間隙を通して落下するために、極柱の導通がすみやかに切断され、その結果として短絡を強制的に終了させることができる。なお、極柱が溶断した部位でスパークが発生するものの、被覆体によって、スパークの水素ガスへの引火が抑制されるために、このような水素ガスへの引火によってもたらされる電槽や蓋の破損、電解液の飛散といった、安全上の問題を回避することができる。なお、このような本発明の効果を得るためには、被覆体の上端を蓋８の内面に接するようにすることが好ましい。

なお、極柱１０の外周面１０ａと、被覆体の内周面１１ａとの間の間隙寸法ｄは、溶融鉛合金の落下を妨げない程度に設定する。間隙寸法ｄを長くするほど溶融鉛合金の落下はよりスムーズに行われ、極柱１０の溶断がより早く行われる。一方で、この間隙寸法ｄをより長く設定すると。間隙１２内で発生したスパークが水素ガスへ引火しやすくなる。

図１および２の構成では、電池短絡によって溶断する部位を極柱１０となるように、極柱１０、ストラップ４ａ、４ｂおよび極柱耳２ａ，３ａの断面積の相対関係より、短絡時の発熱によって極柱１０が最も早く高温となり、この部分で溶断するよう設定する。このような設定は、様々な極柱径の鉛蓄電池を試作して、実際の短絡試験を行うことによる他、ＣＡＥ解析等の解析ツールを用いることによって行うことができる。

また、短絡時の極柱１０の溶断位置は、端子ブッシング９やストラップ４ａおよび極板耳２ａ等の接続部の熱容量や、電解液面位置との相対関係を有する。本発明では、極柱１０で溶断を発生させるため、短絡時の端子ブッシング９とストラップ４ａの温度は極柱１０の温度以下であり、極柱１０で発生した熱は、端子ブッシング９とストラップ４ａへ放熱されるため、極柱１０の温度はこの端子ブッシング９とストラップ４ａとの中間近傍の位置で最も高くなる。これに電解液７による放熱効果を加味すると、極柱１０の溶断部は、端子ブッシング９との接合近傍を除き、電解液面よりも上方の位置となる。

したがって、極柱１０の溶断位置は、それぞれの電池設計要素において決定付けられるため、予めその溶断部を特定し、この溶断部は被覆体で覆うことが必要である。

被覆体は、電池組み立て時に別部品として準備した被覆体を極柱１０に装着すればよい。また、それ以外の方法としては、電槽６と蓋８とを溶着もしくは接着による接合をする前の段階で、極柱１０に金型を配し、インジェクション成形を行う方法によってもよい。

被覆体は、溶融鉛や希硫酸の電解液７と接触するために、耐酸性と、ある程度の耐熱性を有したものが好ましい。ただ、耐熱性に関しては、溶融鉛が下方に落下し、途中で凝固するために、ある限定された時間内に、被覆体の機能を保持しうる程度の耐熱性を有していればよく、溶融鉛と長時間接触するに必要な耐熱性を有していなくてもよい。この観点から、被覆体の材質としては、比較的様々なものを用いることができる。

被覆体の材質の例としては、ガラス繊維マットもしくは、ガラス繊維を編み込んだチューブ、ポリプロピレンやポリエチレン等の熱可塑性樹脂、エポキシやポリエステル、ウレタン等の熱硬化性樹脂、エチレンプロピレンやクロロプレン等の発泡樹脂や同じくエチレンやクロロピレン等のゴムを用いることが可能である。

図１および図２に示した例では、被覆体１１の上下にわたって一定の間隙寸法ｄで間隙１２を設けた構成を示しているが、以下に、本発明の効果を得る好ましい構成について述べる。

図３に示したように、下端が開かれ、上端が閉じられた被覆体１３を用いることができる。被覆体１３は、下端がストラップ４ａの上面と接しており、電解液面の下限位置をストラップ４ａの上面よりも上方に設定することによって、電解液面が所定範囲内にある場合は、被覆体１３と極柱１０との間隙１２は、実質上、電槽内の水素が滞留した空間より隔離されるため、極柱１０が溶断した場合に発生するスパークにより水素ガスへの引火、およびこれによる電槽・蓋の破損をより効果的に抑制できる。なお、この被覆体１３を用いる場合においても、短絡時における極柱１０の溶断部を予め特定しておき、この溶断部が被覆体１３で覆うようにすることは、被覆体１１を用いる場合と変わるところはない。

参考形態として、図４に示したように、下端が閉じられ、上端が開かれた被覆体１３’を用いることができる。被覆体１３’を用いた場合、電解液面が異常低下して、ストラップ４ａの上面より低い位置となっても、被覆体１３’と極柱１０との間の間隙１２が、被覆体１３’の下端で閉じている一方で、上端で端子ブッシング９の下端に接しているため、極柱１０の溶断時のスパークによる水素ガスへの引火が抑制される。

なお、被覆体１３の上端を、図４に示したように、端子ブッシング９の下端で接する以外に、蓋８の電池内側面と接する形状とすることでも間隙１２を閉じられるため、極柱溶断によるスパークを水素ガスから隔離でき、好ましい。

被覆体１３’の上端と端子ブッシング９もしくは蓋８とが密に接するためには、例えば、ゴム等の弾性を有した材料で被覆体１３’を形成し、被覆体１３’自体の弾性力で、被覆体１３’の上端が、端子ブッシング９もしくは蓋８に隙間なく圧接された構成とすることができる。このような構成は、製造工程も簡略化でき、好ましい。

また、被覆体１３’の上端と端子ブッシング９もしくは蓋８とが密に接するための他の構成としては、被覆体１３’を電槽６や蓋８と同質の熱可塑性樹脂、一般的には、ポリプロピレン系樹脂で形成し、電槽６と蓋８との熱溶着と同時に、被覆体１３’の上端を、端子ブッシング９の周囲で蓋８と熱溶着することができる。このような構成にすれば、既存の工程をそのまま利用して製造が可能となるため、好ましい。

なお、間隙１２の下端が閉じられた場合、極柱１０が溶融による溶融鉛は、間隙１２の下部に滞留することになる。特に間隙寸法ｄが十分でないと、滞留した溶融鉛の上面が溶けた極柱の下面と接触して極柱１０が溶断しない。したがって、この間隙寸法は、溶融鉛を収納した状態で、極柱１０が確実に断線するに十分な寸法となるよう設定する。

また、図５に示したように、上端と下端の両方が閉じられた被覆体１４を装着する参考形態もある。被覆体１４においても、その下端が閉じられているため、被覆体１３’を用いる場合と同様、間隙１２の間隙寸法ｄは、極柱の溶融によって生じた溶融鉛が間隙１２の下部で滞留した状態で、極柱１０が確実に断線するよう設定する。さらに、極柱１０に他の部分よりも、その径を小さくした小径部１０ｂを設け、かつ小径部１０ｂに対応してその上端および下端で閉じられた間隙１２を形成する被覆体１４を装着することもできる。

前述したように、極柱１０が溶断する位置は、ある程度の範囲内で特定できるものの、溶断する範囲の上下で余裕をもって被覆体で覆うことが好ましい。このため、図１〜図４に示したように、極柱１０の大部分を被覆体で覆うことになる。特に、小径部１０ｂは溶断部として確実に溶断するように設定すれば、溶断する位置の小径部１０ｂを被覆体で覆えばよくなるため、被覆体の使用材料削減の面で、好ましい。なお、この小径部１０ｂは、被覆体１４の組み合わせにおいてのみ、有効なのではなく、前記した被覆体１１、１３、１３’にも適用できる。

なお、短絡時に溶断部として作用する小径部１０ｂは、極柱１０の小径部１０ｂを除く部分や、ストラップ４ａ、４ｂおよび極板耳２ａ、２ｂよりも優先して溶断するよう、その径を予め設定しておけばよく、極柱１０を正負両極で同一サイズとした場合には、正負両極で被覆体を極柱１０に装着すればよい。また、正負のいずれか一方の極柱の径を、他方の極柱の径よりも小径として、小径とした極柱が優先的に溶断させることを意図した場合には、この小径とした方の極柱１０に前記した被覆体を装着すればよい。

なお、下端を閉じていない被覆体において、電解液面が異常低下して、ストラップ４ａの上面より低い位置となった場合は、溶断時に発生したスパークが水素ガスに引火して破裂する恐れがある。

そこで間隙寸法ｄを調整することにより、溶断して流れ出した溶融鉛によって間隙を埋めつくすことにより、溶断時に発生するスパークを水素ガスと遮断することができる。

前述したように、間隙寸法ｄは、まず溶融鉛合金の落下を妨げない程度に設定する必要があり、間隙寸法ｄを長くするほど、溶融鉛合金の落下はスムーズに行われ、極柱１０の溶断がより早く行われる。しかし間隙寸法ｄをあまり長くすると溶断して流れだした溶融鉛によって間隙を埋めつくすことができなくなる。間隙寸法ｄは０．５〜１．５ｍｍとすることで以上の双方を満足できる。

さらに、下端を極柱に密着させた被覆体においては、間隙寸法ｄを０．５〜１．５ｍｍとすることで、水素ガスへの引火を遮断したのに加えて、溶融鉛によって間隙をうめるため、２重の遮断ができ、より安全に対する信頼性が向上する。

上記の如く、本発明によれば、鉛蓄電池の端子間を短絡させた場合において極柱の溶断が発生しても、溶断時に発生するスパークの電池内に滞留した水素ガスへの引火と、これによる電槽や蓋の破損を抑制することができる。また、極柱が溶融した際に、溶融鉛が被覆体と極柱間の間隙をすみやかに落下するため、短絡電流が遮断でき、安全な鉛蓄電池を提供することができる。

以下、実施例によって、本発明の作用効果を説明する。

（参考例の電池Ａ）
参考例の電池Ａは、図２に要部を示した鉛蓄電池１である。鉛蓄電池１において、電槽６と蓋８はいずれもポリポロピレン樹脂製であり、外形サイズが高さ２００ｍｍ、幅１８５ｍｍ、奥行き１２５ｍｍで、１２Ｖ３５Ａｈの液式の始動用鉛蓄電池である。

電池Ａに用いた被覆体１１は、概略円筒形状のガラス繊維の編み組みチューブである。被覆体１１の内周面１１ａは、その断面が円形であり、その内径は、上端から下端にかけて９．００ｍｍで一定とした。極柱１０の外周面１０ａは、その断面が円形であり、極柱１０の外径は、被覆体１１に対応する部分で８．００ｍｍの一定寸法とした。したがって、被覆体１１と極柱１０との間隙１２の間隙寸法ｄは、被覆体１１の上端にかけて片側０．５０ｍｍ、両側で合計１．００ｍｍの間隙が存在することになる。

なお、以降、間隙寸法ｄおよび後述する間隙寸法ｄ’は、特に明記しない限り、片側の寸法である。例えば、被覆体１１の内径と極柱１０の外径との差が１．００ｍｍの場合、被覆体１１の中心と極柱１０の中心が一致した場合として、間隔寸法ｄを０．５０ｍｍとして示す。なお、被覆体１１に替えて、様々な被覆体の構成を後述するが、この場合においても間隔寸法ｄの表記は同様とする。

被覆体１１の極柱１０に対応した部分の厚みは０．３ｍｍで一定としており、その下部はストラップ４ａの上面に接している。被覆体１１の上端は、蓋８の内側面、参考例の電池Ａにおいては、蓋８の内側面の一部である端子ブッシング９の下面に接して設けた。

なお、ストラップ４ａの端より極柱１０が突出していることから、被覆体１１の下端において、間隙１２は、電槽内の空間に開かれている。なお、被覆体１１は正負両極の極柱に装着される。なお、極柱１０の各部の寸法は、正極と負極で同一である。

（本発明例の電池Ｂ）
本発明の電池Ｂは、参考例の電池Ａにおいて、被覆体１１に替えて、図３で示した被覆体１３を用いた電池である。被覆体１３の上端は、端子ブッシング９の下面より下方に１０．０ｍｍの位置とし、この部分で間隙１２は閉じられている。また、電解液を考慮しな場合、被覆体１３の下端は、ストラップ４ａの上面よりに接しているが、参考例の電池Ａと同様、下端の一部において、間隙１２が開かれた状態となっている。

なお、被覆体１３の内周断面も円形であり、その上端の閉じられた部分を除き、参考例の電池Ａと同様、片側０．５０ｍｍの間隙寸法ｄを有している。なお、被覆体１３も、被覆体１１と同様、厚み５．０ｍｍのポリプロピレン樹脂の成型体である。なお、被覆体１３は正負両極の極柱に装着される。なお、極柱１０の各部の寸法は、正極と負極で同一である。

（参考例の電池Ｃ）
参考例の電池Ｃは、参考例の電池Ａにおいて、被覆体１１を図４に示した被覆体１４としたものである。ゴム製で弾性を有した被覆体１３’が極柱１０に装着され、間隙１２を有しているものの、被覆体１３’の下端が閉じられたものである。なお、被覆体１３’の上端は、端子ブッシング９の周囲の蓋８に、被覆体１３’自身の弾性により、圧接した構成としている。

被覆体１３’の内径は上端および下端で８．０ｍｍとし、それ以外の間隙１２に対応した部分で９．０ｍｍとした。したがって、間隙寸法ｄは０．５０ｍｍである。また、間隙１２に対応した部分の被覆体の厚みは５．０ｍｍである。なお、被覆体１３’は正負両極の極柱に装着される。なお、極柱１０の各部の寸法は、正極、負極で同一である。

（参考例の電池Ｄ）
参考例の電池Ｄは、参考例の電池Ａにおいて、被覆体１１を図５に示した被覆体１４とし、かつ、極柱１０の一部に小径部１０ｂを１０．０ｍｍの長さにわたって設けたものである。この小径部１０ｂを覆うようにポリプロピレン樹脂製の、筒状の被覆体１４を装着したものである。なお、被覆体１４は正負両極の極柱に装着される。なお、極柱１０の各部の寸法は、正極、負極で同一である。

なお、小径部１０ｂの外径は７．０ｍｍとしたので、極柱１０の外径寸法である８．０ｍｍよりも径にして１．０ｍｍ小さいことになる。なお、被覆体１４の内径は、極柱１０と接する部分を除き、９．０ｍｍとした。小径部１０ｂに対応した間隙寸法でゃ１．０ｍｍ、小径部１０ｂを除く部分に対応した間隙寸法ｄ’は０．５ｍｍとなる。なお、被覆体１４の厚みは５．０ｍｍとした。

（比較例の電池Ｅ）
比較例の電池Ｅは、参考例の電池Ａより、被覆体１１を除去した電池である。なお、極柱１０の各部の寸法は、正極、負極で同一である。

（比較例の電池Ｆ）
比較例の電池Ｆは、図５に示したように、極柱１０の外周面１０ａに密着するポリプロピレン樹脂製の被覆体１５を極柱１０の上端から下端にかけて装着した電池である。被覆体１５と極柱１０の間には、被覆体１５および極柱１０に不可避的に存在する微小な凹凸に起因するものを除き、間隙は存在しない。なお、その他の電池の構成部品は、参考例の電池Ａと変わらない。また、被覆体１５は正負両極の極柱に装着される。極柱１０の各部の寸法は、正極と負極で同一である。

（本発明例の電池Ｇ〜Ｉ、比較例の電池Ｊ）
本発明例の電池Ｇ〜Ｉ、および比較例の電池Ｊは、電池Ｂの構成を元に、被覆体１３の外形を変化させることにより、間隙寸法ｄを変化させている。電池Ｇの間隙寸法ｄは０．
５ｍｍ（電池Ｂと同じ）、電池Ｈの間隙寸法ｄは１．０ｍｍ、電池Ｉの間隙寸法ｄは１．５ｍｍ、電池Ｊの間隙寸法ｄは２．０ｍｍ、とした。

上記した各電池のそれぞれ１０個を完全充電状態とした後、電解液面レベルが低下した状態を想定して、電池Ａ〜Ｆは電解液面を下限線に合わせ、電池Ｇ〜Ｊは電解液面を正極板の肩部（極板耳の基部）に合わせた。この状態で、ストラップや極板耳部は露出した状態になっている。なお、この状態において、極柱の断面積が、他のストラップや極板耳部の断面積に比較して小さく、基本的に極柱で溶断する構成となっている。

電解液面レベルを合わせた後、各電池を３．５Ａで１時間、定電流による過充電を行った。この過充電は、電池内部に水素ガスと酸素ガスが滞留した状態にするためのものである。

この過充電終了直後に各電池の端子間を強制的に短絡し、電池の状態を確認した。なお、端子間の電圧を計測することによって、電池内部で溶断が発生する時間を計測した。また、試験の間、電池の様子を音声とともにビデオ撮影し、電槽や蓋が破損した場合には、その発生時間も計測した。これらの結果を表１に示す。

表１に示した結果を説明すると、本発明例の電池Ｂおよび参考例Ａ、Ｃについては、いずれも短絡開始後５．０秒で極柱で溶断が起こっていた。溶断した部分から発生した溶融鉛は下方に落下し、凝固していた。極柱が溶断する瞬間に溶断した部分でスパークが発生していると想定されるが、電池Ｂおよび電池Ｃについては、水素ガスへの引火はなく、これによる電槽・蓋の破損も一切見られなかった。電池Ａについては、微小な水素ガスへの引火による微小な音響が電池より発したが、電槽・蓋破損にはいたらなかった。

参考例の電池Ｄに関しては、それぞれの短絡開始後２．５秒および２．０秒で極柱に設けた小径部で溶断していた。本発明例の電池Ｂおよび参考例Ａ、Ｃと比較して、小径部を設けた分だけより早期に溶断した。溶断時間の差は、小径部の溶融した溶融鉛が被覆体と極柱との間隙を落下し、小径部で極柱の導通が断たれていた。

なお、参考例の電池Ｄも、極柱の溶断が発生するものの、スパークによる水素ガスへの引火はなく、電槽・蓋の破損も全く見られなかった。

比較例の電池Ｅに関しては、短絡開始後５．０秒で極柱が溶断した。また、この溶断時
のスパークが電池内部の水素ガスに引火し、破裂音とともに、蓋に亀裂が生じた。水素ガスへの引火が、電池Ａのような、単なる水素ガス燃焼領域には止まらず、爆轟領域に達し、破裂が発生し、蓋の破壊に至ったものである。

比較例の電池Ｆに関しては、短絡開始後１２．０秒でストラップが溶断した。ストラップの溶断に伴って発生したスパークが電池内部の水素ガスに引火し、破裂音とともに、電槽と蓋の両方に亀裂が発生していた。この電池Ｆの破損の程度は、電池Ｆに比較して大きい状態であった。

電池Ｆでは、極柱の溶断は生じず、極柱以外の部位である、ストラップで溶断が発生した。電池Ｆでは、極柱の一部が溶融するものの、溶融鉛が被覆体によってその場に保持されるため、溶融鉛によって極柱の導通が維持され、短絡が長引いたと想定された。また、短絡時間内で発生する熱は、他の電池に比較しても短絡時間が長くなるほど大きくなり、電槽・蓋破損の程度が甚大になったことに関連すると考えられる。

本発明例の電池Ｇ〜Ｉは、電解液面が被覆体１３の下端開口部よりも低くなっているのにもかかわらず、極柱の溶断が発生するものの、スパークによる水素ガスへの引火はなく、電槽・蓋の破損も全く見られなかった。

比較例の電池Ｊでは、短絡開始後５．０秒で極柱が溶断した。また、この溶断時のスパークが電池内部の水素ガスに引火し、破裂音とともに、蓋に亀裂が生じた。電池Ｇ〜Ｉでは、溶断した鉛が被覆体と極柱の隙間を埋めており、スパークを遮断していた。電池Ｊでは、溶断した鉛は被覆体と極柱の隙間を完全には埋めきれておらず、残った隙間を通じて、スパークが水素ガスへ引火したため破裂に至った。

以上、説明してきたように、本発明によれば、短絡時において極柱が優先的に溶断するよう、その形状寸法を規定しておき、この極柱外周に間隔を有して被覆体を配置することにより、溶断を確実に発生させて、短絡時間をより短くすることができる。また、溶断部でスパークが発生するものの、このスパークの水素ガスへの引火が顕著に抑制され、これによる電槽・蓋の破損を抑制することができる。

なお、本発明例の電池においては、様々な被覆体を用いたものを作成したが、製造上の容易さの観点からは、参考例の電池Ａが他の電池Ｂ〜Ｅに比較して生産性に優れる。これは、極柱への被覆体の装着作業性に起因するものであり、参考例の電池Ａでは、被覆体を極柱に装着するにあたり、被覆体の自重で極柱の装着が完了するからである。

本発明例の電池Ｂおよび参考例の電池Ｄについては、被覆体に押し荷重を加えて極柱へ装着することになるため、この押し込み装着用の別途の設備を要する。特に、電池Ｄにおける被覆体１４は、上下で極柱に接した状態で極柱１０にするため、装着時の摩擦抵抗が他のものに比較して大きく、装着時に極柱変形等に留意する必要がある。また、小径部１０ｂに対応した位置に正しく被覆体１４の位置あわせを行う必要があるため。この点でも他の場合に比較して製造上留意する必要がある。

一方、電池Ｂおよび電池Ｃは、被覆体１３、１３’の下端をストラップ４ａに付き合わせることによって、容易に位置決めが完了するため、製造上も有利であるという利点がある。

電池Ａについては、製造上の容易さという利点を有するが、電池Ｂ〜Ｅより、スパークと水素ガスとの隔離効果が若干低下するため、前述の効果をより顕著に得るためには、電池Ｂ〜Ｄの構成を採用することが特に好ましい。また、製造の容易さと本発明の作用効果をバランスよく得る上では、本発明例の電池Ｂおよび参考例のＣの構成が適切と考えられる。

さらに、極柱１０には、その速度の大小はあるものの、鉛蓄電池を使用する間に腐食され、その径が細くなる。このような場合、電池Ｄでは、被覆体１４が下方ずれ、溶断が発生する小径部１０ｂが水素ガス雰囲気に暴露される場合があるため、被覆体１４の下端からストラップ４ａの上面にまで達する突起（図示せず）を設けることも好ましいことである。

さらに、参考例の電池Ａや本発明の電池Ｂのように、間隙１２が下端に開口している電池では、電解液面が被覆体の下端開口部より低下した場合、スパークと水素ガスとの隔離効果が低下する。そこで間隙寸法ｄを調整することにより、溶断して流れだす溶融鉛によって間隙を埋めつくすことにより、溶断時に発生するスパークを水素ガスと遮断することができる。

間隙寸法ｄは、まず溶融鉛合金の落下を妨げない程度に設定する必要があり、間隙寸法ｄを長くするほど、溶融鉛合金の落下は、よりスムーズに行われるので、極柱１０の溶断がより早く行われる。しかし間隙寸法ｄをあまり長くすると溶断して流れだした溶融鉛によって間隙を埋めつくすことができなくなる。間隙寸法ｄとして０．５〜１．５ｍｍとすることで以上の双方を満足する。

なお、被覆体の材質に関しては、前記したように、短絡時間の間、溶融鉛の温度条件下で、溶融鉛と極柱と被覆体との間隙に保持しうる程度の耐熱性と強度と有しているものであって、希硫酸電解液に接触しても、この耐熱性と強度が劣化せず、かつ、電解液中に電池性能を劣化させるような溶出成分を含まない材料から選択すればよい。このような観点から、もともと優れた耐熱性、耐酸性を有したガラス繊維が好適であるほか、熱可塑性樹脂の代表格である、ポリプロピレンやポリエチレン樹脂であっても、その厚みを確保し、短絡中その形状が保持しうる程度の熱容量を有した設計であれば、差し支えない。

上記の如く、本発明は、短絡等の大電流が電池に負荷される際における鉛蓄電池の信頼性を顕著に向上するものであり、本発明の実施形態で例示した液式鉛蓄電池のみならず、制御弁式の鉛蓄電池にも適用できるものである。

本発明は、大電流による鉛蓄電池の信頼性を顕著に改善するものであり、大電流放電が想定されている始動用鉛蓄電池やハイレート放電でのバックアップ用の産業用鉛蓄電池の他、様々な用途の鉛蓄電池に適用することができその工業的価値は高い。

鉛蓄電池の構成を示す図 参考例の電池Ａの鉛蓄電池で要部を示す図 本発明の電池Ｂの鉛蓄電池で要部を示す図 参考例の電池Ｃの鉛蓄電池で要部を示す図 参考例の電池Ｄの鉛蓄電池で要部を示す図 比較例の鉛蓄電池で要部を示す図

符号の説明

１ 鉛蓄電池
２ 正極板
２ａ 極板耳
３ 負極板
３ａ 極板耳
４ａ，４ｂ ストラップ
５ 極板群
６ 電槽
７ 電解液
８ 蓋
８ａ 液口
８ｂ 液口栓
９ 端子ブッシング
１０ 極柱
１０ａ 外周面
１０ｂ 小径部
１１ 被覆体
１１ａ 内周面
１２ 間隙
１３ 被覆体
１３’ 被覆体
１４ 被覆体
１５ 被覆体
２０ セパレータ

Claims (5)

1. 同極性の極板耳を集合溶接するストラップと、蓋にインサート成型された端子ブッシングとの間に極柱を有する鉛蓄電池であり、前記極柱の外周面を覆う筒状の被覆体が配され、前記被覆体の上端は、前記極柱と密着すると共に、前記被覆体の下端は、前記ストラップ上面に接し、かつ電解液面の下限は、少なくとも前記ストラップ上面より上方に配置しており、前記極柱の外周面と、前記被覆体の内周面との間に、寸法ｄが０．５〜１．５ｍｍの範囲となるように間隙を設けて配置したことを特徴とする鉛蓄電池。
2. 鉛蓄電池の大電流放電時に溶断する溶断部を前記極柱に設け、少なくとも前記溶断部を前記被覆体で覆うことを特徴とする請求項１に記載の鉛蓄電池。
3. 前記被覆体は、熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂であることを特徴とする請求項１〜２のいずれか一項に記載の鉛蓄電池。
4. 前記被覆体は、発泡樹脂または合成ゴムという弾性を有した素材であることを特徴とする請求項１〜２のいずれか一項に記載の鉛蓄電池。
5. 前記被覆体は、ガラス繊維マットもしくは、ガラス繊維を編み込んだチューブであることを特徴とする請求項１〜２のいずれか一項に記載の鉛蓄電池。

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