JP5169130B2 - 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ものである。

電動車に使用される制御弁式鉛蓄電池は、高出力化および大容量化を求められ、特に高出力化には極板の薄型化や極板間距離を短くし、大容量化には極板群の活物質量を多く設定することが行われている。トリクル使用やスタンバイ使用の制御弁式鉛蓄電池式の充電においては化成反応やジュール熱によって電池内部が若干発熱するが、極板間距離が大きくさらに硫酸を含有したセパレータの極板群の占有割合が大きく構成された電池においては充放電サイクルを重ねても熱が内部に蓄積されることは問題にはならなかった。

一方、電動車に使用する制御弁式鉛蓄電池式の場合には、急速充電特性の向上も要求されている。特に電池は大容量化や高出力化を目的として極板群体積あたりの活物質量を多く、極板間距離が短くさらにセパレータ中の電解液が少なく設定された制御弁式鉛蓄電池の場合、大きな電流値で短時間に充電する際に充電時に発生した熱が充放電サイクル中に蓄積され、サイクル寿命を低下させるという問題があった。この傾向は、複数セルを有する電池において中間セルにおける熱の蓄積が特に大きくなり、この熱の蓄積による中間セルの劣化により電池全体のサイクル寿命等を短くしていた。

このため特許文献１には、モノブロック電槽の隔壁および底部の少なくとも一部に中空部を設けることが、特許文献２には、電池のセル間に上下方向に開口部を設けることが記載されている。
特開２００３−２３４０９３号公報 特開２００４−０５５２０７号公報

しかしながら、特許文献１では電槽底部の中空部の存在については記されているものの、その中空部の具体的電池構成については述べられておらず、特許文献２では電槽底部から取り入れた空気を隔壁間に設けた中空部により下部から上部に換気する構造が記されているが、電槽構造が複雑になる傾向があった。本発明は、出力特性を有する電池構成を維持しつつ、充電中のセル間の温度差が少なくでき、簡素で実用的な構成の制御弁式鉛蓄電池を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、長さ方向に隣接する複数のセルを備えた電槽を用い、正極板と負極板およびセパレータを介して積層された極板群を前記セルに収納した制御弁式鉛蓄電池において、前記電槽の外側底面には各セルに対応するようにセル底部に前記セルの幅方向に貫通する通風経路用の溝を有し、前記溝の幅は、前記電槽の中央部の中間セルが両端セルの幅よりも広いことを示すものであり、請求項２に係る発明は前記セルの幅方向に貫通する通風経路用の溝に交差するように、前記電槽の長さ方向に少なくとも１本の通風経路用の溝を有することを示すものである。

本発明の制御弁式鉛蓄電池は上記構成を有し、電池の高出力化を目的として極板表面積
を大きくするために極板群の極板構成枚数を多くする極板間距離の短い複数セルを有した電池において、信頼性の高い充放電サイクル寿命特性を得るため、セル間の温度差を低く抑え、かつ電池温度の上昇を抑制する構造を有した電池を得ることができる。

以下、本発明の実施の形態を、図を用いて説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態による制御弁式鉛蓄電池の概略断面図を示す。

正極板１と負極板間２に電解液を含浸保持するマットセパレータ３を配置し、両極同士を両極の極板同士を棚４（正極棚４ａ、負極棚４ｂ）で連結させ極板群５を構成する。電槽６は隔壁７により複数のセル８が隣接した構成を有し、極板群５をセル８内に配置した後、接続は棚４と一体化された端子９により隔壁７を介し隣接セルと、さらに電池外部へは端子（正極９ａ、負極９ｂ）にて行われる。電槽内に極板群５が配置された状態において、電槽６の上部にはセル８に対応するよう設けられた制御弁（図示はしていない）を有した排気栓１０を装着した蓋１１と一体化される。

図２に本発明の実施の形態による制御弁式鉛蓄電池の底面図を示す。

電槽６の底面１２には、電池の幅方向に貫通し、セル底部に空間部を設けた溝１３が各セル８に対応して設けられ、前記溝１３は、電槽の幅方向に存在する下部外側面１４による外側接地部分１５と、隔壁７の下部に位置する内部接地部分１６との間で形成され、前記溝７の幅は前記両接地部分の幅を変化させることにより容易に調整することができる。

電池を充電する際の発熱は、化学反応によるもの及びジュール熱によるもので、極板群５から生じる。このため長さ方向に隣接する複数のセルを備えた電槽６を用いた場合、側面の表面積は両端セル８ａが中間セル８ｂより大きくなるため、側面で冷却される両端セルの温度が中間セルの温度より低くなり、セル間に温度差を生じる。その温度差を小さくするために、通風経路を大きく確保するために溝１３は、中間セル８ｂの溝１３ｂ幅を広くして両端セル８ａの溝１３ａ幅よりも大きくする。

（実施の形態２）
図３には本発明における別の実施の形態による制御弁式鉛蓄電池の底面図を示す。

電槽６の底面１２には、実施の形態１と同様に電池の幅方向に貫通し、セル底部に空間部を設けた両端セルの溝１３ａ、中間セルの溝１３ｂが各セル８に対応して設けてある。一方、電槽６の底面１２には、電池の長さ方向に貫通する長さ方向の溝１３ｃが、隔壁７の下部に位置する内部接地部分１６において幅方向に分割された部分に形成される。この長さ方向の溝１３ｃの幅は、前記内部接地部分１６の幅方向への距離を設定することにより調整することができ、電池の幅方向に貫通した両端セルの溝１３ａ、中間セルの溝１３ｂとともに広範囲の通風経路を確保することができる。ここでは前記長さ方向の溝１３ｃは、１本の形成で説明したが、この溝が複数本存在することでも同様な効果が得られる。

供試電池として、１２Ｖ６０Ａｈの制御弁式鉛蓄電池を用いてその効果の差異について調査を行った。この電池に使用した電槽６は、６セルモノブロック構造で高さ１６０ｍｍ、幅１１５ｍｍ、長さ４００ｍｍの寸法を有している。この電槽６を用い、底面１２の溝の構造は下記のように設定し、供試電池を作成した。

（電池Ａ）本発明の図１に示した電槽底面１２に溝１３を有した電槽６は、電池の幅方向に溝１３ａと１３ｂとを溝高さ６ｍｍにて形成した。このため極板群５の位置が高くなるのは端子９部分で調整した。これらの溝は、１セル目から６セル目の底面に対応するように両端セル８ａと中間セル８ｂにより構成され、一方の端セルから他方の端セルに向かいセルの順番に１セル目から６セル目までの溝幅を順に１０ｍｍ、３０ｍｍ、５０ｍｍ、５０ｍｍ，３０ｍｍ、１０ｍｍとし、中間セルの溝１３ｂの幅が最大になるように形成した。

（電池Ｂ）上記の幅方向への溝を有した電槽にさらに長さ方向へ溝１３ｃを溝高さ６ｍｍで、溝幅４０ｍｍにて直線状に形成した。

（電池Ｃ）比較例として、従来の電槽底面に溝の存在しない電槽を用いた電池（図示はしていない）を従来例とした。

評価試験は、２５℃の恒温槽の中で、電池長側面を断熱材で覆い、電池天面及び端側面は恒温層内空気に触れる状態でファンを用い空気を対流させて１２時間以上放置した。その後、そのままの雰囲気中にて定電流１８Ａで１２時間の過充電を行い、充電後の電池内部の温度変化を測定した。それぞれの電池の１セル目と６セル目、２セル目と５セル目および３セル目と４セル目の平均値の温度を表１に示した。

電池Ａと電池Ｃの温度結果から、電槽底面のセルに対応し電槽幅方向に貫通した溝を有する電池Ａは、発熱した場合に両端セル（３６℃）と中間セル（４１℃）との温度差は５℃であり、従来例の電池Ｃの端セル（３７℃）と中間セル（４６℃）との温度差９℃よりも低い結果であった。底面に電槽幅方向に貫通した溝を設けることにより通風経路を確保し、極板群が直接載置している電槽底面での空気の対流による冷却効果により両端セルと中間セルの温度差が減少し、セルへの影響を少なくできことにより電池の特性差を小さくすることが期待できる。ここでは、端セルと中間セルの温度差について説明したが、２，５セル目の溝幅は、表１のように両端セルと中間セルの溝幅の間に数値を設定することで、効率的な冷却効果を得ることができる。

さらに、電池Ｂは、電池Ａの溝の他に加えて電槽の長さ方向にも溝を有し、通風経路が各方向に対応するための空気の対流がさらに促進され、両端セル（３４℃）と中間セル（３８℃）と全体的に温度が低く保たれており、その温度差は４℃と小さく、溝の面積以上に冷却効果があるものと推測できる。なお、ここでは長さ方向のリブは１本で説明したが、複数本にすることや、長さ方向で中間セル部分の幅を広くすることで冷却効果が増すことは容易に推測できる。

このように、同じ電池を冷却する操作を行った場合、本発明のように極板群が直接電槽底面に接触することで、冷却され易い底面からの蓄熱された熱の放散効果が効果的である。

本発明によれば、信頼性の高い充放電サイクル寿命特性が得られるセル間の温度差を低く抑え、かつ電池温度の上昇を抑制する構造を有した簡素で実用的な制御弁式鉛蓄電池を提供でき、その利用価値は高い。

本発明の実施の形態による制御弁式鉛蓄電池の概略断面図 本発明の実施の形態による制御弁式鉛蓄電池の底面図 本発明における別の実施の形態による制御弁式鉛蓄電池の底面図

符号の説明

１ 正極板
２ 負極板
３ マットセパレータ
４ａ 正極棚
４ｂ 負極棚
５ 極板群
６ 電槽
７ 隔壁
８ セル
８ａ 両端セル
８ｂ 中間セル
９ａ 正極端子
９ｂ 負極端子
１０ 排気栓
１１ 蓋
１２ 底面
１３ａ 両端セルの溝
１３ｂ 中間セルの溝
１３ｃ 長さ方向の溝
１４ 下部外側面
１５ 外側接地部分
１６ 内部接地部分

Claims (2)

1. 長さ方向に隣接する複数のセルを備えた電槽を用い、正極板と負極板およびセパレータを介して積層された極板群を前記セルに収納した制御弁式鉛蓄電池において、前記電槽の外側底面には各セルに対応するようにセル底部に前記セルの幅方向に貫通する通風経路用の溝を有し、前記溝の幅は、前記電槽の中央部の中間セルが端セルの幅よりも広いことを特徴とした制御弁式鉛蓄電池。
2. 前記セルの幅方向に貫通する通風経路用の溝に交差するように、前記電槽の長さ方向に少なくとも１本の通風経路用の溝を有することを特徴とする請求項１記載の制御弁式鉛蓄電池。