JP5994513B2

JP5994513B2 - 鉛蓄電池

Info

Publication number: JP5994513B2
Application number: JP2012206552A
Authority: JP
Inventors: 洋志春山; 恭秀中山
Original assignee: GS Yuasa International Ltd
Current assignee: GS Yuasa International Ltd
Priority date: 2012-09-20
Filing date: 2012-09-20
Publication date: 2016-09-21
Anticipated expiration: 2032-09-20
Also published as: JP2014063579A

Description

本発明は、鉛蓄電池に関するものである。

従来、鉛蓄電池の容量向上が求められており、鉛蓄電池の容量向上のための方策としては、例えば電槽内の電解液の液量を増やす、或いは、電解液の比重を高くする等が考えられる。ところが、上記の方策では、電解液と活物質量とのバランスが崩れてしまうため、低温高率放電特性又は寿命性能の低下という懸念がある。

このため、鉛蓄電池の容量を向上させるために、特許文献１に示すようなものが考えられている。この鉛蓄電池は、内部が隔壁によって複数のセル室に区画された電槽と、各セル室に収容された電極群と、電槽の側壁及び前記隔壁に熱溶着（ヒートシール）される蓋とを備えており、各隔壁において、当該隔壁に形成された貫通孔により接続される異極性のストラップに挟まれる部分に第１の凸部を形成し、隔壁を介して互いに接続されない異極性のストラップに挟まれる部分に第２の凸部を形成したものである。このような構成により、第１の凸部及び第２の凸部が蓋側に食い込んだ構成となり、極板ストラップの位置を高くすることができる。これにより、極板を大きくして容量を向上させることができる。また、第１の凸部及び第２の凸部を設けることで、ヒートシール時にストラップや蓋下面に設けられた排気室等を損傷することが無く、また電槽に取り付けられる前の蓋の強度を確保することができる。

ここで、蓋下面に設けられた排気室等の破損を防止し、或いは電槽に取り付けられる前の蓋の強度を確保するためには、第１の凸部及び第２の凸部の立ち上がり角度、つまり、凸部の傾斜辺の傾斜角度を出来るだけ大きくして、第１の凸部及び第２の凸部の幅を小さくすることが望ましい。

しかしながら、第１の凸部及び第２の凸部の立ち上がり角度を大きくすると、電槽に蓋をヒートシールさせる場合に、電槽に対して蓋が少しでもずれてしまうと、第１の凸部及び第２の凸部の傾斜辺でのヒートシールの強度が弱くなってしまうという問題がある。

特開平１１−２８３５８７号公報

そこで本発明は、極板を大きくして電池容量を向上させるとともに、隔壁と蓋との熱溶着を確実にすることをその主たる所期課題とするものである。

すなわち本発明に係る鉛蓄電池は、内部が隔壁によって複数のセル室に区画された電槽と、前記各セル室に収容された電極群と、前記電槽の側壁及び前記隔壁に溶着される蓋とを備え、互いに隣接する一方のセル室に収容された電極群と他方のセル室に収容された電極群とにおいて、それらセル室間の隔壁を介して互いに接続される異極性のストラップ同士である接続ストラップ対と、互いに接続されない異極性のストラップ同士である非接続ストラップ対とを有し、前記隔壁における前記非接続ストラップ対により挟まれる部分が、前記電槽の側壁の上端よりも上方に形成された上り勾配の第１傾斜辺を有する第１段部とされており、前記隔壁における前記接続ストラップ対により挟まれる部分が、前記第１段部に連続して当該第１段部の上端よりも上方に形成された上り勾配の第２傾斜辺を有する第２段部とされており、前記第２段部に前記接続ストラップ対を接続するための隔壁貫通孔が形成されており、前記第１段部の第１傾斜辺の傾斜角度が、前記第２段部の第２傾斜辺の傾斜角度よりも小さいことを特徴とする。

このような鉛蓄電池であれば、非接続ストラップ対により挟まれる部分が第１傾斜辺を有する第１段部とされており、接続ストラップ対により挟まれる部分が第２傾斜辺を有する第２段部とされているので、非接続ストラップ対及び接続ストラップ対の両方を蓋側に配置する構成にでき、極板を大きくすることができる。したがって、鉛蓄電池の容量を向上させることができる。このとき、第１段部の第１頂辺が非接続ストラップ対の上方に位置し、第２段部の第２頂辺が接続トラップ対の上方に位置するため、それらストラップが蓋に形成された隔壁に接触することも無い。
また、この鉛蓄電池は、第１段部の第１傾斜辺の傾斜角度を、第２段部の第２傾斜辺の傾斜角度よりも小さくして、第１傾斜辺の傾斜角度と第２傾斜辺の傾斜角度を個別に設定するように構成されている。これにより、第２段部の第２傾斜辺の傾斜角度を大きくして、第２段部の幅を小さくし、蓋下面に設けられた排気室等の破損を防止し、又は電槽に取り付けられる前の蓋の強度を確保することができる。一方で、第１段部の第１傾斜辺の傾斜角度を第２傾斜辺の傾斜角度をよりも小さくしているので、電槽に蓋をヒートシールする場合に、電槽に対して蓋の位置が少々ずれたとしても、第１傾斜辺により熱溶着の強度を確保することができる。

前記第１段部の第１傾斜辺の傾斜角度が１５度以下であることが望ましい。このように第１段部の第１傾斜辺を１５度以下とすることにより、第１段部と蓋の隔壁との溶け代を多くすることができ、熱溶着の強度を強くすることができる。

前記電槽における前記隔壁に対向する短側壁の上端部に、上方に延びる凸部が形成されており、当該凸部を形成する傾斜辺の傾斜角度が１５度以下であることが望ましい。これにより、電槽の両側のセル室に収容された電極群のストラップが、蓋の側壁、蓋の隔壁又は蓋の裏面に接触しないようにすることができる。また、この構成において、凸部の傾斜辺が１５度以下であるので、電槽の短側壁と蓋との溶け代を多くすることができ、熱溶着の強度を向上させることができる。なお、熱溶着の強度の向上を示す詳細な耐圧試験結果については後述する。

このように構成した本発明によれば、電槽内に収容される電極群の極板を大きくすることができ、電池容量を向上させることができる。

本実施形態の鉛蓄電池の蓋を外した状態の斜視図。同実施形態の電槽の斜視図。同実施形態の接続ストラップ対及び非接続ストラップ対を示す模式図。同実施形態の隔壁の上側部分を示す平面図。同実施形態の短側壁の側面図。変形実施形態の短側壁の側面図。

以下に本発明に係る鉛蓄電池の一実施形態について図面を参照して説明する。

本実施形態の鉛蓄電池１００は、自動車等に用いられるモノブロック式鉛蓄電池であって、図１及び図２に示すように、内部が複数（図においては５つ）の隔壁２１によって複数（図においては６つ）のセル室２Ｓに区画された電槽２と、各セル室２Ｓに収容された電極群３と、電槽２の側壁２ａ〜２ｄ及び隔壁２１に溶着される蓋（不図示）とを備えている。なお、電槽２及び蓋は、ＰＰ、ＡＢＳ、ＰＥ等の熱可塑性樹脂からなる。また、蓋は、電槽２の側壁（短側壁２ａ、２ｂ及び長側壁２ｃ、２ｄからなる４つの側壁）に熱溶着（ヒートシール）されるとともに、前記複数の隔壁２１の上縁に熱溶着される複数の隔壁が形成されている。また、蓋には、両端部のセル室２Ｓに収容された電極群３の極板ストラップ３１に設けられた極柱３１１が接続される外部端子が設けられている。なお、各電極群３は、極板ストラップ３１として、複数の正極板の耳部が連結された正極ストラップ３１Ｐと、複数の負極板の耳部が連結された負極ストラップ３１Ｎとを有する。

この鉛蓄電池１００は、図３に示すように、互いに隣接する一方のセル室２Ｓ（２Ｓａ）に収容された電極群３（３ａ）と他方のセル室２Ｓ（２Ｓｂ）に収容された電極群３（３ｂ）とにおいて、それらセル室２Ｓ（２Ｓａ、２Ｓｂ）間の隔壁２１を介して互いに接続される異極性のストラップ３１Ｐ、３１Ｎ同士である接続ストラップ対３１Ｘと、互いに接続されない異極性のストラップ３１Ｐ、３１Ｎ同士である非接続ストラップ対３１Ｙとを有する。なお、非接続ストラップ対３１Ｙを構成する極板ストラップ３１Ｐ、３１Ｎは、当該隔壁２１に隣接する他の隔壁２１を介して隣接する電極群３の極板ストラップ３１Ｐ、３１Ｎに接続されて、当該他の隔壁２１を介して接続ストラップ対３１Ｘを構成するか、或いは、極柱３１１が設けられて、蓋に形成された外部端子に接続される。

しかして本実施形態の鉛蓄電池１００において、特に図４に示すように、各隔壁２１は、非接続ストラップ対３１Ｙにより挟まれる部分に、電槽２の側壁２ｃの上端よりも上方に形成された上り勾配の第１傾斜辺４ａを有する第１段部４が形成されている。また各隔壁２１は、接続ストラップ対３１Ｘにより挟まれる部分に、第１段部４に連続して当該第１段部４の上端よりも上方に形成された上り勾配の第２傾斜辺５ａを有する第２段部５が形成されている。

具体的に第１段部４は、一方の長側壁２ｄの上端に連続する平坦かつ水平な上辺２１ｕから上方に形成された上り勾配の直線状をなす第１傾斜辺４ａと、当該第１傾斜辺４ａの上端に連続する平坦な第１頂辺４ｂとにより形成される。そして、第１段部４は、その第１頂辺４ｂが非接続ストラップ対３１Ｙの上面よりも高い位置となるように形成されている。

また、第２段部５は、第１段部４の第１頂辺４ｂの端部に連続する上り勾配の直線状をなす第２傾斜辺５ａと、当該第２傾斜辺５ａの上端に連続する平坦かつ水平な第２頂辺５ｂと、当該第２頂辺５ｂの端部に連続し、他方の長側壁２ｃの上端に連続する平坦かつ水平な上辺２１ｖまで延びる下がり勾配の直線状をなす第３傾斜辺５ｃとにより形成される。そして、第２段部５は、その第２頂辺５ｂが接続ストラップ対３１Ｘに形成されたセル間接続片３１２の上端よりも高い位置となるように形成されている。また、第２段部５には、接続ストラップ対３１Ｘに形成されたセル間接続片３１２同士を接続するための隔壁貫通孔２１Ｈが形成されている。

そして、第１段部４の第１傾斜辺４ａにおける水平方向に対する傾斜角度θ_１が、第２段部５の第２傾斜辺５ａにおける水平方向に対する傾斜角度θ_２よりも小さくなるように構成している。また、本実施形態の第２傾斜辺５ａの傾斜角度θ_２と、第３傾斜辺５ｃの傾斜角度θ_２’とを同一角度としている。このように第１傾斜辺４ａの傾斜角度θ_１を第２傾斜辺５ａの傾斜角度θ_２よりも小さくすることにより、少なくとも第２段部５の第２傾斜辺５ａ、第３傾斜辺５ｃを除く部分、具体的には、上辺２１ｕ、２１ｖ、第１傾斜辺４ａ、第１頂辺４ｂ及び第２頂辺５ｂにおける溶け代を確保して、熱溶着の強度を向上させる構成としている。

また、本実施形態では、特に図５に示すように、電槽２の短側壁２ａ、２ｂの上端部に上方に延びる凸部６を形成している。この凸部６は、短側壁２ａ、２ｂの平坦な上壁から上方に形成された上り勾配の前後２つの概略直線状をなす傾斜辺６ａ、６ｂと、当該傾斜辺６ａ、６ｂの上端に連続する平坦かつ水平な頂辺６ｃとからなる。前後２つの傾斜辺６ａ、６ｂは、側面視において、中央に対して対称位置に形成されており、同一の傾斜角度を有する。そして、一方（前側）の傾斜辺６ａの立ち上がり位置は、側面視において、前側に第１段部４が形成された隔壁２１における当該第１段部４の第１傾斜辺４ａの立ち上がり位置と略同じである。また、他方（後側）の傾斜辺６ｂの立ち上がり位置は、側面視において、後側に第１段部４が形成された隔壁２１における当該第１段部４の第１傾斜辺４ａの立ち上がり位置と略同じである。また、前後２つの傾斜辺６ａ、６ｂの水平方向からの傾斜角度θ_３は、前記第１傾斜辺４ａの傾斜角度θ_１と略同じである。また、凸部６の頂辺６ｃの高さ位置は、第１段部４の第１頂辺４ｂの高さ位置と略同じである。このように凸部６の形状を構成することで、熱板による隔壁２１の第１段部４の溶融量と短側壁２ａ、２ｂの凸部６の溶融量とを同一にすることができる。なお、この第１段部４及び凸部６に対向する形状を有する蓋の隔壁及び側壁においても同様である。

そして、本実施形態の第１段部４の第１傾斜辺４ａにおける水平方向に対する傾斜角度θ_１及び凸部６の左右２つの傾斜辺６ａ、６ｂにおける水平方向に対する傾斜角度θ_３は、ともに１５度以下としてある。これにより、電槽２の隔壁２１と蓋の隔壁との熱溶着の強度を向上させるとともに、電槽２の側壁２ａ〜２ｄと蓋の側壁との熱溶着の強度を向上させる構成としている。なお、第２段部５の第２傾斜辺５ａ及び第３傾斜辺５ｃの傾斜角度θ_２、θ_２’は、４５度〜７０度としている。

以下に、傾斜角度θ_１、θ_３を１５度以下にする根拠となる実験結果を示す。
この実験においては、短側壁２ａ、２ｂの凸部６の傾斜辺６ａ、６ｂの傾斜角度θ_３を以下に示す角度として、熱板（不図示）に対して電槽２を前後０．４ｍｍずらして熱溶着を行い、電池内に２９４ｋＰａの圧力をかけて、熱溶着部分が外れるか否かを確認した。

この実験結果を以下の表１に示す。この表１から分かるように、凸部６の傾斜辺６ａ、６ｂの傾斜角度θ_３を１５度以下にすることで、耐内圧試験合格率が５０％以上となることが分かった。つまり、ヒートシール時に熱板に対して電槽２が前後０．４ｍｍずれても（言い換えれば、ヒートシール時に電槽２に対して蓋が前後に０．４ｍｍずれても）、耐内圧試験で信頼性が得られるのが１５度以下であることが必要であることが分かった。また、このためには、凸部６の傾斜辺６ａ、６ｂの溶け代として０．４ｍｍ以上確保する必要があることが分かった。なお、この実験では、短側壁２ａ、２ｂの凸部６の傾斜辺６ａ、６ｂについての検討であるが、第１段部４の第１傾斜辺４ａの傾斜角度θ_１についても同様である。

このように構成した本実施形態に係る鉛蓄電池１００によれば、非接続ストラップ対３１Ｙにより挟まれる部分が第１傾斜辺４ａを有する第１段部４とされており、接続ストラップ対３１Ｘにより挟まれる部分が第２傾斜辺５ａを有する第２段部５とされているので、非接続ストラップ対３１Ｙ及び接続ストラップ対３１Ｘの両方を蓋側に配置する構成にでき、極板の高さ寸法を大きくすることができる。したがって、鉛蓄電池１００の容量を向上させることができる。このとき、第１段部４の第１頂辺４ｂが非接続ストラップ対３１Ｙの上方に位置し、第２段部５の第２頂辺５ｂが接続トラップ対３１Ｘの上方に位置するため、それらストラップ３１Ｐ、３１Ｎが蓋に形成された隔壁に接触することも無い。

また、本実施形態の鉛蓄電池１００は、第１傾斜辺４ａの傾斜角度θ_１と第２傾斜辺５ａの傾斜角度θ_２を個別に設定するように構成されており、第２段部５の第２傾斜辺５ａの傾斜角度θ_２を大きくして、第２段部５の幅を小さくし、蓋下面に設けられた排気室等の破損を防止し、又は電槽２に取り付けられる前の蓋の強度を確保することができる。一方で、第１段部４の第１傾斜辺４ａの傾斜角度θ_１を第２傾斜辺５ａの傾斜角度θ_２をよりも小さくしているので、電槽２に蓋をヒートシールする場合に、電槽２に対して蓋の位置が少々ずれたとしても、第１傾斜辺４ａにより熱溶着の強度を確保することができる。

なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
例えば、前記実施形態では、第１段部４の第１傾斜辺４ａの傾斜角度θ_１及び凸部６の傾斜辺６ａ、６ｂの傾斜角度θ_３を同一角度としているが、それぞれ１５度以下の角度範囲において異なるようにしても良い。

また、前記実施形態では、第２段部５の一方側にのみ第１段部４が形成されたものであったが、図６に示すように、第２段部５の両側に第１段部４を形成したものであっても良い。この場合、第２段部５の両側に形成された第１段部４の第１傾斜辺４ａは対称形状をなすように形成しても良いし、それぞれ異なる傾斜角度となるように形成しても良い。

さらに、第１段部４の第１頂辺４ｂ及び第２段部５の第２頂辺５ｂを、平坦かつ水平な形状とすることなく、湾曲した形状としても良い。

加えて、第２段部５の第２傾斜辺５ａ及び第３傾斜辺５ｃの傾斜角度を互いに異ならせても良いし、凸部６の前後２つの傾斜辺６ａ、６ｂの傾斜角度を互いに異ならせても良い。

その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

１・・・鉛蓄電池
２・・・電槽
２Ｓ・・・セル室
２１・・・隔壁
２ａ〜２ｄ・・・側壁
３・・・電極群
３１Ｐ・・・極板ストラップ（正極ストラップ）
３１Ｎ・・・極板ストラップ（負極ストラップ）
３１Ｘ・・・接続ストラップ対
３１Ｙ・・・非接続ストラップ対
４・・・第１段部
４ａ・・・第１傾斜辺
θ_１・・・第１傾斜辺の傾斜角度
５・・・第２段部
５ａ・・・第２傾斜辺
θ_２・・・第２傾斜辺の傾斜角度
６・・・凸部
６ａ、６ｂ・・・傾斜辺
θ_３・・・傾斜辺の傾斜角度

Claims

内部が隔壁によって複数のセル室に区画された電槽と、
前記各セル室に収容された電極群と、
前記電槽の側壁及び前記隔壁に溶着される蓋とを備え、
互いに隣接する一方のセル室に収容された電極群と他方のセル室に収容された電極群とにおいて、それらセル室間の隔壁を介して互いに接続される異極性のストラップ同士である接続ストラップ対と、互いに接続されない異極性のストラップ同士である非接続ストラップ対とを有し、
前記隔壁における前記非接続ストラップ対により挟まれる部分が、前記電槽の側壁の上端よりも上方に形成された上り勾配の第１傾斜辺を有する第１段部とされており、
前記隔壁における前記接続ストラップ対により挟まれる部分が、前記第１段部に連続して当該第１段部の上端よりも上方に形成された上り勾配の第２傾斜辺を有する第２段部とされており、
前記第２段部に前記接続ストラップ対を接続するための隔壁貫通孔が形成されており、
前記第１段部の第１傾斜辺の傾斜角度が、前記第２段部の第２傾斜辺の傾斜角度よりも小さく、１５度以下である鉛蓄電池。
前記電槽における前記隔壁に対向する短側壁の上端部に、上方に延びる凸部が形成されており、当該凸部を形成する傾斜辺の傾斜角度が１５度以下である請求項１記載の鉛蓄電池。
前記第１段部の第１傾斜辺及び前記凸部の傾斜辺が略同一の傾斜角度である請求項２記載の鉛蓄電池。