JP6089984B2 - 密閉型電池 - Google Patents

Description

本発明は、密閉型電池に関するものである。

従来、密閉型電池である鉛蓄電池としては、特許文献１に示すように、電槽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、電槽隔壁に熱溶着（ヒートシール）される蓋隔壁を有する蓋とを備えたものがある。そして、各電槽隔壁に、電槽側壁の上端よりも上側に突出した凸部を形成し、当該凸部にセル間接続部を配置するように構成されている。なお、特許文献１では、電槽隔壁を介して互いに接続されない異極性ストラップに挟まれる部分にも凸部を形成している。

このように構成した密閉型電池においては、電槽隔壁が、電極群から押圧されて、一方のセル室から他方のセル室側に膨らんで湾曲してしまう。そうすると、電槽隔壁及び蓋隔壁を熱溶着する場合、蓋隔壁に対して電槽隔壁の位置がずれてしまい、電槽隔壁と蓋隔壁との熱溶着が不十分となり、気密不良が発生してしまう。

特に、図６に示すように、電槽隔壁に形成された凸部の傾斜部と、蓋隔壁に形成された凹部の傾斜部との溶着部分においては、各傾斜部における水平方向からの傾斜角度をθとした場合に、傾斜部に対して垂直にかかる押圧加重がＦｃｏｓθとなり、傾斜部に対して垂直に加わる押圧加重が小さくなってしまう。また、水平部の溶け代をＬとした場合に、傾斜部に対して垂直な溶け代もＬｃｏｓθとなる。このため、傾斜部は、水平部に対して、溶着部の強度が弱く、熱溶着が不十分となり易く、気密不良が発生し易い。この状況の下、上述したように、蓋隔壁に対して電槽隔壁の位置ずれが生じてしまうと、傾斜部における熱溶着がより一層不十分となり、気密不良がより一層生じ易い。

一方で、特許文献２に示すように、直線状をなす上端を有する電槽隔壁と、直線状をなす下端を有する蓋隔壁とを有する密閉型電池において、蓋隔壁にガイドリブを設けて、当該ガイドリブにより、蓋隔壁に対する電槽隔壁の位置を合わせて、電槽隔壁と蓋隔壁との熱溶着を確実にして気密不良を抑制するものが考えられている。

特開平１１−２８３５８７号公報 特開２００３−１４２０４１号公報

ここで、上記特許文献１に記載された鉛蓄電池において、蓋隔壁の水平部にガイドリブを設けて、蓋隔壁に対して電槽隔壁の位置を合わせることにより、電槽隔壁の凸部と蓋隔壁の凹部との位置決めを行うことが考えられる。

しかしながら、電極群におけるセパレータは、極板が伸びて短絡しないように極板よりも上側に延び出ているため、蓋隔壁の水平部に設けられたガイドリブが、セパレータの延出部分に接触して押し下げてしまい、短絡し易くなるという問題がある。この問題は、電池容量を向上すべく極板を高くすればするほど顕著となる。

そこで本発明は、上記問題点を解決すべくなされたものであり、電池性能を向上させつつ、短絡の発生要因となる構成にすることなく、電槽隔壁に形成された傾斜部及び蓋隔壁に形成された傾斜部との接合を確実にすることをその主たる課題とするものである。

すなわち本発明に係る密閉型電池は、電槽側壁により周囲を取り囲み、電槽隔壁により複数のセル室に区画されて各セル室にセパレータを含む電極群が収容された電槽と、前記電槽隔壁に接合される蓋隔壁を有する蓋とを備え、前記電槽隔壁が、電槽側壁の上端よりも上側において斜めに傾斜した電槽側傾斜部を有し、前記蓋隔壁が、前記電槽側傾斜部に対応して斜めに傾斜した蓋側傾斜部を有し、前記蓋側傾斜部に対する前記電槽側傾斜部の位置を合わせるガイド部が、前記蓋側傾斜部に設けられていることを特徴とする。

このような密閉型電池であれば、蓋隔壁に形成された蓋側傾斜部に、当該蓋側傾斜部に対して電槽隔壁に形成された電槽側傾斜部の位置を合わせるガイド部を設けているので、蓋隔壁に対する電槽隔壁の位置、特に蓋側傾斜部に対する電槽側傾斜部の位置を合わせることができる。これにより、電槽側傾斜部及び蓋側傾斜部の接合を確実にすることができ、電槽隔壁及び蓋隔壁の気密不良、特に電槽側傾斜部及び蓋側傾斜部の気密不良を改善することができる。
また、蓋側傾斜部にガイド部を設けているので、蓋隔壁において蓋側傾斜部以外の水平部にガイド部を設けた場合に生じ得るガイド部とセパレータとの干渉が生じない構成にすることができる。これにより、セパレータがガイド部によって押し下げられて生じる短絡を防止することができ、電極群の寸法高さを大きくさせて電池性能を向上させることができる。
さらに、蓋側傾斜部にガイド部を設けているので、側面視において、蓋側壁の下端からガイド部が突出しない構成にでき、組み立て前にガイド部が外部に接触して破損することを防止することができる。

また、前記電槽隔壁が、前記電槽側壁の上端よりも上側に突出した凸部を有し、前記蓋隔壁が、前記凸部に対応して凹んだ凹部を有し、互いに隣接する前記セル室の前記電極群を接続するセル間接続部が、前記凸部に設けられている。
これならば、セル間接続部を蓋側に配置する構成にでき、電極群の高さ寸法をさらに大きくすることができる。したがって、電池性能をより向上させることができる。

電槽隔壁は、その両側部分よりも中央部分の方が変形量が大きい。前記電槽側傾斜部が、前記凸部の両側面のうち前記電槽隔壁の中央側の側面に形成されており、前記蓋側傾斜部が、前記凹部の両側面のうち前記蓋隔壁の中央側の側面に形成されていることが望ましい。
これならば、電槽側傾斜部及び蓋側傾斜部を各隔壁の中央側に配置しているので、電槽隔壁における変形量の大きい部分の位置を蓋隔壁に対して合わせることができ、その結果、蓋隔壁に対して電槽隔壁全体の位置を合わせることができる。これにより、電槽側傾斜部及び蓋側傾斜部だけでなく、電槽隔壁及び蓋隔壁全体の接合を確実にすることができる。

ガイド部の具体的な実施の態様としては、前記ガイド部が、前記蓋側傾斜部を挟んだ両側から下側に突出した一対のガイドリブを有しており、前記一対のガイドリブが、先端に向かうに連れて両者の間隔が互いに広がるように傾斜したガイド面を有することが考えられる。
これならば、ガイドリブのガイド面に接触した電槽側傾斜部がガイド面により案内されて、電槽側傾斜部の上端面が蓋側傾斜部の下端面に当接しやすくなる。

前記ガイドリブの先端が、前記電槽側壁と接合される蓋側壁の下端よりも上側に位置していることが望ましい。
これならば、蓋側壁の下端からガイドリブの下端が突出しない構成となり、組み立てる前にガイドリブが外部に接触して破損することを防止できる。

前記電極群を構成する極板が鋳造格子であることが望ましい。
エキスパンド格子は、厚みにばらつきが生じにくいが、鋳造格子は、厚みのバラつきが生じ易い。このため、鋳造格子を用いて電極群を構成した場合、電極群の厚みにばらつきが生じて、当該電極群をセル室に収容した場合に、電槽隔壁が膨らみ、本発明の課題が顕著になる。このため、鋳造格子を用いて構成した電極群を収容する密閉型電池の場合には、本発明のガイド部の効果が一層顕著となる。

前記セル室に収容された状態で前記電極群が前記電槽側壁と交差する方向に圧迫されていることが望ましい。
このように電極群が電槽側壁と交差する方向に圧迫された状態でセル室に収容されると、電槽隔壁は、電極群から押圧されて膨らんで湾曲してしまう。このような構成の場合には、本発明のガイド部の効果が一層顕著となる。

このように構成した本発明によれば、蓋側傾斜部にガイド部を設けて、蓋側傾斜部に対して電槽側傾斜部の位置を合わせているので、電槽側傾斜部及び蓋側傾斜部の接合を確実にすることができる。また、蓋側傾斜部にガイド部を設けているので、セパレータと干渉しない構成にすることができ、電極群の寸法高さを大きくさせて電池性能を向上させることができる。

本実施形態の電槽を示す斜視図。 同実施形態の蓋を示す斜視図。 同実施形態の電池の部分断面図。 同実施形態の電槽及び蓋の分離した状態の部分断面図。 同実施形態のガイド部の部分拡大断面図。 従来の電槽隔壁及び蓋隔壁の熱溶着を模式的に示す図。

以下に本発明に係る密閉型電池の一実施形態について図面を参照して説明する。

本実施形態の密閉型電池１００は、例えば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〜図３に示すように、内部が複数（図１においては５つ）の電槽隔壁２１によって複数（図１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及び複数の電槽隔壁２１に熱溶着される蓋４とを備えている。なお、電槽２及び蓋４は、ＰＰ、ＡＢＳ、ＰＥ等の熱可塑性樹脂からなる。

各電極群３は、正極板、負極板及びセパレータ８が交互に積層されて構成されている。各電極群３を構成する正極板及び負極板の極板格子は、鋳造格子により構成されている。また、各電極群３は、積層方向を電槽隔壁２１と直交する方向と一致させて、積層方向に圧迫された状態でセル室２Ｓに収容される。さらに、各電極群３は、同一極性の極板の耳部が連結された極板ストラップ３１を有する（図３参照）。以下において、正極板の耳部が連結された極板ストラップ３１を正極ストラップといい、負極板の耳部が連結された極板ストラップ３１を負極ストラップという。

蓋４は、特に図２に示すように、電槽２の側壁２ａ〜２ｄに熱溶着される側壁４ａ〜４ｄを有するとともに、前記複数の電槽隔壁２１に溶着される複数の蓋隔壁４１を有している。また、蓋４には、両端部のセル室２Ｓに収容された電極群３の正極ストラップ又は負極ストラップに設けられた極柱が接続される外部端子（不図示）が設けられている。蓋４には、各セル室に電解液を補充するための注液口（不図示）が設けられている。

そして、本実施形態の密閉型電池１００においては、特に図１及び図３に示すように、各電槽隔壁２１が、電槽側壁２ａ〜２ｄの上端よりも上側に突出した凸部５を有している。

この凸部５には、隣接するセル室２Ｓに収容された電極群３の異極性の極板ストラップ３１同士を接続するセル間接続部３１１が設けられるものであり、前記セル間接続部３１１が貫通して設けられる貫通孔５ｈが形成されている（図１参照）。

具体的に凸部５は、図４に示すように、電槽隔壁２１の上端に形成されており、一方の電槽側壁２ａの上端に接続される平坦かつ水平な上端部２１ｍから、前記電槽側壁２ａの上端よりも上側に形成された第１傾斜部５１と、他方の電槽側壁２ｂの上端に接続される平坦かつ水平な上端部２１ｎから、前記電槽側壁２ｂの上端よりも上側に形成された第２傾斜部５２と、前記第１傾斜部５１及び前記第２傾斜部５２の間に形成された頂辺部５３とを有している。このように構成された凸部５は、電槽隔壁２１において中央から一方の電槽側壁２ａ又は他方の電槽側壁２ｂ側にずれて設けられている（図１参照）。なお、図４においては、他方の電槽側壁２ｂ側にずれて設けられた凸部５を示している。

第１傾斜部５１は、電槽隔壁２１の平面方向に直交する方向から見て（平面視において）、前記上端部２１ｍの上辺に連続する概略直線状の傾斜辺を有している。また、第２傾斜部５２は、前記平面視において、前記上端部２１ｎの上辺に連続する概略直線状の傾斜辺を有している。さらに、頂辺部５３は、前記第１傾斜部５１の傾斜辺の上端及び前記第２傾斜部５２の傾斜辺の上端に連続する概略直線状の頂辺を有している。

また、各蓋隔壁４１は、前記電槽隔壁２１の凸部５に対応した形状をなす凹部６を有している。

具体的に凹部６は、図４に示すように、蓋隔壁４１の下端に形成されており、一方の蓋側壁４ａの下端に接続される平坦かつ水平な下端部４１ｍから、前記蓋側壁４ａの下端よりも上側に形成された第１傾斜部６１と、他方の蓋側壁４ｂの下端に接続される平坦かつ水平な下端部４１ｎから、前記蓋側壁４ｂの下端よりも上側に形成された第２傾斜部６２と、前記第１傾斜部６１及び前記第２傾斜部６２の間に形成された底辺部６３とを有している。このように構成された凹部６は、前記凸部５と同様にして、蓋隔壁４１において中央から一方の蓋側壁４ａ又は他方の蓋側壁４ｂ側にずれて設けられている（図２参照）。なお、図４においては、他方の蓋側壁４ｂ側にずれて設けられた凸部５を示している。

前記第１傾斜部６１は、蓋隔壁４１の平面方向に直交する方向から見て（平面視において）、前記下端部４１ｍの下辺に連続する概略直線状の傾斜辺を有する。この第１傾斜部６１の傾斜辺の水平方向に対する傾斜角度は、前記第１傾斜部５１の傾斜辺の水平方向に対する傾斜角度と同一である。また、前記第２傾斜部６２は、前記平面視において、前記下端部４１ｎの下辺に連続する概略直線状の傾斜辺を有する。この第２傾斜部６２の傾斜辺の水平方向に対する傾斜角度は、前記第２傾斜部５２の傾斜辺の水平方向に対する傾斜角度と同一である。さらに、底辺部６３は、前記第１傾斜部６１の傾斜辺の下端及び前記第２傾斜部６２の傾斜辺の下端に連続する概略直線状の底辺を有している。

上記の構成に加えて、本実施形態の密閉型電池１００においては、図２〜図４に示すように、前記蓋隔壁４１に対して前記電槽隔壁２１を位置決めするためのガイド部７が、前記蓋隔壁４１に設けられている。具体的には、蓋隔壁４１に形成された凹部６の２つの傾斜部６１、６２の何れか一方に、蓋隔壁４１の傾斜部６１、６２に対する電槽隔壁２１の傾斜部５１、５２の位置を合わせるガイド部７が設けられている。

このガイド部７は、特に図４に示すように、前記凹部６の傾斜部６１、６２において、蓋隔壁４１の中央側に位置する傾斜部（図４では、第１傾斜部６１）に設けられている。なお、以下の説明において、ガイド部７が設けられた傾斜部６１、６２を蓋側傾斜部６ｘという。また、当該蓋側傾斜部６ｘに対応する、電槽隔壁２１に形成された凸部５の傾斜部５１、５２を電槽側傾斜部５ｘという。この電槽側傾斜部５ｘは、電槽隔壁２１の凸部５において中央側に位置する傾斜部５１、５２である。このように、ガイド部７が、各蓋隔壁４１に形成された凹部６において中央側に位置する蓋側傾斜部６ｘに設けられているので、各蓋隔壁４１に対して各電槽隔壁２１を中央側で位置決めすることになる。

具体的にガイド部７は、図５に示すように、蓋側傾斜部６ｘの両側面に設けられ、蓋側傾斜部６ｘから下側に突出した対をなすガイドリブ７１、７２を有している。この対をなすガイドリブ７１、７２は、蓋側傾斜部６ｘに対して対称形状をなすものである。そして、各ガイドリブ７１、７２は、蓋側傾斜部６ｘの下端面６ｘ１から遠ざかるに連れて蓋側傾斜部６ｘから離れ、両者の間隔が互いに広がるように傾斜したガイド面７ａを有している。このようにガイドリブ７１、７２を構成することによって、ガイド部７全体として、蓋側傾斜部６ｘの下端面６ｘ１から遠ざかるに従って拡開するガイド溝７Ｍを有する構成となる。

また、ガイドリブ７１、７２における蓋側傾斜部６ｘの下端面６ｘ１からの突出長さは、ガイドリブ７１、７２の下端が、蓋側壁４ａ、４ｂの下端よりも上側に位置するように設定されている（特に図４参照）。つまり、組み立て前の蓋４を平面に載置した場合に、ガイドリブ７１、７２の下端が前記平面に接触しないように構成されている。これにより、ガイドリブ７１、２７が、蓋側壁４ａ、４ｂによって外部から保護される構成となり、外部に接触して破損することを防止できる。

＜本実施形態の効果＞
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、蓋側傾斜部６ｘにガイド部７を設け、当該蓋側傾斜部６ｘに対して電槽隔壁２１に形成された蓋側傾斜部５ｘの位置を合わせるガイド部７を設けているので、蓋隔壁４１に対する電槽隔壁２１の位置、特に第２傾斜部６ｘに対する第１傾斜部５ｘの位置を合わせることができる。これにより、第１傾斜部５ｘ及び第２傾斜部６ｘの熱溶着を確実にすることができ、電槽隔壁２１及び蓋隔壁４１の気密不良、特に第１傾斜部５ｘ及び第２傾斜部６ｘの気密不良を改善することができる。

また、蓋隔壁４１に形成された第２傾斜部６ｘにガイド部７を設けているので、第２傾斜部６ｘ以外の水平部４ｍ、４ｎにガイド部７を設けた場合に生じ得るガイド部７とセパレータ８との干渉が生じない構成にすることができる。これにより、セパレータ８がガイド部７によって押し下げられて生じる短絡を防止することができ、電極群３の寸法高さを大きくさせて電池性能を向上させることができる。なお、ガイド部７とセパレータ８との干渉が生じない構成としては、凹部６の底辺部６３にガイド部７を設けることも考えられるが、蓋４の上壁に対する底壁部６３の高さが小さいため、ガイド部７が設けにくく、またガイド部７の機械的強度を十分に得ることができない。

また、セル間接続部３１１が、凸部５に設けられている。これにより、セル間接続部３１１を蓋４側に配置する構成にでき、電極群３の高さ寸法をさらに大きくすることができ、電池性能をより向上させることができる。さらに、凹部６の２つの傾斜部６１、６２において、蓋隔壁４１の中央側に位置する傾斜部にガイド部７を設けているので、電槽隔壁２１における変形量の大きい部分の位置を蓋隔壁４１に対して合わせることができ、その結果、蓋隔壁４１に対して電槽隔壁２１全体の位置を合わせることができる。これにより、電槽側傾斜部５ｘ及び蓋側傾斜部６ｘだけでなく、電槽隔壁２１及び蓋隔壁４１全体の熱溶着を確実にすることができる。

その上、鋳造格子を用いて電極群３を構成しているので、電極群の厚みにばらつきが生じ、当該電極群３をセル室３Ｓに収容したときに電槽隔壁２１が変形するが、本実施形態のガイド部７により、上記変形を解消して熱溶着を確実に行うことができる。同様に、電極群３が積層方向に圧迫された状態でセル室２Ｓに収容されるので、電槽隔壁２１は電極群３から押圧されて変形するが、本実施形態のガイド部７により、上記変形を解消して熱溶着を確実に行うことができる。

＜その他の変形実施形態＞
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、蓋隔壁４１に形成された蓋側傾斜部６ｘのみにガイド部７を設けた構成を示しているが、これに加えて、蓋隔壁４１の下端部４ｍ、４ｎにガイド部７を設ける構成としても良い。平坦部４ｍ、４ｎにガイド部７を設ける場合には、ガイド部７が電極群３のセパレータ８に干渉しないようにガイド部７の長さを設定する必要がある。

また、前記実施形態では、蓋隔壁４１の凹部６において中央側の傾斜部６１、６２にガイド部７を設ける構成としているが、凹部６において中央側とは反対側の傾斜部６１、６２にガイド部７を設けても良い。また、凹部６の２つの傾斜部６１、６２の両方にガイド部７を設けても良い。

さらに、前記実施形態では、セル間接続部３１１が設けられる部分に凸部５を形成したものであったが、これに加えて、隣接するセル室に収容された電極群において、互いに接続されない異極性のストラップ３１同士である非接続ストラップ対により挟まれる部分など、セル間接続部３１１が設けられない第２の凸部を形成しても良い。そして、この第２の凸部に対応する第２の凹部における傾斜部にガイド部７を設けても良い。

その上、前記実施形態の電極群を構成する極板は、鋳造格子を用いたものであったが、エキスパンド格子又は打ち抜き格子を用いたものであっても良い。

また、前記実施形態では、蓋４と電槽２は熱溶着であったが、封止されればいかなる接合でもよく、例えば、樹脂などを介在させて接着しても良い。

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。

１００・・・密閉型電池（鉛蓄電池）
２・・・電槽
２Ｓ・・・セル室
２１・・・電槽隔壁
２ａ〜２ｄ・・・電槽側壁
３・・・電極群
４・・・蓋
４１・・・蓋隔壁
４ａ〜４ｄ・・・蓋側壁
５・・・凸部
５１・・・第１傾斜部
５２・・・第２傾斜部
５ｘ・・・電槽側傾斜部
６・・・凹部
６１・・・第１傾斜部
６２・・・第２傾斜部
６ｘ・・・蓋側傾斜部
７・・・ガイド部
７１、７２・・・ガイドリブ
７ａ・・・ガイド面
８・・・セパレータ

Claims (5)

1. 電槽側壁により周囲を取り囲み、電槽隔壁により複数のセル室に区画されて各セル室にセパレータを含む電極群が収容された電槽と、前記電槽隔壁に接合される蓋隔壁を有する蓋とを備え、
   前記電槽隔壁が、電槽側壁の上端よりも上側において斜めに傾斜した電槽側傾斜部を有し、
   前記蓋隔壁が、前記電槽側傾斜部に対応して斜めに傾斜した蓋側傾斜部及び当該蓋側傾斜部の下端側に連続する下端部を有し、
   前記蓋側傾斜部に対する前記電槽側傾斜部の位置を合わせるガイド部が、前記下端部から離れて前記蓋側傾斜部に設けられており、
   前記ガイド部は、前記蓋側傾斜部の両側面に設けられ、前記蓋側傾斜部から下側に突出した対をなすガイドリブを有しており、
   前記対をなすガイドリブは、前記蓋側傾斜部の下端面から遠ざかるに連れて前記蓋側傾斜部から離れ、両者の間隔が互いに広がるように傾斜したガイド面を有しており、
   前記対をなすガイドリブのガイド面によって、ガイド部全体として、前記蓋側傾斜部の下端面から遠ざかるに連れて拡開するガイド溝を有する密閉型電池。
2. 前記電槽隔壁が、前記電槽側壁の上端よりも上側に突出した凸部を有し、
   前記蓋隔壁が、前記凸部に対応して凹んだ凹部を有し、
   互いに隣接する前記セル室の前記電極群を接続するセル間接続部が、前記凸部に設けられている請求項１記載の密閉型電池。
3. 前記電槽側傾斜部が、前記凸部の両側面のうち前記電槽隔壁の中央側の側面に形成されており、
   前記蓋側傾斜部が、前記凹部の両側面のうち前記蓋隔壁の中央側の側面に形成されている請求項２記載の密閉型電池。
4. 前記電極群を構成する極板が鋳造格子である請求項１乃至３の何れか一項に記載の密閉型電池。
5. 前記セル室に収容された状態で前記電極群が前記電槽側壁と交差する方向に圧迫されている請求項１乃至４の何れか一項に記載の密閉型電池。