JP6191874B2 - 鉛蓄電池 - Google Patents

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Description

本発明は、電槽の割れを抑制する技術に関する。
鉛蓄電池は放電すると、電解液中の硫酸が消費されるとともに水が発生して、電解液の比重が低下する。一般的に、鉛蓄電池に使用される希硫酸からなる電解液は、比重が低下すると、氷結点が高くなる傾向にある。すると、鉛蓄電池を寒冷地で使用した場合には、電解液が凍って体積膨張を起こすことがある。特に、過放電(定格容量以上の放電)されると、さらに比重が低下して氷結点が高くなるため、上記問題が顕著である。
例えば、下記特許文献1に開示された電槽など、電槽外壁の一部が傾斜している場合、体積膨張が起きると、傾斜両端の屈曲点に応力が集中して、電槽が割れやすくなる。電槽の割れを抑えるには、電槽を厚くすることが考えられるが、それでは電槽が大きくなるし、電槽の外形形状は規格により決まっている場合があることから、電槽内側にしか肉厚を増せないものがある。
特開2002−198087号公報
しかしながら、電槽全体の肉厚を内側に増すと、発電要素の収容領域が狭くなることから、発電要素の大きさを維持することが出来ず、電池性能が低下してしまう。
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、電池性能を維持しつつ、電槽の割れを抑制することを目的とする。
本明細書によって開示される鉛蓄電池は、発電要素と、前記発電要素を収容する電槽と、を備え、前記電槽の外壁は、前記電槽内における前記発電要素の収容領域を規定する第1壁部と、前記第1壁部よりも前記発電要素から離れて配置された壁部を形成するための屈曲部と、を有し、前記屈曲部を、前記第1壁部の内面を内側に超えない範囲にて厚くすることにより、前記第1壁部より厚肉の厚肉部とする。尚、「屈曲部」は、第1壁部と、同一外壁に設けられた屈曲部位を意図しており、例えば、2つの外壁が交わるコーナ部は、これに含まれない。また、「第1壁部よりも発電要素から離れて配置された壁部を形成するための屈曲部」とは、第1壁部よりも発電要素から離れた位置に壁部を形成する場合、第1壁部と離れた壁部は屈曲して接続されることになる。そのため、離れた位置に壁部を設けるにあたり形成が必要となる屈曲部と言う意味である。また、「厚肉」とは、板厚が厚いことを意味する。
本明細書によって開示される鉛蓄電池によれば、電池性能を維持しつつ、電槽の割れを抑制できる。
本発明の実施形態1に係る鉛蓄電池の斜視図 電槽の平面図 鉛蓄電池の垂直断面図(図1中のA−A線断面図) 電槽の側面図 蓋部材の底面図 傾斜部の拡大図(図3のB部を拡大した図) 本発明の実施形態2に係る傾斜部の拡大図 他の実施形態に係る傾斜部の拡大図
(本実施形態の概要)
初めに、本実施形態の鉛蓄電池の概要について説明する。本鉛蓄電池は、発電要素と、前記発電要素を収容する電槽と、を備え、前記電槽の外壁は、前記電槽内における前記発電要素の収容領域を規定する第1壁部と、前記第1壁部よりも前記発電要素から離れて配置された壁部を形成するための屈曲部と、を有し、前記屈曲部を、前記第1壁部の内面を内側に超えない範囲にて厚くすることにより、前記第1壁部より厚肉の厚肉部とした。
この構成では、屈曲部が、厚肉化され、強度アップするため、電槽が割れ難くなる。しかも、屈曲部を内側に厚くするので、電槽の外形形状を変更する必要がない。加えて、屈曲部を、第1壁部の内面を内側に超えない範囲内で厚くするので、発電要素の収容領域の大きさを維持できる。そのため、電槽の割れを抑制しつつ、発電要素の大きさを維持して、電池性能を維持できる。
本鉛蓄電池では、前記外壁は、前記第1壁部と屈曲して接続され、前記第1壁部に対して外側に向かって傾斜した傾斜部と、前記傾斜部と屈曲して接続され、前記第1壁部よりも前記発電要素から離れて配置された第2壁部と、をさらに有し、前記第1壁部と前記第2壁部とは、撓み量が異なっており、前記第1壁部と前記第2壁部のうち前記撓み量が大きな壁部と前記傾斜部との間の屈曲部が、前記厚肉部である。撓み量が大きいほど、屈曲部に対して応力がかかり易い。この構成では、撓み量が大きな壁部と傾斜部との間の屈曲部を厚肉部とするので、応力のかかり易い部位を、強度アップすることが出来、対策効果が大きい。
本鉛蓄電池では、前記傾斜部の内側面は、前記傾斜部の外側面に対して傾斜している。この構成では、屈曲部を厚肉化しつつ、板厚の急激な変化を抑えることが可能であり、応力が特定の箇所に集中することを緩和できる。
本鉛蓄電池では、前記傾斜部の内側面は、前記傾斜部の外側面に対して平行であり、かつ前記傾斜部の板厚が前記第1壁部の板厚よりも厚い。この構成では、傾斜部の両端の屈曲部を強度アップできる。
本鉛蓄電池では、前記発電要素は、セパレータを介して正極板と負極板とを交互に積層配置した極板群であり、前記第1壁部は、前記発電要素の収容領域のうち、前記極板群の積層方向と交差する方向の大きさを規定する。この構成では、極板の幅寸法の維持に加え、電槽に対する挿入性を維持できる。
本鉛蓄電池では、前記電槽内には、流動可能な電解液が収容されている。液式の鉛蓄電池では、電槽内に電解液が多量に収容されており、体積膨張の影響が大きい。したがって、本構成は液式の鉛蓄電池に好適である。
<実施形態1>
実施形態1を図1ないし図6によって説明する。
1.鉛蓄電池10の構造
鉛蓄電池10は自動車用のバッテリであって、図1から図3に示すように電槽20と、発電要素である極板群40と、蓋部材50とを備える。尚、以下の説明において、極板40P、40Nの積層方向(電槽20の横幅方向)をX方向とし、極板40P、40Nの積層方向に対して直交する方向(極板群40の幅方向)をZ方向とする。また、外壁21の延設方向(電槽の高さ方向)をY方向とする。尚、外壁21の延設方向とは、電槽20の底壁22を基準として外壁先端に向かう方向である。
電槽20は合成樹脂製である。電槽20は4枚の外壁21A〜21Dと底壁22を有し、上面が開放した箱型をなす。電槽20の内部は、図2に示すように隔壁23により複数のセル室25に仕切られている。セル室25は、電槽20の横幅方向(図2のX方向)に6室設けられており、各セル室25には、流動可能な電解液と共に極板群40が配置されている。
極板群40は、図3に示すように各セル室25に対して板面をYZ方向に向けて配置されており、正極板40Pと、負極板40Nと、両極板40P、40Nを仕切るセパレータ40Cとから構成されている。極板群40は、セパレータ40Cを介して正極板40Pと負極板40Nを、X方向に交互に積層配置したものである。各極板40P、40Nは、格子体に活物質が充填されて構成されており、上部には耳部41P、41Nが設けられている。耳部41P、41Nは、ストラップ42を介して、同じ極性の極板40P、40Nを各セル室25内にて連結するために設けられている。
図3、図4に示すように、電槽20のうちZ方向の両側に位置する外壁(隔壁23との関係では直交する外壁)21B、21Dには、第1壁部31と、第2壁部35と、傾斜部37とが設けられている。
第1壁部31は、外壁21B、21Dの底部からH1の範囲に形成されている。第1壁部31はY方向に沿った垂直面であり、外壁21B、21Dの全幅(X方向の全幅)に亘って形成されている。第1壁部31は、外壁21B、21Dの最も内側に位置する壁面である。そして、両外壁21B、21Dに形成された2つの第1壁部31は、Z方向に対向しており、両第1壁部31の内側面31aは、電槽20に収容される極板群40のZ方向の収容領域D1を規定している。すなわち、極板群40の幅方向に関する収容領域D1を規定している。
第2壁部35は、第1壁部31と平行であり、外壁21B、21Dの上端部からH2の範囲に形成されている。第2壁部35は、第1壁部31よりも電槽20の外側にオフセット(図4にて寸法Fで示す)しており、第1壁部31よりも極板群40からZ方向に離れて配置されている。このように、第2壁部35を第1壁部31よりも極板群40からZ方向に離れた位置に配置することで、電槽20の上部開口が広くなるので、電槽20に対する極板群40の挿入性が高まる。
第2壁部35は、外壁21B、外壁21Dの全幅(X方向の全幅)に亘って形成されており、板厚は、第1壁部31の板厚と等しい。また、第2壁部35の形成範囲H2と第1壁部31の形成範囲H1の大小関係は、下記の(1)式にて示すように、第2壁部35の形成範囲H2の方が大きい。
H2>H1>H3・・・・・・・・・・・(1)
傾斜部37は、第1壁部31と第2壁部35の間に形成されている。傾斜部37は、第1壁部31に対して外側に向かって傾斜しており、下端側が、第1壁部31と屈曲して接続され、上端側が第2壁部35と屈曲して接続されている。この傾斜部37は、第1壁部31と第2壁部35との間を傾斜面で接続しており、第1壁部31と第2壁部35との間に凹凸が出来ないようにしている。また、傾斜部37の形成範囲H3は、第1壁部31の形成範囲H1よりも小さい関係になっている。
また、第1壁部31の下部には、脚部33が形成されている。脚部33は、第1壁部31から電槽外方に向かって張り出している。脚部33の下面は、電槽20の底壁22と面一であり、電槽20の座りを安定させる機能を果たす。そして、脚部33の上面には、ビス孔33Aが開口しており、脚部33を螺子締めすることで、鉛蓄電池10を所定の取り付け箇所に固定出来る構造になっている。
一方、電槽20のうちX方向の両側に位置する外壁21A、21Cには、屈曲した部位がなく、上部に板フランジ39と、下部に脚部33を形成している点を除けば、平坦な形状である。
尚、本鉛蓄電池10は欧州規格に準拠しており、電槽20の外形形状は欧州規格(EN50342−2)により細かく決められている。電槽20の外形形状には、奥行き方向の寸法(図4に示すD2)、第1壁部31間の寸法(図4に示すD3)、第1壁部31の高さ(図4に示すH1)が含まれており、これらの形状も全て、欧州規格により定められている。
蓋部材50は合成樹脂製であって、図1に示すように、電槽20の上面を封口する本体51と、本体51の外周縁に沿って形成された外周壁55A〜55Dとを備える。
蓋部材50の裏面側には、図5に示すように、リブ52A〜52Dと、蓋隔壁54が形成されている。リブ52A〜52Dは、蓋部材50の基部裏面から下方に突出した所定幅の突条であり、電槽20の外壁21A〜21Dに対応して設けられている。また、蓋隔壁54は、蓋部材50の裏面から下方に突出した所定幅の壁体であり、電槽20の隔壁23に対応して設けられている。
これらリブ52A〜52Dの下端面は、電槽20側の外壁21A〜21Dの上端面に突き当たり、蓋隔壁54の下端面は、電槽20の隔壁23の上端面に突き当たる関係となっている。
外周壁55A〜55Dは、本体51の外周縁から下向きに延びている。外周壁55A〜55Dはリブ52A〜52Dと間隔を空けており、外壁21A〜21Dの上端を、間隔を空けて囲う構造になっている。蓋部材50は、電槽20への組み付け後、電槽20に対して、熱溶着等により全周を溶着される。すなわち、蓋部材50側の各リブ52A〜52Dと電槽20側の各外壁21A〜21Dをそれぞれ熱溶着し、蓋部材50側の各蓋隔壁54と電槽20側の各隔壁23をそれぞれ熱溶着することにより、電槽20の各セル室25が封口される構造となっている。
蓋部材50のX方向両側には、図1に示すように、正極側の端子部60Pと、負極側の端子部60Nが設けられている。正極側の端子部60Pと、負極側の端子部60Nの構造は、同一であるため、以下、負極側の端子部60Nを例にとって構造を説明する。
図3にて示すように、負極側の端子部60Nは、ブッシング61と、極柱71とを含む。ブッシング61は鉛合金等の金属製であり中空の円筒状をなす。ブッシング61は、蓋部材50の本体51に対して一体形成された筒型の装着部53を貫通しており、上半分が蓋部材50の本体上面から突出している。ブッシング61のうち、蓋部材50の本体上面から露出する上半部は端子接続部であり、ハーネス端子などの接続端子(図略)が組み付けされる。
尚、蓋部材50はブッシング61をインサートした金型に樹脂を流して一体成形することから、装着部53はブッシング61と一体化され、ブッシング61の下部外周を隙間なく覆う構造となっている。
極柱71は鉛合金等の金属製であり、円柱形状をしている。極柱71は、ブッシング61の内側に下方より挿入されている。極柱71のうち、上端部72はブッシング61に対して溶接により接合され、基端部73は極板群40のストラップ42に接合されている。
2.電槽の割れ対策
図3、図4、図6に示すように、電槽20の外壁21B、21Dのうち、傾斜部37の上端部Vと下端部Wは、形状が変化する屈曲点である。そのため、電解液の凍結により体積膨張が発生した時に、応力が集中しやすい。特に、第2壁部35は、第1壁部31よりも表面積が大きく、底壁22からの距離(Y方向の距離)が遠いため、体積膨張時、Z方向の撓み量Δ(図4参照)が第1壁部31に比べて大きい。そのため、傾斜部37のうち、撓み量Δの大きな第2壁部35に接続される上端部Vは、下端部Wに比べて応力が集中しやすい。尚、図4に示す符号Qは、体積膨張により撓んだ時の第2壁部35を示している。また、上端部V、下端部Wが、本発明の「屈曲部」に相当する。
そこで、本鉛蓄電池10では、図6に示すように、傾斜部37の内側面L2を、外側面L1に対して電槽内側に傾斜する傾斜面としている。具体的には、図6に示すように、X方向から見た時に、P1とP4を結ぶ直線で示される面にしている。
尚、図6に示す2点鎖線「Lo」は、従来における強度対策前の内側面の形状を示している。内側面Loは、外側面L1に対して平行な平行面であり、傾斜部の板厚は、第1壁部31や第2壁部35と同じである。また、「P1」は、内側面Loの下側の端点、「P4」は内側面Loの上側の端点P3から上方に、所定距離離れた点である。
内側面L2を傾斜させることで、傾斜部37の上端部Vでは、外面側の屈曲点P7に対して、内側の屈曲点P4が上方に位置がずれ、2つの屈曲点P7、P4間の距離が遠くなる(P7、P3間の距離に比べて遠くなる)。そのため、上端部Vが折れ曲がり難くなる。しかも、外面側の屈曲点P7から内側面L2までの距離が、第1壁部31や第2壁部35の板厚よりも厚くなる。すなわち、傾斜部37の上端部Vは、第1壁部31や第2壁部35に比べて板厚が厚い厚肉部となる。以上のことから、上端部Vの強度がアップすることから、電槽20が割れ難くなる。また、傾斜部37の内側面L2を外側面L1に対して傾斜させているので、傾斜部37の上端部Vを厚肉化しつつ、板厚の急激な変化を抑えることが可能であり、応力が特定の箇所に集中することを緩和できる。
しかも、傾斜部37を電槽内側(図6の右側)に厚くするので、電槽20の外形形状を変更する必要がない。加えて、傾斜部37を、第1壁部31を内側に超えない範囲で厚くしている。すなわち、傾斜部37の内側面L2が、第1壁部31の内側面31aよりも、電槽外側(図6の左側)に位置している。従って、極板群40のZ方向に関する収容領域(図3の寸法D1)が狭くならず、極板40P、40Nの大きさを維持できる。
尚、傾斜部37の両端部V、Wは、可能な限り大きなコーナRをつけることが好ましい。そのようにすることで、第1壁部31、傾斜部37、第2壁部35を、なだらかに接続出来るので、応力の集中を一層緩和することが可能である。
3.効果説明
本鉛蓄電池10は、傾斜部37の上端部Vを厚肉化するため、体積膨張に伴う、電槽20の割れを抑制することが出来る。また特に、本鉛蓄電池10は液式の鉛蓄電池であり、電槽20内に流動可能な電解液を多量に収容されており、体積膨張の影響が大きい。したがって、傾斜部37の上端部Vに応力が集中し易いため、効果的である。
また、傾斜部37の上端部Vを、第1壁部31を内側に超えない範囲で厚くするので、極板40P、40Nの大きさを維持出来る。そのため、電池性能を維持できる。
<実施形態2>
次に、本発明の実施形態2を、図7によって説明する。
実施形態2の鉛蓄電池は、実施形態1に対して、傾斜部の形状を一部変更している。具体的に説明すると、傾斜部137の内側面L2を、X方向から見たときに、図7に示すP2とP4を結ぶ直線L2で示される面としている。尚、「P2」は、P1(内側面Loの下側の端点)から上方に所定距離離れた点である。また、「P4」は、P3(内側面Loの上側の端点)から上方に所定距離離れた点である。
実施形態2の本鉛蓄電池も、実施形態1と同様、傾斜部137の内側面L2を外側面L1に対して傾斜させている。そのため、傾斜部137の上端部Vを厚肉化しつつも、板厚の急激な変化を抑えることが可能であり、応力が特定の箇所に集中することを緩和できる。
また、内側面L2の始点を、「P2」としていて、「P1」よりも上側に位置をずらしているので、下端部Wの周辺でも、板厚が厚くなる。そのため、傾斜部137の下端部Wも、強度アップできる。
<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1、2では、鉛蓄電池の一例として、液式の鉛蓄電池を例示したが、それ以外にも、電槽内部に流動可能な電解液がほとんど存在しない制御弁式の鉛蓄電池に適用することも可能である。
(2)上記実施形態1、2では、傾斜部37、137の内側面L2を、外側面L1に対して傾斜させたが、例えば、図8に示すように、内側面L2を、外側面L1と平行で、かつ強度対策前の内側面Loから電槽内側(図8では右側)にオフセットした面としてもよい。
内側面L2を、外側面L1と平行面にした場合(図8の場合)も、傾斜部237の上端部Vでは、外面側の屈曲点P7に対して、内側の屈曲点P9が上方に位置がずれ、2つの屈曲点P7、P9間の距離が遠くなる(P7、P3間の距離に比べて遠くなる)。そのため、上端部Vが折れ曲がり難くなる。しかも、外面側の屈曲点P7から内側面L2までの距離が、第1壁部31や第2壁部35の板厚よりも厚くなる。すなわち、傾斜部37の上端部Vは、第1壁部31や第2壁部35に比べて板厚が厚い厚肉部となる。以上のことから、傾斜部237の上端部Vの強度がアップする。
また、傾斜部237の下端部Wでは、外面側の屈曲点P6に対して、内側の屈曲点P8が上方に位置がずれ、2つの屈曲点P6、P8間の距離が遠くなる(P6、P1間の距離に比べて遠くなる)。そのため、下端部Wが折れ曲がり難くなる。しかも、内面側の屈曲点P8から外側面L1までの距離が、第1壁部31や第2壁部35の板厚よりも厚くなる。すなわち、傾斜部37の下端部Wは、第1壁部31や第2壁部35に比べて板厚が厚い厚肉部となる。以上のことから、傾斜部237の下端部Wの強度がアップする。このように、内側面L2を、外側面L1と平行面にした場合(図8の場合)は、傾斜部237の上端部Vと下端部Wの双方を強度アップできるので、電槽20が一層割れ難くなる。
(3)上記実施形態1、2では、欧州規格に準拠した鉛蓄電池10を例示したが、本発明は、欧州規格に準拠した鉛蓄電池以外にも、適用可能である。すなわち、電槽20を構成する一外壁に対して、極板群40の収容領域を規定する第1壁部と、第1壁部よりも極板群から離れた壁部を形成するための屈曲部を有する鉛蓄電池であれば、適用可能であり、電槽20の形状は実施形態1、2の例に限定されない。例えば、実施形態1、2では、外壁21B、21Dとして、第1壁部31、傾斜部37、第2壁部35からなる構成を例示したが、第2壁部35が存在せず、傾斜部37が電槽20の上端まで延在するような構成であってもよい。この場合、体積膨張が起きると、第1壁部31に接続される傾斜部37の下端部Wに応力が集中し易いので、傾斜部37の下端部Wを、第1壁部31の内面を内側に超えない範囲にて厚くすることにより、強度アップを図るとよい。
また、実施形態1、2では、Z方向両側の外壁21B、21Dに第1壁部31を設けて、対向する2つの第1壁部31により極板群40のZ方向の収容領域D1を規定した例を示した。第1壁部31は、Z方向の収容領域の規定する場合に限定されるものではなく、例えば、Y方向の収容領域を規定するものであってもよい。すなわち、電槽20の底壁22に対して、Y方向の収容領域を規定するため、電槽内側に向かって突出し、極板群の底部に対向する壁面が設けられている場合にも、本発明を適用することが可能である。
10...鉛蓄電池
20...電槽
21...外壁
23...隔壁
31...第1壁部
35...第2壁部
37...傾斜部
40...極板群(本発明の「発電要素」の一例)
50...蓋部材
L1...外側面
L2...内側面
V...上端部(本発明の「屈曲部」に相当)
W...下端部(本発明の「屈曲部」に相当)

Claims (4)

  1. 発電要素と、
    前記発電要素を収容する電槽と、を備え、
    前記電槽の外壁は、
    前記電槽内における前記発電要素の収容領域を規定する第1壁部と、
    前記第1壁部よりも前記発電要素から離れて配置された壁部を形成するための屈曲部と、を有し、
    前記屈曲部を、前記第1壁部の内面を内側に超えない範囲にて厚くすることにより、前記第1壁部より厚肉の厚肉部とした鉛蓄電池。
  2. 請求項1に記載の鉛蓄電池であって、
    前記外壁は、
    前記第1壁部と屈曲して接続され、前記第1壁部に対して外側に向かって傾斜した傾斜部と、
    前記傾斜部と屈曲して接続され、前記第1壁部よりも前記発電要素から離れて配置された第2壁部と、をさらに有し、
    前記第1壁部と前記第2壁部とは、撓み量が異なっており、
    前記第1壁部と前記第2壁部のうち前記撓み量が大きな壁部と前記傾斜部との間の屈曲部が、前記厚肉部である鉛蓄電池。
  3. 請求項1または請求項に記載の鉛蓄電池であって、
    前記発電要素は、セパレータを介して正極板と負極板とを交互に積層配置した極板群であり、
    前記第1壁部は、前記発電要素の収容領域のうち、前記極板群の積層方向と交差する方向の大きさを規定する鉛蓄電池。
  4. 請求項1ないし請求項のいずれか一項に記載の鉛蓄電池であって、
    前記電槽内には、流動可能な電解液が収容されている鉛蓄電池。
JP2014099495A 2014-05-13 2014-05-13 鉛蓄電池 Active JP6191874B2 (ja)

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