JPS6231945A - マルチセル再結合蓄電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はマルチセル再結合蓄電池、特に鉛一酸形の蓄電
池に関し、この種の蓄電池の構造とこの種蓄電池に電解
液を充填する方法の両者に関する。

〔従来の技術〕

再結合蓄電池とは、過充電によって放出されｔコガスが
大気中には排気されず、電池内で再結合されるような電
池である。この種の電池は過充電時に酸素のみが放出さ
れるように作られており、この酸素は反対極性の隣接極
板同志を隔てるセパレータを通して拡散され、負電極で
再結合する。通常、乙の種の電池では未吸収電界液は実
質的に存在せず、殆ど全ての電解液はセパレータと極板
に吸収されている。

通常の鉛一酸電池は電解液によって充満され、隣接セル
は相互に完全に封止され、電池の性能を劣化させその使
用寿命を短縮するセル間のイオン漏洩電流を流さないよ
うになっている。従ってこの種の電池のセルは本来相互
間でガス流通性が無く、そのため夫々が発生ガスを大気
に放出するための夫々のベン１・を有している。

遊離未吸収電解液の無い再結合電池においては、腎この
種の電流の伝導のための遊離電解液が存在しないという
理由でセル内イオン漏洩電流が発生し（り ないので、隣接セルを相互に完全に封止する必要性が無
いことが既に判明している。再結合電池内でガス放出速
度が時としてガス再結合速度を越えることがあり、その
ため電池容部の破裂を防止するために安全ベン１・を設
けることが必要である。

隣接セル間の封止が無い乙とは、セル毎に一つずつを設
けるよりむしろ電池全体に対して単一の安全ベン１・を
設けてもよいこととなり、電池製造コス１・をかなり節
約できることになる。

米国特許第４３８３０１１号明細書は、複数のセルが容
器と一体となったセル間仕切で隔てられているマルチセ
ル再結合鉛一酸蓄電池を開示している。複数の極板は微
細なガラス繊維のセパレータ材によって隔離され、全電
解液は８ｉｉ板とセパレータとに吸収されている。セル
間仕切は蓋のすぐ近くで終端し、そのため蓋の下に全セ
ルに共通でこれを介して全セルが連通するガス空間が存
在している。蓋には単一つのベン１・が設けられ、これ
が僅かに大気圧を超える圧力で共通ガス空間を大気に通
気している。

蓄電池は通常各セルに個々に電解液を加える事によって
充填されるが、これは時間を要し、そして或いはまた集
中作業的労働である。前記米国特許に開示されている構
造の長所は、単純化した充填法の使用を可能にする事で
あり、この場合、所定の容量の電解液が一つのセルのみ
に加えられ、全セルを充填するのにセル間仕切の上部か
ら溢流させている。

前記米国特許明細書に開示された構造の別の長所は、一
つのセルが他のセルに比較して多量の電解液を持ってい
たとすると、これが他のセルよりも先にガス発生を始め
、このセルから発生したガスカ別のセル内で再結合を行
うであろうというこ　　　□とであると延べられている
。このようにして各セル内の電解液の量が均一になる傾
向にあると述べられている。この現象が生じることは発
見されてはいるものの、連ばれるものは水のみであり、
各セル内の硫酸の量は本質的には変化しない。従って同
一比重で量の異なる電解液の入った二つのセルがあった
とすると、電解液の多い方のセルが電池の充電に当たっ
て先にガスの発生を開始し、このガスの一部が他方のセ
ルで再結合をしてこれに水を移転することになろう。し
かし、これは他方のセルの電解液の比重の低下と最初の
セルのそれの増加をもたらし、最初のセルの水の分圧が
第２のセルのそれ以下に低下することとなる。このよう
な分圧の差は水蒸気が徐々に拡散することによって時間
の経過と共に均一になり、従って前記米国特許明細書に
記載の均一化プロセスは次第に元に戻る。

実際には、各セルが互いに異なる量の電解液を保有し得
るのみならず、初期比重も、各種の理由、例えば各セル
が違った初期電気化学的フォーメーションを呈すること
等のため相違する可能性がある。この種の比重の差はセ
ル間の水の量の一様化よりも比重の一様化をもたらす。

前記米国特許明細書に記載のメカニズムによるヒル間の
水の移動は温度には事実上無関係であるが、前記分圧差
メカニズムは温度と共に急峻に変化する。後者のメカニ
ズムによる水の移動速度はまたセル間の連通面積の非直
線的関数である。自動車用蓄電池は通常車のエンジン室
内に収納されており、通常６０℃又はそれ以上で使用さ
れるが、この温度においては分圧差メカニズムによる水
の移動速度は連通面積８０ｍｍ”まではゆっくりと低下
するがそれ以後では事実上さらに急速に低下する。

米国特許第３８４６１７５号明細書は、隣接セル相互間
が単一ブロック容器と一体となったセル間仕切で隔てら
れている再結合鉛−酸蓄電池を開示している。複数のセ
ルは一つの内蓋によって閉止されておりこの蓋かが各セ
ルにつながる夫々所属のベントを有する。これらのベン
トは、内蓋と外蓋との間の共通ガス貯溜領域に通じてい
る。各セルは従って比較的小面積を通して相互に連通し
、そのため分圧差メカニズムによる水の移動速度は非常
に小さい。しかしながら、電解液を各セルに個々に加え
なければならず、これは時間浪費的か　）っ集中作業的
であるのみならず、全てのセルの電解液の量をそろえる
ことは非常に困難であることが判明している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明の目的は、各セルが連通し、それによって単一の
安全ベントを使用可能とするも分圧差メカニズムによる
水の移動速度が最低限にされるような充分に小さい面積
で連通し、又、各セルに電解液を計量して加えることの
無い能率的な方法で電解液をセルに充填することを必然
的に可能とする、特に鉛−酸形の自動車用のマルチセル
再結合Ｍ電池を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明によれば、マルチセル再結合蓄電池は、蓋によっ
て閉止され且つ蓋にまで達するセル間仕切で分けられた
複数個のセルを成す容器を有し、実質的に遊離未吸収電
解液を含まず、各セル間仕切には二つ以上の開孔を有し
、各開孔が３　ｍ＠”よりも大きいが８０■２よりも小
さい面積を有している。

各セル間仕切の開孔の全面積は８０ｏ＋ｍ２を越えるこ
となく、各セル間仕切はこれに二個の開孔のみを有する
ことが好ましい。一方の開孔が１５又は１０＋ｎｍ”　
よりも小さく５ｍｍよりは大きな面積を有し、又、他方
の開孔が６０又は４０、又は更に好ましくは２０ｍｍ’
以下であるが１０ｍｍ２よりは大きい面積を有すること
が好ましい。両開孔は円形であることが好ましい。

即ち、本発明による電池の好ましい実施例にわいては、
各セル間仕切に二個の開孔を有し、これによって電池は
全セルに共通のガス空間を有する。

これによって電池に唯一つの安全ベントを、例えば容器
を封止している蓋に設けることが可能となるが、このベ
ントは例えば０．０５乃至０．３パール（ｂａｒ）の大
気圧以上の小ゲージ圧力で開くように用意する。共通ガ
ス空間を作る目的に対しては、各仕切に唯一の開孔を設
けるだけで良いが、第２の開孔を設置する事によって電
池に電解液を充填する非常に簡単な方法の使用を可能と
する。この場合、全ての電解液、即ち鉛−酸電池の場合
、硫酸が１つのセルの中に入れられ、これが仕切の開孔
を通って残りのセルに流入する。大さいほうの開孔ば好
ましくはセル間仕切の片側に寄って位置させ、小さいほ
うの開孔はセル間仕切の反対側に片寄って位置させる。

小さいほうの開孔が最上部になるように、電池を充填時
に傾斜させることができ、これにＪ：って電解液が大き
いほうの開孔を介してセルからセルへ流れ、移動させら
れるガスはセル間を小さいほうの開孔を介して再分配さ
れる。

前述しに通り、分圧差メカニズムによるセル間の水の移
動を減少するためには、隣接セル間の連通面積を出来る
だけ小さくする乙とが望ましい。

小さいほうの開孔の機能（よ電池に電解液を充填すると
きに移動するガスの再移動を可能とするものであり、従
ってこの孔は小粒子あるいは電解液の毛管現象による不
所望の閉塞が生しないように考慮した上で極力小さくす
る。直径約３　ｍｍが適当であることが判明している。

大きいほうの開孔の機能はセルからセルへの電解液の流
れを可能とすることであり、充填時間を短縮するｔこめ
にこれらの孔は好ましくは極力大きくする。この要求は
勿論、セル間の連通面積は極力小さくするべきであると
言う要求と真向から対立するものであり、前述した寸法
の範囲はこれらの相競合する要求間の最適のバランスを
表すものであることが判明している。

本発明は従ってまた上述したタイプの電池に電解液を充
填する方法にも関係し、この方法は、容器を排気する工
程、一つのセルに全電解液を入れる工程、及びこれをセ
ル間仕切の大きいほうの開孔を介して全セルに流し込む
工程を含むものである。この流し込み工程中に電池を水
平に対し例えば２０乃至５０°だけセル間仕切に垂直な
軸を中心として傾斜させる事が好ましい。

セル間仕切は本質的に蓋まで延在し、電池の機械的安定
性を増加するためにこれに接続されていることが好まし
い。仕切は容器と一体を成して蓋にまで直角に延びこれ
に溶接されていてもよく、あるいは、蓋と一体の対応つ
ニブに例えば溶接によって連結される容器と一体のウェ
ブで構成して　ｉもよい。しかし、セル間仕切が蓋に接
続されているかということは必須な事ではなく、この場
合、蓋とセル間仕切の頂部との間に、面積は小さくすべ
きであろうが、隣接セル間ガス連通用の小区域を設けて
もよい。必要とするセル間接続は、米国特許第４．３８
３０１１号明細書に図示のように上を通り越すのではな
くセル間仕切を貫通させ、そしてそれらに封止させても
よい。しかし、封止をすることは重要なことではなく、
乙の場合はセル間コネクタの周囲に隣接セル間のガス連
通用の小領域を持たなくてもよい。しかしこの種の連通
領域は小さくすべきで、いずれにせよ、隣接セル対間の
連通全面積は８０ｍｍ”又は６０ｍｍ２又は４０ｍｍ２
以下、最も好ましくは３０．ｍｍ”又は２５　ｍｍ’以
下であってもよい。

好ましい実施例においては、セル間コネクタはセル間仕
切の頂部のノツチを通るか、あるいは、容器に接続され
たウェブの頂部を通り、その側面と上面とは封止部材と
係合し、これは仕切又は仕切のウェブと係合して事実上
の封止部を形成する。

封止部材は好ましくは仕切または仕切のウェブの頂部に
まで延び、蓋またはこれと一体をなすウェブに接続され
ていることが好ましい。

その他の本発明の特徴と詳細は、例示としての以下の実
施例を添附図面を参照して以下に説明することにより明
瞭となろう。

〔実施例〕

図示の電池は、ポリプロピレン製の矩形断面容器２を有
し、その中に５個のセル間仕切ウェブ４があり、これら
は容器と一体を成し容器の頂部の上に達し、容器を６個
の等寸法のセル小室に分画している。容器は、これに溶
接された厚さ及び位置がウェブ４のそれらに対応する５
個の別のウェブ８を有する蓋６によって封止されている
。ウェブ８の下端はウェブ４の上端に当接しこれに溶接
されてセル間仕切を形成し、これが容器に相当の剛性を
付与している。

容器は負電極と交互に、公知のタイプの極微細硼酸ガラ
ス繊維製セパレータ材のシート１４を介在して設置され
た複数枚の正極板１０を有する。

従来同様、各極板はほぼ矩形のものであり、容器の全高
、全幅に亙って略一杯に位置している。簡酪化の為に各
極性の一枚ずつの極板のみを図面に示し、これらの間の
セパレータ材のシートは省略しな。

各極板は直立導電性板ラグ１６を有する。正及び負の極
板のラグは各セルの夫々のライン上に並べられ、これら
の各ラインは、鋳造その他の方法でラグに接続された鉛
又は鉛合金の夫々の板状ス１、ラップ１８によって電気
的に接続されている。

各端部セルの一方の板状ストラップは夫々の電池の端子
に接続され、残余の板は隣接セルの反対極性のラグを接
続している板状ストラップと一体となっている。板状ス
トラップの一体となった対の夫々はセル間コネクタを形
成し、介在仕切４の頂部のノツチ又は切り欠き部２０を
通過している。

各セル間コネクタの下面はノツチ２０の頂部に当接し、
その側面と頂面ば逆Ｕ字状封正部材２２と係合している
。封止部材２２の側端には夫々垂直溝が設けられ、これ
にノツチ２０の垂直端がはまり込む。セル間コネクタは
セル間仕切乃至封止部材と積極的に封止させてはおらず
、封止部材も又仕切ウェブ８には封止されていないが、
仕切ウェブ４に対しては、ウェブ４と８とが溶接される
のと同様の工程で溶接されている。セル間コネクタは従
って仕切にには封止されないが、その周囲のリーク部分
は小さくして、どの場合でも１ないし２　ｍｍ　２より
大きくないようにする。

各仕切ウェブ４の頂部に隣接してウェブの一端に位置す
る直径３　ｍｍのベント孔２６とウェブの他端にある直
径’　ｅ　５　ｍｌｌの大充填孔２８とが存在する。即
ち全てのセルはこれらの２個の孔で連通している。電池
の内部は大気と例えばブンゼン形の逆止ベント３０を介
して通じているが、これは電池の中の圧力が大気圧より
も例えば０．１バール高くなった場合に電池を排気する
ために開くが、空気が電池内に入る事は阻止する。

製造中に、セパレータ材シート１４で隔てられた正、負
極板１０．１２から成るセルバックが各小室内に挿入さ
れる。各セルバックは当然それを　１入れる小室よりも
若干大きく、そのためには小室内で僅かな圧縮力を受け
る。セルバックを小室に納める前又は後に、板状ストラ
ップとセル間コネクタを任意公知の方法で取付ける。セ
ル間コネクタは、ノツチ２０を通り抜け、各封止部材２
２は各セル間コネクタ上に押し被せられて、その側面に
ある溝がノツチの端部に入り込み、その上面がウェブ４
の上端に一致するか僅かに突出するようにする。次いで
単一つの開孔のある電池蓋を、この場合溶接で容器に接
続し、ウェブ８が同時にウェブ４と封止部材とに溶接さ
れる。容器は次いで長手方向底辺の一つ、即ちセル間仕
切に垂直な軸を中心として３０°傾斜され、孔２６が孔
２８よりも上にされる。充填排気・＼ラド（図示せず）
を蓋の開孔に接続して容器をできるだけ高真空のレベル
に排気する。次いで電池全体に必要な量の全電解液を蓋
の開孔を介して電池の端部セルの一つの中に注入する。

このセルの中の電解液のレベルは隣接セル間仕切４，８
内の大開孔２８のレベルを急速に越え、次いで電解液は
減圧下で大きいほうの開孔を介してセルからセルへ急速
に流れ、セル間で均等に配分される。この工程中に容器
内の空気その他のガスは電解液のレベルよりも上にある
セル間仕切の小さいほうの開孔２６を介して再配分され
る。

充填工程が完了した時点で充填排気ヘッドを外し、ベン
ト乃至逆止ベント３０が蓋の開孔に差込まれる。充填工
程の前あるいは後に、両端のセルが任意普通の方法で蓋
の端子に電気的に接続され、次いで電池はその初期の電
気化学的機能が整い、次いで使用可能となる。

電池に加える電解液の量は極板とセパレータとを飽和す
るのに必要な容積の１０３乃至１０８％である。従って
最初には、セパレータ内に未充填空所が事実未だ存在す
るであろうが、セル内には若干の過剰の電解液が存在す
る。そのため電池の再結合率は比較的低く、従って最初
電池を充電すると発生ガスの一部が再結合されずにベン
トを介して大気中に放出される。その結果過剰電解液の
漸次減少が生じ、相当時間の経過後は、過剰電解液は完
全に消滅し全電解液が電極とセパレータ中に吸収され、
セパレータは明らかな未充填空所を示す様になるが、そ
の時間的長さは電池が受ける操作及び環境状態によって
定まろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による１２ボルト鉛−酸自動車用蓄電池
の頂部の部分的側面図であり、第２図は第１図の線ＩＩ
−ＩＩでの破断断面図である。 図中、２は容器、４，８はウェブ、６は蓋、１０．１２
は極板、１４はセパレータン−１・、１６は極板ラグ、
１８ば極板ストラップ、２０は、ノツチ、２２は封止部
材、２６は小間孔、２８は大開孔、３０はベントを夫々
示ず。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、蓋によって閉じられてセル間仕切により分けられた
   実質的に遊離未吸収電解液を含まない複数個のセルを画
   定する容器を備え、前記セルが前記セル間仕切を介して
   相互に連絡しているものにおいて、各セル間仕切（４、
   ８）がこれに形成された二つ以上の開孔（２６、２８）
   を有し、各開孔が３ｍｍ＾２より大きく８０ｍｍ＾２よ
   り小さい面積を有することを特徴とするマルチセル再結
   合蓄電池。 ２、前記各セル間仕切（４、８）における前記開孔（２
   ６、２８）の合計面積が８０ｍｍ＾２を越えないことを
   特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の蓄電池。 ３、前記各セル間仕切（４、８）がこれに形成された二
   つだけの開孔（２６、２８）を有することを特徴とする
   特許請求の範囲第１項又は第２項に記載の蓄電池。 ４、一方の開孔（２８）が他方の開孔（２６）よりも大
   きく、大きいほうの開孔（２８）がそれの属するセル間
   仕切（４、８）の片側付近に位置し、小さいほうの開孔
   （２６）がそれの属するセル間仕切（４、８）の他の片
   側付近に位置していることを特徴とする特許請求の範囲
   第３項に記載の蓄電池。 ５、一方の開孔（２６）が５〜１０ｍｍ＾２の面積を有
   し、他方の開孔（２８）が１０〜２０ｍｍ＾２の面積を
   有することを特徴とする特許請求の範囲第３項又は第４
   項に記載の蓄電池。 ６、全セルに連絡しゲージ圧０．０５〜０．３バールで
   開くようになされた単一の安全ベント（３０）を備えた
   ことを特徴とする前出特許請求の範囲各項のうちの任意
   １項に記載の蓄電池。 ７、セル間仕切（４、８）が蓋に接続されていることを
   特徴とする前出特許請求の範囲各項のうちの任意１項に
   記載の蓄電池。 ８、隣接するセル間の前記セル間仕切コネクタ（１８）
   がセル間仕切（４、８）を通って伸び、 これに封止されていないことを特徴とする前出特許請求
   の範囲各項のうちの任意１項に記載の蓄電池。 ９、容器（２）を排気し、全ての電解液を１つのセル内
   に導入し、これをセル間仕切（４、８）の開孔（２８）
   を介して全セルに流入させる各工程によって特徴付けら
   れた前出特許請求の範囲各項のうちの任意１項に記載の
   蓄電池に電解液を充填する方法。 １０、仕切内の小さいほうの開孔（２６）を上にして、
   セル間仕切（４、８）の平面に直角な軸を中心に蓄電池
   を水平に対して２０°〜５０°傾斜させることを特徴と
   する特許請求の範囲第４項に記載の様な蓄電池に電解液
   を充填する特許請求の範囲第９項に記載の方法。