JPWO2012120999A1 - 液式鉛蓄電池及び電池システム - Google Patents
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Abstract
Description
PSOC寿命性能とカーボンの流出の有無とを評価するために、鉛蓄電池(従来例、比較例、変形例、実施例)を作製した。平均1次粒子径が40nmのカーボンブラックの含有量を0.3質量%から10質量%の範囲で変化させ、リグニン0.2質量%、硫酸バリウム0.5質量%、合成樹脂繊維0.1質量%を含有し、残部が鉛粉となるように、負極活物質原料を調製した。これに水と硫酸とを加えてペースト化し、鉛−カルシウム−錫系合金から成る負極格子に塗布して熟成及び乾燥させて、厚さ1.5mmの負極板とした。0.1質量%の合成樹脂繊維と99.9質量%の鉛粉とを混合し、水と硫酸とを加えてペースト化し、鉛−カルシウム−錫系合金から成る正極格子に塗布して熟成及び乾燥させて、厚さ1.7mmの正極板とした。実施例では、負極板の両面に厚さ0.8mmのガラス繊維シートから成る弾性シートが当接し、その外側を厚さ0.6mmのポリエチレンセパレータが取り囲むようにし、変形例では、正極板の両面に前記の弾性シートが当接し、負極板を前記のセパレータが取り囲むようにした。負極板5枚を互いにストラップにより溶接し、正極板4枚を互いにストラップにより溶接し、負極板と正極板とが互いにサンドイッチされるようにして極板群とし、電槽に収容した。この時、弾性シートが圧縮されて負極板に圧迫力が加わるようにし、圧迫力は負極板の中央部に取り付けた圧力センサ(ニッタ株式会社製 商品名FlexiForce)で測定し、製造後の圧迫力が目標値となるように組み立てた。極板群を収容した電槽に、化成後の比重が1.28となるように、電解液である希硫酸を注入し、電槽化成を行った。なお、電槽の材質としては、中の電解液が側面から観察できるように透明のアクリル樹脂板で構成したものとした。
従来例、比較例、変形例、実施例の蓄電池を、カーボン含有量、圧迫力毎に3個ずつ試作し、負極板に取り付けた圧力センサにより圧迫力を測定し、圧力センサを取り外してから以下の試験を行った。蓄電池を25℃の水槽に入れ、1時間率電流を1CAとし、最初に移行放電として1CA×6分間放電し、以降はサイクル充放電として、1CA×18分間の放電と1CA×18分間の充電とを繰り返し、18分間の放電中に出力電圧が1.0V以下となると寿命とし、寿命までのサイクル数を測定した。また寿命時の電解液の濁り具合を観察した。
試験結果を表1,表2に示し、寿命性能は3個の蓄電池の平均値で示し、カーボン含有量が0.3質量%で、弾性シートのない従来例を100とする相対値で示す。電解液の濁り具合は目視でかなり濁っているものを×とした。また濁りがあるが軽微で、電槽の側面から内部の極板群が視認でき、液面レベルが電槽の透明窓から視認できるものを○、ほとんど濁らないものを◎とした。そして総合判定では、濁り具合が○または◎で、寿命性能が120以上〜140未満のものを○とし、濁り具合が◎で、寿命性能が140以上のものを◎とした。
図2に第2の変形例での液式鉛蓄電池の主要構成部分20を示し、図1と同じ記号は同じものを表し、図1の最適実施例に対して、弾性シート12’を微孔性セパレータ10と正極板9との間にも追加する。追加の弾性シート12’は正極板9に当接して、正極活物質が正極板9から脱落することを防止する。また追加の弾性シート12’は、充電時に正極活物質からの析出物が微孔性セパレータ10に接触することを防止することにより、微孔性セパレータ10の劣化を防止する。なお微孔性セパレータ10を、負極板8を収納する代わりに、図の鎖線10’で示すように変更し、正極板9を収納しても良い。
図3に実施例の電池システムを示し、矢印は信号の流れを、矢印の無い線は電力とエンジンの動力の伝達とを示す。電池システムはアイドリングストップ車等の、蓄電池をPSOCで使用する車両に適し、22は実施例の液式の鉛蓄電池、24は電池システムの制御装置、26はエンジン、28はエンジン26の駆動力により発電するオールタネータ、30は、電装品、点火プラグ、スタータモータ等の負荷、32はアイドリングストップ車全体を制御する主制御部である。そして鉛蓄電池22と制御装置24により、電池システムを構成する。主制御部32はエンジン26とオールタネータ28と負荷30とを制御し、制御装置24は鉛蓄電池22の充放電と負荷30への電力の供給とを制御する。自動車が走行を停止すると、主制御部32は自動的にエンジン26を停止させ、これに伴いオールタネータ28も停止する。オールタネータ28の停止時に、鉛蓄電池22の電力により負荷30を駆動し、エンジン26を再起動する場合、主制御部32は自動的にスタータモータを起動し、鉛蓄電池22から必要な電力をスタータモータと点火プラグに供給する。自動車が再走行し、オールタネータ28から充分な電力が得られるようになると、オールタネータ28の電力により鉛蓄電池22を充電すると共に、負荷30を駆動する。
8 負極板
9 正極板
10 微孔性セパレータ
12 弾性シート
22 液式鉛蓄電池
24 制御装置
26 エンジン
28 オールタネータ
30 負荷
32 主制御部
Claims (16)
- 負極板と正極板とが、厚さ方向に沿って互いに対向して電解液に浸されている液式鉛蓄電池において、
前記負極板はカーボンを含む活物質を備え、
多孔質材料からなる弾性シートが、前記負極板と前記正極板との間に、前記負極板を前記厚さ方向に沿って両側から圧迫するように配置されている、ことを特徴とする液式鉛蓄電池。 - 前記正極板と前記弾性シートとの間に、多孔質で、前記弾性シートよりも薄く、かつ前記弾性シートよりも平均孔径が小さい微孔性の薄膜シートが配置されていることを特徴とする、請求項1の液式鉛蓄電池。
- 前記弾性シートが前記負極板の表面に直接に当接していることを特徴とする、請求項2の液式鉛蓄電池。
- 前記薄膜シートが前記正極板の表面に直接に当接していることを特徴とする、請求項3の液式鉛蓄電池。
- 前記弾性シートは、多孔度が90%より大きく95%以下であるか、または平均孔径が100μm以上であることを特徴とする、請求項1〜4のいずれかの液式鉛蓄電池。
- 前記弾性シートは多孔度が90%より大きく95%以下でかつ平均孔径が100μm以上であり、かつ前記弾性シートは直径が10μm以上100μm以下の繊維から成ることを特徴とする、請求項5の液式鉛蓄電池。
- 前記負極板は10kPa以上300kPa未満の圧力で圧迫されていることを特徴とする、請求項1〜6のいずれかの液式鉛蓄電池。
- 前記負極板は20kPa以上の圧力で圧迫されていることを特徴とする、請求項7の液式鉛蓄電池。
- 前記負極板は40kPa以上の圧力で圧迫されていることを特徴とする、請求項8の液式鉛蓄電池。
- 前記負極板は100kPa以下の圧力で圧迫されていることを特徴とする、請求項7〜9のいずれかの液式鉛蓄電池。
- 前記負極活物質は前記カーボンを0.3質量%以上10質量%未満含有することを特徴とする、請求項1〜10のいずれかの液式鉛蓄電池。
- 前記負極活物質は前記カーボンを0.5質量%以上含有することを特徴とする、請求項11の液式鉛蓄電池。
- 前記負極活物質は前記カーボンを5.5質量%以下含有することを特徴とする、請求項11、12のいずれかの液式鉛蓄電池。
- 前記負極活物質は前記カーボンを5質量%以下含有することを特徴とする、請求項13の液式鉛蓄電池。
- 前記負極板及び前記正極板を収容し、電解液が貯留された電槽をさらに備え、
前記負極板及び前記正極板の上部、側面及び底面の少なくともいずれかと前記電槽との間には隙間が形成されていることを特徴とする請求項1〜14のいずれかの液式鉛蓄電池。 - 請求項1〜15のいずれかの液式鉛蓄電池と、少なくとも車両の停止時に、オールタネータの電力無しで、液式鉛蓄電池の電力により負荷を動作させる制御装置とを備えている、アイドリングストップ車用の電池システム。
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