(57)【要約】      （修正有）【課題】鉛蓄電池の空冷式電槽化成において、化成時間を延長することなく、化成中の冷却ばらつきとこれによる電池温度ばらつきを抑制することにより、電池性能のばらつきを抑制する。【解決手段】支持台上に電池列１０３を配置して、これら電池１０１を通電し電槽化成する鉛蓄電池の電槽化成方法において、電池列と平行する方向に冷却風を供給し、電池列における前記冷却風の最上流に位置する鉛蓄電池の前記電池列に垂直かつ冷却風に対向する電池側面と、送風手段１０６の間に電池側面に対向する整流板１０７を設け、かつそれぞれの前記電池列に設けた整流板間に前記通風用間隔に対応して間隙を設ける。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の鉛蓄電池を電池支持台に列状に配置して電池列を構成し、この電池列の複数を通風用間隔を設けて互いに平行に配置し、前記鉛蓄電池の端子間を電気的接続して電池群を構成し、この電池群に通電して、前記鉛蓄電池を電槽化成するとともに、送風手段からの冷却風を前記電池群に供給して、前記電池群を冷却する鉛蓄電池の電槽化成方法であって、
前記電池列と平行する方向に冷却風を供給し、
前記電池列における前記冷却風の最上流に位置する鉛蓄電池の前記電池列に垂直かつ前記冷却風に対向する側面と、前記送風手段の間に前記側面に対向する整流板を設け、かつそれぞれの前記電池列に設けた整流板間に前記通風用間隔に対応して間隙を設けることを特徴とする鉛蓄電池の電槽化成方法。
【請求項２】
前記支持台は下枠と上枠とを支柱を介し接合して枠体とし、前記電池列を載置するためのガイドレール対を、前記上枠に設けたことを特徴とする請求項１記載の鉛蓄電池の電槽化成方法。
【請求項３】
前記整流板の断面形状をＬ字形とし、Ｌ字の先端部を冷却風上流に向けて配置したことを特徴とする請求項１もしくは２に記載の鉛蓄電池の電槽化成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉛蓄電池の電槽化成法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鉛蓄電池の製造において、化成工程では、未化成状態の極板に通電して正極活物質を２酸化鉛、負極活物質を海綿状鉛に転化させる。従来、化成工程は極板状態で行う、極板化成が行われていた。現在では、未化成状態の極板で未化成電池を組み立て、この未化成電池内に希硫酸を注液し、電池端子間に通電することによる、電槽化成が一般的に行われている。
【０００３】
鉛蓄電池の電槽化成工程は大きな発熱を伴い、電池温度が上昇する。化成中の電池の温度上昇は鉛蓄電池の放電容量や寿命特性に悪影響を与える。したがって、電槽化成中は電池温度がおおよそ６５℃を目安として、これ以下となるよう、電池を冷却する。電槽化成中における電池の冷却は水冷あるいは空冷で行われている。水冷式は、冷却水を投入した水槽に電池を設置して電池の一部が冷却水に接触した状態とし、電槽化成を行う。一方、空冷式は化成中の電池に冷却ファンからの冷却風を送風する。
【０００４】
水冷式によるものは、特許文献１のように、冷却水温を所定温度内に管理し、かつ水槽内を循環させることにより、電池毎の温度ばらつきを比較的容易に抑制できる。したがって、電池毎の温度ばらつきと、これに起因する電池の性能ばらつきを抑制する面で水冷式が有利である。一方、水冷式は、多量に使用する冷却水自体のコスト、この冷却水を貯めるための水槽、廃水処理設備を含む給排水設備、および冷却水の温度管理のための設備等が必要であり、設備コストが嵩むという欠点がある。
【０００５】
一方、空冷式の電槽化成は前記した水冷式に比較して、設備面でより安価である。空冷式の電槽化成では、パレット上に電池を複数個載置し、電池間を結線し、通電を行う。この通電中に冷却ファン等を用いて、電池に強制送風する。電槽化成中の電池温度はパレット上に載置する電池の個数や、電池間の間隔、さらには冷却ファンの送風能力によって決定される。このような空冷式電槽化成の温度制御方法に関し、特許文献２には、電槽化成時の電池電圧の変動値に応じて強制送風を断続させることにより、電池温度が所定温度を超えないよう制御することが示されている。
【０００６】
空冷式の電槽化成は、水冷式に比較して、設備コストを低減できるものの、電槽化成を行う際、電池間の温度ばらつきが水冷式よりも大きいという問題があった。化成中の温度が電池間でばらつくと、放電容量、寿命性能といった電池性能にばらつきが発生する。このような、空冷式における冷却ばらつきは、パレット上に配置された電池の位置や、冷却ファンとの相対距離によって生じるものである。
【０００７】
例えば、冷却風の下流側の電池温度を低下させる目的で、冷却風量を増加させても、冷却風上流側の電池温度の低下が、下流側の電池温度低下よりも大きくなり、電池間の温度ばらつきは解消されない。一方、パレットに配置する電池数を減らし、電池間の間隔を十分確保することにより、温度ばらつきを低減することができる。しかしながら、パレットに配置する電池数を減らすと、１バッチあたりに電槽化成できる電池個数が減るため、生産性低下とこれによる製品コストアップが問題となる。
【０００８】
また、空冷式によって電槽化成した電池の複数個を並列および／もしくは直列接続して組電池とした場合、電池間の性能ばらつきにより、組電池内の最も容量の少ない電池が過放電や過充電され、組電池としての性能が大幅に低下するという課題があった。
【０００９】
また、空冷式電槽化成の場合、電池への通電電流をより低く設定することにより、電池からの発熱量を削減でき、電池温度上昇の抑制が可能となる。この場合、電池温度の最大値が低下するため、結果的に温度ばらつきの絶対値（電池温度の最大値−最小値）もある程度まで低減できる。
【００１０】
しかしながら、通電電流を低下させた場合、必要な化成電気量を確保するため、化成時間を長く設定する必要が生じる。化成時間の長時間化は、そのまま生産性の低下と製品のコストアップとなる。したがって、空冷式化成の場合、設備コスト自体は水冷式に比較して安価であるものの、化成ばらつきを低減するために、化成時間の長時間化が強いられ、生産性が低下するという問題があった。
【特許文献１】特開２０００−１９５５０８号公報
【特許文献２】特開昭６３−１７０８５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、水冷式電槽化成に比較して、設備コスト低減が可能な鉛蓄電池の空冷式電槽化成において、化成時間を延長することなく、化成中の冷却ばらつきとこれによる電池温度ばらつきを抑制することにより、電池性能のばらつきを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記した課題を解決するために、本発明の請求項１に係る発明は、複数の鉛蓄電池を電池支持台に列状に配置して電池列を構成し、この電池列の複数を通風用間隔を設けて互いに平行に配置し、前記鉛蓄電池の端子間を電気的接続して電池群を構成し、この電池群に通電して、前記鉛蓄電池を電槽化成するとともに、送風手段からの冷却風を前記電池群に供給して、前記電池群を冷却する鉛蓄電池の電槽化成方法であって、前記電池列と平行する方向に冷却風を供給し、前記電池列における前記冷却風の最上流に位置する鉛蓄電池の前記電池列に垂直かつ前記冷却風に対向する側面と、前記送風手段の間に前記側面に対向する整流板を設け、かつそれぞれの前記電池列に設けた整流板間に前記通風用間隔に対応して間隙を設けることを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明の請求項２に係る発明は、請求項１の鉛蓄電池の電槽化成方法において、前記支持台は下枠と上枠とを支柱を介し接合して枠体とし、前記電池列を載置するためのガイドレール対を、前記上枠に設けたことを特徴とするものである。
【００１４】
さらに、本発明の請求項３に係る発明は、請求項１もしくは２の鉛蓄電池の電槽化成方法において、前記整流板の断面形状をＬ字形とし、Ｌ字の先端部を冷却風上流に向けて配置したことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
上記した本発明の鉛蓄電池の電槽化成方法によれば、設備コスト面とで優れた空冷式電槽化成においても、生産性を損なうことなく、電池間の温度ばらつきと、これによる性能ばらつきを低減することができる。また、これらの電池の複数個を用いて組電池を構成しても、電池の性能ばらつきに起因する組電池の短寿命を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
【００１７】
図１および図２は注液済みの未化成状態の電池１０１を電池支持台１０２に配置した状態を示す図である。電池１０１は電池支持台１０２上に列状に配置され、電池列１０３を構成する。電池列１０３の複数がそれぞれ平行になるよう配置する。また、電池列１０３間には、通風用間隔１０４を設ける。
【００１８】
なお、図２に示したように、電池１０１はその長側面１０１ａが電池列１０３と平行になるよう、配置することが好ましい。このような長側面１０１ａを電池列１０３と平行とする配置は短側面１０１ｂを電池列１０３と平行とする配置に比較して、通風用間隔１０４を通過する冷却風と電池１０１との接触面積をより多く確保できるからである。
【００１９】
電池１０１はそれぞれの端子間を電気的に接続し（結線状態は図示せず）、電池群１０５とする。電池群１０５には電槽化成用の電源（図示せず）が接続され、通電を行うことによって、電池１０１の電槽化成を行う。本発明では、この電槽化成中に、冷却ファン等の送風手段１０６により、電池列１０３と平行な方向に冷却風を供給する。冷却風は電池列１０３間に設けた通風用間隔１０４を通過する間に、電池１０１の側面を冷却する。
【００２０】
本発明では、冷却風の最上流に位置する電池１０１の電池列１０３に垂直かつ、冷却風に対向する側面１０１ｃと送風手段１０６との間に整流板１０７を配置する。この整流板１０７は側面１０１ｃに直接冷却風が当たることを抑制する。整流板１０７を設けない場合、最上流の電池の冷却が他に比較して進行し、結果として電池間の温度ばらつきが大きくなり、電池間の性能ばらつきが大きくなる。整流板１０７を設けることにより、位置による電池温度ばらつきを抑制することができる。また、温度ばらつきを抑制するために、電池支持台１０２に載置する電池数を減らす必要がないため、生産性へ悪影響を及ぼすことがない。
【００２１】
なお、本発明において、整流板１０７は冷却風を通風用間隔１０４に導くものであるため、図２に示したように、通風用間隔１０４に対応する部分には冷却風を通過させるための間隙１０８が必要である。また、整流板１０７の形状をＬ字形とし、Ｌ字の先端部を冷却風上流に向けて配置すれば、整流板１０７により冷却風が通風用間隔１０４にスムーズに導入でき、冷却効率の面で好ましい。なお、電池支持台１０２を複数同時に用いる場合には、図３に示したようなラック３０１に電池支持台１０２の複数を積載し、電槽化成を行えばよい。
【００２２】
本発明において、さらに好ましくは、電池支持台１０２として図４に示すような電池支持台４０１を用いることができる。電池支持台４０１はそれぞれ、４本の梁４０２で形成された下枠４０３と４本の梁４０２´で形成した上枠４０４とを支柱４０５を介して接合し、枠体としたものである。そして、上枠４０４の互いに平行な一対の梁４０２´間に電池支持台３０１に載置する電池列数に応じたガイドレール４０６の対を設ける。そして、このガイドレール４０６上に電池列１０３を載置する。ガイドレール４０６の形状は例えば、図５に示したような、断面Ｌ字状の部材とすることにより、電池１０１の位置ずれを防止することができる。
【００２３】
このような電池支持台４０１を用いることにより、送風手段１０６からの冷却風で電池１０１の底面が冷却されるため、電槽化成中における電池１０１の温度上昇を抑制することができる。
【実施例】
【００２４】
本発明例と比較例により、１２Ｖ６０Ａｈの制御弁式鉛蓄電池を作成し、その性能評価を行った。なお、電池の外形寸法は長さ３８０ｍｍ×幅１１６ｍｍ×高さ１７５ｍｍである。
【００２５】
上述した本発明の実施の形態に基づき、本発明例による電池Ａを作成した。未化成状態の電池に希硫酸電解液を注入し、電池３個をそれぞれの電池の長側面が列方向となるよう配置して電池列を構成した。この電池列の４列を５０ｍｍの間隔でそれぞれ平行に配置し、図４に示す電池支持台４０１に載置した。これらの電池（３個×４列＝１２個）を直列接続して電池群とし、この電池群に通電することにより電槽化成を行った。電槽化成後の電池を本発明例による電池Ａとした。
【００２６】
比較例として、本発明例に用いたものと同じ未化成状態の電池に希硫酸電解液を注入し、電池３個をそれぞれの電池の長側面が列方向となるよう配置して電池列を構成し、この電池列の４列を５０ｍｍ間隔でそれぞれ平行に配置し、図６に示す、ポリプロピレン樹脂製のパレット６０１に載置した。なお、パレット６０１は通常の物流に用いられるものを用いた。これらの電池（３個×４列＝１２個）を直列接続して電池群とし、この電池群に通電することにより電槽化成を行った。なお、図６には電池１０１からなる電池群がパレット６０１に積載された状態を破線で示した。
【００２７】
これら本発明例および比較例ともに、送風手段として、送風ファン（消費電力２００Ｗ、ファン直径４５ｃｍを２台）のものを用い、電池列方向と送風方向が一致するよう、通電中に冷却風を電池群に供給した。通電条件は本発明例、比較例ともに、通電電流３．０Ａ、通電時間を３６時間とした。また、電槽化成時の周囲温度は２５℃とした。
【００２８】
本発明例、比較例ともに通電中における電池温度をモニターした。温度をモニターした電池は中央の電池列の冷却風の最上流の電池と最下流の電池とし、それぞれの電池について電池列と平行な長側面中央部に温度センサーを配置した。
【００２９】
通電中における最大温度の電池位置による差を確認したところ、本発明例によるものは冷却風最上流の電池が５５℃、冷却風最下流の電池が６２℃であり、その差は７℃であった。一方、比較例によるものは、冷却風最上流の電池が４５℃、冷却風最下流の電池で７２℃であり、その差は２７℃であった。
【００３０】
比較例によるものは、本発明例によるものと比較して冷却風最上流の電池の温度は低いものの、最下流の電池は反対に高くなる結果となった。これは比較例によるものは、冷却風が最上流の電池の側面に衝突するため、最上流の電池は優先的に冷却されるものの、最上流の電池によって冷却風の温度が上昇するため、最下流の電池の冷却が十分なされないものと考えられる。反対に、本発明例によるものは、最上流の電池温度が比較例によるものよりも高くなるものの、電池列内の最高温度上昇は抑制され、結果として電池列内の温度ばらつきは抑制されていた。
【００３１】
次に本発明例による電池Ａと比較例による電池Ｂについて、同一の電池支持台で同時に電槽化成したそれぞれ１２個ずつの電池の初期容量試験を行った。その結果を図７に示す。図７に示したように、比較例による電池Ｂに比較して、本発明例の電池Ａは初期容量のばらつきも少ないことがわかる。これは電槽化成中における電池温度のばらつきによって生じた化成状態のばらつきが発生するためであると考えられる。
【００３２】
特に比較例において、冷却風の最上流にある電池は冷却が過度であり、化成上がりが悪化し、初期容量が低下する傾向にある。また、最下流にある電池は冷却不足となり、電池温度も７０℃以上に上昇している。このような温度上昇は、それほど初期容量に悪影響を及ぼさないが、正極活物質を軟化させ、サイクル寿命特性を低下させる要因となる。
【００３３】
次に、本発明例による電池Ａと比較例による電池Ｂについて、同一の電池支持台で同時に電槽化成したそれぞれ１２個ずつの電池について、内側の電池列に位置する３個の電池をそれぞれ取り出し、それぞれ直列接続して３６Ｖ６０Ａｈの組電池とした。これらの組電池について、以下の条件でサイクル寿命試験を行った。
【００３４】
１）放電  ２０Ａ定電流放電（終止電圧３１．５Ｖ）  ２５℃気相雰囲気
２）充電  ４３．５Ｖ定電圧充電（最大充電電流３６Ａ）８時間  ２５℃気相雰囲気
ここで１）の放電を２）の充電を１）の放電における放電持続時間が１サイクル目の８０％となったサイクル数を寿命サイクル数とした。
【００３５】
このサイクル寿命試験の結果を図８に示す。図８に示したように、本発明例の電池Ａで構成した組電池では、寿命サイクル数は６５０サイクルであった。一方、比較例の電池Ｂで構成した組電池の寿命サイクル数は３５０サイクルであり、本発明例によるものが、比較例によるものと比べ、極めて顕著なサイクル寿命の伸長が認められた。
【００３６】
このようなサイクル寿命特性の差は組電池を構成する電池の性能ばらつきに起因するものと推定される。特に、比較例によるものは低温で化成されたことにより、化成上がりが良好でない、初期容量の少ない電池と、高温で化成されたことにより、正極活物質の軟化が進行した電池が混在している。これらの電池からなる組電池の容量は初期容量の少ない電池に規制され、低下する傾向にある。また、放電電気量が少ないため、同一充電時間で充電した場合、過充電電気量が増大する傾向にあり、比較例の電池Ｂの組電池は、このような過充電によるダメージを受けやすい状況であったと推測できる。
【００３７】
一方、本発明によるものは、組電池を構成する電池内の性能ばらつきが抑制されているため、どの電池も均一に容量低下し、結果として比較例によるものよりも良好な寿命特性を得ることができたと考えられる。
【００３８】
以上、本発明によれば、鉛蓄電池の空冷式の電槽化成において、化成中の電池温度ばらつきとこれによる電池性能ばらつきを抑制することができる。また、電池性能ばらつきを抑制した電池で構成した組電池から良好なサイクル寿命特性を得ることができる。
【００３９】
また、電池温度ばらつきが抑制されるため、電池の最高温度を抑制する目的で通電電流値を低減する必要がなく、化成時間を長く設定する必要もないことから、生産性の面で有利である。また、水冷式電槽化成で必要な給排水設備およびその維持管理が不要となるため、設備およびその運用コストの面でも有利である。
【００４０】
このように、本発明は、生産性、設備およびその運用コスト面での有利さと化成終了後の電池性能とを両立できることから、工業的に極めて有用である。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明の鉛蓄電池の電槽化成方法による空冷式電槽化成は、電槽化成時に発熱して高温となる鉛蓄電池を効率良く冷却することによって、従来の水冷式に比較して著しく化成電流を低くすることなく比較的短時間で電槽化成をすることが可能であり、水冷式と同等の生産効率を維持できる。また、均一に冷却することが可能となり、初期容量のばらつきを小さくさせるとともに、サイクル寿命特性も確保できることから、複数の電池を直列接続して使用する電動車両や電気自動車等の用途向け鉛蓄電池の製造方法として、極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施形態を示す図
【図２】本発明の実施形態を示す図
【図３】電池支持台をラックに載置した状態を示す図
【図４】電池支持台を示す図
【図５】電池支持台を示す図
【図６】パレットを示す図
【図７】初期容量試験結果を示す図
【図８】サイクル寿命特性を示す図
【符号の説明】
【００４３】
１０１      電池
１０１ａ    長側面
１０１ｂ    短側面
１０１ｃ    （冷却風に対向する）側面
１０２      電池支持台
１０３      電池列
１０４      通風用間隔
１０５      電池群
１０６      送風手段
１０７      整流板
１０８      間隙
３０１      ラック
４０１      電池支持台
４０２      梁
４０２´    梁
４０３      下枠
４０４      上枠
４０５      支柱
４０６      ガイドレール
６０１      パレット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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