(57)【要約】【課題】長期間、劣化させずに使用することが可能な鉛蓄電池を提供する。【解決手段】鉛による陰極板１１Ａと二酸化鉛による陽極板１１Ｂと電解液となる希硫酸とが収容された電漕部１０が内蔵され、陰極側端子１２Ａおよび陽極側端子１２Ｂを外部に突出させた鉛蓄電池１に、電池活性化機能を有するチップ部品２を配備する。チップ部品２は、ケース体１００の電漕部１０に触れない場所に装着されると共に、各極の端子１２Ａ，１２Ｂに電気接続され、これらの端子１２Ａ，１２Ｂを介して電漕部１０から駆動用の電源の供給を受けながら微弱なパルス電流を生成して出力する。このパルス電流が端子１２Ａ，１２Ｂから電漕部１０の回路全体に流れることによって、放電時に各電極板１２Ａ，１２Ｂの構成物質から変化した硫酸鉛を元の物質に戻すことができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉛による陰極板と二酸化鉛による陽極板と電解液となる希硫酸とが収容された電漕部が内蔵されたケース体を本体として、前記電漕部に電気接続された陰極側端子および陽極側端子を前記ケース体の外部に突出させて成る鉛蓄電池において、
放電によって前記電漕部の中の各電極板の構成物質から変化した硫酸鉛を元の物質に戻すためのパルス電流を生成して出力する回路が内蔵されたチップ部品が前記ケース体の前記電漕部に触れない場所に装着されると共に、このチップ部品と各極の端子とが電気接続されている、ことを特徴とする鉛蓄電池。
【請求項２】
前記チップ部品は、前記ケース体の内壁の前記希硫酸の液面より上の場所に装着されると共に、前記各極の端子の前記ケース体の中に含まれる範囲に電気接続される、請求項１に記載された鉛蓄電池。
【請求項３】
前記チップ部品は、前記ケース体を構成する板体に埋め込まれることにより前記ケース体と一体化される、請求項１または２に記載された鉛蓄電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，希硫酸を電解液とする鉛蓄電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な鉛蓄電池は、希硫酸が充填されたケース体（電槽）の内部に、鉛による陰極板と二酸化鉛による陽極板とこれらの電極板の間を仕切るスペーサーとを含むセルが複数設けられ、各セルの電極板が直列に接続されてその直列回路の両端に接続された陰極端子と陽極端子とをケース体の上面に突出させた構成のものである。電極材料の鉛が安価で、比較的高い電圧が得られるなどの理由から、自動車用バッテリーや非常用電源などとして普及し、世界中で広く使用されている。
【０００３】
しかし、鉛蓄電池には、放電時に各電極板での化学反応により硫酸鉛が発生し、この硫酸鉛が時間の経過と共に硬質化して電極板に付着する現象（サルフェーション）によって起電力や充電容量が低下し、電池の寿命が短縮されてしまうという問題がある。
【０００４】
この問題を解決するために、従前より、各電極板に周期的なパルス電流を流すことによって硫酸鉛を元の鉛や二酸化炭素に戻すための化学反応を促し、電池の起電力や充電容量を回復させる装置（以下「電池活性化装置」という。）が開発されている。その一例として下記の特許文献１には、電池本体の上部に突出している端子に接続されることによって、鉛蓄電池から電源の供給を受けると共に鉛蓄電池にパルス電流を流して、サルフェーションの進行を予防する電池活性化装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３９０２２１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の特許文献１に記載されているような従来の電池活性化装置は、鉛蓄電池とは別体の装置であるため、電池を購入したエンドユーザは、別途、電池活性化装置を購入して取付作業をする必要がある。このため、コストの増加や取付作業の煩わしさからエンドユーザーの購入意欲を高めることが困難である。また、一般的な回路基板が組み込まれたケース体をケーブルを介して鉛蓄電池の端子に接続する構成であるため、温度変化や振動の影響で回路や接続ケーブルが損傷したり、ケーブルが外れるなどのトラブルが発生するおそれもある。
【０００７】
本発明は上記問題に着目してなされたもので、サルフェーションの発生を防ぐ機能が内蔵され、長期間、劣化させずに使用することが可能な鉛蓄電池を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による鉛蓄電池は、陰極板を構成する鉛および陽極板を構成する二酸化鉛から変化した硫酸鉛を元の物質に戻すためのパルス電流を生成して出力する回路が内蔵されたチップ部品が、本体を構成するケース体の電漕部に触れない場所に装着されたものである。チップ部品は、電漕部から突き出た陰極側端子および陽極側端子に電気接続されることによって、鉛蓄電池から駆動用の電源の供給を受けながらパルス電流の生成および出力を常時行うことができる。
【０００９】
上記のチップ部品は微小部品とすることができるので、従来品と同程度の大きさでサルフェーションの発生を防止する機能を有する鉛蓄電池を提供することができる。また、回路を小型化することによって消費電力を大幅に削減でき、回路の動作による熱が殆ど発生しないようにすることができる。また回路は小型の電子回路としてチップ部品に埋め込まれるので、保護強度を高めることができる。チップ部品は電漕部に触れない場所に装着されるので、希硫酸の影響でチップ部品に損傷が生じるおそれもない。
【００１０】
上記鉛蓄電池の一実施形態では、チップ部品はケース体の内壁の希硫酸の液面より上の場所に装着されると共に、各極の端子のケース体の中に含まれる範囲に電気接続される。この構成によれば、チップ部品および端子との接続線が電池本体に内蔵された状態になり、チップ部品や接続線の脱落を防いで、チップ部品内の回路を安定して作動させることができる。
【００１１】
さらに、上記のチップ部品をケース体を構成する板体に埋め込むことによってチップ部品をケース体と一体化すれば、チップ部品をより万全に保護することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、放電に伴って陰極板および陽極板に発生した硫酸鉛を元の鉛や二酸化鉛に戻す機能を持ち、この機能を常時働かせることが可能な鉛蓄電池を提供することができるので、サルフェーションの発生のおそれのない長寿命の鉛蓄電池を提供することができる。またエンドユーザは、活性化装置の購入や取付作業をする必要がなくなるので、利便性も大幅に高められる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施例にかかる鉛蓄電池の構成例を表した斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う断面拡大図である。
【図３】電池活性化装置の電気構成を表したブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は、本発明が適用された鉛蓄電池１の概略構成を表すものである。この実施例の鉛蓄電池１は、上蓋１０１および中蓋１０２を有する樹脂製のケース体１００を本体とするもので、中蓋１０２より下の空間１０が希硫酸が充填された電漕部となっている。電漕部１０の内部の詳細構成の図示は省略するが、電漕部１０は複数のセルに区分けされ、これらのセル毎に、鉛による陰極板１１Ａおよび二酸化鉛による陽極板１１Ｂ、ならびに各電極１１Ａ，１１Ｂの間を仕切るセパレータ（図示省略）などが配備されている。各セルの電極板１１Ａ，１１Ｂは直列回路として一連に接続され、その直列回路の一端にある陰極板１１Ａと他端にある陽極板１１Ｂとにそれぞれ端子１２Ａ，１２Ｂが接続される。
【００１５】
各端子１２Ａ，１２Ｂは中蓋１０２および上蓋１０１を突き抜けて上蓋１０１の上方へと突出し、これらに外部の負荷（モータなど）または充電装置が接続される。負荷が接続されているときは、陰極板１１Ａの鉛が電解液中の硫酸と結合することによって電子が放出され（下記の（１）式）、その電子が陽極に移動することによって負荷に電流が流れる。このとき陽極板１１Ｂでは、二酸化鉛から酸素が離れて硫酸鉛が生成されると共に、陰極板１１Ａから移動した電子と電解液中の硫酸から離れた水素イオンと上記の酸素とが結合して水が生成される（下記の（２）式）。これら一連の反応によって電解液の硫酸濃度は下がり、各電極板１１Ａ，１１Ｂの硫酸鉛の含有量が増える。
【００１６】
Ｐｂ＋ＳＯ４２−  →  ＰｂＳＯ４＋２ｅ−  ・・・（１）
ＰｂＯ２＋４Ｈ＋＋ＳＯ４２−＋２ｅ−  →  ＰｂＳＯ４＋２Ｈ２Ｏ  ・・・（２）
【００１７】
充電器が接続されているときは、上記（１）（２）式とは逆の反応によって陽極板１１Ｂから陰極板１１Ａに電子が移動すると共に、各電極板１１Ａ，１１Ｂの硫酸鉛が元の鉛や二酸化鉛に戻り、電解液の硫酸濃度も回復する。
【００１８】
しかし、放電が繰り返されたり、長時間充電されない状態が続くと、電極板１１Ａ，１１Ｂの表面に硫酸塩の硬化による結晶が付着する現象（サルフェーション）が生じる。結晶化した硫酸塩は元の鉛や二酸化鉛には戻れないため、電極板１１Ａ，１１Ｂの実質的な表面積や電解液の硫酸濃度が低下し、それに伴って電漕部１０の起電力や充電容量も低下する。
【００１９】
そこでこの実施例では、ケース体１００の内部に電池活性化装置の機能を持つチップ部品２を配備し、このチップ部品２を各端子１２Ａ，１２Ｂに電気接続し、これらの端子１２Ａ，１２Ｂを介して電漕部１０の各電極板１１Ａ，１１Ｂに硫酸鉛を分解するためのパルス電流を流すようにしている。以下、このチップ部品２を「電子活性化装置２」と呼ぶ。
【００２０】
図２は、ケース体１００の内部の電池活性化装置２が配備されている箇所を拡大して表したもの（図１中のＡ−Ａ線に沿う断面図）である。この実施例では、ケース体１００の内壁の上蓋１０１と中蓋１０２との間の範囲に有底のチップ収容部３を設けて、このチップ収容部３に電池活性化装置２を収容している。チップ収容部３の上端面は開口されているが、その開口部にソケット３０が被せられる。ソケット３０は電池活性化装置２の端子２４Ａ，２４Ｂ（図３参照。）に接続されると共に、陰極側および陽極側の各端子１２Ａ，１２Ｂの上蓋１０１と中蓋１０２との間の部分にそれぞれケーブル３１を介して接続され、電池活性化装置２と電漕部１０との間の電気接続を中継する。
【００２１】
図３は、上記電池活性化装置２の回路構成を、電漕部１０に対する接続の関係と共に表したブロック図である。
この実施例の電池活性化装置２の回路には、制御部２０，パルス生成部２１，電源回路２２，発振器２３などが含まれる。先に述べた端子２４Ａ，２４Ｂがソケット３０を介して陰極側端子１２Ａおよび陽極側端子１２Ｂに接続されることによって、電漕部１０の全ての陰極板１１Ａおよび陽極板１１Ｂが電池活性化装置２に電気接続された状態になる。
【００２２】
なお、図３中に一点鎖線で示すように、電漕部１０の各端子１２Ａ，１２Ｂは、ケース体１００の外部において負荷となる機器または充電装置に接続される（電極板１１Ａ，１１Ｂも同じ。）。しかしそれらの接続がないときでも、電漕部１０には電池活性化装置２が負荷として接続されていることになる。
【００２３】
電池活性化装置２では、電源回路２２およびパルス生成部２１が電漕部１０への接続線に接続されている。電源回路２２には数種類のＤＣ−ＤＣコンバータが含まれており、これらによって電漕部１０から供給された直流電圧が各構成要素の動作に適したレベルの電圧に変換され、各構成要素に供給される。
【００２４】
パルス生成部２１には、電漕部１０の電圧（たとえば１２Ｖ）より若干高いレベル（たとえば１５Ｖ）の直流が与えられる。パルス生成部２１は、この直流電圧をベースに、発振器２３からのクロック信号に基づき周期やデューティ比を設定してパルス信号を生成する。このパルス信号の立ち上がりによって、各端子２４Ａ，２４Ｂの間に印加される電圧が電漕部１０からの電圧より高くなったとき、電池活性化装置２から電漕部１０に電流が流れる。この電流が外部の充電器からの電流と同じく、陰極から陽極に向かって流れる（陽極から陰極に向かって電子が移動する。）ようにすることによって、前出の（１）（２）式とは逆の化学反応を起こし、各電極板１１Ａ，１１Ｂの硫酸鉛を鉛または二酸化鉛に戻すことができる。
【００２５】
制御部２０には、周期，振幅，デューティー比など、上記のパルス信号の形式を決めるパラメータを設定するためのプログラムが格納されている。このプログラムは、電漕部１０の充電容量や電池本体の使用用途等を勘案して設計されるもので、常時同じ形式のパルス信号を出力する設計になる場合もあるが、複数種の形式のパルス信号の出力モードを定められたスケジュールに従って切り替えるように設計される場合もある。制御部２０がこのプログラムに基づきパルス生成部２１の動作を制御することによって、プログラムの設計に従った形式のパルス電流を電漕部１０に流す処理が繰り返されることになる。
【００２６】
このように各電極板１１Ａ，１１Ｂにパルス電流を周期的に流し続けることによって、各電極板１１Ａ，１１Ｂに発生した硫酸鉛を速やかに元の鉛や二酸化鉛に戻すことができ、サルフェーション（硫酸鉛の結晶化）が生じるのを防ぐことができる。
【００２７】
上記の構成によれば、電漕部１０が外部の負荷に接続されてその負荷に対する放電が行われているときも、充電器に接続されて充電が行われているときも、さらには外部機器が接続されていないときも、微弱なパルス電流を各電極板１１Ａ，１１Ｂに流す処理を繰り返すことができる。よって、サルフェーションに至るほどの硫酸鉛の硬化が生じるおそれがなくなり、電漕部１０の起電力や充電容量を安定して維持することができる。
【００２８】
図３に示した構成要素のうち、制御部２０とパルス生成部２１とは、ＦＰＧＡ，ＡＳＩＣ等の微小論理回路として一体化することができ、それにより電池活性化装置２全体も微小サイズにすることができる。図１および図２では、図示の都合上、あえて電池活性化装置２を実際より大きく表したが、実際の電子活性化装置２になるチップ部品は１０mm四方程度にすることができる。
【００２９】
このように電池活性化装置２を超小型にすることによって、内部の回路を動かすための電力もごく僅かになるので、回路を常時稼働させても熱は殆ど発生せず、電子活性化装置２がケース体１００の内部に組み込まれても電漕部１０に悪影響を及ぼすおそれはない。また回路全体をパッケージングすることによって、塵埃の影響で回路に動作不良が生じたり、温度変化や振動の影響で回路に損傷が生じることを防ぐことができる。
【００３０】
上記実施例では、安全性を高めるために、ケース体１００の内部の電池活性化装置２が配備される場所と電漕部１０との間に中蓋１０２を配備したが、中蓋１０２を設けずに、電池活性化装置２の表面にビニールコーティングなどの防水加工を施してもよい。先に述べたように回路の動作による熱は殆ど発生しないので、コーティング剤の溶融や変質などの差し支えが生じるおそれはない。
【００３１】
電池活性化装置２を配備する場所は、ケース体１００の内壁に限らず、中蓋１０２の上面に装着してもよい。または、ケース体１００の壁部もしくは中蓋１０２を形成する樹脂の内部に電池活性化装置２を埋め込んでもよい。埋め込みの場合には、ケース体１００の内部に限らず、たとえば、端子１２Ａ，１２Ｂへの接続線と共に、上蓋１０１を形成する樹脂の内部に埋め込むか、上蓋１０１を二重構造にしてその内部に入れ込んでもよい。いずれの場合にも、電池活性装置２や接続線が外気や電漕部１０の希硫酸に晒らされるおそれがなく、電池活性化装置２を安全に支持して動作させることができる。
【００３２】
電池活性化装置２には、図３に示した構成だけでなく、無線通信回路やセンサ回路（温度センサ，電圧センサ、内部抵抗センサ、振動センサなど）を組み込むこともできる。無線通信回路が組み込まれた場合には、これを介して制御部２０を外部機器と通信させることによって、パルス電流の形式の変更や形式を切り替えるためのスケジュールの変更を遠隔操作により行うことが可能になる。さらにセンサ回路を組み込めば、電池本体の状態を外部に通知し、その状態に応じて遠隔操作でパルス電流の出力形式を切り替えたり、制御部２０のプログラムを変更するなど、より高次元の処理を実施することが可能になる。
【符号の説明】
【００３３】
１  鉛蓄電池
２  電池活性化装置（チップ部品）
３  ケーブルチップ収容部
１０  電漕部
１１Ａ  陰極板
１１Ｂ  陽極板
１２Ａ  陰極側端子
１２Ｂ  陽極側端子
２０  制御部
２１  パルス生成部
３１  接続ケーブル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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