(57)【要約】      （修正有）【課題】正極と負極とを接続部で一体化した極板ユニットを用い、セル間接続部の液密性が向上した鉛蓄電池の提供。【解決手段】複数のセルがセル間接続部で直列接続した鉛蓄電池１であり、前記セル３１’はそれぞれ同一枚数の正極板と負極板がセパレータを介して積層してなり、前記セルは、電槽内を隔壁５２によって区画したセル室５３に収納してなり、前記隔壁で区画された一方のセル室に収納されたそれぞれの正極板と、もう一方のセル室に収納されたそれぞれの負極板とが接続部２ｃを介して電気的に接続されてなる極板ユニットを配置し、電槽５１の底に開口部を有し、この開口部に底蓋５９が装着される。底蓋には、隔壁の端部と接続部を収納する封止剤ポット５９ｂを有し、この封止剤ポット内に封止剤６０を充填することによって、セル間接続部を封止する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のセルがセル間接続部で直列接続した鉛蓄電池であり、
前記セルはそれぞれ同一枚数の正極板と負極板がセパレータを介して積層してなり、
前記セルは、電槽内を隔壁によって区画したセル室に収納してなり、
前記隔壁を介して互いに隣接する一方のセル室に収納されたそれぞれの正極板と、もう一方のセル室に収納されたそれぞれの負極板とが接続部を介して電気的に接続されてなる極板ユニットを備え、
前記電槽の底に開口部を有し、前記開口部に底蓋が装着され、前記底蓋には、前記隔壁の先端部及び前記接続部を収納する封止剤ポットを有し、前記封止剤ポット内に封止剤を充填することによって、セル間接続部を封止した鉛蓄電池。
【請求項２】
前記電槽と前記底蓋との接合部において、前記電槽及び前記底蓋の一方の外周に設けた突起部が他方の外周に設けられた溝部に嵌合し、前記溝部内に収納された発熱体を発熱させて前記突起部と前記溝部とを溶融することによって、前記電槽と前記底蓋とを熱溶着した請求項１に記載の鉛蓄電池。
【請求項３】
前記発熱体は、電池外部に露出しないよう配置され、前記発熱体を高周波誘導加熱によって発熱させることにより前記電槽と前記底蓋とを接合した請求項２に記載の鉛蓄電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉛蓄電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
車両のエンジン始動や各種補機類、ライト等への電力供給用として鉛蓄電池が広く用いられている。一般的な鉛蓄電池では、複数枚の正極板と負極板およびセパレータを積層し、同極性同士の極板同士を接合することにより極板群を形成する。極板同士の接合は、極板に設けた集電耳間を鉛もしくは鉛合金製の棚で接続することによる。棚にはセル間接続用の、鉛もしくは鉛合金製の接続体が一体に設けられており、極板群間をこの接続体で直列に接続して、必要な電圧を確保している。
【０００３】
上記した構成の鉛蓄電池では、極板からの、もしくは極板へ流れる電流は、すべて棚で集合されるため、棚や棚同士を接続する接続体には大きな電流が流れる。したがって、このような電流によっても棚や接続体が溶断しないよう、棚や接続体の断面積を十分に確保する必要がある。
【０００４】
このように、棚や接続体に大きな充放電電流が流れるため断面積の大きい鉛合金が必要となり、鉛蓄電池が重くなるとともに、大電流放電時の棚や接続体での電圧ドロップが大きくなり、放電電圧が低下し、電池の出力が低下する。
【０００５】
特許文献１には、軽量で放電電圧特性に優れる鉛蓄電池として、前記した鉛蓄電池のような棚や接続体を形成しないで、正極板と負極板とをリンクを介して接続することによって得た双極性極板を用い、この双極性極板のリンクをセル間隔壁に設けた開口部に配置して、セル間隔壁で区画された一方のセル室に正極板、もう一方のセル室に負極板が収納されるよう、双極性極板を積層した多セル直列の鉛蓄電池が示されている。
【０００６】
特許文献１に示された、双極性極板を用いた鉛蓄電池は、従来の鉛蓄電池でセル間接続部に用いていた、鉛合金の棚や接続体を必要としないので、電池の軽量化が可能である。また、従来の鉛蓄電池では、棚や接続体に集中していた充放電電流は、双極性極板の枚数分のリンクで分散されること、正極板と負極板がリンクで直接接続されているため、正極板−負極板間で電流経路をより短縮化できる、充放電時の電圧ドロップがより少なく、大電流放電特性に優れた、高出力の鉛蓄電池を得ることができる。
【０００７】
特許文献１に示された双極性極板を用いた鉛蓄電池では、セル間の隔壁に形成された開口部に、正極板と負極板を結合するリンクに弾性を有したカラーを装着し、カラーを極板厚み方向に圧縮することにより、カラー自体を幅方向に変形させ、これにより開口部とカラーとを密着させ、さらに開口部とカラーとの隙間を封止剤で充填することにより、セル間の気密や液密を確保している。
【０００８】
しかしながら、特許文献１の構成では、カラーとリンクの間に隙間ができ、この部分の液密性を十分に確保することが困難であるという課題があり、液密性が低下することによって、セル室間で液絡が発生し、隣接するセル間で漏れ電流が生じていた。さらに、各極板ユニットの集電耳部にカラーを装着し、セル間中仕切り板とカラーの間にパッキンを挿入する必要があるため工程が複雑で自動化が困難であり生産性に劣っていた。また、特許文献１には、セル間接続部の構造について詳細に開示されているものの、電槽と蓋の接合構造については詳細に触れられていない。
【０００９】
特許文献２には、正極と負極を一体に設けた極板を用い、セル間接続部を封止剤で封止する構成の電池が示されているが、封止剤とセパレータの物性によっては、封止剤がセパレータに移行する場合があり、セル室間の気密性や液密性が損なわれる場合があった。
【特許文献１】米国特許第５０９８８０１号明細書
【特許文献２】特開２００３−３３１９０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、正極と負極とが接続体で一体となった極板ユニットを用い、複数セルが直列接続された鉛蓄電池において、隣接するセル室間の気密性や液密性に優れた信頼性の高い鉛蓄電池を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１に係る発明は、複数のセルがセル間接続部で直列接続されたモノブロックタイプの鉛蓄電池であり、前記セルはそれぞれ同一枚数の正極板と負極板がセパレータを介して積層してなり、前記セルは、電槽内を隔壁によって区画したセル室に収納してなり、前記隔壁を介して互いに隣接しあう一方のセル室に収納されたそれぞれの正極板と、もう一方のセル室に収納されたそれぞれの負極板とが接続部を介して電気的に接続されてなる極板ユニットを備え、前記電槽の底に開口部を有し、前記開口部に底蓋が装着され、前記底蓋には、前記隔壁の先端部及び前記接続部を収納する封止剤ポットを有し、前記封止剤ポット内に封止剤を充填することによって、セル間接続部を封止した鉛蓄電池を示すものである。
【００１２】
さらに、本発明の請求項２に係る発明は、請求項１の構成を有する鉛蓄電池において、前記電槽と前記底蓋との接合部において、前記電槽及び前記底蓋の一方の外周に設けた突起部が他方の外周に設けられた溝部に嵌合し、前記溝部内に収納された発熱体を発熱させて前記突起部と前記溝部とを溶融することによって、前記電槽と前記底蓋とを熱溶着した鉛蓄電池を示すものである。また、好ましくは、請求項３に示した如く、前記の発熱体を電池外部に露出しないよう配置し、発熱体を高周波誘導加熱によって発熱させ、前記電槽と前記底蓋とを接合するものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の鉛蓄電池は、前記の構成を有し、極板ユニットの接続部をセル室の隔壁と底蓋の間に配置し、この部分を接着剤等の封止剤で埋め込みことにより、セル間接続部の液密性を顕著に改善することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の鉛蓄電池１に用いる極板ユニット２を示す図である。極板ユニット２は、鉛蓄電池正極活物質が充填された正極板部２ａと、鉛蓄電池用負極活物質が充填された負極板部２ｂが接続部２ｃを介して電気的に接続された構成を有する。
【００１５】
極板ユニット２の製造方法として、様々な方法が採用できる。極板ユニット２の形状を有した格子体を作成し、一方の格子面には負極活物質を充填し、もう一方の格子面に正極活物質を充填すればよい。格子体としては、鋳造格子体、パンチング格子体、エキスパンド格子体といった、従来から知られているものを適用できる。例えば、エキスパンド格子体とする場合、鉛合金シートの両側部にエキスパンド網目を形成し、片側のエキスパンド網目に正極活物質を充填し、残り片側のエキスパンド網目に負極活物質を充填した後、プレス切断等により、切断加工して、極板ユニット２を形成することができる。
【００１６】
本発明では、前記した極板ユニット２とともに、正極板部２ａに正極集電耳３ａを形成した単独の正極板３と、負極板部２ｂに負極集電耳４ａを形成した単独の負極板４及びセパレータ５を積層して、後述するセル３１を構成する。
【００１７】
セル３１の構成例として、６つのセル３１が直列接続された例を図２（ａ）〜図２（ｃ）を用いて説明する。
【００１８】
まず、図２（ａ）に示したように、正極板３、２つの極板ユニット２及び負極板４を同一平面状に配置する。両端に位置する正極板３及び負極板４にそれぞれ設けられた正極集電耳３ａ及び負極集電耳４ａは、それぞれ極板ユニット２の接続部２ｃと反対方向に位置するよう配置する。これらの正極板３、極板ユニット２及び負極板４の配置を層Ａとする。
【００１９】
次に、図２（ｂ）に示したように、層Ａを構成する正極板３、極板ユニット２の正極板部２ａと負極板部２ｂ及び負極板４上にセパレータ５を積層する。このセパレータ５の層を層Ｂとする。
【００２０】
さらに、図２（ｃ）に示したように、この層Ｂの上に、極板ユニット２を積層して直列極板群３２が形成される。なお、極板ユニット２のみで構成される層を層Ｃとする。図３（ａ）は、図２（ｃ）を積層方向より見た状態を示す図であるが、図２（ｃ）の状態で、層Ａ、層Ｂ及び層Ｃを順次積層することによって、正極板部２ａもしくは正極板３のいずれか一枚が、セパレータ５を介して負極板部２ｂもしくは負極板４のいずれか一枚が対向したセル３１が接続部２ｃにより直列接続された直列極板群３２を形成する。
【００２１】
なお、図２（ｃ）及び図３（ａ）に示した直列極板群３２は、セル３１を構成する極板枚数は正極及び負極ともに各１枚であるが、本発明はこれに限定されるものではない。直列極板群３２の層Ｃの上に、図３（ｂ）に示すように、層Ｂ、層Ａ、層Ｂ及び層Ｃを順次積層することにより、各セルを構成する極板枚数を正極及び負極ともに各２枚とすることができる。
【００２２】
さらに、電池容量に応じて順次、層Ｂ−Ａ−Ｂ−Ｃで順次積層することにより、図４に示したような、セル３１´が接続部２ｃによって直列に接続された直列極板群３２´を構成すればよい。
【００２３】
なお、上記の例では、セパレータ５として平板状セパレータを用いた例を示したが、平板状セパレータに替えて袋状セパレータとし、この袋状セパレータで正極板部２ａ及び正極板３、もしくは負極板部２ｂ及び負極板４の、一方の極性もしくは両極を収納する構成としてもよい。
【００２４】
本発明の鉛蓄電池１は、図５に示したように、底が開口し、かつ隔壁５２でセル室５３を区画形成した電槽５１を有する。各々のセル室５３にセル３１が配置されるよう、電槽５１内に直列極板群３２´が収納される。
【００２５】
なお、直列極板群３２´を電槽５１内に収納する前段階で、図４に示したように、正極集電耳３ａを集合溶接する正極棚５４と、この正極棚５４と正極端子５５との間を接続するための正極柱５６を、正極棚５４と一体に形成する。また、正極と同様、負極に関しても、負極集電耳４ａを集合溶接する負極棚５７と、この負極棚５７と負極端子５５´との間を接続するための負極柱５８を負極棚５７と一体に形成する。
【００２６】
なお、正極棚５４や正極柱５６は、従来から用いられているバーナー溶接や、キャストオン溶接によって形成することができる。上記の構成により、セル３１´間の接続は接続部２ｃでなされるため、従来の棚や接続体が不要となり、鉛蓄電池の出力特性が向上し、かつ、電池質量をより軽量化できる。
【００２７】
なお、正極端子５５や負極端子５５´の形成例として、図５に示したように、電槽５１に鉛合金製のブッシング６２をインサート成型しておき、このブッシング６２に正極柱５６もしくは負極柱５８を挿入した状態でこれら両者をバーナー溶接等により溶接すればよい。
【００２８】
本発明では、電槽５１の底が開口しており、電槽５１の底に底蓋５９を装着することにより、電槽５１を閉じる。直列極板群３２´において、セル３１間の接続用部材として機能する接続部２ｃは下方向に突出した状態で、底蓋５９に設けた封止剤ポット５９ｂに充填された封止剤６０に浸漬され、封止される。また、隔壁５２の先端部５２ａは、封止剤６０中に埋設することによって、セル室５３の気密性と液密性を強固に保持することができる。
【００２９】
また、特許文献２に示された構成と異なり、本発明では封止剤ポット５９ｂによって封止剤６０の流失が抑制されるため、封止剤６０の不足による気密性や液密性の低下といった不具合を防止でき、信頼性に優れた鉛蓄電池を得ることができる。
【００３０】
特に、開放液式の鉛蓄電池、制御弁式であっても極板群から遊離したフリー電解液を潤沢に有する鉛蓄電池においては、セル間接続部の液密性が損なわれると、隣接するセル間で液絡や液移動が発生しやすい。液絡が生じると、隣接するセル間において、一方のセルの正極板と他方のセルの負極板でセルが構成され、これらの極板はセル間接続されているため、必然的に短絡が発生し、漏れ電流が流れる。本発明では、このような、特に液絡による影響度が大きい、フリー電解液を有した鉛蓄電池においても、セル室５３間の液密性が極めて高く、液絡の発生を抑制することができる。
【００３１】
封止剤ポット５９ｂとしては、底蓋５９に、互いに隣接しあうセル室５３間にわたって設ける。具体的な構造としては、底蓋５９に、隔壁５２の両側に対向する一対のポット壁５９ｃを形成すればよい。
【００３２】
封止剤６０としては、隔壁５２や底蓋５９に設けた封止剤ポット５９ｂには、大きな応力がかかる可能性が少ないので接着剤や充填剤を採用可能であり、エポキシ接着剤やポリオレフィン樹脂系ホットメルトといった耐酸性を有したものを用いる。
【００３３】
また、電槽５１や底蓋５９には耐熱性や耐酸性に優れるポリプロピレン樹脂あるいはポリプロピレンとポリエチレンの共重合体を用いることができる。特に、これらのポリオレフィン系樹脂は、殆どの場合、封止剤６０との親和性に乏しい。したがって、封止剤ポット５９ｂや隔壁５２の先端部５２ａにバーナー炎を接触させるフレーム処理や、プラズマ処理を施し、封止剤ポット５９ｂや先端部５２ａの各表面の封止剤６０との親和性を高めておくことが好ましい。
【００３４】
電槽５１及び底蓋５９を前記したようなポリオレフィン系樹脂製とした場合、電槽５１の外壁５１ａと底蓋５９とは、熱溶着によって接合することができる。電槽５１の外壁５１ａと底蓋５９との接合部は、衝撃等、外部から応力が加わる頻度が高いため、接着剤によるものよりも接合強度が高く、信頼性が高い熱溶着が最も好ましい。なお、本発明の鉛蓄電池の製造工程においては、電槽５１に直列極板群３２´を収納した後、封止剤６０を封止剤ポット５９ｂ内に充填した底蓋５９と、電槽５１とを熱溶着で接合できる。
【００３５】
鉛蓄電池の電槽と蓋の熱溶着方法として、電槽と蓋の溶着面に熱板と呼ばれる加熱された型を圧接して、電槽と蓋の接合面を溶融し、電槽と蓋とを嵌合し、両者を加圧しながら接合面を押し当て、溶着する方法が一般的である。しかしながら、熱板の温度や、熱板と電槽及び蓋との加圧力、さらには電槽と蓋との加圧力を全溶着面で均一に管理することは困難であり、電槽と蓋との溶着強度が安定しない場合がある。このような溶着強度のばらつきを考慮し、電槽や蓋の接合部をより肉厚とすることが必要である。
【００３６】
また、従来の熱板を用いた熱溶着を採用した場合において、底蓋５９に熱板を圧接する際に、封止剤ポット５９ｂに充填した封止剤６０が熱板に付着し、熱板表面が封止剤６０で汚染されやすくなる。このような汚染が進行した場合、熱溶着工程において、封止剤ポット５９ｂと熱板とが干渉して、封止剤ポット５９ｂ及びこの周囲の部位が熱変形し、規定の寸法形状が損なわれ、さらには熱板が封止剤６０で過熱されることによって、ガスや異臭が発生する場合があった。
【００３７】
さらに、封止剤６０に硬化速度の速いエポキシ樹脂を用いた場合には、エポキシ樹脂表面が熱板によって過熱され、エポキシ樹脂表面で硬化が進行し、接続部２ｃ表面や先端部５２ａ表面のエポキシ樹脂との親和性が低下し、セル３１間の気密性が損なわれる場合がある。このような現象を回避するため、硬化が緩やかに進行するエポキシ樹脂を用いるが、硬化時間が長くなるため、生産性が低下する。
【００３８】
上記したような、熱溶着強度のばらつきや、封止剤６０による熱板表面の汚染、あるいは封止剤が熱板によって加熱される等による不具合を回避するため、本発明は、電槽５１と底蓋５９との熱溶着において、好ましくは、以下の構成を採用することができる。すなわち、図５に示したように、電槽５１の外周を構成する外壁５１ａの最下部に熱溶着しろとしての突起部５１ｂを形成しておく。
【００３９】
また、底蓋５９には、この突起部５１ｂに対応する溝部５９ａを設ける。溝部５９ａ内には通電時にジュール熱を発生させる発熱体６１を配置しておき、この発熱体６１を通電によって発熱させ、発熱体周囲の樹脂を均一に溶かしながら加圧することで、電槽５１と底蓋５９とが、高い溶着強度で均一に溶着可能となる。
【００４０】
このような発熱体６１を用いた熱溶着によれば、熱板を封止剤６０を封止剤ポット５９ｂに圧接する工程が不要となるため、熱溶着強度のばらつきや、封止剤６０による熱板表面の汚染、あるいは封止剤６０が熱板によって加熱されることによる不具合が回避でき、さらに好ましい。
【００４１】
発熱体６１には鉄線やステンレス線を用い、鉄線やステンレス線に通電して発熱させればよい。発熱体６１へ電流を供給するために、発熱体６１の両端を底蓋５９の外部に露出させ、別途用意した通電電源から導出した通電端子を、この発熱体６１の露出部に接触させ、通電電源から発熱体６１へ溶着用の電流を供給すればよい。
【００４２】
さらに、好ましい形態としては、発熱体６１を底蓋５９から露出させず、発熱体６１を高周波誘導加熱によって発熱させることができる。底蓋５９に近接した位置に加熱用コイル（図示せず）を配置し、この加熱コイルに高周波電源から交流電流を供給すればよい。加熱用コイルで発生した磁界によって、発熱体６１に渦電流が発生し、発熱体６１の電気抵抗と渦電流に基いて発熱体６１が発熱し、電槽５１と底蓋５９の熱溶着を行うことができる。
【００４３】
高周波誘導加熱によれば、発熱体６１を非接触で加熱できるため、発熱体６１に直接的に電流を供給する場合に比較して、発熱体６１を底蓋５９から露出させる必要がなく、底蓋５９の構造をより簡便なものとすることができる。
【００４４】
また、発熱体６１の露出部に通電用端子を接触させて電流を供給する場合、発熱体６１と通電端子との接触抵抗が大きくなるケースがあり、このような場合には、両者の接触部で発熱が大となり、接触部周辺が過剰に溶融され、底蓋５９を損傷したり、発熱体６１と通電端子との接続が断たれた場合は、電槽５１と底蓋５９とが未溶着状態となる場合がある。
【００４５】
高周波誘導加熱によれば、発熱体６１に通電端子を接触させる必要がないため、発熱体６１と通電端子との接触状態のばらつきの影響を受けることがなく、安定した電槽５１と底蓋５９の熱溶着強度を得ることができる。
【００４６】
なお、発熱体６１を高周波誘導加熱で発熱させる場合、発熱体６１として、強磁性体である鉄線やニッケル線を用いることが発熱効率が高いため、熱溶着工程での消費電力が削減でき、より好ましい。
【００４７】
なお、図５に示した例では、底蓋５９側に発熱体６１を配置した構成を述べたが、溝部５９ａを電槽５１の外壁５１ａ側に設けて、この中に発熱体６１を配置してもよい。この場合、底蓋５９に、溝部５９ａに嵌合する突起部５１ｂを設けることとなる。
【００４８】
本発明によれば、セル間接続として機能する接続部２ｃと、この接続部２ｃを介して隣接しあうセル室５３間の気密及び液密性を顕著に高めた信頼性に優れた鉛蓄電池を得ることができる。また、接続部２ｃには、特許文献１で示されたような気密保持用のカラーが不要であり、特に、製造工数が削減されるという効果も有する。
【００４９】
また、さらに好ましい本発明の構成によれば、発熱体６１を熱溶着の熱源とすることにより、電槽５１と底蓋５９との溶着強度のばらつきが低下する。また、前記したような従来の熱板を用いた熱溶着で発生していた、封止剤６０による熱板表面の汚染、あるいは封止剤６０が熱板によって加熱されることによる不具合が回避できる。
【００５０】
本発明の鉛蓄電池は、開放液式及び制御弁式のいずれの鉛蓄電池でも適用可能である。なお、図４には、開放液式の鉛蓄電池における排気構造、及び制御弁式鉛蓄電池における制御弁構造を示していないが、これらの構造は、従来より知られている排気栓や制御弁を例えば電槽５１の天面に配置すればよい。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明によれば、正極板と負極板とが一体化された極板ユニットを用いた鉛蓄電池において、セル間接続部の気密と液密性を顕著に改善できるものであり、特に高出力が要求される用途をはじめてして、種々の用途の鉛蓄電池に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】極板ユニットを示す図
【図２】（ａ）直列極板群の製造過程を示す図（ｂ）直列極板群の製造過程を示す図（ｃ）直列極板群の製造過程を示す図
【図３】（ａ）直列極板群の製造過程を示す他の図（ｂ）直列極板群の製造過程を示す他の図
【図４】直列極板群を示す図
【図５】本発明の鉛蓄電池を示す断面図
【図６】電槽と底蓋の嵌合状態を示す断面図
【符号の説明】
【００５３】
１      鉛蓄電池
２      極板ユニット
２ｃ    接続部
２ａ    正極板部
２ｂ    負極板部
３      正極板
３ａ    正極集電耳
４      負極板
４ａ    負極集電耳
５      セパレータ
３１，３１´  セル
３２，３２´  直列極板群
５１    電槽
５１ａ  外壁
５１ｂ  突起部
５２    隔壁
５２ａ  先端部
５３    セル室
５４    正極棚
５５    正極端子
５５´  負極端子
５６    正極柱
５７    負極棚
５８    負極柱
５９    底蓋
５９ａ  溝部
５９ｂ  封止剤ポット
５９ｃ  ポット壁
６０    封止剤
６１    発熱体
６２    ブッシング
【図１】
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【図２】
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【図３】
2008198563.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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