(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極板と負極板とをマットセパレータを介して積層した極板群を、電槽内を隔壁で区画してなるセル室に収納した制御弁式鉛蓄電池であり、
少なくとも３以上の前記セル室が列状に配置されたセル列を有し、
前記正極板、前記負極板および前記マットセパレータが前記隔壁と平行になるよう、前記極板群が前記セル室に収納されており、
前記セル室列の両端に位置する端セル室の前記極板群厚み方向の幅内寸をＡ、
前記端セル室間に配置された中間セル室の前記極板群厚み方向の幅内寸をＢとしたときに、これら幅内寸の比率（Ｂ／Ａ）を１．１５〜１．２５としたことを特徴とする制御弁式鉛蓄電池。
【請求項２】
前記極板群を構成する極板面が水平面に対して概略垂直となる状態で、前記端セル室内の極板群へ加えられた群圧をＰＡ、前記中間セル室に収納された極板群に加えられた群圧をＰＢとしたときに、比率（ＰＡ／ＰＢ）を１．０５〜１．２０としたことを特徴とする請求項１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、制御弁式鉛蓄電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
制御弁式鉛蓄電池は、一つまたは複数のセル（単電池）室から構成されている。セル室の中は正極板、負極板、ガラス繊維等で構成されたマットセパレータ（隔離板）および希硫酸を主成分とする電解液が収納されており、セル室にはセル内で発生したガスにより内圧が所定値に到達した場合、このガスを外部へ放出するための制御弁が設けられている。
【０００３】
制御弁式鉛蓄電池に限らず、鉛蓄電池は、百数十Ａｈ〜数百Ａｈといった大容量の産業用鉛蓄電池の一部を除くと、６Ｖ（３セル直列）あるいは１２Ｖ（６セル直列）といった複数セルで用いることが一般的である。制御弁式鉛蓄電池の電槽内は、このような所望とするセル室数に応じて隔壁により複数のセル室に分割されている。
【０００４】
各セル室には、上記した極板群が各セル室に収納されている。各セル室は、マットセパレータと極板との密着性を保持する目的で、セル室の極板群積層方向の幅内寸を、無加圧状態の極板群の厚みよりもやや小さめに設定し、セル室内に収納された状態において、極板群は厚み方向に加圧された、すなわち群圧が加わった状態とする。
【０００５】
特に、複数セルを電槽内に有したモノブロックタイプの電池では、各セル室の極板群圧を均等とすることが必要であると考えられてきた。したがって、極板群を均等に加圧した状態でセル室に収納するようにするため、各セル室の極板群積層方向の幅内寸を全て均等にとすることが行われてきた。
【０００６】
一方、求められる電池形状・寸法と電池電圧・容量との関係から、セル室を列状に配置し、かつセル室を区画する隔壁と平行に正極板、負極板およびマットセパレータを収納し、列内のセル室数が３以上構成とする場合がある。
【０００７】
このような構成では、同一セル列に、両端に位置する端セル室と、それ以外の、端セル室に囲まれた中間セル室が存在する。このようなセル室配置を採用する場合、中間セル室内の極板群の両側には隔壁を介して他の極板群が隣接配置される。隔壁にはその両側に位置した極板群から群圧が互いに逆方向に加わるため、群圧は打ち消され、隔壁の変形は殆ど生じない。
【０００８】
一方、端セル室内の極板群は、一方が隔壁に対向し、他方が電槽壁に対向した状態となる。端セル室の隔壁は前記したと同様、隣接する極板群が存在するため、群圧が打ち消され、殆ど変形を受けない。
【０００９】
ところが、電槽壁側には隣接する極板群が存在しないため、電槽壁は一方からのみ群圧を受け、隔壁に比較して変形しやすい。電槽壁は電池外側に膨れるように変形し、その結果、端セル室に位置する極板群は、それ以外の、中間セル室に位置する極板群に比較して、極板とマットセパレータとの密着性が低下しやすく、内部抵抗がより高くなることがある。
【００１０】
上記のように、端セル室と中間セル室とで、極板群に加わる群圧のばらつきが生じ、これが、内部抵抗がセル間でばらつく要因となる。このような群圧のばらつきとこれによって発生する内部抵抗のばらつきは、特に長寿命を目的として極板群圧を高く設定した場合に特に顕著に発生する問題であった。
【００１１】
上記した要因等により、群圧が極板群間でアンバランスになり、電池性能が低下し、短寿命となることが特許文献１に示されている。そして、このような群圧のアンバランスを解消するために、この特許文献１には、両端に位置するセル室の極板群積層方向の幅が両端以外のセル室の同方向幅より狭く構成し、注液後の極板群の全ての引き抜き荷重を均等にすることが示されている。
【特許文献１】特開２００３−５１２８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上記したような、特許文献１の構成によれば、セル室が列状に配置された制御弁式鉛蓄電池において発生する群圧ばらつきを抑制することができる。
【００１３】
一方、制御弁式鉛蓄電池を使用機器に搭載する際、いわゆる制御弁を形成した電池面を天面として設置する、いわゆる正置状態の他、横倒し状態で設置するケースが多々発生する。
【００１４】
特に、横倒し状態の中でも、水平面が列状に配置されたセル室と平行になるよう、すなわち、極板群を構成する極板面が水平面と平行になるような方向に設置する場合、片側の端セル室の電槽壁が底面となり、残された片側の端セル室が天面となる。
【００１５】
このような場合、セル室を区画する隔壁面に極板群の質量が加わる。特に、下方に位置するセル室では、上方に位置する極板群の質量が累積的に加わるため、極板群圧が上昇し、その結果、隔壁は重力方向にたわむ。
【００１６】
一方、最も上方に位置する端セル室では、上方に隣接する極板群が存在しないため、隔壁のみが下方にたわむことによって、極板群圧が著しく低下したり、極端な場合には、電槽壁と極板群間に空間が発生する場合があった。
【００１７】
このような極板群圧の低下により、マットセパレータの圧縮率が低下し、内部の空孔体積が増大する。そのため、最上部に位置する端セル室の極板群では、他の極板群に比較して、負極板での酸素ガス吸収反応が活発化し、負極活物質内の硫酸鉛量が増大する傾向にある。
【００１８】
このような状態は、セル間で容量ばらつきを拡大することとなり、特に、セル間が直列接続されている場合には、容量の最も低いセルがより深い放電を受けることにより、このセルの充電受入性が集中的に低下し、さらに容量ばらつきが拡大する。最終的には、他のセルの劣化はそれほど進行していないにもかかわらず、集中的に劣化が進行したセルの放電電圧の低下により、電池全体としの放電容量が急激に低下し、短寿命となる課題があった。
【００１９】
本発明は、前記したような、セル室を列状に配置し、かつセル室を区画する隔壁と平行に正極板、負極板およびマットセパレータが収納され、列内のセル室数が３以上であることによって同一セル室列内の両端に位置する端セル室と、これら端セル室間に配置された中間セル室が存在する制御弁式鉛蓄電池を、横倒し状態で使用する際に発生する、最上部に位置する端セル室内の負極板のガス吸収反応の活発化とこれによる電池寿命の低下を抑制するものである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
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、正極板と負極板とをマットセパレータを介して積層した極板群を、電槽内を隔壁で区画してなるセル室に収納した制御弁式鉛蓄電池であり、少なくとも３以上のセル室が列状に配置されたセル列を有し、正極板、負極板およびマットセパレータが隔壁と平行になるよう、極板群が前記セル室に収納されており、セル室列の両端に位置する端セル室の極板群厚み方向の幅内寸をＡ、端セル室間に配置された中間セル室の極板群厚み方向の幅内寸をＢとしたときに、これら幅内寸の比率（Ｂ／Ａ）を１．１５〜１．２５としたことを特徴とする。
【００２１】
さらに、本発明の請求項２に係る発明は、請求項１の制御弁式鉛蓄電池において、極板群を構成する極板面が水平面に対して概略垂直となる状態で、端セル室内の極板群へ加えられた群圧をＰＡ、中間セル室に収納された極板群に加えられた群圧をＰＢとしたときに、これら群圧の比率（ＰＡ／ＰＢ）を１．０５〜１．２０としたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
前記した本発明の構成によれば、極板面が水平面と平行となるよう、横倒し状態で使用した場合においても、端セルの容量劣化による短寿命を抑制でき、設置姿勢によらず長寿命の制御弁式鉛蓄電池を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明の実施の形態による制御弁式鉛蓄電池（以下、電池）を図面を用いて説明する。
【００２４】
図１は本発明の電池１０の断面を示す図である。電池１０に用いる電槽１１は少なくとも３以上のセル室が列状に配置されることによって、セル室列の両端に位置する端セル室１２ａと、これら端セル室１２ａ間に配置された中間セル室１２ｂに明確に区分される。なお、図１では３つのセル室でセル列が構成された例を示す。
【００２５】
端セル室１２ａは隔壁１３と電槽壁１８と、中間セル室１２ｂは隔壁１３によって区画される。端セル室１２ａおよび中間セル室１２ｂには、正極板１４および負極板１５を、それぞれガラス繊維等からなるマットセパレータ１６を介して積層した極板群１７ａ，１７ｂがそれぞれ収納される。なお、極板群１７ａ，１７ｂに用いた正極板１４、負極板１５およびマットセパレータ１６は極板群１７ａ−極板群１７ｂ間ですべて同一のものを用いている。
【００２６】
本発明では、極板群１７ａ，１７ｂは、それぞれを構成する正極板１４、負極板１５およびマットセパレータ１６が隔壁１３と平行になるよう収納される。本発明の制御弁式鉛蓄電池では、セル列の両端に位置する端セル室１２ａの幅内寸をＡ、端セル室１２ａの間に位置する中間セル室１２ｂの幅内寸をＢとしたときに、これら比率（Ｂ／Ａ）を１．１５〜１．２５とする。なお、図１には同極性極板同士の接続構造や、セル間の接続構造、制御弁構造といった他の構造を示していないが、これらの構造は、従来の制御弁式鉛蓄電池となんら変わるところはない。
【００２７】
本発明では、セル列の両端に位置する端セル室１２ａの幅内寸Ａと、中間セル室１２ｂの幅内寸Ｂの比率（Ｂ／Ａ）の比率を規定することにより、電槽内におけるセル室の位置の差によって生じる、負極板のガス吸収反応のばらつきと、これによるセル間の容量ばらつきと電池寿命の低下を抑制し、長寿命の制御弁式鉛蓄電池を得ることができる。
【００２８】
上記した本発明のように、この比率（Ｂ／Ａ）を１．１５〜１．２５とすることにより、極板群１７ａ、極板群１７ｂを構成する極板の極板面が水平面に対して垂直となる、いわゆる電池を正置状態で設置され場合において、端セル室１２ａに収納された極板群１７ａに加わる群圧ＰＡが中間セル室１２ｂに収納された極板群１７ｂに加わる群圧ＰＢよりも高くなる。このような構成によれば、電池の姿勢を極板群１７ａおよび極板群１７ｂを構成する極板の極板面が、水平面と平行となるような姿勢とした場合においても、最上部に位置する一方の端セル室１２ｂ内の極板群１７ｂに加わる群圧ＰＡを当初から確保しているため、群圧ＰＡの急激な低下が抑制される。そのため、最上位に位置する極板群１７ｂにおける負極ガス吸収反応速度の増加と、これによる容量ばらつきの発生、さらには容量ばらつきによって引き起こされる電池寿命の低下を抑制することができる。
【００２９】
特に、極板群を構成する極板面が水平面に対して概略垂直となる状態で、端セル室内の極板群へ加えられた群圧をＰＡ、中間セル室に収納された極板群に加えられた群圧をＰＢとしたときに、これら群圧の比率（ＰＡ／ＰＢ）を１．０５〜１．２０とすることにより、セル間の容量ばらつきとこれによる寿命低下を顕著に抑制することができる。
【実施例】
【００３０】
以下、実施例により、本発明の効果を説明する。図１に示した制御弁式鉛蓄電池において、中間セル室１２ｂの幅内寸Ｂを２７．０ｍｍと一定とし、変化させることにより、端セル室１２ａの幅内寸Ａを変化させることにより、幅内寸の比率（Ｂ／Ａ）を表１に示すように変化させた比較例と本発明の制御弁式鉛蓄電池（６Ｖ１２Ａｈ）を作成した。なお、表１には、各電池における、端セル室１２ａに収納された極板群１７ａに加わる群圧ＰＡと、中間セル室１２ｂに収納された極板群に加わる群圧ＰＢの比率（ＰＡ／ＰＢ）をあわせて示している。また、これら群圧の比率は極板群１７ａ，１７ｂを構成する極板の極板面が水平方向に対して概略垂直となった状態での値である。なお、電池４におけるＰＡおよびＰＢはそれぞれ２２．０ｋＰａであった。
【００３１】
【表１】
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【００３２】
表１に示した本発明例と比較例の電池について、２５℃中でサイクル寿命試験を行い、寿命特性を評価した。なお、各電池は、正置状態（極板面が水平方向に垂直）と横倒し状態（極板面が水平方向に平行）の各姿勢でおこなった。試験条件は、２５℃雰囲気中で３時間率放電（３．００Ａ定電流放電、放電終止電圧５．２５Ｖ）を行い、充電電圧７．３５Ｖ、初期充電電流４．８０Ａの定電流定電圧充電を１２時間行う充電−放電サイクルを繰り返して行った。３時間率放電での放電容量が初期の５０％になった時点で寿命とした。表１に示した本発明例と比較例の電池のサイクル寿命試験結果を表２に示す。
【００３３】
【表２】
0004810979.tif 000003
【００３４】
試験電池を横倒し状態とした場合、表２に示した結果から、セル室内寸の比率（Ｂ／Ａ）をそれぞれ０．９０、１．００もしくは１．１０とした比較例の電池１〜３は、それぞれ２００回および３２０回のサイクル寿命を有していた。これらの電池は、横倒し状態の場合、最上部に位置するセル室での群圧低下により、負極板のガス吸収反応が促進され、それにともない負極板の劣化により容量低下を起こし、短寿命を引き起こしたものと考えられる。
【００３５】
上記の各電池１〜３を正置状態とした場合、サイクル寿命は横倒し状態に比較して良化するが、電池１、２では横倒し状態と同様、端セル室の極板群の容量低下により寿命となっていた。
【００３６】
一方、比率（Ｂ／Ａ）が１．２５を超え、１．３０とした比較例の電池７の寿命回数は、正置状態で３６０回、横倒し状態で３３０であった。電池７では、端セル室での電解液供給速度が低下し、端セル室と中間セル室で電解液供給速度の差が拡大する。電解液供給速度の差に起因する端セル室と中間セル室での容量差が拡大し、サイクル寿命が若干低下したものと考えられる。
【００３７】
比率（Ｂ／Ａ）を１．１５〜１．２５とした本発明例の電池４〜６では、正置状態、横倒し状態ともにサイクル寿命期間は４００回以上であり、いずれも比較例の電池よりも極めて優れた寿命特性を有していた。
【００３８】
本発明によれば、電池を横倒し状態で使用した場合においても、両端に位置するセル室の極板群を構成する負極板のガス吸収反応が抑制され、これによる容量低下と寿命低下を抑制することができ、設置方向によらず、高寿命の制御弁式鉛蓄電池を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は、優れたサイクル寿命特性を有した制御弁式鉛蓄電池を提供できることから、電動車等のサイクルユースをはじめ、様々な制御弁式鉛蓄電池に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の電池を示す断面図
【符号の説明】
【００４１】
１０    電池
１１    電槽
１２ａ  端セル室
１２ｂ  中間セル室
１３    隔壁
１４    正極板
１５    負極板
１６    マットセパレータ
１７ａ，１７ｂ  極板群
１８    電槽壁
【図１】
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