(57)【要約】【課題】電動車を含む車両用鉛蓄電池では、大電流放電が行われるため、セル間接続部やストラップ部の低抵抗化やこの部分での発熱抑制が求められていた。【解決手段】複数枚の同極性極板の耳部が純鉛もしくは鉛合金で形成された板状のストラップで集合溶接されてなる極板群を有し、その極板群の複数が隔壁によって区画されたセル室内に収納され、ストラップの一端にセル間接続のための接続体が立設され、互いに隣接しあう極板群に設けた接続体が隔壁に設けた透孔を介して接続されたセル間接続部を有した鉛蓄電池において、接続体に最も近接した耳部位置でのストラップ幅をＡ、接続体から最も離間した耳部位置でのストラップ幅をＢとしたときに、Ａ＞Ｂ、かつセル間接続部の幅方向の長さ寸法ＣをＢよりも長くする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数枚の同極性極板の耳部が、純鉛もしくは鉛合金で形成された板状のストラップで集合溶接されてなる極板群を有し、前記極板群の複数が隔壁によって区画されたセル室内に収納され、前記ストラップの一端にセル間接続のための接続体が立設され、互いに隣接しあう極板群に設けた前記接続体が前記隔壁に設けた透孔を介して接続したセル間接続部を有した鉛蓄電池であって、
前記接続体に最も近接した前記耳部位置でのストラップ幅をＡ、
前記接続体から最も離間した前記耳部位置でのストラップ幅をＢとしたときに、Ａ＞Ｂであって、
かつ前記セル間接続部の幅方向の長さ寸法Ｃを前記Ｂよりも長くしたことを特徴とする鉛蓄電池。
【請求項２】
前記ストラップは、その厚みを概略一定に形成したこと特徴とする請求項１に記載の鉛蓄電池。
【請求項３】
前記セル間接続部において、前記長さ寸法Ｃを前記セル間接続部の高さ方向の寸法Ｄよりも大きく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。
【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】
地球温暖化抑止や省エネルギーのために、最近の自動車では、排気ガス削減と燃費向上を目的としたハイブリッドシステムやアイドルストップシステムが検討されている。これらのシステムには、ニッケル・水素電池やリチウムイオン電池が主に用いられているが、コストパフォーマンスに優れた鉛蓄電池も依然として有望な選択肢である。
【０００３】
上記したようなハイブリッドシステムやアイドルストップシステムを搭載した車両に用いられる鉛蓄電池では、従来の車両に用いられる始動用鉛蓄電池と比較し、高頻度で行われるエンジン始動やモータ駆動による大電流放電、さらには回生充電では大電流充電が繰り返されるので、極板単体の高出力化とともに極板を集合溶接するストラップやストラップ同士を接続するセル間接続部の低抵抗化が必要となる。
【０００４】
また、一方では、ストラップやセル間接続部は鉛もしくは鉛合金で形成されるため、電池質量に占める割合は高い。したがって低抵抗化を目的としてストラップやセル間接続部の断面積を増大させると、電池質量も増大するため、電池質量あたりの出力効率（Ｗｈ／ｋｇ）が低下する。
【０００５】
従来の始動用鉛蓄電池の極板群では、そのストラップの構造は厚みがほぼ一定かつ接続体を設けた辺の長さと前記辺に対向する辺の長さがほぼ等しい直方体であり、その断面積はいずれの部分でもほぼ同じとしたものが一般的である。
【０００６】
例えば、特許文献１には、薄型で安定した溶接状態のストラップの製造を目的として、電磁誘導加熱を用いたキャスト・オン・ストラップ方式によるストラップと同極性極板の耳部との溶接方法が提案されている。該溶接方式においてもストラップ形状は概直方体であり、その断面積はいずれの部分でもほぼ同じである。
【０００７】
一方、数百〜１０００Ａｈといった大容量の据置型鉛蓄電池では極板群中の極板枚数が数十枚にもなるものがある。このような場合、ストラップ全体に同じ電流が流れるのではなく、セル間接続部に近づくにしたがって、ストラップに流れる電流が大きくなる。したがって、上記したように、ストラップ形状を直方体とし、セル間接続部からの距離によっても断面積が変化しない場合、接続体を形成しないストラップ端部では流れる電流は小さく、必要以上のストラップ断面積が確保される一方、接続体を形成したストラップ端部では流れる電流は大きく、電流あたりのストラップ断面積が少なくなり、この部分での発熱が著しくなる。
【０００８】
特許文献２には電流が集中する極柱近傍ではストラップの断面積を大きく、極柱から離れるにしたがって、ストラップの断面積をより小さくする構造が提案されている。
【０００９】
この特許文献２では、ストラップのより極柱に近接した部分の断面積を確保することによって、ストラップの断面積当りの電流をストラップ部位間でより均一化してストラップの軽量化と異常発熱の抑制効果を得るものである。
【特許文献１】特開平８−２５５６０８号公報
【特許文献２】特開２０００−１７３５７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところが、特許文献２では、ストラップには極柱が設けられ、極柱が電池端子に接続された鉛蓄電池に関するものである。
【００１１】
特許文献２で示されたストラップ形状を、複数の互いに隣接しあう極板群が、セル室の隔壁に設けた透孔を介して接続した構造の鉛蓄電池に適用した場合、従来の直方体形状のストラップに比較して、ストラップの電気抵抗がより低くなる。その結果、セル間接続部を流れる電流が大きくなることによってセル間接続部が異常発熱し、隔壁が熱変形し、さらには透孔とセル間接続部の密閉性が損なわれる場合があった。
【００１２】
本発明は、複数の極板群間をセル室隔壁に設けた透孔を介して接続する鉛蓄電池において、ストラップ本体の低抵抗化と軽量化を図りつつ、セル間接続部における異常発熱を抑制することによって高信頼性のセル間接続部を有した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】
【００１３】
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、複数枚の同極性極板の耳部が、純鉛もしくは鉛合金で形成された板状のストラップで集合溶接されてなる極板群を有し、この極板群の複数が隔壁によって区画されたセル室内に収納され、前記ストラップの一端にセル間接続のための接続体が立設され、互いに隣接しあう極板群に設けた前記接続体が前記隔壁に設けた透孔を介して接続されたセル間接続部を有した鉛蓄電池であって、前記接続体に最も近接した前記耳部位置でのストラップ幅をＡ、前記接続体から最も離間した前記耳部位置でのストラップ幅をＢとしたときに、Ａ＞Ｂであって、かつ前記セル間接続部の幅方向の長さ寸法Ｃを前記Ｂよりも長くしたことを特徴とする鉛蓄電池を示すものである。
【００１４】
さらに本発明の請求項２に係る発明は、請求項１の鉛蓄電池において、ストラップは、その厚みを概略一定に形成したものである。
【００１５】
さらに、本発明の請求項３に係る発明は、請求項１もしくは請求項２の鉛蓄電池において、前記長さ寸法Ｃを前記セル間接続部の高さ方向の寸法Ｄよりも大きくしたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
前記した構成を有した鉛蓄電池は、ストラップ本体の低抵抗化と軽量化を図りつつ、セル間接続部における異常発熱を抑制することによってセル間接続部の信頼性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の鉛蓄電池の構成を図面を用いて説明する。
【００１８】
本発明の鉛蓄電池１０１は複数枚の同極性の極板１０２，１０２´の耳部１０３，１０３´が純鉛もしくは鉛合金で形成された板状のストラップ１０４，１０４´で集合溶接されてなる極板群１０５を有している。なお、図１では、極板群１０５を構成する正極および負極のいずれか一方の極性の極板のみ示し、他方の極性の極板およびセパレータは省略している。
【００１９】
複数の極板群１０５は電槽１０６内に隔壁１０７によって区画されたセル室１０８内に収納され、ストラップ１０４，１０４´の一端にセル間接続のための接続体１０９，１０９´が立設され、互いに隣接しあう極板群１０５に設けた接続体１０９，１０９´が隔壁１０７に設けた透孔１１０を介してセル間接続部１１１が形成される。
【００２０】
図２に示したように、本発明の鉛蓄電池では、接続体１０９（１０９´）に最も近接した耳部１０３（１０３´）位置でのストラップ１０４（１０４´）の幅寸法をＡ、接続体１０９（１０９´）から最も離間した耳部１０３（１０３´）位置でのストラップ１０４（１０４´）幅をＢとしたときに、Ａ＞Ｂとし、かつセル間接続部１１１の幅方向の長さ寸法Ｃをストラップ幅Ｂよりも長くする。なお、図２ではＡ寸法、Ｂ寸法およびＣ寸法を一方のストラップ１０４にのみ表示しているが、他方のストラップ１０４´においても同様な位置に上記の各寸法が設定される。
【００２１】
なお、ストラップ１０４（１０４´）の厚みは鋳型からの型離れを考慮して形成する抜きテーパを除き、概略一定とする。なお、耳部１０３（１０３´）とストラップ１０４（１０４´）との溶接性および溶接性の観点より、寸法Ｂは少なくとも耳部１０３（１０３´）の幅寸法Ｂ´よりも大とする。したがって、寸法Ｃも耳部の幅寸法Ｂ´より大となる。寸法Ｂを耳部の幅寸法Ｂ´以下とした場合、ストラップの側面に耳部が露出し、完全に耳部をストラップ部で覆うことが困難となり、この部分に隙間が発生して溶接性が低下したり、この隙間によってストラップの機械的強度が極端に低下するため好ましくない。
【００２２】
ストラップ１０４（１０４´）の長手方向の断面積が接続体１０９（１０９´）を有する一端から他方の一端に向かって小さくなる。複数の耳部１０３（１０３´）からほぼ同じ電流が流れてストラップ１０４（１０４´）の接続体１０９（１０９´）側で電流が集中するが、断面積が大きくなることによって抵抗が低減するため、この部分での発熱を抑制し、溶断し難いストラップ構造となる。
【００２３】
本発明では、特に、セル間接続部１１１の幅方向の長さ寸法Ｃを接続体１０９（１０９´）から最も離間した耳部１０３（１０３´）でのストラップ１０４（１０４´）の幅寸法Ｂよりも長くすることによって、セル間接続部１１１での発熱を抑制し、この部分の溶断や発熱による隔壁１０７の変形、さらにはこの変形によるセル間接続部１１１と隔壁１０７との密閉性の低下を抑制でき、信頼性にすぐれたセル間接続部が形成できる。なお、接続体同士の接続は従来から知られている抵抗溶接やプラズマ溶接法によって行えばよい。
【００２４】
本発明では、ストラップの幅寸法Ｂよりもセル間接続部の幅寸法Ｃを大きく確保することをより、セル間接続部１１１の電流密度の部分的な上昇が抑制でき、この部分での発熱を抑制することができる。図３に示したストラップ３０１のように、セル間接続部３０２の幅寸法Ｃをストラップの幅寸法Ｂよりも小さくした場合には、セル間接続部３０２のストラップ３０１に近接した下縁部３０３が熱変形を受け、ここでの密閉性が損なわれるため避けるべきである。
【００２５】
また、本発明では、セル間接続部１１１の幅方向の長さ寸法をストラップの幅寸法Ｂよりも大きく設定すればよいため、例えば、図４に示すように、セル間接続部１１１の幅方向の長さ寸法Ｃをストラップの幅寸法Ｂよりも大きく設定した上で、長さ寸法Ｃをセル間接続部１１１の高さ方向の寸法Ｄよりも大きくすれば、接続体１０９（１０９´）の高さ寸法を抑制できるため、電池の小型化に有効である。また、セル間接続部１１１の中心Ｐの位置をストラップ１０４（１０４´）のＢ寸法の範囲内、好ましくは耳部１０３の幅寸法Ｂ´の範囲内、さらに好ましくは、耳部１０３の幅寸法Ｂ´の中心に中心Ｐが位置するよう設定することにより、耳部１０３からセル間接続部１１１にかけての電流経路が短縮できるため、ストラップ１０４（１０４´）および接続体１０９（１０９´）での発熱が抑制される。
【００２６】
さらに、図２に示したストラップ１０４（１０４´）は台形形状を有しているが、ストラップ長手方向の辺を直線ではなく、曲線としてもよい。また、図２に示したようなストラップ１０４に代えて、図５に示したような側面に屈曲部５０１を設けたストラップ５０２（５０２´）としてもよい。この場合にはストラップの使用鉛量が減少できるため、電池の軽量化に有効であるが、屈曲部５０１に応力が集中するため、振動等の使用環境に留意すべきである。
【実施例】
【００２７】
本発明例および比較例による１２Ｖ５５Ａｈの鉛蓄電池を作成し、２７５Ａ放電時の５秒目電圧測定と、１０００Ａ（終止電圧８．４Ｖ）放電後のセル間接続部−隔壁間の気密試験を行った。
【００２８】
（１）本発明例の電池１
本発明例の電池１は図２に示した台形形状のストラップ１０４（１０４´）を有し、寸法Ａを２４．０ｍｍ、寸法Ｂを１３．２ｍｍ、寸法Ｃを１７．０ｍｍとした電池である。なお、ストラップ１０４の長さは５９．０ｍｍ、厚みは５．０ｍｍである。なお、セル間接続部は長径１７．０ｍｍ、短径１２．０ｍｍの横長の楕円形とした。
【００２９】
（２）本発明例の電池１´
本発明例の電池１は図２に示した台形形状のストラップ１０４（１０４´）を有し、寸法Ａを２４．０ｍｍ、寸法Ｂを１３．２ｍｍ、寸法Ｃを１７．０ｍｍとした電池である。なお、ストラップ１０４の長さは５９．０ｍｍ、厚みは５．０ｍｍである。なお、セル間接続部は直径１７．０ｍｍの円形とした。
【００３０】
（３）本発明例の電池２
本発明例の電池２は図５に示した屈曲部５０１を有したストラップ５０２（５０２´）を有し、寸法Ａを２４．０ｍｍ、寸法Ｂを１３．２ｍｍ、寸法Ｃを１７．０ｍｍとした電池である。なお、ストラップ５０２の長さは５９．０ｍｍ、厚みは５．０ｍｍである。屈曲部５０１はストラップ５０２の長さ寸法の中点部とした。なお、セル間接続部は直径１７．０ｍｍの円形とした。
【００３１】
（４）比較例の電池３
比較例の電池３は本発明例の電池１のストラップ１０４（１０４´）の各部寸法を変更した電池である。寸法Ａを２４．０ｍｍおよび寸法Ｂの１３．２ｍｍは本発明例の電池１と変わりはないが、寸法Ｃを１２．０ｍｍとした。なお、ストラップの長さ、厚みはそれぞれ５９．０ｍｍ、５．０ｍｍである。なお、セル間接続部は直径１２．０ｍｍの円形とした。
【００３２】
（５）比較例の電池３´
比較例の電池３は本発明例の電池１のストラップ１０４（１０４´）の各部寸法を変更した電池である。寸法Ａを２４．０ｍｍおよび寸法Ｂの１３．２ｍｍは本発明例の電池１と変わりはないが、寸法Ｃを１２．０ｍｍとした。なお、ストラップの長さ、厚みはそれぞれ５９．０ｍｍ、５．０ｍｍである。なお、セル間接続部は短径１２．０ｍｍ、長径１７．０ｍｍの縦長の楕円形とした。
【００３３】
（６）比較例の電池４
比較例の電池４は、図６に示した直方体形状のストラップ６０１（６０１´）を有し、寸法Ａを１３．２ｍｍ、寸法Ｂを１３．２ｍｍ、寸法Ｃを１２．０ｍｍとしたものである。なお、ストラップの長さ、厚みはそれぞれ５９．０ｍｍ、５．０ｍｍである。なお、セル間接続部は直径１２．０ｍｍの円形とした。
【００３４】
（７）比較例の電池５
比較例の電池５は、図６に示した直方体形状のストラップ６０１（６０１´）を有し、寸法Ａを１３．２ｍｍ、寸法Ｂを１３．２ｍｍ、寸法Ｃを１７．０ｍｍとしたものである。なお、ストラップの長さ、厚みはそれぞれ５９．０ｍｍ、５．０ｍｍである。なお、セル間接続部は直径１７．０ｍｍの円形とした。
【００３５】
上記の各電池の正極板および負極板の耳部の厚みは０．８ｍｍ、幅は１０．０ｍｍである。なお、寸法Ａは接続体に最も近接した耳部の接続体側面でのストラップ幅寸法であり、寸法Ｂは接続体から最も離間した耳部の接続体とは反対側の側面でのストラップ幅寸法である。また、各電池のセル間接続部の中心は耳部の幅方向の中心と一致させた。さらに、すべの電池は極間距離及び群圧による影響を排除するため、正・負極板及びセパレータの仕様を同一にした。また、接続体同士の溶接は抵抗溶接によって行った。これら各電池の構成を表１に示す。
【００３６】
【表１】
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【００３７】
上記に示した各電池の２７５Ａ放電（２５℃）における３０秒目電圧の結果を表２に示す。
【００３８】
【表２】
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【００３９】
表２の結果から明らかなように、優れた放電電圧特性を得る上で、寸法Ａ＞寸法Ｂ、かつ寸法Ｃ＞寸法Ｂとすることが極めて有効であることがわかる。また、電池１と電池１´との比較すると、電池１´は電池１に比較してセル間接続部の断面積がより大きいにも関わらず、電圧特性にはあまり影響しない。また、電池１と電池３´はセル間接続部の断面積は同一であるが、電池１は電池３´に比較して顕著に優れた電圧特性を有する。これらのことから、セル間接続部の幅方向（横方向）の寸法が電圧特性に顕著に影響することがわかる。
【００４０】
したがって、同一のセル間接続部断面積であれば、横長形状とすることにより、より優れた電圧特性が得られる。また、横長形状とすることにより、電池をより低型化できるため、電池小型化の面でも好ましい。
【００４１】
次に、表１に示した各電池を、１０００Ａ（１８．２ＣＡ）の高率電流で８．４Ｖまで放電を行った。その後、電池を分解して、セル間接続部と隔壁の気密性の評価を行った。評価方法としては、隔壁を介して接続された２つの極板群を隔壁ごと電池より取り出し、ストラップから極板を取り外してサンプルを作成する。
【００４２】
そして、一方のストラップを覆い、かつ隔壁と密着する気密室を取り付け、気密室の内部を加圧した。気密室の内圧をモニターし、時間とともに内圧が低下する場合はセル間接続部と隔壁との気密性が損なわれていることがわかる。一方、時間とともに内圧が変化しない場合は、気密性が維持されていることがわかる。
【００４３】
上記の放電後の気密試験の結果、本発明例の電池１、電池１´および電池２では、セル間接続部と隔壁との気密性が維持されていた。一方、比較例の電池３および４ではセル間接続部に溶融痕が認められ、セル間接続部と隔壁との気密性が損なわれていた。一方、比較例の電池３´および電池５では、セル間接続部には溶融痕は認められず、外観上も異常が認められなかったが、セル間接続部と接触した隔壁に一部溶融した痕跡があり、この部分で気密性が損なわれていた。
【００４４】
以上のことから、セル間接続部の発熱によるセル間接続部−隔壁間の気密性低下を抑制するために、本発明の構成が極めて有効であることがわかる。
【００４５】
つぎに、表１に示した各電池について耐振性試験を実施した。加振条件は、市場での振動特性を反映したランダム加振で、２乗平均加速度が３．２Ｇ、加振時間は３軸各２時間、合計６時間を設定した。なお、６時間の加振時間は車両用電池の場合、約１６万ｋｍの走行に相当する。本発明例の電池１、電池１´および電池２と、比較例の電池３´および電池５は、３軸各２時間、合計６時間のランダム加振を加えてもストラップ及び接続体同士の溶接部分での断線は認められなかった。
【００４６】
さらに、本発明例の電池に延長して振動を加えたところ、本発明の電池２では７時間５０分でストラップの屈曲部にクラックが発生したが、本発明例の電池１および１´ではストラップにクラックは認められなかった。一方、比較例の電池３および電池４では、１時間の加振でセル間接続部に断線が発生した。
【００４７】
上記のことから、本発明では、耐振動性に優れたセル間接続部とストラップを得ることができることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明の鉛蓄電池は、電圧特性に優れ、大電流放電や振動に対し、優れたセル間接続部の信頼性を有していることから、電動車両を含む、車両用の鉛蓄電池に特に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の鉛蓄電池の一部を示す図
【図２】本発明の鉛蓄電池の要部を示す図
【図３】従来の鉛蓄電池のセル間接続部を示す図
【図４】本発明の鉛蓄電池のセル間接続部を示す図
【図５】本発明の鉛蓄電池の要部を示す図
【図６】比較例の鉛蓄電池の要部を示す図
【符号の説明】
【００５０】
１０１  鉛蓄電池
１０２，１０２´  極板
１０３，１０３´  耳部
１０４，１０４´  ストラップ
１０５  極板群
１０６  電槽
１０７  隔壁
１０８  セル室
１０９，１０９´  接続体
１１０  透孔
１１１  セル間接続部
３０１  ストラップ
３０２  セル間接続部
３０３  下縁部
５０１  屈曲部
５０２，５０２´  ストラップ
６０１，６０１´  ストラップ
６０２  セル間接続部
【図１】
2007059171.tif 000005
【図２】
2007059171.tif 000006
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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