(57)【要約】【課題】内部で引火などの不具合が発生した時に、周辺に悪影響を及ぼす破損を防ぎつつ、使用者が再使用できないようにしてさらなる重篤な事態も防げる、安全性が高い鉛蓄電池を提供する。【解決手段】隔壁により複数のセル室に分けられかつ開口部を有する電槽の各セル室に、セパレータを介して正極と負極とを対峙させた極板群を収納し、この極板群の上部に衝撃分散部材が配置されるようにし、電槽の開口部と蓋とを接合した鉛蓄電池であって、蓋の内側上面と衝撃分散部材との間で構成される空間部分の体積Ｖ１を、衝撃分散部材と前記極板群との間で構成される空間部分の体積Ｖ２より小さくし、隔壁の肉厚αを１．２〜２．０ｍｍとし、隔壁の肉厚αと電槽の外壁の肉厚βとの比β／αを２．５〜３．５としたことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
隔壁により複数のセル室に分けられかつ開口部を有する電槽の各セル室に、セパレータを介して正極と負極とを対峙させた極板群を収納して、この極板群の上部に衝撃分散部材が配置されるようにして、電槽の開口部と蓋とを接合した鉛蓄電池であって、
前記蓋の内側上面と前記衝撃分散部材との間で構成される空間部分の体積Ｖ１を、前記衝撃分散部材と前記極板群との間で構成される空間部分の体積Ｖ２より小さくし、
前記隔壁の肉厚αを１．２〜２．０ｍｍとし、
前記隔壁の肉厚αと前記電槽の外壁の肉厚βとの比β／αを２．５〜３．５としたことを特徴とする鉛蓄電池。
【請求項２】
前記隔壁の肉厚αを１．４〜１．８ｍｍとし、
前記隔壁の肉厚αと前記電槽の外壁の肉厚βとの比β／αを２．８〜３．２としたことを特徴とする、請求項１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】
自動車のセルスタータや無停電電源装置、及び太陽光発電システムの蓄電部として実用化されている鉛蓄電池は、充電反応のロスとして電解液である希硫酸中の水が電気分解され、水素ガス及び酸素ガスが発生する。これらガスの発生量が少ないうちは、蓋に設けられた液口栓のガス排出口などから大気中に放出されていく。しかし満充電直後では、セパレータを介して正極と負極とを対峙させた極板群の上方の空間部分にこれらのガスが相当量滞留しているため、電池の内外部で火花等の発火源があればこれら電池内部のガスに引火し、温度上昇を伴って電池内部の圧力が上昇することで、鉛蓄電池が不定形に変形して破損する可能性がある。
【０００３】
満充電後の鉛蓄電池を破損に至らしめる威力は、空間部分の体積に比例すると考えられるので、特に電解液面の管理が必要な大型の鉛蓄電池で補水メンテナンスを怠った場合、上述した破損は重篤になると考えられる。特に蓋や電槽の外壁が飛散するような破損は、破損した部品自身や電解液（硫酸）の流出によって隣接するアプリケーション（自動車や各システム）や使用者に悪影響を及ぼすので、回避する必要がある。
【０００４】
このような破損を防ぐ方法として、電槽の外壁の肉厚を大きくすることは有効であると考えられる。特許文献１には、電槽の隔壁（複数のセル室に分けるための仕切板）の肉厚が１ｍｍ以下でかつ電槽の外壁の肉厚が隔壁の３倍以上であるシール型鉛蓄電池が記載されている。この記載に基づいて、薄い隔壁を用いつつ外壁の肉厚を大きくすれば、破損を防ぎつつ特性バランスが取れた鉛蓄電池を提供できるものと考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実開昭６０−３７１６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら特許文献１の記載に基づいて、電槽の外壁の肉厚のみを大きくしたり、無作為に隔壁の肉厚を設定すれば、蓋や外壁が不定形に破損したり、鉛蓄電池の破損に気付かずに再使用しようとしてさらなる重篤な事態を招くことがわかってきた。
【０００７】
本発明は上述した課題を解決するものであって、鉛蓄電池の内部で引火などの不具合が発生した時に、周辺に悪影響を及ぼす破損を防ぎつつ、使用者が再使用できないようにしてさらなる重篤な事態が起こることをも防げる、安全性が高い鉛蓄電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決するために、本発明の請求項１に記載の発明は、隔壁により複数のセル室に分けられかつ開口部を有する電槽の各セル室に、セパレータを介して正極と負極とを対峙させた極板群を収納して、この極板群の上部に衝撃分散部材が配置されるようにして、電槽の開口部と蓋とを接合した鉛蓄電池であって、蓋の内側上面と衝撃分散部材との間で構成される空間部分の体積Ｖ１を、衝撃分散部材と極板群との間で構成される空間部分の体積Ｖ２より小さくし、隔壁の肉厚αを１．２〜２．０ｍｍとし、隔壁の肉厚αと電槽の外壁の肉厚βとの比β／αを２．５〜３．５としたことを特徴とする。
【０００９】
本発明の請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、隔壁の肉厚αを１．４〜１．８ｍｍとし、隔壁の肉厚αと電槽の外壁の肉厚βとの比β／αを２．８〜３．２としたことを特徴とする。
【００１０】
発明者らが鋭意検討した結果、電池内部のガスに引火した時の威力は、着火源を中心に同心球状に伝播するため、最も早く威力が伝播する部位の負担を軽減することが効果的であることがわかった。例えば５つの隔壁によって６つのセル室を設けた鉛蓄電池において、中央のセル室（３または４セル目）に滞留したガスに引火した場合、威力が蓋や隔壁に最も早く伝播することで、この部分が不定形に破損し、隣のセル室に伝播する。この繰り返しによって最終的には威力が外壁にまで伝わり、飛散に至る。これらの知見から特許文献１のように極端に薄い隔壁を採用した場合、引火の威力が蓋や外壁に伝わるため、破損して飛散に至る。そこで極板群の上部に衝撃分散部材を設けるとともに、蓋の内側上面と衝撃分散部材との間で構成される空間部分の体積Ｖ１を衝撃分散部材と極板群との間で構成される空間部分の体積Ｖ２より小さくし、衝撃分散部材と極板群との間で構成される空間部分をガス溜まりとした上でこの直上に衝撃分散部材を配置することで、蓋や隔壁に伝播する威力を緩和できる。
【００１１】
同時に本発明者らは、上述した設定において極端に厚い隔壁を採用した場合、引火の威力が十分に全セルに伝わらないため、別の重篤な事態を招くことを知見した。具体的には、引火の威力によって隣接するセルどうしが電解液を通した短絡（液絡）を起こすことにより、鉛蓄電池の電圧は低下する。液絡が十分であれば、アプリケーションが正常に作動しなくなることで使用者が異常に気付き、鉛蓄電池自体が交換される。ここで液絡が不十分でアプリケーションが作動してしまった場合、充電装置（例えば自動車のオルタネータ）が、液絡によって最高到達電圧が充電終始電圧未満に低下した鉛蓄電池への送電を継続することで比較的高いレートでの過充電反応が誘発され、結局は鉛蓄電池が破損する。
【００１２】
以上のことから、極板群の上部に衝撃分散部材を設け、かつ隔壁に適度な肉厚を持たせ、さらに電槽の外壁にも引火時の飛散を防ぐだけの十分な肉厚を持たせる必要があることがわかる。本発明は上述した複数の知見を活用することで、電池の内部に滞留したガスに引火した場合に、蓋や外壁の飛散を起こさず、かつ隔壁の破損により液絡させて電池としての機能を失わせる（再度引火する可能性をなくす）ことができるので、安全な鉛蓄電池を提供できる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に基づいて、極板群の上部に衝撃分散部材を設け、かつ隔壁の肉厚及びこれと電槽の外壁の肉厚との比を最適化することにより、電池の内部に滞留したガスに引火した場合でも、蓋や外壁の飛散などによる重篤な不具合を回避し、かつ十分に液絡させることで電池としての機能を失わせることができる（再度引火する可能性がない）、安全な鉛蓄電池が供給できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の鉛蓄電池の部分カット斜視図
【図２】本発明の鉛蓄電池における断面図
【図３】本発明の鉛蓄電池における電槽の上面カット図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の鉛蓄電池は、隔壁により複数のセル室に分けられかつ開口部を有する電槽の各セル室に、セパレータを介して正極と負極とを対峙させた極板群を収納して、この極板群の上部に衝撃分散部材（体積Ｖ３）が配置されるようにして、電槽の開口部と蓋とを接合した鉛蓄電池であって、蓋の内側上面と衝撃分散部材との間で構成される空間部分の体積Ｖ１を、衝撃分散部材と極板群との間で構成される空間部分の体積Ｖ２より小さくし、隔壁の肉厚αを１．２〜２．０ｍｍとし、隔壁の肉厚αと電槽の外壁の肉厚βとの比β／αを２．５〜３．５としたことを特徴とする。以下、図を用いて本発明を実施するための形態について詳述する。
【００１６】
図１は本発明の鉛蓄電池（一例としてＪＩＳ  Ｄ５３０１始動用鉛蓄電池に規定された４６Ｂ２４）を長側面方向にカットして内部を示した模式的な斜視図であり、図２は本発明の鉛蓄電池を長側面方向にカットして内部を示した断面図である。また図３は本発明の鉛蓄電池の電槽の上面カット図である。隔壁１ｂにより複数のセル室１ａに分けられかつ開口部を有した、略直方体で樹脂製の電槽１の各セル室１ａに、セパレータ４を介して正極２と負極３とを対峙させた極板群５と電解液６（図示せず）とが収納されている。電解液６は電槽１の液面線（過充電や過振動などによる液溢れを回避するための電解液面の上限線と、鉛部品や極板群などの腐食を回避するための電解液面の下限線とからなる）の範疇に納まるよう、定期的な補水メンテナンスにより管理される。電槽１の開口部は液口栓７を有した矩形板状で樹脂製の蓋８によって覆われ、接合されている。正極２及び負極３には、それぞれ同極性の極板同士を集電するための正極ストラップ９及び負極ストラップ１０が接続されている。さらに隣り合うセル室の正極ストラップ９と負極ストラップ１０とが接続体１１と溶接され、両端のセル室の正極ストラップ９及び負極ストラップ１０がそれぞれ正極端子１２と負極端子１３との間の電気的接続を行うための極柱１４（図１では、正極側の極柱のみを示している）に接続されることで、セル室の数に応じた直列構成を採っている。そして極板群５の上部には、衝撃分散部材１５が配置されている。蓋８には電解液６を補液するための複数の孔（液口）が一列に設けられ、その孔は液口栓７で封口されている。また液口栓７には、電池内部から発生したガスを外部に排出するためのガス排気口（図示せず）が設けられている。
【００１７】
本発明の鉛蓄電池は、蓋の内側上面と衝撃分散部材との間で構成される空間部分の体積Ｖ１を、衝撃分散部材と極板群との間で構成される空間部分の体積Ｖ２より小さくし、隔壁１ｂの肉厚を１．２〜２．０ｍｍとし、隔壁１ｂの肉厚αと電槽の外壁の肉厚βとの比β／αを２．５〜３．５としたことを特徴とする。
【００１８】
体積Ｖ１が体積Ｖ２と同等以上の場合、衝撃分散部材と極板群との間で構成される空間部分をガス溜まりとし難くなり、蓋の内側上面と衝撃分散部材との間で引火してしまうため、蓋や隔壁に伝播する威力を緩和し難くなる。
【００１９】
隔壁１ｂの肉厚αが１．２ｍｍ未満の場合、隣接したセルとの間の液絡は十分であるが、セル間接続不良が発生する可能性がある。
【００２０】
隔壁１ｂの肉厚αが２．０ｍｍを超える場合、滞留したガスに引火した際の威力によって隔壁１ｂが破壊し難くなるため、隣接したセルとの間の液絡が不十分となる。この場合、アプリケーションが作動するために過充電されてガスが滞留し、再度引火する（結果的に外壁１ｃが破損する）可能性がある。
【００２１】
比β／αが２．５未満の場合、隔壁１ｂの肉厚が十分であっても外壁１ｃの肉厚βが不十分なため、滞留したガスに引火した際の威力によって外壁１ｃが破損する可能性がある。
【００２２】
比β／αが３．５を超える場合、セル室１ａが狭くなるために所定の容量に設計された極板群５をセル室１ａに収納し難くなる。
【００２３】
なお隔壁１ｂの肉厚αが１．４〜１．８ｍｍであり、かつ隔壁１ｂの肉厚αと電槽の外壁の肉厚βとの比β／αが２．８〜３．２であれば、上述した効果（外壁１ｃの耐破壊性、液絡による効果的な電圧降下、及び極板群５の収納性）がより高まるので好ましい。
【００２４】
なお図１及び２では蓋８に液口栓７が設けられた鉛蓄電池を挙げたが、このタイプは電解液６が豊富なため、制御弁式鉛蓄電池の中でも電解液６の殆どを極板群５に浸み込ませるタイプと比較して、液絡による効果的な電圧降下が起こりやすいので、より好ましい態様といえる。
【００２５】
ここで電槽１及び蓋８に用いる樹脂としては、やポリプロピレン（ＰＰ）やアクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合合成樹脂（ＡＢＳ）などが挙げられる。また正極２及び負極３は、金属鉛や鉛酸化物などの混合粉を、鉛に種々の金属を添加した鉛合金からなる格子に充填して構成される。さらに正極ストラップ９及び負極ストラップ１０には、鉛に種々の金属などを添加した鉛合金を用いることができる。また衝撃分散部材としては、クロロプレン（ＣＲ）、エチレン−プロピレンゴム共重合体（ＥＰＭ）あるいはエチレン−プロピレン−ジエンゴム三元共重合体（ＥＰＤＭ）などの弾性ゴム体を用いることができる。
【実施例】
【００２６】
上述した構成条件に沿って、ＪＩＳ  Ｄ５３０１始動用鉛蓄電池に規定された４６Ｂ２４を製作した。具体的には、隔壁１ｂの肉厚αを１．０〜２．２ｍｍとし、外壁１ｃの肉厚βを種々変化させることで比β／αを２．２〜３．７としたＰＰ製の電槽１の各セル室１ａに、正極ストラップ９、負極ストラップ１０、鉛合金製の極柱１４及び接続体１１などを備えた極板群５を挿入した。次いで上部方向に向かって凸形状のテーパ構造を有する鉛合金製の正極端子１２と負極端子１３とを備えた蓋８の内側上面に、ＥＰＤＭ（単独発泡スポンジ）からなる厚さ５ｍｍの衝撃分散部材１５（体積Ｖ３は１５ｍｌ）を物理的かしめによって当接させた（体積Ｖ１は０ｍｌ）。そして熱板に当てて部分的に溶融させた蓋８と電槽１の開口部とを１０秒／個のタクトで溶着させ、衝撃分散部材１５の側面を蓋８の内側面と対峙させた。なお衝撃分散部材１５と極板群５との間で構成される空間部分の体積Ｖ２は１６５ｍｌとなる。最後に正極端子１２と負極端子１３とをそれぞれ極柱１４と溶接接続し、希硫酸からなる電解液６を各セル室１ａに注入することで、ＪＩＳ  Ｄ５３０１始動用鉛蓄電池に規定された４６Ｂ２４（防爆のために液口栓７の内部に多孔質フィルタを配置）である鉛蓄電池Ａ１〜１３を作製した。
【００２７】
一方、衝撃分散部材１５の設置高さを種々変化させることで、体積Ｖ１と体積Ｖ２との関係を変化させたこと以外は、鉛蓄電池Ａ５と同様にして鉛蓄電池Ｂ１〜３を作製した。なお、衝撃分散部材１５の一部を蓋８及び電槽１と接着させることにより、衝撃分散部材１５を固定した。
【００２８】
さらに、衝撃分散部材１５を取り外したこと以外は、鉛蓄電池Ａ５と同様にして鉛蓄電池Ｃを作製した。
【００２９】
以上の電池を各２０個準備し、電解液面の高さが液面線の下限から更に１０ｍｍ下になるようにした上で満充電状態から６Ａ×１時間（電池内部の空気が発生したガスと完全に入れ替わる計算的理論値）以上の充電を行い、温度２５℃・湿度５０ＲＨ％の環境下で、３０ｋＶ（人体に帯電する静電気は約１０ｋＶなので非常に高い数値）の静電気を印加した。なお静電気は、電池中央に位置するセル室１ａの液口栓７のガス排気口から上側５ｍｍの場所に静電気発生装置を設置して気中放電するという、放電火花が電池内部に入りやすい条件で印加した。ここで中央のセル室１ａに静電気を印加することで、セル室１ａ間の伝播が起こりやすく、端のセル室１ａに印加するよりも威力が大きくなる。また各々の電池は静電気印加中も６Ａで充電を継続することで、水素ガス及び酸素ガスが連続的に発生して滞留しやすい（印加による破損が起こりやすい）条件とした。そして一部の電池については、実車試験（約１年間、普通乗用車にて１００００〜１５０００ｋｍ走行）を行った後で、上述した評価を行った。実車試験品は試験中に振動や熱など各種の負荷が掛かり、電槽１及びその溶着部などが劣化しやすくなるため、よりシビアな評価となる。以上の電池の構成条件と、試験後の隔壁１ｂの破損割合（試験に供した電池の個数をｍ、破損した隔壁１ｂの枚数をｎとして、ｎ／５ｍ×１００（％））、引火後４８時間放置した時の電圧（試験に供した電池の平均値）、蓋８及び外壁１ｃの飛散の有無を（表１）に示す。
【００３０】
【表１】
2012119203.tif 000003
【００３１】
（表１）から明らかなように、隔壁１ｂの肉厚が１．２〜２．０ｍｍであって、かつ比β／αが２．５〜３．５である鉛蓄電池Ａ１〜９では、電槽１及びその溶着部が劣化していない初期状態であっても、隔壁１ｂの破損が発生し、電圧降下によって電池としての機能を失わせられることがわかる。ここで同一の隔壁１ｂにおいて、比β／αが大きくなる（外壁１ｃの肉厚が厚くなる）につれ、より外壁１ｃは破損しにくくなるため、隔壁１ｂに加わる威力が増大し、隔壁１ｂが破損しやすいことがわかる（Ａ１とＡ２、Ａ３とＡ４、Ａ６とＡ７、Ａ８とＡ９の比較）。比β／αが同じなら、隔壁１ｂが薄いほど効率的に破損している（Ａ１とＡ８、Ａ２とＡ９、Ａ３とＡ６、Ａ４とＡ７の比較）。
【００３２】
ここで隔壁１ｂが比較的薄い１．２ｍｍの鉛蓄電池Ａ１、Ａ２に関しては、蓋８や外壁１ｃの飛散はなかったものの、ひびが確認された。また隔壁１ｂが比較的厚い２．０ｍｍの鉛蓄電池Ａ８、Ａ９に関しては、自動車のエンジンを始動させ得る電圧ではない（電池としての機能を失っている）ものの、４８時間放置後の電圧が比較的高い値を示した。以上のことから、隔壁１ｂの肉厚が１．４〜１．８ｍｍであって、かつ比β／αが２．８〜３．２である本発明の鉛蓄電池Ａ３〜７の評価結果が特に優秀であることがわかる。
【００３３】
さらに実車試験後の電圧が初期状態に比べて低くなっているのは、試験中に振動や熱など各種の負荷が掛かることで電槽１及びその溶着部が劣化して隔壁１ｂが破損しやすくなった（液絡が起こりやすくなった）ためと推定される。
【００３４】
一方、鉛蓄電池Ａ１０〜１３は、以下に示す不具合が見られた。
【００３５】
鉛蓄電池Ａ１０は、液絡の結果はＡ１〜９と遜色ないものの、外壁１ｃに大きなひびが確認され、硫酸が漏れていた。また隔壁１ｂが薄いために２０個準備したうちの５個が、セル間接続不良により評価に適さない仕上がりとなった。
【００３６】
鉛蓄電池Ａ１１は、試験後に自動車のエンジンを始動させ得る電圧を示した。この理由は、隔壁１ｂが厚いためにほぼ破損せず、液絡が不十分であったことが挙げられる。
【００３７】
鉛蓄電池Ａ１２は、液絡の結果としてはＡ１〜９と遜色ないものの、外壁１ｃに大きなひびが確認され、硫酸が漏れていた。
【００３８】
鉛蓄電池Ａ１３は、液絡の結果としては鉛蓄電池Ａ１〜９と遜色ないものの、２０個準備したうちの５個が、セル室１ａへの挿入不良（極板群５の破損）により評価に適さない仕上がりとなった。
【００３９】
また、体積Ｖ１が体積Ｖ２より小さい鉛蓄電池Ｂ１はＡ１〜９とほぼ同等の結果を示したものの、体積Ｖ１が体積Ｖ２と同じである鉛蓄電池Ｂ２と、体積Ｖ１が体積Ｖ２より大きい鉛蓄電池Ｂ３は、ともに電槽１の外壁１ｃや蓋８が破損して飛散する結果となった。この理由として、蓋８の内側上面と衝撃分散部材１５との間で引火したため、威力が直接外壁１ｃや蓋８に伝播したことが挙げられる。
【００４０】
さらに鉛蓄電池Ｃは、Ｂ２〜３よりも顕著に、外壁１ｃや蓋８が破損して飛散した。この理由としては、衝撃分散部材１５を有さないため、滞留したガスに引火した際の威力が直接外壁１ｃや蓋８に伝播したことが挙げられる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明の構成によれば、より高い安全性を有する鉛蓄電池を提供することができるので、工業上、極めて有効である。
【符号の説明】
【００４２】
１    電槽
１ａ  セル室
１ｂ  隔壁
１ｃ  外壁
２    正極
３    負極
４    セパレータ
５    極板群
６    電解液（図示せず）
７    液口栓
８    蓋
９    正極ストラップ
１０  負極ストラップ
１１  接続体
１２  正極端子
１３  負極端子
１４  極柱
１５  衝撃分散部材
【図１】
2012119203.tif 000004
【図２】
2012119203.tif 000005
【図３】
2012119203.tif 000006