(57)【要約】【課題】電池内部のガスに引火することで破損した場合でも、周囲に影響を及ぼさない安全な鉛蓄電池を提供することを目的とする。【解決手段】中仕切り板により複数のセル室に分けられかつ開口部を有した電槽の各セル室に、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、衝撃分散部材の側面全てを蓋の内側面と対峙させ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】
中仕切り板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、
前記衝撃分散部材の側面全てを、前記蓋の内壁面と対峙させたことを特徴とする鉛蓄電池。
【請求項２】
前記体積Ｖ１を４０ｍｌ以下としたことを特徴とする、請求項１記載の鉛蓄電池。
【請求項３】
前記体積Ｖ１を実質的にゼロとしたことを特徴とする、請求項２記載の鉛蓄電池。
【請求項４】
前記衝撃分散部材の体積Ｖ３を、前記体積Ｖ２より小さく、かつ前記体積Ｖ１より大きくしたことを特徴とする、請求項１記載の鉛蓄電池。
【請求項５】
前記衝撃分散部材として弾性ゴム体を用いたことを特徴とする、請求項１記載の鉛蓄電池。
【請求項６】
前記弾性ゴム体としてクロロプレン、エチレン−プロピレンゴム共重合体あるいはエチレン−プロピレン−ジエンゴム三元共重合体を用いたことを特徴とする、請求項５記載の鉛蓄電池。
【請求項７】
前記衝撃分散部材として単独発泡系あるいは連続発泡系のスポンジを用いたことを特徴とする、請求項１記載の鉛蓄電池。
【請求項８】
前記スポンジとしてエチレン−プロピレンゴム共重合体、エチレン−プロピレン−ジエンゴム三元共重合体、ポリエチレンあるいはポリプロピレンを用いたことを特徴とする、請求項７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、およ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応力は、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。
【０００４】
そこで空間部分の体積を実質的に減らすことで、電池内部のガスに引火した場合の破損を軽減する技術が多々示されている（例えば特許文献１、２および３）。例えば特許文献１では、隣り合う極板群どうしを接続する接続棚の上に発泡ポリエチレン製のスペーサ（好ましくは極板群上方の空間部分の体積に対し２５〜５０％）を設けることが示されている。また特許文献２では、極板群の上部に発泡ポリエチレンからなる消波体（好ましくは極板群上方の空間部分の体積に対し５０％以上）を設けることが示されている。さらに特許文献３では、極板群の上部をポリエチレンやポリオレフィンなどの多孔性圧縮可能プラスチック製の爆発減退材で満たすことが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６２−１７２６６１号公報
【特許文献２】特開平０５−０９４８１０号公報
【特許文献３】米国特許第５３５２５４５号明細書
【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および２の構成では、電池内部のガスに引火した場合に鉛蓄電池の外装部品（蓋や電槽）が不定形に破損し、外装部品の一部が周囲に飛散するため、破損そのものが軽減できていたとしても、周囲に与える影響は依然重篤なままであった。また特許文献３の構成では、補水メンテナンスが不要な（新品の）状態では電池内部のガスに引火しても外装部品の一部が周囲に飛散することはないが、爆発減退材そのものが妨げとなって補水メンテナンスの精度が低下するため、補水メンテナンスの回数重ねた状況で電池内部のガスに引火した場合、電解液の減少によって空間部分の体積が増えているために、破損の軽減には至らなかった。
【０００７】
特に自動車のセルスタータとして使用中の鉛蓄電池でこのような課題に直面した場合、自動車のボンネット内部の機器や、ボンネットを開放した運転者などに外装部品の破片が飛散して当たることになり、影響はより重篤となる。
【０００８】
本発明は上述した課題を解決するためのものであって、電池内部のガスに引火することで破損した場合でも、周囲に影響を及ぼさない安全な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】
【０００９】
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、中仕切り板により複数のセル室に分けられかつ開口部を有した電槽の各セル室に、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、衝撃分散部材の側面全てを蓋の内側面と対峙させたことを特徴とする。
【００１０】
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、体積Ｖ１を４０ｍｌ以下としたことを特徴とする。
【００１１】
本発明の請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、体積Ｖ１を実質的にゼロとしたことを特徴とする。
【００１２】
本発明の請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、衝撃分散部材の体積Ｖ３を、体積Ｖ２より小さくかつ体積Ｖ１より大きくしたことを特徴とする。
【００１３】
本発明の請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、衝撃分散部材として弾性ゴム体を用いたことを特徴とする。
【００１４】
本発明の請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、弾性ゴム体としてクロロプレン（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）を用いたことを特徴とする。
【００１５】
本発明の請求項７に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、衝撃分散部材として単独発泡系あるいは連続発泡系のスポンジを用いたことを特徴とする。
【００１６】
本発明の請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の発明において、スポンジとしてＥＰＭ、ＥＰＤＭ、ポリエチレン（ＰＥ）あるいはポリプロピレン（ＰＰ）を用いたことを特徴とする。
【００１７】
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ときの応力は、着火源を中心に同心球状に伝播するため、最も早く応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。例えば特許文献１ないし２のように、蓋の直下に比較的広い空間部分があればガス溜まりとなり、このガスに引火したときの応力が蓋や電槽の内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、周囲に飛散する。そこで極板群の上部に平板状の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、蓋や電槽の内壁に伝播する応力を緩和できる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明では蓋の内側上面の直下に最小の隙間で（あるいは隙間なく）衝撃分散部材を設置しているので、電池内部のガス溜まりを衝撃分散部材の下方とすることができ、電池内部のガスに引火した際の応力を効率よく衝撃分散部材に分散させることができる。その結果、鉛蓄電池の破損は蓋が内部の圧力を開放する程度に抑えられ、外装部品の破片が周囲に飛散することを防止できる。加えて衝撃分散部材の側面全てを蓋の内壁面と対峙させるように衝撃分散部材の寸法を適正化することで、電槽と蓋との接合（例えば、熱溶着）をスピーディかつ確実に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る鉛蓄電池の斜視図
【図２】本発明の第１実施形態に係る鉛蓄電池の断面図
【図３】本発明の第２実施形態に係る鉛蓄電池の断面図
【図４】衝撃分散部材の別の態様を示す要部断面図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の請求項１に記載の発明は、開口部を有した電槽の各セル室に、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、衝撃分散部材の側面全てを蓋の内側面と対峙させたことを特徴とする。
【００２１】
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。
【００２２】
（第１実施形態）
図１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模式的な斜視図であり、図２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断面図である。中仕切り板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および負極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および負極ストラップ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および負極ストラップ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。なお衝撃分散部材１５における液口栓７の直下に当たる部位には、補水時に電解液６が滞りなく極板群５へと落下できるための貫通孔が存在している。
【００２３】
本発明の請求項１に記載の発明は、蓋８の内側上面と衝撃分散部材１５との間で構成される空間部分の体積Ｖ１を、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より小さくし、かつ衝撃分散部材１５の側面全てを蓋８の内側面と対峙させたことを特徴とする。
【００２４】
なお本発明の請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、体積Ｖ１を４０ｍｌ以下としたことを特徴とする。体積Ｖ１を４０ｍｌ以下とすることで、鉛蓄電池のサイズにかかわらず、電池内部のガス溜まりを確実に衝撃分散部材１５の下部とすることができる。
【００２５】
本発明の請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、体積Ｖ１を実質的にゼロとしたことを特徴とする。本発明で言うところの「体積Ｖ１を実質的にゼロとした」とは、図１および２のように接着や熱溶着などで衝撃分散部材１５の上面全てを蓋８の内側上面に密接させた状態を指す。この形態は、請求項２に記載の発明における最良の形態である。
【００２６】
本発明の請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、衝撃分散部材１５の体積Ｖ３を、体積Ｖ２より小さくかつ体積Ｖ１より大きくしたことを特徴とする。体積Ｖ３を体積Ｖ２より小さくかつ体積Ｖ１より大きくすることで、衝撃吸収の効果を維持しつつ、急速充電を伴う補充電などにおいて電解液が押し上げられて液面が上昇した際にも、電池の内部から電解液が横溢することを防げる。
【００２７】
本発明の請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、衝撃分散部材１５として弾性ゴム体を用いたことを特徴とする。弾性ゴム体が衝撃分散部材１５であれば、着火源を中心に同心球状に伝播する応力は、衝撃分散部材１５の弾力によってより分散が進められ、蓋８へのダメージが和らげられる。
【００２８】
本発明の請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、弾性ゴム体としてＣＲ、ＥＰＭあるいはＥＰＤＭを用いたことを特徴とする。耐酸性に優れたこれらの材料で構成された衝撃分散部材１５は電解液（硫酸）への耐性が高いので、請求項６に記載の発明における最良の形態となり得る。
【００２９】
本発明の請求項７に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、衝撃分散部材１５として単独発泡系あるいは連続発泡系のスポンジを用いたことを特徴とする。スポンジが衝撃分散部材１５であれば、着火源を中心に同心球状に伝播する応力は、衝撃分散部材１５の空洞への吸収によってより分散が進められ、蓋８へのダメージが和らげられる。
【００３０】
本発明の請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の発明において、スポンジとしてＥＰＭ、ＥＰＤＭ、ＰＥあるいはＰＰを用いたことを特徴とする。耐酸性に優れたこれらの材料で構成された衝撃分散部材１５は電解液（硫酸）への耐性が高いので、請求項８に記載の発明における最良の形態となり得る。
【００３１】
電槽１や蓋８にはＰＰなどを材料として用いることができる。またここでは衝撃分散部材１５における液口栓７の直下に当たる部位に貫通孔がある場合を示したが、この貫通孔がない場合でも、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が十分に確保できているため、特許文献３のようにこの空間部分がない構成に比べて、遥かに補水メンテナンスの精度は高くなる。
【００３２】
（第２実施形態）
図３は別の形態の本発明の鉛蓄電池を長側面方向に切断カットさせて内部を示した断面図である。図１および２との相違点は、衝撃分散部材１５を蓋８の内側上面に密接させなかったこと（但し体積Ｖ３は体積Ｖ２より小さくかつ体積Ｖ１より大きい）である。この形態であっても、本発明の効果が十分に得られることは言うまでもない。
【実施例】
【００３３】
第１実施形態に示す電池内部構成と同等構成の電池を製作した。まず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および接続体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、種々の材質からなる厚さ５ｍｍまたは１５ｍｍの衝撃分散部材１５（体積Ｖ３は１５ｍｌまたは４５ｍｌ）を物理構造的かしめによって当接させた。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の側面全てを蓋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１５０〜１７０ｍｌ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）である電池Ａ１〜２２を作製した。
【００３４】
またＡ１２と同一仕様の電池に対して、衝撃分散部材１５の厚さを３０ｍｍ（体積Ｖ３は９０ｍｌ、Ｖ２は９０ｍｌ）として電池Ａ２３を構成した。
【００３５】
続いてＡ１２と同一仕様の電池に対して、図４のように、平坦部１５ａと、この平坦部１５ａの四周を囲むように上方に突出させた突出部１５ｂとからなる衝撃分散部材１５を用いた。ここで突出部１５ｂの突出高さを変えつつ蓋８の内側上面にこの突出部１５ｂを物理構造的かしめによって当接させることで、蓋８の内側上面と衝撃分散部材１５（平坦部１５ａの上面および突出部１５ｂの内側面）との間で構成される空間部分の体積Ｖ１をそれぞれ２０ｍｌ、４０ｍｌ、６０ｍｌおよび８０ｍｌとした。これに伴って衝撃分散部材１５の空間体積Ｖ３（平坦部１５ａと突出部１５ｂの体積の総和）はそれぞれ１８ｍｌ、２１ｍｌ、２４ｍｌおよび２７ｍｌとなり、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はそれぞれ１４２ｍｌ、１１９ｍｌ、９６ｍｌおよび７３ｍｌとなる。これらを電池Ｂ１〜Ｂ４とする。なお電池Ｂ４は、電槽１と蓋８との接合部が衝撃分散部材１５の側面と対峙する構成となった。
【００３６】
最後にＡ１２と同一仕様の電池に対して、衝撃分散部材１５を取り外して従来品の電池Ｃを構成した。
【００３７】
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、最も端に位置するセル室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。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、水素ガスおよ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、蓋８、電槽１およ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および評価結果を（表１）に示す。
【００３８】
【表１】
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【００３９】
（表１）から明らかなように、引火が発生した電池のうち、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が実質的にゼロであるＡ１〜２３と、このＶ１が４０ｍｌ以下であるＢ１およびＢ２では、初期状態のみならず実車試験後であっても、蓋８のみが破片が飛散することなく破損する結果となった。また体積Ｖ１が４０ｍｌを超えるＢ３については、特に実車試験後において、蓋８および電槽１の破片が飛散する形で破損するものの、その発生率は体積Ｖ１が体積Ｖ２以上でかつ電槽１と蓋８との接合部が衝撃分散部材１５の側面と対峙している電池Ｂ４や、衝撃分散部材１５を有さない電池Ｃに比べて低い傾向にあった。なお電槽１が破損した各電池からは、電解液である希硫酸が外部に漏れていた。
【００４０】
電池内部のガスが引火した際の応力は着火点から同心球状に伝播するが、この着火点の真上に衝撃分散部材１５を有さない電池Ｂ４（体積Ｖ１が体積Ｖ２以上なので、蓋８の内側上面と衝撃分散部材１５との間で着火してしまう）や電池Ｃは、この同心球状の応力が直接に蓋８に伝播するため、蓋８や電槽１の上部が破片の飛散を伴って破損してしまう。しかし電池Ａ１〜２３および電池Ｂ１〜３では着火点の真上に衝撃分散部材１５が存在するため、蓋８や電槽１の上部は破損するものの、破片の飛散を伴いにくくなることがわかる。
【００４１】
さらに電池Ｂ４の場合、電槽１と蓋８との接合部が衝撃分散部材１５の側面と対峙しているため、電槽１と蓋８との溶着の際に、衝撃分散部材１５の一部が高熱により破損（形状の変形、非弾性体化）して、効果が薄れることにより鉛電池の破損がより重篤化している。したがって電池内部のガスに引火した場合に十分な安全性を確保するためには、極板群５の上部に衝撃分散部材１５を配置するとともに、体積Ｖ１を体積Ｖ２より小さくし、かつ電槽１と蓋８との接合部を衝撃分散部材１５の側面と対峙させる必要があることがわかる。
【００４２】
またＶ３がＶ２とほぼ同等の電池Ａ２３は上述した破壊試験において電池Ａ〜２２と遜色ない結果を示したが、満充電状態を超えて充電を続けた結果、液口栓７に設けたガス排気口から外部へ電解液６が横溢する結果となった。
【００４３】
なお試験結果の良否を決定付けるのは衝撃分散部材１５の位置関係であるものの、電槽１や蓋８のスペック（高さ、肉厚および外部表面積など）により破損の程度が変化することは言うまでもない。
【００４４】
また衝撃分散部材１５として用いた弾性ゴム体や各種スポンジの硬度による効果の違いは見られなかったので、これらのカテゴリーから材料を自由に選択できることは言うまでもなく、電池の大きさや形状との相性を考え、衝撃分散部材１５の生産や取扱いのし易さを考慮し、適宜選択することがより好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明の構成によれば、より高い安全性と信頼性と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】
【００４６】
１      電槽
１ａ    セル室
１ｂ    中仕切り板
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
１５ａ  平坦部
１５ｂ  突出部
【図１】
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【図２】
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【図３】
2012028202.tif 000006
【図４】
2012028202.tif 000007