(57)【要約】      （修正有）【課題】極板間における負極活物質の硫酸鉛蓄積量のばらつきを小さくすることによって寿命性能を良くした鉛蓄電池を提供する。【解決手段】正極板３１及び負極板３２をセパレータ３３を介して積層して構成されており、複数の隔壁２１で仕切られた電槽２内に収納される複数の極板群３と、各極板群毎に設けられ、当該極板群の負極板の耳部同士を連結する負極ストラップ７１を有する負極接続導体７とを具備しており、当該負極接続導体７はＰｂ−Ｓｂ系合金からなり、電槽２内に収容された電解液４が所定高さの電解液面４ａを有する場合において、各極板群３に設けられた負極接続導体７と電解液４との接触面積を、互いに略等しく構成している。【選択図】図１
2012129110.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極板及び負極板をセパレータを介して積層して構成されており、複数の隔壁で仕切られた電槽内に収納される複数の極板群と、
各極板群毎に設けられ、当該極板群の負極板の耳部同士を連結する負極ストラップを有する負極接続導体とを具備しており、当該負極接続導体はＰｂ−Ｓｂ系合金からなり、
前記電槽内に収容された電解液が所定高さの電解液面を有する場合において、各極板群に設けられた負極接続導体と電解液との接触面積が、互いに略等しく構成されていることを特徴とする鉛蓄電池。
【請求項２】
前記所定高さが、電解液面の上限を示す最高液面高さと電解液面の下限を示す最低液面高さの間である請求項１記載の鉛蓄電池。
【請求項３】
負極柱を有する負極接続導体と、隣接する極板群の正極接続導体と接続される接続部を有する負極接続導体とにおいて、それらの電解液の接触面積が互いに略等しく構成されている請求項１又は２記載の鉛蓄電池。
【請求項４】
正極板及び負極板をセパレータを介して積層して構成されており、複数の隔壁で仕切られた電槽内に収納される複数の極板群と、
各極板群毎に設けられ、当該極板群の負極板の耳部同士を連結する負極ストラップを有する負極接続導体とを具備しており、当該負極接続導体はＰｂ−Ｓｂ系合金からなり、
各極板群に設けられた負極接続導体の平面視における電解液面に対する投影面積が、互いに略等しく構成されていることを特徴とする鉛蓄電池。
【請求項５】
正極板及び負極板をセパレータを介して積層して構成されており、複数の隔壁で仕切られた電槽内に収納される複数の極板群と、
各極板群毎に設けられ、当該極板群の負極板の耳部同士を連結する負極ストラップを有する負極接続導体とを具備しており、当該負極接続導体はＰｂ−Ｓｂ系合金からなり、
前記電槽内に収容された電解液が所定高さの電解液面を有する場合において、各極板群に設けられた負極ストラップと電解液との接触面積が互いに略等しく構成されていることを特徴とする鉛蓄電池。
【請求項６】
正極板及び負極板をセパレータを介して積層して構成されており、複数の隔壁で仕切られた電槽内に収納される複数の極板群と、
各極板群毎に設けられ、当該極板群の負極板の耳部同士を連結する負極ストラップを有する負極接続導体とを具備しており、当該負極接続導体はＰｂ−Ｓｂ系合金からなり、
各極板群に設けられた負極接続導体の表面積が、互いに略等しく構成されていることを特徴とする鉛蓄電池。
【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】
従来、自動車に搭載される鉛蓄電池は、オルタネータの余剰電力によって常時満充電状態において使用されている。
【０００３】
一方、近年の充電システムを備えた自動車においては、車両加速時、アイドリング時及び低速走行時に、オルタネータの発電電圧を下げてエンジンの負荷を軽減させることにより低燃費化を実現している。
【０００４】
このような自動車に搭載される鉛蓄電池は、車両電装品に対して必要な電力の一部を供給する必要がある。また鉛蓄電池の充電は主に車両減速時に行われているので、従来の自動車よりも充電時間が短い。このようなことから自動車に搭載される鉛蓄電池は、特許文献１等に示すように、ＰＳＯＣ（partial state of charge  部分充電状態）で使用されるようになってきている。
【０００５】
しかしながら、ＰＳＯＣで鉛蓄電池を使用すると、負極活物質に硫酸鉛が蓄積（サルフェーション）してしまうという問題がある。そして硫酸鉛が蓄積することにより鉛蓄電池の性能が低下して鉛蓄電池の短寿命化を招くという問題がある。
【０００６】
また、自動車の液式鉛蓄電池の接続部には、強度などの観点から、Ｐｂ−Ｓｂ系合金が広く使用されてきた。Ｐｂ−Ｓｂ系合金からなる負極接続体は、ＳｂがＰｂより水素過電圧が小さく、充電反応の副反応である水素発生が起こりやすいという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−３４６９１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで本願発明者は、各セルに設けられた負極活物質の硫酸鉛の蓄積量を調べたところ、負極柱を有する負極接続導体が、他の負極接続導体に比べて多いことを発見した。つまり、負極接続導体の表面積の大きさが硫酸鉛の蓄積のばらつきに影響を与えていることが分かった。
【０００９】
そこで本発明は、複数の極板群に設けられた負極活物質における硫酸鉛の蓄積量のばらつきを小さくすることによって鉛蓄電池の寿命性能を良くすることをその主たる所期課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
すなわち本発明に係る鉛蓄電池は、正極板及び負極板をセパレータを介して積層して構成されており、複数の隔壁で仕切られた電槽内に収納される複数の極板群と、各極板群毎に設けられ、各極板群において負極板の耳部同士を連結する負極ストラップを有する負極接続導体とを具備しており、当該負極接続導体はＰｂ−Ｓｂ系合金からなり、前記電槽内に収容された電解液が所定高さの電解液面を有する場合において、各極板群に設けられた負極接続導体と電解液との接触面積が、互いに略等しく構成されていることを特徴とする。
【００１１】
このようなものであれば、各極板群に設けられる負極接続導体と電解液との接触面積を略等しく構成しているので、極板群間における負極活物質の硫酸鉛の蓄積量のばらつきを小さくすることができ、良好な寿命性能を得ることができる。つまり、１つの極板群に設けられた負極接続導体において、他の負極接続導体よりも硫酸鉛の蓄積量が多大となり、短寿命になってしまうことを防止することができる。
【００１２】
電槽内に収容された電解液における電解液面の高さとしては、電解液面の上限を示す最高液面高さと電解液面の下限を示す最低液面高さの間であることが考えられる。ここで最大液面高さとは、充電時のガッシングや振動での液口栓からの電解液溢れが生じない程度に電槽内に電解液を収容する上限値である。また最低液面高さとは、負極ストラップが電解液内に浸漬される程度に電槽内に電解液を収容する下限値である。
【００１３】
負極接続導体として硫酸鉛の蓄積量が異なると考えられるものとしては、負極柱を有する負極接続導体及び隣接する極板群の正極接続導体と接続される接続部を有する負極接続導体である。したがって、負極柱を有する負極接続導体と、隣接する極板群の正極接続導体と接続される接続部を有する負極接続導体とにおいて、それらの電解液の接触面積が互いに略等しく構成されていることが望ましい。
【００１４】
また、別の観点による本発明に係る鉛蓄電池は、正極板及び負極板をセパレータを介して積層して構成されており、複数の隔壁で仕切られた電槽内に収納される複数の極板群と、各極板群毎に設けられ、当該極板群において負極板の耳部同士を連結する負極ストラップを有する負極接続導体とを具備しており、当該負極接続導体はＰｂ−Ｓｂ系合金からなり、各極板群に設けられた負極接続導体の平面視における電解液面に対する投影面積が、互いに略等しく構成されていることを特徴とする。
【００１５】
このようなものであれば、各極板群に設けられる負極接続導体の投影面積を互いに略等しく構成しているので、極板群間における負極活物質の硫酸鉛の蓄積量のばらつきを小さくすることができ、良好な寿命性能を得ることができる。
【００１６】
さらに、本発明に係る鉛蓄電池は、正極板及び負極板をセパレータを介して積層して構成されており、電槽内に収納される複数の極板群と、各極板群毎に設けられ、当該極板群において負極板の耳部同士を連結する負極ストラップを有する負極接続導体とを具備しており、当該負極接続導体はＰｂ−Ｓｂ系合金からなり、前記電槽内に収容された電解液が所定高さの電解液面を有する場合において、各極板群に設けられた負極ストラップと電解液との接触面積が互いに略等しく構成されていることを特徴とする。
【００１７】
このようなものであれば、負極接続導体の大部分を占める負極ストラップと電解液との接触面積が互いに略等しく構成しているので、極板群間における負極活物質の硫酸鉛の蓄積量のばらつきを小さくすることができ、良好な寿命性能を得ることができる。
【００１８】
その上、本発明に係る鉛蓄電池は、正極板及び負極板をセパレータを介して積層して構成されており、複数の隔壁で仕切られた電槽内に収納される複数の極板群と、各極板群毎に設けられ、各極板群において負極板の耳部同士を連結する負極ストラップを有する負極接続導体とを具備しており、当該負極接続導体はＰｂ−Ｓｂ系合金からなり、各極板群に設けられた負極接続導体の表面積が、互いに略等しく構成されていることを特徴とする。
【００１９】
このようなものであれば、各極板群に設けられた負極接続導体の表面積が互いに略等しく構成しているので、極板群間における負極活物質の硫酸鉛の蓄積量のばらつきを小さくすることができ、良好な寿命性能を得ることができる。
【発明の効果】
【００２０】
このように構成した本発明によれば、極板群間における負極活物質の硫酸鉛蓄積量のばらつきを小さくすることによって鉛蓄電池の寿命性能を良くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本実施形態の鉛蓄電池の構成を概略的に示す図。
【図２】同形態の極柱を有する負極接続導体を示す図。
【図３】同形態の接続部を有する負極接続導体を示す図。
【図４】種々の負極接続導体を用いた場合の寿命サイクル数及び硫酸鉛蓄積量を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に本発明に係る鉛蓄電池の一実施形態について図面を参照して説明する。
【００２３】
本実施形態に係る鉛蓄電池１００は、例えば車両に搭載されて使用されるものであり、液式の６セルモノブロック型の鉛蓄電池である。
【００２４】
具体的にこのものは、図１に示すように、内部が互いに平行に配置された５個の隔壁２１によって６セルに分割された電槽２と、当該電槽２の各セルに収容される６つの極板群３と、当該極板群３と共に各セルに収容される希硫酸からなる電解液４と、前記電槽２の上部開口を塞ぐ蓋体５とを備えている。
【００２５】
各極板群３は、正極板３１及び負極板３２をセパレータ３３を介して積層して構成されたものであり、その極板群３を構成する正極板３１の耳部同士を連結する正極接続導体６及び負極板３２の耳部同士を連結する負極接続導体７が接続されている。
【００２６】
正極接続導体６は、Ｐｂ−Ｓｂ系合金からなり、例えばキャスト・オン・ストラップ法（Cast on Strap、以下ＣＯＳという）により形成されている。このようにＰｂ−Ｓｂ系合金により形成することで、正極接続導体６の耐振強度等の機械的強度を向上させるだけでなく、加工をしやすくしている。なお、ＣＯＳとは、ストラップ及び極柱（又はセル間接続体）の形状を有する鋳型に溶融鉛を注入し、極板群を倒立して、極板耳部を該鋳型に浸漬し、ストラップ、極柱（又はセル間接続体）及び極板耳部を鋳造により一体に形成する方法である。
【００２７】
各セルのうち、長手方向一端部のセルに収容される極板群３に設けられた正極接続導体６は、図１に示すように、当該極板群３の正極板３１の耳部同士を連結する正極ストラップ６１と、当該正極ストラップ６１の上部に接続された正極柱６２とを有する。この正極柱６２の上端部には外部正極端子が接続される。なお、正極柱６２は電槽２の上部に設けられた蓋体５を貫通して上部に延出している。
【００２８】
一方、各セルのうち、長手方向一端部のセル以外のセルに収容される極板群３に設けられる正極接続導体６は、図１に示すように、当該極板群３の正極板３１の耳部同士を連結する正極ストラップ６１と、当該正極ストラップ６１の上部に接続されたセル間接続体（正極接続部）６３とを有する。この正極接続部６３は、隣接するセル内に収容された極板群３の負極接続導体７（具体的には後述の負極接続部７３）に接続される。
【００２９】
負極接続導体７は、Ｐｂ−Ｓｂ系合金からなり、例えば正極接続導体６と同様にＣＯＳにより形成されている。このようにＰｂ−Ｓｂ系合金により形成することで、負極接続導体７の耐振強度等の機械的強度を向上させるだけでなく、加工をしやすくしている
【００３０】
各セルのうち、長手方向他端部のセルに収容される極板群３に設けられる負極接続導体７は、図１及び図２に示すように、当該極板群３の負極板３２の耳部同士を連結する負極ストラップ７１と、当該負極ストラップ７１の上部に接続された負極柱７２とを有する。この負極柱７２の上端部には外部負極端子が接続される。なお、負極柱７２は電槽２の上部に設けられた蓋体５を貫通して上部に延出している。
【００３１】
一方、各セルのうち、長手方向他端部のセル以外のセルに収容される極板群３に設けられる負極接続導体７は、図１及び図３に示すように、当該極板群３の負極板３２の耳部同士を連結する負極ストラップ７１と、当該負極ストラップ７１の上部に接続されたセル間接続体（負極接続部）７３とを有する。この負極接続部７３は、隣接するセル内に収容された極板群３の正極接続導体６の正極接続部６３に接続される。
【００３２】
本実施形態の負極接続導体７においては、長手方向一端部のセル以外の５つのセルに収容された極板群３の負極接続導体７が同一形状となるように構成している。つまり本実施形態の負極接続導体７では、長手方向一端部のセル内に収容された極板群３の負極接続導体７と、それ以外の負極接続導体７（負極ストラップ７１及び負極接続部７３からなる）との形状が異なる。
【００３３】
ここで、Ｐｂ−Ｓｂ系合金からなる負極接続導体７において、ＰｂよりもＳｂの方が水素過電圧が小さく、充電反応の副反応である水素発生が起こりやすいので、充電効率が低下する傾向がある。また、複数の極板群３が直列接続されたモノブロック型の鉛蓄電池１００では、使用中の充電及び放電の電気量はどのセルでも一定である。
【００３４】
負極接続導体７の表面積の大きいセル（負極柱７２を有する負極接続導体７）は、他のセル（負極接続部７３を有する負極接続導体７）に比べて、負極接続導体６に含まれるＳｂ含有量が多く、水素発生が起こりやすい。そうすると、負極活物質の充電反応に使用される電気量が小さくなり、硫酸鉛が蓄積し易くなる。
【００３５】
そこで本実施形態では、電槽２内に収容された電解液４が所定高さの電解液面４ａを有する場合において、各極板群３に設けられた負極接続導体７と電解液４との接触面積が、互いに略等しく構成されている。なお、電解液との接触面積には負極板３２と連結されている側の面積を含む。
【００３６】
ここで電解液４が所定高さの電解液面４ａを有するとは、当該電解液面４ａが、電解液面４ａの上限を示す最高液面高さ４Ｈと電解液面４ａの下限を示す最低液面高さ４Ｌの間に有ることである（図１参照）。つまり、電槽２の外表面に記された最高液面線４Ｈと最低液面線４Ｌとの間に電解液面４ａが位置する場合に、各極板群３に設けられた負極接続導体７と電解液４との接触面積が、互いに略等しく構成されている。
【００３７】
つまり、負極柱７２を有する負極接続導体７と、負極接続部７３を有する負極接続導体７とにおいて、それらの電解液４の接触面積が互いに略等しく構成されている。
【００３８】
ここで接触面積を互いに略等しくするための構成としては、負極ストラップ７１は最低液面線４Ｌにおいても外表面全体が電解液４と接触することから、各負極接続導体７の負極ストラップ７１の表面積（電解液４との接触面積）を略同一にすることが考えられる。具体的には負極ストラップ７１の形状を、全ての負極接続導体７において略同一とすることが考えられる。
【００３９】
また、負極接続導体７と電解液４との接触面積において負極ストラップ７１の大きさが大部分を占めることから、各極板群３に設けられた負極接続導体７の平面視における電解液面４ａに対する投影面積、具体的には負極ストラップ７１の電解液面４ａに対する投影面積が、互いに略等しくなるように構成することが考えられる（図２及び図３参照）。
【００４０】
さらに、外部端子位置により負極柱７２を有する負極接続導体７の負極ストラップ７１の平面形状がその他の負極接続導体７の負極ストラップ７１の平面形状よりも大きくなる場合には、負極ストラップ７１の厚みを調整することで、電解液４との接触面積を調整して、略同一とすることが考えられる。
【００４１】
その他、各極板群３に設けられた負極接続導体７の表面積が、互いに略等しく構成することも考えられる。なお、表面積の算出方法としては、負極接続導体７の各寸法を測定して表面積を求めること、又はＣＯＳ鋳型等の鋳型の凹部の内表面積から求めること等が考えられる。
【００４２】
次に負極接続導体７の大きさを変えて、ＳＢＡ  Ｓ  ０１０１（アイドリングストップ車用鉛蓄電池）に規定されるＱ−５５サイズの鉛蓄電池（公称電圧：１２Ｖ、定格容量：４８Ａｈ）を作製し、ＳＢＡ  Ｓ  ０１０１（アイドリングストップ車用鉛蓄電池）に規定されるアイドリングストップ寿命試験を行った。その結果を図４に示す。なお、図４においてＳｍａｘは投影面積が最大である負極接続導体７の投影面積であり、Ｓａｖｅは負極接続部７３を有する負極接続導体７の投影面積の平均値である。また、硫酸鉛蓄積量（％）は、負極板の負極活物質中の硫酸鉛量であり、硫黄分析装置（ＬＯＣＯ社製、Ｓ−２００型）を用いて定量した。この図４から分かるように、負極柱７２を有する負極接続導体７の投影面積と負極接続部７３を有する負極接続導体７の投影面積との差が小さくなるほど、寿命サイクル数が伸びており、また硫酸鉛蓄積量のセル間のばらつきも小さくなっていることが分かる。特にＳｍａｘ/Ｓａｖｅ（Ｓａｖｅに対するＳｍａｘの割合）が１．０−１．３の範囲では、寿命サイクルの性能向上は著しい。
【００４３】
＜本実施形態の効果＞
このように構成した本実施形態に係る鉛蓄電池１００によれば、各セルの負極活物質における硫酸鉛の蓄積量のばらつきを小さくすることができ、寿命サイクル数を伸ばすことができる。つまり、１つの極板群３に設けられた投影面積が最も大きい負極接続部７を備えたセルの負極活物質が、他の負極接続部７を備えたセルのそれよりも硫酸鉛の蓄積量が多大となることによる電池１００の短寿命を防止することができる。
【００４４】
＜その他の変形実施形態＞
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
【００４５】
例えば、前記実施形態では各負極接続導体の電解液との接触面積又は表面積を略同一にするにあたっては、主として負極ストラップの構成により略同一にするように構成しているが、負極ストラップの形状に依らず、負極柱及び負極接続部の形状によって接触面積又は表面積によって、接触面積又は表面積を略同一にするように構成しても良い。
【００４６】
また、負極接続導体と電解液との接触面積は、最高液面高さにおける接触面積としても良い。
【００４７】
その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。
【符号の説明】
【００４８】
１００・・・鉛蓄電池
２    ・・・電槽
２１  ・・・隔壁
３    ・・・極板群
３１  ・・・正極板
３２  ・・・負極板
３３  ・・・セパレータ
４    ・・・電解液
４ａ  ・・・電解液面
４Ｈ  ・・・最高液面高さ
４Ｌ  ・・・最低液面高さ
６    ・・・正極接続導体
７    ・・・負極接続導体
７１  ・・・負極ストラップ
７２  ・・・負極柱
７３  ・・・負極接続部
【図１】
2012129110.tif 000003
【図２】
2012129110.tif 000004
【図３】
2012129110.tif 000005
【図４】
2012129110.tif 000006