(57)【要約】【課題】鉛蓄電池において、特性および安全性を維持しつつ、爆発、特に水素・酸素爆発による、爆発衝撃や爆風による電池ケースの破壊を防止しつつ、長期の信頼性・耐久性を大幅に改善させることを目的とする。【解決手段】鉛蓄電池の電池ケース等の材料であって、頂部、底部、及び側部から成り、前記頂部，前記底部，及び前記側部のうち、少なくとも一部がポリマーフォームである平板状の爆発緩和材の側面で部分的に裏打ちされて、側面と表面の面積比率が、１：１５０以上１：８以下であることから成る鉛蓄電池。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
頂部、底部及び側部からなる鉛蓄電池用外装体であって、前記頂部、前記底部及び前記側部のうち少なくとも一部がポリマーフォームである平板状の爆発緩和材の側面で部分的に裏打ちされていることを特徴とする鉛蓄電池用外装体。
【請求項２】
前記爆発緩和材の側面と表面の面積比率が、１：１５０以上、１：８以下であることを特徴とする請求項１に記載の鉛蓄電池用外装体。
【請求項３】
前記ポリマーフォームがエチレンを含むことを特徴とする請求項１に記載の鉛蓄電池用外装体。
【請求項４】
前記ポリマーフォームがエチレン−プロピレン−ジエンゴムであることを特徴とする請求項１に記載の鉛蓄電池用外装体。
【請求項５】
前記ポリマーフォームがエチレン−プロピレン−ゴムであることを特徴とする請求項１に記載の鉛蓄電池用外装体。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の鉛蓄電池用外装体を用いた鉛蓄電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、爆発、特に水素・酸素爆発による、爆発衝撃や爆風により電池ケース等の筐体が破壊されることを防止する鉛蓄電池に関する。特に、本発明は、爆発が生じた際に、爆発威力を減少させ、爆発による被害を最小化させるための部品であり、より詳しくは、爆発威力低減に対する緩衝材の適正配置に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉛蓄電池における水素爆発事故は、国内年間平均２５件（市場発生率約１ｐｐｍ）報告されている。鉛蓄電池内部に発生する水素は、原理的に発生が不可避である。水素爆発は、その破壊力により危険度は高い。爆発発生は人為的なミスによるものが多いが、絶対安全の観点から、原理的な防止の施策は必要不可欠である。
【０００３】
自動車用バッテリーにおける爆発事故は、車載オルタネータあるいは充電機により発生した水素ガスに外部または内部の火花（スパーク）が引火して発生している。
【０００４】
鉛蓄電池の充電時に発生する水素は、原理的に抑制できない。可燃物としての水素が存在し、内部で発生および大気から空気が供給されている中で、酸素は常に存在し、そこに火種が発生すれば、必然として爆発が生じる。火種の原因として、（１）外部火点（外部より火炎を引き込むなど）、（２）内部火点（断線スパークなど）、（３）静電気、等が挙げられる。
【０００５】
従来技術として、これまでに、電池内に詰め物を挿入し、空間を減らすことにより、その空間に存在する酸素の量を減らす寿命特性に優れた鉛畜電池などが提案されている（例えば、特許文献１）。また、防爆用詰め物を充填することなどが提案されている（例えば、特許文献２）。さらに、充電末期において、発生する酸素・水素ガスへの引火と、これによる電池の破損を抑制する。セルの小部屋化などが提案されている（例えば、特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２３１２０５号公報
【特許文献２】特開平４−５８４６６号公報
【特許文献３】特開２００８−１１７７２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１〜特許文献３の技術を用いることにより、鉛蓄電池内の空間体積を減少させる、あるいは空間体積を分断することにより、鉛蓄電池内に生じる爆発威力を低減する試みがされてきた。
【０００８】
しかしながら、空間体積の単純に減少させると、ガス発生による余剰のガスの排出場所がなくなる。さらに、電解液を電池外へ押し出し、漏液による性能低下、高濃度の酸性溶液の流出による人体への危険性の増加という課題が生じた。
【０００９】
本発明は上記課題を解決するためのものであって、鉛蓄電池において、特性および安全性を維持しつつ、爆発、特に水素・酸素爆発による、爆発衝撃や爆風による外装体の破壊を防止しつつ、長期の信頼性・耐久性を大幅に改善させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、頂部、底部及び側部からなる鉛蓄電池用外装体であって、前記頂部、前記底部及び前記側部のうち少なくとも一部がポリマーフォームである平板状の爆発緩和材の側面で部分的に裏打ちされていることを特徴とする。
【００１１】
また、爆発緩和材の側面と表面の面積比率が、１：１５０以上、１：８以下であることを特徴とする。
【００１２】
また、ポリマーフォームがエチレンを含むことを特徴とする。
【００１３】
また、ポリマーフォームがエチレン−プロピレン−ジエンゴムであることを特徴とする。
【００１４】
さらに、ポリマーフォームがエチレン−プロピレン−ゴムであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の鉛蓄電池用外装体によると、爆発、特に水素・酸素爆発による、爆発衝撃や爆風から収納されたものを保護するものとして、長期の信頼性・耐久性を大幅に改善しつつ爆発からの保護特性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本実施例における刻印長さと試験体の破壊時の最大圧力との関係を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明は、爆発、特に水素・酸素爆発による、爆発衝撃や爆風により鉛蓄電池用外装体が破壊されることを防止することに関する。特に、本発明は、爆発が生じた際に、爆発威力を減少させ、爆発による被害を最小化させるための部品であり、より詳しくは、爆発威力低減に対する緩衝材の適正配置に関する。
【００１８】
本発明は、頂部、底部及び側部からなる鉛蓄電池用外装体であって、前記頂部、前記底部及び前記側部のうち少なくとも一部がポリマーフォームである平板状の爆発緩和材の側面で部分的に裏打ちされていることを特徴とする。
【００１９】
さらに、前記爆発緩和材の側面と表面の面積比率が、１：１５０以上１：８以下である。
【００２０】
機械的強度の弱い箇所に関して、過剰な挿入物による空間体積減少を防ぐために、緩衝材の最適な配置方法を規定する。
【００２１】
挿入物の形が平板状であることが好ましい。すなわち、限られた空間において、爆発緩衝材を挿入することは、空間体積の単純に減少させることになる。そのためガス発生による、余剰のガスの排出場所がなくなる。さらに、電解液を電池外へ押し出し、漏液による性能低下、高濃度の酸性溶液の流出による、人体への危険性の増加という課題がある。したがって、緩衝材の形状は、電池ケースに沿ったものが適している。電池ケースが直方体でああることから、緩衝材は、平板状であることが好ましい。
【００２２】
それにより、爆発威力または爆発圧力を表面で受け、長手方向の側面で、機械的強度の弱い箇所を守る。
【００２３】
爆発威力は、爆発起点から、等法的に発散していく。爆発威力を一点ではなく、面として受けることにより、単位面積あたりの力（圧力）を軽減できる。さらに、緩衝材で、爆発威力を効率良く吸収する、あるいはまたは、分散・発散させることが出来ることが好ましい。電池ケースの破壊の起点となる、機械的強度の弱い場所に対して、緩衝材の長手方向の側面を接触させて、爆発威力を緩衝材内部で吸収・分散・低減された威力を、伝播させることにより、破壊を抑制できる。
【００２４】
側面と表面の面積比率が、１：１５０以上、１：８以下であることが好ましい。
【００２５】
緩衝材の面で受けた爆発威力を、緩衝材内部で、吸収・分散・低減されて、緩衝材の側面で散逸させるとき、その面積比率が、側面と表面の面積比率が、１：１５０以上、１：８以下であることを見出した。側面と表面の面積比率が、１：１５０以下であると、緩衝材の機械的強度が限界に達し、緩衝材自身が破壊・飛散し、爆発威力が十分低減されることなしに、電池ケースの破壊を誘発する。側面と表面の面積比率が、１：８以上であると表面が吸収した爆発威力を吸収する伝播した際、端面の面積比率が高い為、衝撃の分散が不十分となり、実質の爆発威力伝播が大きくなり、試験体の破壊が容易となる。その結果、電池ケースの破壊の起点となる、機械的強度の弱い場所に対して、緩衝材の長手方向の側面を接触させて、破壊を抑制する効果が得られない。
【００２６】
本発明は、内部および外部からの引火により、水素・酸素爆発が発生する危険性を有する鉛蓄電池において、爆発および爆風により外装体が破壊されるを防止し、爆発の脅威を最小限にするために有用である。
【００２７】
以下に本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、この実施例は本発明を限定するものではない。
【実施例】
【００２８】
（耐圧冶具による水素・酸素爆発実験）
爆発の破壊威力の解析と抑制技術の開発のために、水素・酸素爆発を利用した基礎検討を実施した。基本反応式
Ｈ２  ＋  １／２Ｏ２  ＝Ｈ２Ｏ  ＋  ６８．３ｋｃａｌ
において生成されるエネルギーにおいても、耐破壊強度を有した耐圧冶具を作製した。
【００２９】
耐圧冶具には、窓部分を設置し、電池ケースに用いる材料を取り外し可能な冶具で、設置できるようにした。また、圧力センサーは、壁面に埋め込む形式で設置する。センサー表面は、シリコングリースにより、熱的および物理的に隔離されており、爆発衝撃による圧力を計測できるようにしている。
【００３０】
耐圧冶具は、爆発の引火のために着火部を装備した。着火は、半田線に過電流を流し、熱断線することによりスパークを発生させる。
【００３１】
実際の実験手順は、
（１）耐圧冶具を水没させる
（２）水素ガスおよび酸素ガスを体積比率で所望の値に水中置換させる
（３）着火部へ通電し、溶断による発火させる（水素・酸素爆発による電池ケース材料の破壊試験）
である。
【００３２】
耐圧冶具に設置された窓に設置する電池ケース材料として、ポリプロピレン樹脂を用いた。本試験に用いた材料（以降、試験体と記述する）の機械的強度は、アイゾット値で、
４４（２０℃）の物を用いた。『アイゾット衝撃値』は、主に圧延、鋳造又は鍛造された鋼及び鋼製品の試験に関する主な用語として、鉄鋼用語（試験）（ＪＩＳ  Ｇ  ０２０２）において”機械試験”のうちの”衝撃試験”に分類されている用語である。その定義は、アイゾット衝撃試験における吸収エネルギーである。
【００３３】
試験体の大きさは、横５ｃｍ縦２０ｃｍ厚さ１ｍｍである。この機械的強度変化させるために、深さ２００μｍ幅５００μｍの刻印を表面に施した。実施例では、刻印のある表面を耐圧冶具の外側に設置した。刻印長さと試験体の破壊時における最大圧力を計測した。図１にデータを示す。刻印を入れることにより、試験体の機械的強度が、指数関数的に減少しているこが分かる。
【００３４】
（実施例１〜実施例７、比較例１〜比較例４）
耐圧冶具は、金属性の筺体であり内体積は７５０ｍＬである。圧力センサーは、壁面に埋め込む形式で設置する。センサー表面は、シリコングリースにより、熱的および物理的に隔離されており、圧迫による圧力を計測できるようにしている。今回、電池ケースが、爆発による破壊エネルギーによって、破壊されるのを防止するために、緩衝材の設置位置を検討した。
【００３５】
緩衝材は、ポリマーフォームであり、エチレンを含み、好ましくは、エチレン−プロピレン−ジエンゴム（ＥＰＤＭ、ＥＰＴ）である。エチレンを含むポリマーフォームとして好ましい材料として、この限りではない、例えば、エチレン−プロピレン−ゴム（ＥＰ）である。
【００３６】
緩衝材の大きさは、市販の自動車用（Ｄサイズ）鉛蓄電池の正極および負極の一対を形成するセルひとつ分の大きさを想定して、平面横５０ｍｍ、縦１７０ｍｍの平板を用いた。試験体の刻印と緩衝材の側面が接触するように設置し、爆発の起点（着火点）は、緩衝材の表面上になるようにした。
【００３７】
実施例１〜７および比較例１〜３において、緩衝材の側面（端面）との接触厚さを変えた条件において、前記実験手順通りに、実験を実施した。比較例４においては、試験体の全面にたいして、緩衝材の表面を接触させた。
【００３８】
実施例１〜７および比較例１〜４において、爆発実験後の試験体の破壊について、その有無の結果を表１に示す。破壊が抑制された場合を「○」表示、破壊された場合を「×」表示している。
【００３９】
【表１】
2013134919.tif 000003
【００４０】
表１より、緩衝材の面で受けた爆発威力を、緩衝材内部で、吸収・分散・低減されて、緩衝材の側面で散逸させるとき、その面積比率が、側面と表面の面積比率が、１：１５０以上、１：８以下であることが好ましいことが分かる。
【００４１】
実施例１〜７においては、いずれも、刻印３ｍｍ以内の強度において、十分破壊を抑制できている。実際の鉛蓄電池の電池ケースにおいては、もちろん刻印のようなキズは無く、もっとも強度が弱い溶着部分あるいは角の部分においても、最大圧力５００ＫＰａまでの力に耐えられる。
【００４２】
したがって、側面と表面の面積比率が、１：１５０以上１：８以下である実施例１〜７は、実際の鉛蓄電池内での緩衝材の設置指針として、より好ましいことが分かる。
【００４３】
さらに、側面と表面の面積比率が、１：１５０以下である比較例１においては、緩衝材の機械的強度が限界に達し、緩衝材自身が破壊・飛散し、爆発威力が十分低減されることなしに、電池ケースの破壊を誘発した。
【００４４】
一方、側面と表面の面積比率が、１：８以上である比較例２および比較例３においては、表面が吸収した爆発威力を吸収する伝播した際、端面の面積比率が高い為、衝撃の分散が不十分となり、実質の爆発威力伝播が大きくなり、試験体の破壊が容易となる。その結果、電池ケースの破壊の起点となる、機械的強度の弱い場所に対して、緩衝材の長手方向の側面を接触させて、破壊を抑制する効果が得られなかった。
【００４５】
また、試験体の全面に緩衝材を設置した比較例４においては、爆発衝撃を全面に受け、試験体が破壊された。
【００４６】
本発明は、内部および外部からの引火により、水素・酸素爆発が発生する危険性を有する鉛蓄電池において、爆発および爆風により電池ケース等の筐体が破壊されるを防止し、爆発の脅威を最小限にするために有用である。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明を活用することにより、特に、内部および外部からの引火により、爆発する危険性を有する鉛蓄電池において、特に水素・酸素爆発による、爆発衝撃や爆風により電池ケース等の筐体が破壊されるを防止し、爆発の脅威を最小限にするために有用であり、鉛蓄
電池を用いた産業分野において多大な効果をもたらすことが期待できる。
【図１】
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