(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉛蓄電池の正極グリッドが使用中に成長する、封止型鉛蓄電池アッセンブリにおいて、
少なくとも一つの封止型鉛蓄電池を収容できる電池支持構造と、
電池要素を収容する大きさの電池容器と、
複数の正極プレート及び負極プレート、及び隣接した前記プレート間に位置決めされた吸収体セパレータからなる、前記電池容器内に位置決めされた電池要素と、
前記容器にシールされた、外面及び内面を持つカバーであって、少なくとも一つのラグを各々有し、少なくとも一つの正極端子が前記カバーにシールされ及び少なくとも一つの負極端子が前記カバーにシールされた、カバーと、
夫々の正極プレートのラグを互いに電気的に接続し、正極端子に電気的に接続された正極ストラップと、
前記負極プレートのラグを電気的に接続し、負極端子に接続された負極ストラップと、
前記カバーの内面と接触し、前記正極プレートと隣接して前記正極プレートと前記カバーとの間に位置決めされた内部拘束体と、
前記電池支持構造に連結され、前記カバーの外面と接触した外部拘束体とを有し、
前記外部拘束体及び内部拘束体は、使用中の正極グリッドの成長を前記カバーの内面から遠ざかる方向に差し向ける、ことを特徴とする電池アッセンブリ。
【請求項２】
カバーはプラスチック製であり、正極端子及び負極端子は、プラスチックで取り囲まれた導電性金属材料からなり、前記端子は、端子とカバーとの間にシールを形成するようにヒートシールしてある、請求項１に記載の電池アッセンブリ。
【請求項３】
前記ヒートシールしたカバーは、端子の周りに開放領域を有し、ホットメルト接着剤が前記開放領域に含まれる、請求項２に記載の電池アッセンブリ。
【請求項４】
前記ホットメルト接着剤及び少なくとも前記ホットメルト接着剤を取り囲む前記カバーの部分の各々は、同色に着色されている、請求項３に記載の電池アッセンブリ。
【請求項５】
正極端子は赤色に着色されており、負極端子は黒色に着色されており、前記カバーは灰色である、請求項４に記載の電池アッセンブリ。
【請求項６】
前記電池支持構造はトレーである、請求項１に記載の電池アッセンブリ。
【請求項７】
前記電池支持構造はラックである、請求項１に記載の電池アッセンブリ。
【請求項８】
前記電池支持構造はキャビネットである、請求項１に記載の電池アッセンブリ。
【請求項９】
容器は内底面を持つ底部を有し、前記負極プレートは前記内底面と接触する少なくとも二つの間隔が隔てられた脚部を有し、前記負極プレートは、脚部以外は前記内底面から間隔が隔てられており、前記正極プレートは、使用中に正極プレートの成長が生じるのを可能にするのに十分な所定距離だけ前記正極プレートが前記容器の内底面から離間されるような寸法になっており、前記電池が直立に位置決めされた場合、前記電池要素は、正極プレートが摩擦力で整合した状態に保持されるように前記容器内で十分に圧縮されている、請求項１に記載の電池アッセンブリ。
【請求項１０】
前記正極プレート及び負極プレートの各々は、少なくとも二つのラグを有し、前記電池は、少なくとも２０００Ahの電気容量を有する、請求項１に記載の電池アッセンブリ。
【請求項１１】
正極プレート及び負極プレートの各々は、少なくとも二つのラグを有し、前記電池は、少なくとも約３０００Ahの電気容量を有する、請求項１０に記載の電池アッセンブリ。
【請求項１２】
前記正極プレート及び前記負極プレートの高さの幅に対する比は、２：１以下である、請求項１に記載の電池アッセンブリ。
【請求項１３】
前記セパレータは、前記正極プレート及び負極プレートに曲がりくねった態様で巻き付けた少なくとも一層の単一の材料部品からなる、請求項１に記載の電池アッセンブリ。
【請求項１４】
前記セパレータは前記正極プレート及び負極プレートの間及びその周りに二つに折り返したＵ字形状ラップの形体で位置決めされている、請求項１に記載の電池アッセンブリ。
【請求項１５】
前記外部プレート拘束体は、カバーの外面上に位置決めされており且つ前記電池支持構造に取り付けられた金属製面プレートを有する、請求項１に記載の電池アッセンブリ。
【請求項１６】
前記内部プレート拘束体は、前記電池が直立位置にある時に前記正極プレートストラップに載止するプラスチック製挿入体からなり、前記正極ストラップと正極端子との間を電気的に接続できる開口部を有する、請求項１に記載の電池アッセンブリ。
【請求項１７】
鉛蓄電池の正極グリッドが使用中に成長する、封止型鉛蓄電池において、
少なくとも一つの封止型鉛蓄電池を収容できる電池支持構造と、
電池要素を収容する大きさの電池容器と、
複数の正極プレート及び負極プレート、及び隣接した前記プレート間に位置決めされた吸収体セパレータからなる、前記電池容器内に位置決めされた電池要素と、
前記容器にシールされ、外面及び内面を持つカバーであって、少なくとも一つの正極端子が前記カバーにシールされ、少なくとも一つの負極端子が前記カバーにシールされたカバーとを備え、
前記正極プレート及び負極プレートが少なくとも一つのラグを各々有し、
前記封止型鉛蓄電池が更に
夫々の正極プレートのラグを互いに電気的に接続し、正極端子に電気的に接続された正極ストラップと、
前記負極プレートのラグを電気的に接続し、負極端子に接続された負極ストラップと、
前記電池支持構造に着脱可能であるが固定して接続され、前記カバーに重なる外部拘束体と、
前記カバーの内面と接触し、前記正極プレートと隣接して前記正極プレートと前記カバーとの間に位置決めされた内部拘束体とを有し、
前記内部拘束体は、外部拘束体と協働し、正極グリッドの使用中の成長により生ぜしめられた移動を前記カバーの内面から遠ざかる方向に差し向ける、ことを特徴とする封止型鉛蓄電池。
【請求項１８】
カバーはプラスチック製であり、正極端子及び負極端子は、プラスチックで取り囲まれた導電性金属材料からなり、前記端子は、端子とカバーとの間にシールを形成するようにヒートシールしてある、請求項１７に記載の封止型鉛蓄電池。
【請求項１９】
前記ヒートシールしたカバーは、端子の周りに開放領域を有し、ホットメルト接着剤が前記開放領域に含まれる、請求項１８に記載の封止型鉛蓄電池。
【請求項２０】
前記ホットメルト接着剤及び少なくとも前記ホットメルト接着剤を取り囲む前記カバーの部分の各々は、同色に着色されている、請求項１９に記載の封止型鉛蓄電池。
【請求項２１】
正極端子は赤色に着色されており、負極端子は黒色に着色されており、前記カバーは灰色である、請求項２０に記載の封止型鉛蓄電池。
【請求項２２】
容器は内底面を持つ底部を有し、前記負極プレートは前記内底面と接触する少なくとも二つの間隔が隔てられた脚部を有し、前記負極プレートは、脚部以外は前記内底面から間隔が隔てられており、前記正極プレートは、使用中に正極プレートの成長が生じるのを可能にするのに十分な所定距離だけ前記正極プレートが前記容器の内底面から離間されるような寸法になっており、前記電池が直立に位置決めされた場合、前記電池要素は、正極プレートが摩擦力で整合した状態に保持されるように前記容器内で十分に圧縮されている、請求項１７に記載の封止型鉛蓄電池。
【請求項２３】
前記正極プレート及び負極プレートの各々は、少なくとも二つのラグを有し、前記電池は、少なくとも２０００Ahの電気容量を有する、請求項１７に記載の封止型鉛蓄電池。
【請求項２４】
正極プレート及び負極プレートの各々は、少なくとも二つのラグを有し、前記電池は、少なくとも約３０００Ahの電気容量を有する、請求項２３に記載の封止型鉛蓄電池。
【請求項２５】
前記セパレータは、前記正極プレート及び負極プレートに曲がりくねった態様で巻き付けた単一の材料部品からなる、請求項１７に記載の封止型鉛蓄電池。
【請求項２６】
前記セパレータは前記正極プレート及び負極プレートの間に位置し、前記プレートの周りに二つに折り返したＵ字形状ラップの形体で位置決めされている、請求項１７に記載の封止型鉛蓄電池。
【請求項２７】
前記内部プレート拘束体は、前記電池が直立位置にある時に前記正極プレートストラップに載止するプラスチック製挿入体からなり、前記正極ストラップと正極端子との間を電気的に接続できる開口部を有する、請求項１７に記載の封止型鉛蓄電池。
【請求項２８】
定置式無停電電源システムにおいて、
特定の電気容量の無停電電源を必要とする、床を持つ領域に配置されたアプリケーションシステムと、
前記特定の電気容量を持ち、前記アプリケーションシステムと隣接して位置決めされ且つこれに電気的に接続された封止型鉛蓄電池アッセンブリとを有し、
前記封止型鉛蓄電池アッセンブリは、
前記床の上に載止した電池支持構造と、
特定の電気容量を提供する、前記電池支持構造に位置決めされた複数の封止型電池とを有し、
前記複数の封止型電池の各々は、
電池要素を収容する大きさの電池容器と、
複数の正極プレート及び負極プレート、及び隣接した前記プレート間に位置決めされた吸収体セパレータからなる、前記電池容器内に位置決めされた電池要素と、
前記容器にシールされた、外面及び内面を持つカバーと、
少なくとも一つのラグを各々有する、前記カバーにシールされた少なくとも一つの正極端子及び前記カバーにシールされた少なくとも一つの負極端子と、
夫々の正極プレートのラグを互いに電気的に接続し、正極端子に電気的に接続された正極ストラップと、
前記負極プレートのラグを電気的に接続し、負極端子に接続された負極ストラップと、
前記カバーの内面と接触し、前記正極プレートと隣接して前記正極プレートと前記カバーとの間に位置決めされた内部拘束体と、
前記電池支持構造に連結され、前記カバーの外面と接触した外部拘束体とを有し、
前記外部拘束体及び内部拘束体は、使用中の正極グリッドの成長によって生ぜしめられた移動を前記カバーの内面から遠ざかる方向に差し向け、前記電池のうちの少なくとも幾つかがパンケーキ配向をなしている、ことを特徴とする定置式無停電電源システム。
【請求項２９】
前記電池の全てがパンケーキ配向をなしている、請求項２８に記載の定置式無停電電源システム。
【請求項３０】
前記アプリケーションシステムは、電気通信システムである、請求項２９に記載の定置式無停電電源システム。
【請求項３１】
前記電池の各々は、少なくとも約２０００Ahの電気容量を有する、請求項３０に記載の定置式無停電電源システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉛蓄電池（lead-acid cells and batteries ）に関し、更に詳細には、使用中に生じる正極グリッドの成長を吸収できると同時に所望の性能を提供する電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
封止型（sealed）鉛蓄電池は、多くの用途に関し、従来のフラッド型（flooded ）鉛蓄電池を使用することと比較して顕著な利点がある。このような蓄電池は、場合によっては、「ＶＲＬＡ」蓄電池（即ち、バルブ調節式鉛蓄電池）と呼ばれ、効率的な酸素再結合サイクルに所望の内圧を維持するために安全バルブ（例えばブンゼンバルブ）を使用する。
【０００３】
このような封止型電池が使用される幾つかの用途を、定置式電池アプリケーションと呼ぶ。このようなアプリケーション即ち用途では、このような電池は、代表的には、予め設定された一定の電圧を維持することによって、完全に充電されたいつでも使用できる状態に維持される。定置式電池の用途には、待機電力又は作動電力についての使用が含まれ、電気通信、ユーティリティ、商業施設用緊急用電灯、ケーブルテレビシステム用待機電力、及び無停電電源を含む。
【０００４】
このような無停電電源は、例えば、コンピューター及び通信ネットワークをバックアップするシステムに関する。信頼性がある無停電電源を設けることにより、主電源が突然遮断した場合、代表的には停電中、コンピューターを手順に従って緊急停止させる。このような無停電電源は、更に、短時間の断続的な電力の低下を吸収する。電力が中断した場合、無停電電源が直ちに、場合によっては大量に放電する。
【０００５】
封止型鉛蓄電池の別の潜在的用途は、蓄電池からなるアレイが、クラス１乃至クラス３の範囲のトラックを含む車輛、様々な自動案内式車輛、採鉱用車輛、及び汽車に動力を提供する、様々な動力の用途である。動力車輛についての性能の必要条件は、停止式蓄電池電源についての性能の必要条件とは全く異なっている。定置式の用途では、使用中の放電量は比較的小さく、放電回数が少なく、多くは浮動制御される。これとは非常に対照的に、動力の用途は、所定期間に亘って比較的に大量に連続的に放電する必要がある。確かに、クラス１乃至クラス３のトラックに共通の必要条件は、８時間のシフトで、蓄電池アッセンブリが８０％を放電できなければならず、この性能を１年に約３００回必要とし、このような条件の下での有効使用寿命が４年乃至５年であるということである。
【０００６】
このようなＶＲＬＡ蓄電池が遭遇する共通の問題点は、使用中に生じるグリッドの成長によるシールの経時的一体性である。正極端子で特に一般的であったように、電池のグリッドの経時的腐蝕によりグリッドの成長が生じ、従って、電池の端子を電池カバーに対して外方に移動する。このように相対的に持ち上げられることにより、端子とカバーとの間の必要なシール、並びに容器とカバーとの間の必須のシールの両方に応力が加わる。容器及びカバーが、一般的には、プラスチック製であるため、これらの各々は、割れたり溶接部に亀裂が入ったりする等の様々な方法で損傷することが知られている。このような損傷により電解質が電池から漏れ、電池が適正に作動しなくなる。この周知の問題点は、封止型鉛蓄電池で特に深刻である。これは、内部の温度が使用中に比較的高くなるためである。このような比較的高い温度は、グリッドの腐蝕速度を高め、これによりグリッドの成長が大きくなる。更に、使用中に正極端子柱の変形が起こり、これにより、隣接した定置の端子柱への接続が失われる場合がある。確かに、このようなグリッドの成長により正極プレートの座屈が生じる場合があり、これが起こると、容量の低下並びにプレートの短縮化の可能性が生じる。
【０００７】
この問題点は、周知であるばかりでなく、大きな関心を集めている。様々な試みの解決策が提案されている。かくして、英国特許第２，０２６，７６１Ａ号、バレットジュニアに付与された米国特許第４，４４５，３５６号、ストッキエロに付与された米国特許第４，４６７，０２１号及び米国特許第４，８９８，７９５号に様々な解決策が記載されている。
【０００８】
封止型鉛蓄電池の設計を複雑にする幾つかの他の問題点がある。更に詳細には、端子とカバーとの間に封止型鉛蓄電池用の満足のいくシールを提供するため、一般的には、カバーに埋め込んだ鉛又は鉛合金製のブッシュを使用し、これを端子に溶接又は融着するのが必要であるということがわかっている。この設計は比較的高価であり、自動製造し易いが、十分な品質制御を行うのが困難である。
【０００９】
更に、プレートの縁部が短くなること、セパレータの飽和レベルが不均等になること、及び電解質の層状化が生じること等の問題点が使用中に起こらないようにする設計上の配慮を払うことが必要とされている。封止型鉛蓄電池を設計する上で、衝撃や振動に対する十分な抵抗を電池に与えることが考慮されていなければならない。
【００１０】
これらの設計上の問題点は、多くの場合、特定の用途に必要とされる個々の電池が大型化するにつれて大きくなる。確かに、比較的大容量の電池は、プレートと夫々の端子との間に十分な信頼性の電気接続部を保持するといった設計上の問題点を更に生じる。更に別の設計上の問題点は、ジャー即ち容器内の電池要素を組み立て中に十分に整合することに関する。
【００１１】
例えば電気通信における待機電力といった封止型鉛蓄電池の様々な用途で、極めて大きな容量を持つ電池の用途が望ましいため、これらの設計上の問題点は、かなり大きい。確かに、これに関し、容量が２０００Ahであり、最大３０００Ah又は場合によってはそれ以上の容量を持つ個々の封止型鉛蓄電池を提供するのが望ましい。このような比較的大容量の電池を設計する場合、品質を十分に制御した商業的製品を得るには大きな困難を伴う。
【００１２】
確かに、この分野においてかなりの事前作業が行われたのにも拘わらず、上文中に論じた多くの問題点を効果的に満足させる封止型鉛蓄電池を設計することについての必要が存在する。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の主な目的は、使用中の正極プレートの成長と関連した問題点をなくさないにしろ少なくとも小さくする封止型ＶＲＬＡ鉛蓄電池を提供することである。これと関連した更に特定的な目的は、使用中に正極プレートがカバー及び端子に向かう方向に成長することを本質的に阻止するために使用できる電池を提供することである。
【００１４】
別の目的は、比較的大容量の電池に特に適した設計を持つ封止型電池を提供することである。
【００１５】
更に別の目的は、カバーにブッシュを設ける必要をなくし、大規模な自動製造に適した電池を提供することである。
【００１６】
他の目的は、組み立て中にカバー及び端子を正確に位置決めする必要がない電池を提供することである。
【００１７】
更に他の目的は、性能が改善され、衝撃及び振動に対する抵抗による問題点及びプレートが短くなる問題点を小さくする、大型電池に適した封止型電池を提供することである。
【００１８】
更に他の目的は、セパレータの飽和レベルが不均等であることによる問題点を小さくし、電解質の層状化をなくす電池を提供することである。
【００１９】
本発明の他の目的及び利点は、添付図面を参照して以下の説明を読み進めるに従って明らかになるであろう。本発明を特定の好ましい時に関して説明するが、これは本発明を開示の実施例に限定しようとするものではないということは理解されるべきである。むしろ、これらの実施例及び特許請求の範囲に記載した発明に対する全ての変形例及び等価物を含もうとするものである。例えば、封止型鉛蓄電池と関連して本発明を説明するが、本発明は、使用中に生じたプレートの成長を吸収しなければならない全ての電池での使用に等しく適用できる。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
一般的には、本発明は、使用中に生じる正極グリッドの成長を、端子とカバーとの間のシール及び容器とカバーとの間のシールから遠ざかる方向に差し向ける封止型鉛蓄電池の設計に関する。更に詳細には、内部電池拘束体及び外部電池拘束体を設けることによって、使用中に生じる正極グリッドの成長を容器の底部に向かって差し向け、封止型鉛蓄電池の使用寿命中、正極プレートを容器の底部から十分に離し、この方向でのグリッドの成長を吸収する。
【００２１】
本発明のこの他の好ましい特徴には、製造及び組み立てを非常に確実に行うことができる電池設計を含む。確かに、本発明の好ましい実施例によれば、容器に挿入する際の電池要素の整合が容易になる。この他の設計上の好ましい特徴により、カバーを端子及び容器にヒートシールでき、ヒートシール工程のために必須の端子とカバーとの整合の正確さを小さくすることの両方が可能となる。
【００２２】
本発明の更に別の特徴は、比較的大容量の電池を確実に製造できる封止型電池設計を提供する。かくして、最大２０００Ah乃至３０００Ah、場合によってはそれ以上の大きさの電池を提供できる。このような電池は、同様に、使用時に所望の形体を提供する。
【００２３】
本発明によれば、鉛蓄電池の正極グリッドが使用中に成長する、封止型鉛蓄電池アッセンブリにおいて、少なくとも一つの封止型鉛蓄電池を収容できる電池支持構造と、電池要素を収容する大きさの電池容器と、複数の正極プレート及び負極プレート、及び隣接した上記プレート間に位置決めされた吸収体セパレータからなる、上記電池容器内に位置決めされた電池要素と、上記容器にシールされた、外面及び内面を持つカバーと、少なくとも一つのラグを各々有する、上記カバーにシールされた少なくとも一つの正極端子及び上記カバーにシールされた少なくとも一つの負極端子と、夫々の正極プレートのラグを互いに電気的に接続し、正極端子に電気的に接続された正極ストラップと、上記負極プレートのラグを電気的に接続し、負極端子に接続された負極ストラップと、上記カバーの内面と接触し、上記正極プレートと隣接して上記正極プレートと上記カバーとの間に位置決めされた内部拘束体と、上記電池支持構造に連結され、上記カバーの外面と接触した外部拘束体とを有し、上記外部拘束体及び内部拘束体は、使用中の正極グリッドの成長を上記カバーの内面から遠ざかる方向に差し向ける、ことを特徴とする電池アッセンブリが提供される。
【００２４】
上記カバーはプラスチック製であり、正極端子及び負極端子は、プラスチックで取り囲まれた導電性金属材料からなり、上記端子は、端子とカバーとの間にシールを形成するようにヒートシールしてあってもよいい。
【００２５】
上記ヒートシールしたカバーは、端子の周りに開放領域を有し、ホットメルト接着剤が上記開放領域に含まれていてもよい。
【００２６】
上記ホットメルト接着剤及び少なくとも上記ホットメルト接着剤を取り囲む上記カバーの部分の各々は、同色に着色されていてもよい。
【００２７】
正極端子は赤色に着色されており、負極端子は黒色に着色されており、上記カバーは灰色であってもよい。
【００２８】
上記電池支持構造はトレーであってもよい。
【００２９】
上記電池支持構造はラックであってもよい。
【００３０】
上記電池支持構造はキャビネットであってもよい。
【００３１】
上記容器は内底面を持つ底部を有し、上記負極プレートは上記内底面と接触する少なくとも二つの間隔が隔てられた脚部を有し、上記負極プレートは、脚部以外は上記内底面から間隔が隔てられており、上記正極プレートは、使用中に正極プレートの成長が生じるのを可能にするのに十分な所定距離だけ上記正極プレートが上記容器の内底面から離間されるような寸法になっており、上記電池が直立に位置決めされた場合、上記電池要素は、正極プレートが摩擦力で整合した状態に保持されるように上記容器内で十分に圧縮されていてもよい。
【００３２】
上記正極プレート及び負極プレートの各々は、少なくとも二つのラグを有し、上記電池は、少なくとも２０００Ahの電気容量を有してもよい。
【００３３】
正極プレート及び負極プレートの各々は、少なくとも二つのラグを有し、上記電池は、少なくとも約３０００Ahの電気容量を有してもよい。
【００３４】
上記正極プレート及び上記負極プレートの高さの幅に対する比は、２：１以下であってもよい。
【００３５】
上記セパレータは、上記正極プレート及び負極プレートに曲がりくねった態様で巻き付けた少なくとも一層の単一の材料部品からなっていてもよい。
【００３６】
上記セパレータは上記正極プレート及び負極プレートの間及びその周りに二つに折り返したＵ字形状ラップの形体で位置決めされていてもよい。
【００３７】
上記外部プレート拘束体は、カバーの外面上に位置決めされており且つ上記電池支持構造に取り付けられた金属製面プレートを有してもよい。
【００３８】
上記内部プレート拘束体は、上記電池が直立位置にある時に上記正極プレートストラップに載止するプラスチック製挿入体からなり、上記正極ストラップと正極端子との間を電気的に接続できる開口部を有してもよい。
【００３９】
更に、本発明によれば、鉛蓄電池の正極グリッドが使用中に成長する、封止型鉛蓄電池において、少なくとも一つの封止型鉛蓄電池を収容できる電池支持構造と、電池要素を収容する大きさの電池容器と、複数の正極プレート及び負極プレート、及び隣接した上記プレート間に位置決めされた吸収体セパレータからなる、上記電池容器内に位置決めされた電池要素と、上記容器にシールされた、外面及び内面を持つカバーと、少なくとも一つのラグを各々有する、上記カバーにシールされた少なくとも一つの正極端子及び上記カバーにシールされた少なくとも一つの負極端子と、夫々の正極プレートのラグを互いに電気的に接続し、正極端子に電気的に接続された正極ストラップと、上記負極プレートのラグを電気的に接続し、負極端子に接続された負極ストラップと、上記カバーの内面と接触し、上記正極プレートと隣接して上記正極プレートと上記カバーとの間に位置決めされた内部拘束体とを有し、上記内部拘束体は、使用時に外部拘束体と協働し、正極グリッドの使用中の成長により生ぜしめられた移動を上記カバーの内面から遠ざかる方向に差し向ける、ことを特徴とする電池アッセンブリが提供される。
【００４０】
上記カバーはプラスチック製であり、正極端子及び負極端子は、プラスチックで取り囲まれた導電性金属材料からなり、上記端子は、端子とカバーとの間にシールを形成するようにヒートシールしてもよい。
【００４１】
上記ヒートシールしたカバーは、端子の周りに開放領域を有し、ホットメルト接着剤が上記開放領域に含まれてもよい。
【００４２】
上記ホットメルト接着剤及び少なくとも上記ホットメルト接着剤を取り囲む上記カバーの部分の各々は、同色に着色されてもよい。
【００４３】
上記正極端子は赤色に着色されており、負極端子は黒色に着色されており、上記カバーは灰色であってもよい。
【００４４】
上記容器は内底面を持つ底部を有し、上記負極プレートは上記内底面と接触する少なくとも二つの間隔が隔てられた脚部を有し、上記負極プレートは、脚部以外は上記内底面から間隔が隔てられており、上記正極プレートは、使用中に正極プレートの成長が生じるのを可能にするのに十分な所定距離だけ上記正極プレートが上記容器の内底面から離間されるような寸法になっており、上記電池が直立に位置決めされた場合、上記電池要素は、正極プレートが摩擦力で整合した状態に保持されるように上記容器内で十分に圧縮されていてもよい。
【００４５】
上記正極プレート及び負極プレートの各々は、少なくとも二つのラグを有し、上記電池は、少なくとも２０００Ahの電気容量を有してもよい。
【００４６】
上記正極プレート及び負極プレートの各々は、少なくとも二つのラグを有し、上記電池は、少なくとも約３０００Ahの電気容量を有してもよい。
【００４７】
上記セパレータは、上記正極プレート及び負極プレートに曲がりくねった態様で巻き付けた単一の材料部品からなっていてもよい。
【００４８】
上記セパレータは上記正極プレート及び負極プレートの間に位置し、上記プレートの周りに二つに折り返したＵ字形状ラップの形体で位置決めされていてもよい。
【００４９】
上記内部プレート拘束体は、上記電池が直立位置にある時に上記正極プレートストラップに載止するプラスチック製挿入体からなり、上記正極ストラップと正極端子との間を電気的に接続できる開口部を有してもよい。
【００５０】
最後に、本発明によれば、定置式無停電電源システムにおいて、特定の電気容量の無停電電源を必要とする、床を持つ領域に配置されたアプリケーションシステムと、上記特定の電気容量を持ち、上記アプリケーションシステムと隣接して位置決めされ且つこれに電気的に接続された封止型鉛蓄電池アッセンブリとを有し、上記電池アッセンブリは、上記床の上に載止した電池支持構造と、特定の電気容量を提供する、上記電池支持構造に位置決めされた複数の封止型電池とを有し、上記電池の各々は、電池要素を収容する大きさの電池容器と、複数の正極プレート及び負極プレート、及び隣接した上記プレート間に位置決めされた吸収体セパレータからなる、上記電池容器内に位置決めされた電池要素と、上記容器にシールされた、外面及び内面を持つカバーと、少なくとも一つのラグを各々有する、上記カバーにシールされた少なくとも一つの正極端子及び上記カバーにシールされた少なくとも一つの負極端子と、夫々の正極プレートのラグを互いに電気的に接続し、正極端子に電気的に接続された正極ストラップと、上記負極プレートのラグを電気的に接続し、負極端子に接続された負極ストラップと、上記カバーの内面と接触し、上記正極プレートと隣接して上記正極プレートと上記カバーとの間に位置決めされた内部拘束体と、上記電池支持構造に連結され、上記カバーの外面と接触した外部拘束体とを有し、上記外部拘束体及び内部拘束体は、使用中の正極グリッドの成長によって生ぜしめられた移動を上記カバーの内面から遠ざかる方向に差し向け、上記電池のうちの少なくとも幾つかがパンケーキ配向をなしている、ことを特徴とする無停電電源装置が提供される。
【００５１】
上記電池の全てがパンケーキ配向をなしていてもよい。
【００５２】
上記アプリケーションシステムは、電気通信システムであってもよい。
【００５３】
上記電池の各々は、少なくとも約２０００Ahの電気容量を有してもよい。
【００５４】
【発明の実施の形態】
図１は、全体に参照番号１０を附した封止型ＶＲＬＡ電池を示し、この電池は、容器１２（「ジャー」とも言う）及びカバー１４を有する。鉛蓄電池に有用な任意の材料を容器及びカバーに使用でき、多くの有用な材料が知られている。代表的には、従来使用されたプラスチック材料は、エチレンプロピレンコポリマーを含む。高温条件に耐えるのに適したポリカーボネート又は他のプラスチック材料もまた周知である。このような容器及びカバーは、例えば射出成形等の任意の所望の技術で製作できる。容器については、特に比較的大型の容器については、容器の内部の大きさが頂部から底部まで大きく変化しないように、容器の底部から頂部までのドラフトを無くすか或いは少なくとも本質的に小さくし、これによって、以下に論じるように電池要素を更に均等に圧縮できるようにするのが望ましい。
【００５５】
バルブ１６は従来の安全バルブであり、周知のように、効率的な酸素再結合を行うのに所望のレベルに内圧を維持する。多くの場合、安全バルブを使用し、電池内圧を約０．３５２kg/cm2乃至０．７０３kg/cm2（約５psig乃至１０psig）の範囲に維持することが使用されるが、これらは有用な圧力の単なる例示である。特定の作動パラメータは本発明の範疇に含まれず、特定の用途に適当であると考えられる任意のパラメータ及び／又はバルブを使用できる。
【００５６】
電池１０は、同様に、正極端子１８及び負極端子２０を含む。多くの周知の端子設計のうちの任意の設計を使用できる。確かに、特定の用途には特定の端子設計が向いている。
【００５７】
本発明の一つの好ましい特徴によれば、容量が比較的大きい電池は、好ましくは、二つ又はそれ以上の正極端子及び負極端子を含む。更に詳細には、公称容量が２０００Ahの電池を提供するため、ラグ及び端子を二つ備えたプレートを使用するのが好ましいということがわかっている。かくして、使用される必要がある比較的大きなプレート（例えば、約１７０Ahの電池を提供するものと考えられる大きさの、長さ及び幅が約４０．６４cm（約１６インチ）の正極プレート）に関し、このような二つのラグ及び端子は、効率的に集電を行い、更に電気接続の信頼性を高める。別の言い方をすると、これらの二つのラグ及び端子を使用することによって、大きな電流ドレンにより溶融等が生じ、使用されたストラップ及びラグの構造的一体性が損なわれる可能性を小さくする。本発明の更に好ましい特徴では、電池がこれよりも大きく、即ち最大約３０００Ah又はそれ以上である場合、電流レベルを維持するため、少なくとも二つのラグを持つプレート及び三つの正極端子及び負極端子を使用するのが有用であるということがわかっている。
【００５８】
容器１２及びカバー１４を組み立てる上で、使用中に十分な性能を提供するのに十分な強度及び信頼性を持つシールをカバーと容器との間及び端子とカバーとの間に設ける必要がある。これは、ヒートシール等の多くの周知の技術を使用して行うことができる。所望であれば、端子とカバーとの間のシールは、カバーに金属製ブッシュ（例えば鉛材料又は鉛合金材料）を設け、これをその後周知のように端子材料に溶接又は融着する。
【００５９】
かくして、図２に示すように、容器１２を、全体に参照番号２２を附したようにカバー１４にヒートシールし、全体に参照番号２４を附したようにカバーと端子との間をシールする。
【００６０】
しかしながら、本発明の好ましい実施例によれば、正極−負極端子構造は、適合性プラスチック材料（例えば、カバー１４について同様の材料が使用されている場合、エチレンプロピレンコポリマー）を含む。この材料は、ヒートシール等で端子とカバーとの間のシールを行うことができるように、端子の外側に亘って成形されている。この目的のため、及び図２に示すように、端子（例示の目的で正極端子１８が示してある）は、図示の態様では正極端子１８である導電性端子の周囲に亘って成形されたプラスチック製の外側２６を有する。一般的には、端子の外側に、参照番号２８を附したように、一連の不規則なリング等を設けるのが有用である。これは、プラスチック製の外側２６と正極端子１８との間を所望の通りに結合するため、並びに電解質等が電池の外に漏れる前に移動する比較的長い曲がりくねった経路を提供するためである。プラスチック部材２６は、組み立てプロセスで所望の任意の箇所で夫々の端子の周囲に成形できる。経済の観点から見ると、組み立て前、及び代表的には別々に製造される端子の製作中、端子の周りにプラスチック部材２６を成形するのが更に効果的である。
【００６１】
カバーに埋め込んだ金属製部材を使用することと比較すると、ヒートシールによって端子とカバーとの間のシールを行うことは、経済的であり且つ更に望ましいアッセンブリを提供し、性能の信頼性を向上する。しかしながら、端子とカバーとの間でプラスチック−プラスチックシールを行うことによって、ヒートシールによって形成されたプラスチック−プラスチック界面が正極グリッドの成長によって弱くされたり壊されたりすることがないようにするのに十分な構造に対する必要性が大きくなる。
【００６２】
本発明の好ましい実施例の更に別の特徴によれば、目的に従って開口部が残されるようにカバー及び端子のプラスチック部材を設計することによって、プロセスを更に簡単にすることができる。更に詳細には、ヒートシール作業についての整合を容易にするため、ヒートシールによって形成された電池が、組み立て済みの電池を検査する人に見える環状開口部領域を持つようにカバー及びプラスチック製の端子部材を形成する。かくして、図２に示すように、ヒートシールの完了後に開口部３０が残る。その後、ホットメルト接着剤等によって開放領域を埋めることができる。ホットメルト接着剤を、ホットメルト接着剤の位置の周囲のカバーと同じ色に着色することによって、結果的に得られた埋められたカバーが均等であるように見え、これによって、美観についての所望の効果を提供する。一つの例示の例として、全体に参照番号３２を附した端子領域（図１に最も良く示す）は、灰白色であるのがよく、夫々の正極端子１８が赤色であり、負極端子２０は黒色である。このように、組み立て時にカバーを容器に正確に整合するのが不要になる。結果的に得られた組み立て済みの電池の僅かな不整合による凹凸を整形によって除去する。これにも拘わらず全体としての色彩は同じままである。
【００６３】
本発明の別の特徴によれば、正極グリッドの成長をカバーから遠ざかる方向へ差し向け、端子とカバーとの間のシール及び容器とカバーとの間のシールを保護する上で協働する内部電池拘束体が提供される。以下に更に詳細に論じるように、内部電池拘束体は、外部電池拘束体と協働し、使用中に生じる正極グリッドの成長の方向を電池の底部に向かって及び夫々のシールから遠ざかる方向に定める。
【００６４】
この目的のため、内部電池拘束体３６（図３参照）が提供される。これは、図４に示すように、カバー１４の内面３８と接触すると同時にストラップ４０に載止する。内部電池拘束体３６は、使用中の正極グリッドの成長による力に適切に抵抗するように、十分剛性でなければならない。例示の実施例（図３参照）の内部電池拘束体３６は一体の剛性プラスチック部材からなり、ベース４２、各正極端子１８の端子柱が貫通するこの端子柱周りの端子開口部４４（図４に最も良く示す）、プレート及び／又はストラップの頂部からカバー１４の内面３８までの距離に亘って延びるような寸法を持つ直立端壁４６及び中央支持部材４８を有する。
【００６５】
内部電池拘束体３６の特定の形体、又はカバー１４に向かう正極グリッドの成長移動に拘束体が抵抗する方法は、本明細書中に記載した機能的目的が達せられる限り、所望の通りに変化させることができる。例示の内部電池拘束体３６は、正極グリッドの成長による力を所望の通りに分配しなければならず、この際、外部電池拘束体とともに機能し、端子とカバーとの間のシール及び端子と容器との間のシールの信頼性を十分に保護する。
【００６６】
内部電池拘束体の材料及び構造は、所望の通りに変化させることができる。拘束体について有用な例示のプラスチック材料には、充填材入りポリプロピレン材料が含まれる。この用途について適した剛性を持つ任意のプラスチックを使用でき、これには、ポリ塩化ビニル、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレンポリマー、スチレン−アクリロニトリルポリマー、及びポリカーボネートが含まれる。
【００６７】
更に、上文中に示したように、内部電池拘束体には、本発明の機能的目的が達せられる限り、任意の変形例の設計を使用できる。電池の設計は、一般的には、正極グリッドの成長をカバーから遠ざかる方向に向けることに焦点を合わせて行わなければならない。かくして、内部電池拘束体をカバーに組み込むことができる。即ち、内面が正極ストラップ及び／又はプレートと接触するようにカバーを成形する。別の態様では、別の剛性部品をカバーの下側にヒートシールし、正極ストラップ／プレート拘束体用のスペーサを提供し、カバーに剛性を加えることができる。確かに、所望であれば、内部電池拘束体を正極ストラップに組み込み、カバーの下側と接触するようにストラップを賦形することができる。
【００６８】
本発明は、正極グリッドの成長を電池容器の底部に向かう方向及びカバーから遠ざかる方向に差し向けるように内部電池拘束体と協働する外部電池拘束体を使用する。この目的のため、図５及び図６からわかるように、外部電池拘束体５０は、カバー１４上に装着する面プレートを有し、このプレートは、安全バルブ１６、正極端子１８、及び負極端子２０を、これらの要素について相補的な大きさの穴を通して突出させることができる。次いで、外部電池拘束体５０を外部支持体、即ち特定の用途に使用されるトレー、ラック、又はキャビネット等に取り付ける。この目的のため、及び図５に示すように、外部電池拘束体５０は、電池支持体５２にボルト５４で取り付けられている。
【００６９】
内部電池拘束体の場合と同様に、外部電池拘束体５０の特定の形体は、機能的判断基準が満たされる限り、所望の通りに変化させることができる。本明細書中に論じたように極めて大きな容量を持つ電池については、外部拘束体５０は、電気絶縁性を与えるコーティングを施した鋼等でつくられる。適当な強度が提供される限り、任意のプラスチック又は絶縁コーティングを備えた他の金属を使用できる。
【００７０】
本明細書中に説明した電池拘束システムを使用することにより、プラスチック−プラスチック界面による端子とカバーとの間のシールを使用する可能性を提供する。使用されるヒートシール技術は組み立てを容易にするが、このようなシールは、カバーの金属製部品を使用してなされた場合よりも損傷を受け易い。かくして、本明細書中に説明した電池拘束システムは、電池の組み立てを容易にする可能性を提供するが、使用中の損傷に対して十分な保護を提供する。
【００７１】
本発明の電池拘束システムが、正極グリッドの成長を電池カバーから遠ざかる方向へ差し向ける限り、正極プレートは、電池容器１４の底部に向かってこれらのプレートが成長できるような大きさでなければならない。グリッドの成長の程度は、プレート等の大きさに基づいて十分に概算できる。極めて大容量の電池（例えば２００Ah又はそれ以上）については、正極プレートの底部から容器の底部の内面まで、約１．２７cm乃至１．９１cm（１／２インチ乃至３／４インチ）程度の距離を維持するので十分でなければならない。
【００７２】
本発明の好ましい実施例の更に別の特徴によれば、電池要素は、電池容器の底部と接触する負極プレートを有する。電池要素は、電池にぴったりと嵌着する大きさであり、そのため、正極プレートは所定位置に摩擦力によって保持される。摩擦力は、使用中、電池容器の底部に向かう正極プレートの成長を制限するが、これを妨げない。この目的のため第７図でわかるように、二つのラグ５８を備えた負極プレート５６は、複数の脚部６０を有する。負極プレート５６は、脚部６０が電池容器の底部に載るような大きさになっており、そのため、組み立て中に電池要素を電池容器内で容易に適正に整合させることができ、この際、負極プレートに必要な材料の量を最小にする。
【００７３】
別の言い方をすると、負極プレートは、その底面が容器の底部と接触するような大きさにすることができるが、余分な材料が不要であり、費用がかかり、電池の電気的性能に寄与しない。脚部を二つ備えた負極プレートを使用するので十分であるが、何等かの理由で所望である場合には、三つ又はそれ以上の脚部を使用してもよい。この形体を使用すると、正極プレートが実際にはストラップから吊り下げられているだけである場合の問題点（これらの問題点には、振動に対する抵抗が低いということ、ストラップへのラグの結合と関連した問題点、及びプレートの重量及び／又は移動による大きな応力レベルによる前記結合部の腐蝕が含まれる）がなくなるため、この形体を使用するのが好ましい。
【００７４】
本発明の好ましい実施例の別の特徴は、使用されたプレートの形状にある。かくして、従来使用された多くの封止型電池は比較的細長いプレートを使用し、電気容量を大きくするために大型のプレートを提供するためには高さ寸法を大きく（一般的には、プレートの幅を同じにしたままで）する（勿論、更に多くのプレートを加えることも行う）。本発明の一つの好ましい特徴は、高さの幅に対するアスペクト比が比較的小さく、即ち約２：１以下、更に好ましくは１：１に近いプレートを使用することである。このようにして、個々のプレートは、電気容量が大きい電池を得る上で、プレートの高さを大きくすることだけで効果的に行うことができたよりも大きく寄与できる。このことは、２０００Ah又はそれ以上の容量を持つ電池が所望の場合に特に重要である。更に、このような大容量電池を得る上で必要な電池深さを小さくし、特に、以下に説明するように、プレートがパンケーキ配向をなすように電池を使用時に配向する場合、使用時に更に望ましい性能をつくりだす。
【００７５】
本発明の封止型電池は、ＶＲＬＡ電池と全く同様に、周知の任意の配向で使用できる。かくして、封止型電池でわかっているように、必要な電解質がプレート及びセパレータ内に吸収されているため、電池内には自由な電解質が本質的になく、そのため、これらの電池は、従来のフラッド型電解質鉛蓄電池の場合のように立てた状態で使用される必要がない。
【００７６】
プレートの縁部が短くなると、セパレータの飽和レベルが不均等になり、電解質が層状化し、衝撃及び振動に対する抵抗が全て封止型鉛蓄電池の設計上の問題点となる。これらの問題点は、電池の容量が大きくなるに従って悪化する。
【００７７】
更に、周知のように、電気的性能を高めた場合には、電解質を含む吸収体セパレータと、多孔質の正極プレート及び負極プレートとの間に接触を維持しなければならない。従って、電池要素を容器内に強制的に嵌め込むことによって圧縮を加えることが知られており、各々は吸収体セパレータがその圧縮を受けていない厚さの少なくとも約１５％圧縮されるような大きさになっている。
【００７８】
従って、本発明の好ましい実施例の更に別の特徴によれば、封止型電池は、使用中、電池内のプレートがパンケーキ形体をなすように、即ちこれらのプレートが直立配向をなすのでなく、地面又は支持面と平行であるように配向される。この目的のため、及び図８に示すように、図示の二つの電池は、使用時に、それらの側部を支持体６２に載せて位置決めされ、その後、無停電電源を必要とするブロック６４で示すアプリケーションシステム等（例えば電気通信装置）に接続される。この方法では、大容量の電池について特に重要なことには、セパレータの飽和及び層状化を最小にすることである。
【００７９】
更に、パンケーキ配向は使用中の電気的性能を高める。かくして、吸収体セパレータだけによって離間された互いにパンケーキ状に積み重ねられた正極プレート及び負極プレートの重量は、セパレータの重量に関して十分に重く、使用中に適切に圧縮された状態を保持する。
【００８０】
本発明の好ましい実施例の更に別の特徴は、パンケーキ状に配向されたプレート間に曲がりくねった態様で巻き付けた一部品吸収体セパレータを使用することである。この目的のため、図９に示すように、吸収体セパレータ６６は、夫々の正極プレートと負極プレートとの間に図９に示すように巻き付けてある。これらのプレートは集合的に参照番号６８で示してある。図示の例示の実施例では、厚味のある一枚のセパレータでなく、二枚で一部品のセパレータを使用する。比較的薄型の二枚のセパレータは、一緒になって所望のセパレータ厚さを提供し、取り扱い性等のため組み立てを容易にする。
【００８１】
好ましいけれども、一部品形体のため、所望の変形例は、各プレートに所定の厚さのセパレータを巻き付けた二枚の即ち向き合ったＵ−ラップを有し、これは、隣接したプレートに巻き付けたセパレータの厚さと一緒になって、所望の厚さを提供する。組み立てを容易にするため、例えば、複合材料セパレータで所望の厚さの約半分の厚さの吸収体セパレータを各プレートに巻き付ける。かくして、図１０に示すように、全体に参照番号６８を附した正極プレート及び負極プレートの夫々には、セパレータ７０が各々巻き付けてある。
【００８２】
かくして、以上からわかるように、本発明は、封止型鉛蓄電池についての信頼性のある設計を提供し、組み立てを容易にすると同時に使用実施例の所望の性能を確保する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による封止型鉛蓄電池の好ましい実施例の斜視図である。
【図２】端子とカバーとの間のシールの好ましい実施例を例示する、図１の電池の内部を示す部分断面図である。
【図３】使用中の正極グリッドの成長の方向を電池カバー及び端子から遠ざかる方向に差し向けるのを補助する、本発明で使用される内部電池拘束体の好ましい実施例の斜視図である。
【図４】内部電池拘束体を電池内の所定位置で示す、図１の２−２線に沿った部分断面図である。
【図５】正極プレートが、使用中に、カバーと端子との間のシールに向かう方向に成長しないようにするために内部電池拘束体と協働する外部電池拘束体を示す部分断面図である。
【図６】外部電池拘束体を使用時の所定位置で示す正面図である。
【図７】本発明の好ましい実施例で使用される負極プレートの好ましい実施例の概略図である。
【図８】電池のプレートが水平方向に配向される側部と側部とを向き合わせた関係で使用されるように位置決めされた、本発明による二つの電池を示す斜視図である（簡略化を図るため、外部電池拘束体及び電池ラックは示してない）。
【図９】電池要素の正極プレート及び負極プレートの夫々に巻き付けたセパレータの好ましい実施例を示す斜視図である。
【図１０】電池要素用の別の望ましいセパレータの巻付けの別の実施例である。
【符号の説明】
１０  封止型ＶＲＬＡ電池
１２  容器
１４  カバー
１６  バルブ
１８  正極端子
２０  負極端子
【図１】
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【図２】
0004342000.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0004342000.tif 000007
【図７】
0004342000.tif 000008
【図８】
0004342000.tif 000009
【図９】
0004342000.tif 000010
【図１０】
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