(57)【要約】【課題】制御弁式鉛蓄電池では、トリクルあるいはフロート使用において正極板腐食の膨張により正極板の側辺がセル室の内側面に接触し、亀裂を生じさせ、蓄電池外部への電解液が漏出する可能性を有していた。【解決手段】極板群中の正極板の側辺とセル室の内側面との間隙を、正極板の耳幅の中心から長い方の長辺の側辺と側面との間隙Ｄｓ１、短辺の側辺との間隙Ｄｓ２とにおいて、Ｄｓ１＞Ｄｓ２であり、長辺の長さＬ１と短辺の長さＬ２において、間隙率Ｄｓ／Ｌは、Ｄｓ２／Ｌ２≧Ｄｓ１／Ｌ１にコントロールすることによって、電解液漏出を防止できる信頼性の高い制御弁式鉛蓄電池を提供できる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極板と負極板とをセパレータを介して重ね合せ、前記正極板の耳と前記負極板の耳の同極同士をストラップにて接続して構成した極板群を電槽のセル室内に配置された前記極板群において、前記正極板は、耳幅の中心を基点として、長辺に対応する側辺とセル室の内側面との間隙をＤｓ１、短辺に対応する側辺とセル室の内側面との間隙をＤｓ２とした場合、
Ｄｓ１＞Ｄｓ２
であることを特徴とした制御弁式鉛蓄電池。
【請求項２】
正極板の耳幅の中心を基点とした長辺の長さをＬ１、短辺の長さをＬ２とし、前記間隙Ｄｓ１と前記間隙Ｄｓ２において、間隙率Ｄｓ／Ｌは、
Ｄｓ２／Ｌ２≧Ｄｓ１／Ｌ１
であることを特徴とした請求項１記載の制御弁式鉛蓄電池。
【請求項３】
セル室の長手方向に隣接セル室を有した電槽を用いることを特徴とした請求項１，２いずれかに記載の制御弁式鉛蓄電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御弁式鉛蓄電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
制御弁式鉛蓄電池は一つまたは複数のセル室から構成されている。セル室の中には正極板、負極板、セパレータおよび希硫酸を主成分とする電解液から構成される極板群が配置されており、セル室にはセル内で発生したガスを外部へ放出するための制御弁が設けられている。電解液は正極板と負極板およびこれらの間にガラス繊維を主成分とするセパレータに含浸されている。また、セル室内の複数の正極板および負極板は、それぞれの極板の上部に耳が設けられ、正極板同士、負極板同士の耳部がそれぞれの極のストラップによって並列に接続され極板群が構成されている。
【０００３】
一般的な極板群の外面には負極板が位置しており、両端の負極板はセル室の長側面に接している。一方、極板群の長手方向の両端部に位置する正極板および負極板の側辺は、セル室の短側面との間に隙間を有している。この隙間の大きさについては、従来の制御弁式鉛蓄電池では、特許文献１、特許文献２に示されているように、極板群の両側面でほぼ同じ大きさである。
【特許文献１】特開平７−１５３４８２号公報
【特許文献２】特開２００４−３１１３５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の制御弁式鉛蓄電池において、極板群の各極板の長辺に存在する側辺と、セル室の隔壁で構成されている側面との隙間が十分に設けられていない場合は、長期間の連続トリクル充電あるいはフロート充電中により、正極板の膨張によって、正極板の側辺がセル室の側面に接触し、さらに膨張することによって側面に亀裂を生じ、蓄電池外部に電解液が漏出する不具合を生じる可能性を有していた。
【０００５】
正極板の膨張は上下方向にも生じるが、一般的に上下方向には十分な寸法を有し、膨張に対して余裕があるとともに、正極端子は蓋に固定されて正極板耳をストラップで一体化しているためセル室上下における破壊に至ることは稀である。電解液は、希硫酸を主成分としているので、蓄電池外部に漏出すると、周辺機器に付着して腐食させ、さらに、電解液は導電性があるため、周辺機器と蓄電池との間の電気的な絶縁がなくなり、機器自体の特性や安全性が損なわれる可能性がある。
【０００６】
また、従来の制御弁式鉛蓄電池で、極板群の正極板の長辺に存在する側辺と、セル室の側面の隙間が十分に設けられている場合は、正極板が膨張してその側辺がセル室の短側面に接触する前に正極活物質が軟化して、容量低下を生じて電池自体が寿命になり、セル室の隔壁を構成する側面を破壊するには至らなかった。しかしながら、電池がコンパクト化し、セル室内のスペースを十分に確保できないと、前記の不具合を生じる可能性があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明の請求項１に係る発明は、正極板と負極板とをセパレータを介して重ね合せ、前記正極板の耳と前記負極板の耳の同極同士をストラップにて接続して構成した極板群を電槽のセル室内に配置された前記極板群において、前記正極板は、耳幅の中心を基点として、長辺に対応する側辺とセル室の内側面との間隙をＤｓ１
、短辺に対応する側辺とセル室の内側面との間隙をＤｓ２とした場合、Ｄｓ１＞Ｄｓ２
とした制御弁式鉛蓄電池である。
【０００８】
また、請求項２に係る発明は、正極板の耳幅の中心を基点とした長辺の長さをＬ１、短辺の長さをＬ２とし、前記間隙Ｄｓ１と前記間隙Ｄｓ２とし、間隙率Ｄｓ／Ｌは、Ｄｓ２／Ｌ２≧Ｄｓ１／Ｌ１の請求項１記載の制御弁式鉛蓄電池である。
【０００９】
さらに、請求項３に係る発明は、セル室の長手方向に隣接セル室を有した電槽を用いた請求項１，２記載の制御弁式鉛蓄電池である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の制御弁式鉛蓄電池は、上記の構成を有し、極板群を構成する正極板の側辺とセル室の短側面との隙間を正極板の膨張量を考慮して適切に設け、長期間の連続トリクル充電における正極板腐食で生じる膨張によって、正極板の側辺がセル室の短側面に接触し、さらに膨張することによりセル室の隔壁の一部の短側面に亀裂を生じ、蓄電池外部への電解液漏出を防止する信頼性の高い制御弁式鉛蓄電池を提供するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【００１２】
図１は、本発明による極板群を電槽に配置した状態の制御弁式鉛蓄電池の上面図である。
【００１３】
鉛カルシウム合金からなる格子体に活物質を有した正極板１と、同様に構成された負極板２とをガラス繊維を主体としたセパレータ３を介して重ね合せ、前記正極板１と前記負極板２の同極同士を鉛合金とともに溶接して正極ストラップ４ａおよび負極４ｂにて並列接続し、それぞれに正極端子５と負極端子６を有した極板群７を構成する。
【００１４】
一方、電槽８は隔壁９により各セル室１０に区切られており、極板群７は、その長手方向とセル室１０の長手方向が同じになるように挿入される。電槽８の複数のセル室は、隣接セル室１０ａとは長手方向に位置し、さらにセル室が増加すると同一方向に連続して構成される。
【００１５】
前記極板群７はセル室１０内において、正極端子５を有している側が、隔壁９を構成する短側面１１の方向へ移動させてセル室内に配置する。このように構成することで正極板１が幅方向に膨張した場合に、対向する短側面１２への長手方向の距離を広く保つことができる。
【００１６】
図２は、本発明を説明する、要部セル断面図であり、説明の便宜上正極板１が手前になるように表してある。
【００１７】
正極板１は、トリクル充電やフロート充電の際に、正極板耳１３の位置を基点に伸びが生じる。すなわち、正極板の耳幅の中心１４を基点に膨張する。正極板耳１３は正極ストラップ４ａに接続され、さらに隣接するセル室１０ａに接続体１５にて接続される。この接続体１５は隔壁９や蓋（図示していない）により位置が固定されており、正極板１の膨張は幅方向、いわゆる長手方向へ生じる。
【００１８】
セル室１０内に、正極板１とセパレータ３と負極板（図示されていない）により極板群７が構成され、配置されている。正極板耳１３は正極ストラップ４ａを介して正極端子５から接続体１５により隣接セル室１０ａに接続され、同様に、負極板耳１６が負極ストラ
ップ４ｂを介して負極端子６から接続体１５により別の隣接セル室１０ｂに接続される。
【００１９】
セル室１０内の極板群７は、正極板耳１３の耳幅の中心１４を基点として、正極板１の長辺の長さをＬ１とし、次に、正極板１の長辺に対応する長い側辺１７と対向する短側面１２の間隙をＤｓ１とする。一方、正極板耳１３の耳幅の中心１４を基点として、正極板１の短辺の長さをＬ２とし、短辺に対応する短側面１２の間隙をＤｓ２とする。
【００２０】
図３は、従来例であるが、長辺に対応する間隙Ｄｓ１と短辺に対応する間隙Ｄｓ２が同じであるのが従来の構成である。従来例と同一の極板の幅を有した同じ極板群を用いれば初期特性は同じであるが、Ｄｓ１＞Ｄｓ２とすることで、正極板の長い側辺１７に相当する部分が腐食により膨張したとしても、セルに余裕を持たせることができる。さらに両者の間隙率をＤｓ２／Ｌ２≧Ｄｓ１／Ｌ１とすることにより、正極板の左右の幅方向への伸びをコントロールすることにより、さらに腐食膨張に対して効率の良い設計が可能となる。
【００２１】
すなわち電槽８のセル室１０に極板群７を配置するには、極板群を長手方向において正極端子５の位置をセル室の対向する短側面１１側に偏心させることで、Ｄｓ１を大きくすることができるとともにＤｓ２を小さくできる。このような場合、長手方向に隣接セル室１０ａを有して長手方向に極板群がセル内に配置されていれば、各セルとも極板群が同一の配置になり、容易に複数セルを構成でき、セル間接続も容易となる。
【実施例】
【００２２】
実施例では本発明に記載されている効果を示すために行った試験について図１を用いて説明する。
【００２３】
供試電池として、図１に示した正極板１が３枚、負極板２が４枚の構成の極板群７を電槽８のセル室１０に配置し、２０時間率容量が７．２Ａｈの制御弁式鉛蓄電池を用いた。
【００２４】
セル室を構成する各種構成要素は、正極板および負極板が幅４４．６ｍｍで耳幅は５ｍｍであり、セル室の長手方向への内寸は４８ｍｍである。
【００２５】
次に図２に示したように、セル室内の極板群は、正極板耳１３の耳幅の中心１４を基点として、正極板の長い方向の横幅寸法をＬ１、正極板の長い方向に相当する長い側辺１７と対向する短側面１２の間隙Ｄｓ１とするとともに、正極板の短い方向の横幅寸法のＬ２とし、短い方向に相当する短い側辺１８と対向する短側面１２の間隙Ｄｓ２とした。Ｄｓ１／Ｌ１およびＤｓ２／Ｌ２を間隙率として記載した。なお、図３は、Ｄｓ１とＤｓ２とが同寸法であり、極板群がセル室中央に配置されている従来例である。
【００２６】
供試電池は、環境温度４０℃の充電電圧６．８５Ｖの連続トリクル充電を行い、３ヶ月毎に容量確認を行い、容量が初期容量の１０％になるまでの月数を測定した。これら供試電池の構成条件と供試電池６個の結果の平均値を表１に示した。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
従来例である電池番号１は、正極板の側辺とセル室の短側面における左右の間隙は同じであり、トリクル寿命の平均値は２９ヶ月であった。
【００２９】
電池番号２〜７は、正極板の耳から長い方向に相当する側辺とセル室の短側面との間隙を大きくするにつれ、短い方向の側辺と間隙は小さくなるが、トリクル寿命の結果は３０ヶ月を超える結果を得ることができた。
【００３０】
さらに電池番号８は、これは正極板の腐食による膨張が耳幅の中心１４から長い方向に大きく生じたが、間隙に余裕があり、その部分で膨張を吸収できることにより正極板の側辺が短側面に接触するには至っていなかった。電池の寿命は正極活物質自体が軟化し、格子との密着性の低下によるものであった。
【００３１】
さらに電池番号８は、微細化した正極活物質が負極板とセパレータの外側から短絡する傾向もみられ、短い方向の間隙を減少させる限界であった。
【００３２】
正極板の耳幅の中心を基点としてとして、正極板の長い方向の側辺と間隙Ｄｓ１における間隙率Ｄｓ１／Ｌ１と、短い方向の側辺と短側面の間隙Ｄｓ２として、間隙率Ｄｓ２／Ｌ２を比較した。その結果、短い方向の間隙率が長い方向の間隙率より大きい場合において、トリクル寿命は従来品を超える数値を得ることができた。
【００３３】
これは膨張が耳幅の中心を基点に左右に生じ、その膨張は、正極板の長い方向への幅と短い方向への幅に概略比例関係にあると言える。そのため長い方向への余裕度を持たせることで膨張を吸収することができるためと考えられた。
【００３４】
一方、長い方向の間隙率が短い方向の間隙率より高くなる逆転現象を生じた電池では、トリクル寿命が短くなる結果であった。これは、短い間隙率の方が膨張に対する余裕が減少する状態を意味しており、耳幅の中心から短い方向に存在する間隙において余裕がなく、その部分での側辺と短側面とが接触し亀裂を生じた結果であった。
【００３５】
なお結果的に、セル室内の極板の位置を左右対称位置から短側面側に偏心させるため、セル室の長手方向に隣接セル室を有した電槽を用い、極板群を長手方向に配置すれば一方向への偏心となるため製造的にも複雑になることはない。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明は、セル室内のスペースを十分な余裕をとれない制御弁式鉛蓄電池に有用であるとともに、大型の電池においても同様な効果が期待できることは言うまでもなく、その工業的価値は高い。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明による極板群を電槽に配置した状態の制御弁式鉛蓄電池の上面図
【図２】本発明の制御弁式鉛蓄電池の要部セル断面図
【図３】従来の制御弁式鉛蓄電池の要部セル断面図
【符号の説明】
【００３８】
１  正極板
２  負極板
３  セパレータ
４ａ  正極ストラップ
４ｂ  負極ストラップ
５  正極端子
６  負極端子
７  極板群
８  電槽
９  隔壁
１０  セル室
１０ａ  隣接セル室
１０ｂ  別の隣接セル室
１１  短側面
１２  対向する短側面
１３  正極板耳
１４  耳幅の中心
１５  接続体
１６  負極板耳
１７  長い側辺
１８  短い側辺
【図１】
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【図２】
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【図３】
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