(57)【要約】【課題】蓄電池に注入される電解液量をコントロールする方法は、蓄電池へ直接振動、加圧及び減圧という物理的な操作を加えたりして、工程が増加し複雑になるとともに実用するに際し、さらに付加的操作を加えなければならないという課題があった。【解決手段】蓄電池への電解液の注液をセル口より電解液供給ノズルにて注液を行い、規定液面に開口する吐出口を有したエアー吐出ノズルよりエアーを吐出させ、吐出口の下端が規定液面に達することによりエアー吐出が停止されたのを検知して、電解液供給を停止させる方法及び装置である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉛蓄電池のセルに、電解液供給ノズルを介して電解液を供給するとともに、規定の電解液面に開口する吐出口を有したエアー吐出ノズルよりエアーをセル内に吐出させ、電解液面が前記吐出口の下端に達した時点でエアーの吐出が停止されるのを検知し、前記電解液供給ノズルからの電解液の供給を停止させることを特徴とした鉛蓄電池の注液方法。
【請求項２】
下端が開口する吸引ノズルより規定液面上に存在する余剰の電解液を吸引除去することを特徴とする請求項１記載の鉛蓄電池の注液方法。
【請求項３】
電解液を供給する電解液供給ノズルと、前記電解液の供給と同時にエアーを吐出するノズルの下端が電解液面に接するとエアー吐出が停止するエアー吐出ノズルと、吐出エアーの停止を受けて電解液の供給を停止させる圧力検知センサを有した鉛蓄電池の注液装置。
【請求項４】
電解液供給ノズルとエアー吐出ノズルとを一体にした請求項３記載の鉛蓄電池の注液装置。
【請求項５】
下端が規定液面に開口する吸引ノズルを有する請求項３記載の鉛蓄電池の注液装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉛蓄電池の電解液面を一定に注液する方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鉛蓄電池の電解液には希硫酸が使用されており、硫酸は正極活物質及び負極活物質とともに充放電反応に直接関与するため、蓄電池のセルに注入される硫酸はその濃度とともに絶対量が直接放電容量に影響する。このため電池作成時には、セル内に注入される電解液量を精度良く制御する必要がある。
【０００３】
従来、セル中に電解液を均一にする方法としては、蓄電池が最終的に充電された後に、電解液が所定量より多い場合は、その余剰分を抜き取り、逆に不足している場合には電解液を補液して対応していた。
【０００４】
例えば特許文献１には、充電完了後に放電させ、その後圧縮空気をセル内に送り込み電槽を膨張させ、振動衝撃を加えて電解液量を調整する方法が記されている。
【０００５】
さらに、特許文献２には、蓄電池を保管する前に、電池内に外部から管を挿入し、その一端を電解液面の所定の位置から下に配置し、他端を外部に配置し、該管以外はセル内外の気密にし、最終的には前記管を電池から抜き取ることで、液面を調整する方法が示されている。
【特許文献１】特開２００２−１５１１３８号公報
【特許文献２】特開２００２−１５１１３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の電解液量をコントロールする方法は、電池完成後に蓄電池へ直接振動、加圧及び減圧という物理的な操作を加えることで生産に時間がかかり、工程が複雑になるとともに、実用化される際には付加的操作を加えねばならないという課題があった。
【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、鉛蓄電池のセルに、電解液供給ノズルを介して電解液を供給するとともに、規定の電解液面に開口する吐出口を有したエアー吐出ノズルよりエアーをセル内に吐出させ、電解液面が前記吐出口の下端に達した時点でエアーの吐出が停止されるのを検知し、前記電解液供給ノズルからの電解液の供給を停止させることを特徴とした鉛蓄電池の注液方法を示すものである。
【０００８】
また、本発明の請求項２に係る発明は、下端が開口する吸引ノズルより規定液面上に存在する余剰の電解液を吸引除去することを特徴とする請求項１記載の鉛蓄電池の注液方法を示すものである。
【０００９】
さらに、本発明の請求項３に係る発明は、電解液を供給する電解液供給ノズルと、前記電解液の供給と同時にエアーを吐出するノズルの下端が電解液面に接するとエアー吐出が停止するエアー吐出ノズルと、吐出エアーの停止を受けて電解液の供給を停止させる圧力検知センサを有した鉛蓄電池の注液装置を示すものである。
【００１０】
請求項４に係る発明は、電解液供給ノズルとエアー吐出ノズルとを一体にした請求項３
記載の鉛蓄電池の注液装置を示すものである。
【００１１】
また、請求項５に係る発明は、下端が規定液面に開口する吸引ノズルを有する請求項３記載の鉛蓄電池の注液装置を示すものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の鉛蓄電池の電解液の注液方法及び装置は上記構成を有し、電解液の供給の際に、電解液面に開口する吐出口を有したエアー吐出ノズルよりエアーをセル内に吐出させ、電解液面が前記吐出口の下端に達した時点でエアーの吐出が停止したのを検知し、注液を停止させることにより、規定の電解液面を精度良く得ることが可能となり、工業上極めて有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
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。図１は本発明の構成を示す説明図である。蓄電池のセル内には正極板と負極板より構成された極板群１が配置され、セルの上部に設けられた液口２より、電解液供給ノズル３、エアー吐出ノズル４および吸引ノズル５がセル内に挿入されている。さらに図１には、注液に関連する装置として硫酸供給装置６、電解液自動開閉弁７、エアー供給装置８と一体の圧力検知センサ９および制御装置１０を示している。
【００１４】
まず、電解液供給ノズル３について説明する。電解液供給ノズル３は耐酸性を有した熱可塑性樹脂を用い、管状のポリカーボネード樹脂、塩化ビニール樹脂、フッ素樹脂、ポリエチレン樹脂又はポリプロピレン樹脂を用いることも可能であるが、ここではポリカーボネード樹脂を用いた。ノズルの内径は電池大きさ等により注液量が異なるため設備能力に応じて内径を設定することができるが、内径が８ｍｍ以上では注液時に電解液が空気を巻き込み、電解液面１１を波立たせるため液面を正確に検出することが困難で、内径を８ｍｍ以下にして電解液を連続的に流入させる必要がある。
【００１５】
ＪＩＳＤ５３０１始動用鉛蓄電池に規定されている８０Ｄ２６の電池を電槽化成するために必要なセル当りの電解液量は７５０ｍｌであるが、一般的に電槽化成時の充電における電気分解による電解液の消失量は約２００ｍｌ程度であり、この消失分の電解液量を補充するには内径６ｍｍのノズルを用いることにより約４秒で注液することができる。
【００１６】
電解液供給ノズルの先端３ａは、設定電解液面より下部に設定すると注液時の圧力調整の必要性を生じる一方、電解液面より上部の位置に高くなり過ぎて設定すると電解液面１１が波立つため設定したい液面とほぼ同じ高さに配置する。さらに、電解液の注入圧力が変化すると流入速度や液面の均一性に影響を与えるため、電解液の流入圧力が一定になるようにするポンプを用いた加圧液送をすることが望ましい。
【００１７】
エアー吐出ノズル４は、材質に電解液供給ノズルと同様に耐酸性を有した熱可塑性樹脂を用いれば良く、ここでは管状のポリカーボネード樹脂を用いた。電解液面１１を設定するためにノズルの先端４ａは電解液面に開口する形状を有し、その機能は注液時に微量のエアーを吐出するので、電解液供給ノズル３から流入する電解液や、液面からの飛沫の影響を受けないようにする必要がある。また、電解液面１１がエアー吐出ノズルの先端４ａに達した時に、先端部分でエアーの置換を生じないようにするため電解液の表面張力を考慮して、内径は７ｍｍ以下にすることが望ましい。
【００１８】
エアー吐出ノズル４と電解液供給ノズル３は、個々にセルの上部に設けられた液口２よりセル内に挿入された状態でも良いが、セルの液口は一般的な自動車用蓄電池においても内径が１５ｍｍ以下と十分な面積を有しておらず、エアーの吐出とエアー吐出停止による
電解液供給停止が同時工程になるので、電解液供給ノズル３とエアー吐出ノズル４とを一体化して用いる。さらに、一体化は両ノズルの機械的強度の向上にもなるため、十分な面積を確保できないセル液口２から挿入されるノズルの断面積を小さくすることができる。
【００１９】
この電解液供給ノズル３とエアー吐出ノズル４との一体化したノズルは、一体化ノズルの要部説明図として図２にＡ−Ａ断面とともに示したように、ポリカーボネード製樹脂棒１２中に電解液供給ノズル３に相当する穴とエアー吐出ノズル４に相当する穴が一体に設けられている。このように一体化することにより電解液供給ノズルとエアー吐出ノズルとが隣接することになるので、電解液供給ノズル３からの電解液の流入速度が一定になるように加圧して液送された電解液を流入することで、電解液面１１を波立たせないようにしてエアー吐出ノズルへの影響を排除する。
【００２０】
硫酸供給装置６は、希硫酸の密度が１．２８ｇ／ｃｍ3の電解液を貯蔵するポリプロピレン樹脂製を用いた貯蔵タンクであり、フッ素樹脂製ダイヤフラム式電磁弁もしくはエアーオペレート弁を用いた電解液自動開閉弁７が開くことにより、硫酸供給装置６から電解液自動開閉弁７を通じて電解液供給ノズル３よりセル室内へ電解液を流入させる。実用的には、電解液供給ノズル３の内径を６ｍｍとして、ポンプを用いた加圧液送により５０ｍｌ／ｓｅｃの速度で流入を開始させる。
【００２１】
電解液の注液が電解液供給ノズル３より開始されるのと同時に、エアー供給装置９よりエアー吐出ノズル４を介してエアーがセル内に吐出される。エアー吐出ノズルの内径を５ｍｍとし、エアー吐出量は５ｍｌ／ｓｅｃ程度に設定し、エアー吐出開始時の圧力ａを圧力検知センサ８に記憶させる。
【００２２】
次に、図３に注液停止時の状態を示したように、電解液面１１が上昇するにつれ電解液面とエアー吐出ノズルの先端４ａの距離が徐々に減少し、電解液面１１がエアー吐出ノズルの先端４ａに到達するとノズルの先端４ａを電解液面が閉塞するため、エアー吐出が停止する。その際のエアー吐出ノズルの内の圧力ｂがエアー吐出開始時の圧力ａより高まったことを圧力検知センサ８が検出し、制御装置１０は電解液自動開閉弁７への閉弁を指示し、開閉弁が閉じることにより電解液のセルへの注液が停止する。
【００２３】
この操作によりほぼ電解液面は均一になるが、極板群中の空気と電解液の置換が遅い場合に電解液が浸透するにつれ大気が排出され、電解液面１１が低下する傾向がある。そのため、セル内の電解液量を均一化するには、当初に設定する電解液面を若干高くする必要がある。
【００２４】
吸引ノズル５は、最終的な規定電解液面１３を設定させるため、エアー吐出ノズルの先端５ａよりも低い位置に、規定電解液面位に開口した吸引ノズルの先端５ａを電解液中に配置させ、規定電解液面１３より若干高く設定してある電解液面１１より余剰の電解液をセル内より吸引排出することにより規定電解液面１３に調整する。この状態を図４に電解液排出時の状態を示す説明図として示す。電解液を吸引する際に、内径を大きくすると空気を巻き込み規定電解液面高さの精度が低下するので、吸引ノズルの先端５ａの内径は約４ｍｍ程度に設定する。
【００２５】
吸引ノズル５を使用する工程は、電解液供給の最終工程になるので、電解液供給ノズル３やエアー吐出ノズル４と一体化しても良いが、極板群１内の大気が電解液と置換及び脱泡により電解液面１１が安定するのに時間を要するため、電解液供給ノズルやエアー吐出ノズルが液口２から取出した後の工程で、吸引ノズル５だけを液口２から挿入して余剰電解液を排出しても良い。上記のように構成することで、さらに高い精度の電解液面高さが得られることになり、より均一な規定電解液量を各セルに注液することができる。
【００２６】
なお、本実施の形態では、電槽化成後の電解液の注液について説明したが、電槽化成時における最初の注液の際に使用しても何等差し支えない。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明によれば、鉛蓄電池生産時において電解液注入を簡素な工程により、電解液量を均一化することが可能となる鉛蓄電池の注液方法及び装置が得られ、その工業的価値は高い。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の構成を示す説明図
【図２】一体化ノズルの要部説明図およびＡ−Ａ断面図
【図３】本発明の注液停止時を示す説明図
【図４】本発明の電解液排出時の状態を示す説明図
【符号の説明】
【００２９】
１     極板群
２     液口
３     電解液供給ノズル
３ａ   電解液供給ノズルの先端
４     エアー吐出ノズル
４ａ   エアー吐出ノズルの先端
５     吸引ノズル
５ａ   吸引ノズルの先端
６     硫酸供給装置
７     電解液自動開閉弁
８     圧力検知センサ
９     エアー供給装置
１０     制御装置
１１     電解液面
１２     樹脂棒
１３     規定電解液面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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