(57)【要約】【課題】制御弁式鉛蓄電池のサイクル寿命特性において、充・放電時のセル室温度のバラツキにより各セルの劣化具合が異なっていた。そのために優れたサイクル寿命を得ることができなかった。【解決方法】少なくても３個以上のセル室からなる電池において、両端のセル室よりも中間セル室に納められた極板群と電槽内壁の空間を埋めることで、極板群と電槽内壁の接触面積を増加させる。そうすることによって熱伝導性向上させ中間セルの放熱を促進させることで、セル室の温度バラツキを抑制し、サイクル寿命の向上を図る。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも３個以上のセル室が一列に並んで配置された電槽の各セル室に、正、負極板とセパレータからなる極板群を収納した鉛蓄電池であって、前記セル室で極板平面に垂直な２つの内壁と極板との離隔距離をそれぞれａ１、ａ２とし、極板の長さをｂとした場合、前記電槽の両端のセル室を除く少なくとも一つのセル室において、セパレータの長さをａ１＋ａ２＋ｂ〜２×ａ１＋２×ａ２＋ｂの範囲とする鉛蓄電池。
【請求項２】
少なくとも３個以上のセル室が一列に並んで配置された電槽の各セル室内に、正、負極板とセパレータからなる極板群を収納した鉛蓄電池であって、電槽の両端のセル室を除く少なくとも一つのセル室内において、極板群とセル室内壁との間にゲル状物質を充填した鉛蓄電池。
【請求項３】
ゲル状物質は、シリカゲルまたはチタニアゲルである請求項２記載の鉛蓄電池。
【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】
地球温暖化抑止や省エネルギーのために、最近の自動車は排気ガス削減と燃費向上を目的とした簡易ハイブリッドシステムやアイドリングストップシステムが検討されている。これらのシステムに用いられる鉛蓄電池は、充電状態がほぼ１００％の状態で用いられる始動用鉛蓄電池と比較して、回生入力を効率よく受け入れ、かつアシスト動力を提供する必要上、より深い充放電における寿命特性が重視される。
【０００３】
したがって、始動用鉛蓄電池では主流であった液式鉛蓄電池にかわって、サイクル寿命特性において優位性のある、制御弁式鉛蓄電池が用いられつつある。
【０００４】
従来の制御弁式鉛蓄電池を簡易ハイブリッドシステムや、アイドリングストップシステムを搭載した車両に用いた場合、前記したような、回生充電や、アシスト動力を発生するモーターへの電力供給のため、大電流の充放電が高頻度に繰り返される。
【０００５】
したがって、３個以上のセル室が一列状態で配置された制御弁式鉛蓄電池の場合、両端の２セルとそれらに挟まれた内側のセルとの間に温度差が生じ易い。温度の高いセルと低いセルとでは、その充電効率やセル内部での負極板における酸素ガス吸収能力が異なる。
【０００６】
上記の結果、充放電の繰り返しによって、セル毎の充電状態（ＳＯＣ）  のアンバランスが拡大し、中央部のセルが過充電となって劣化が加速し、その結果、電池全体が短寿命となるという課題がある。
【０００７】
また、同一電池内に温度の高いセルと低いセルがあると、充電電圧制御や、入出力制限等、電池温度をパラメータとして制御弁式鉛蓄電池を制御する際、制御の基準となる温度が定まらないという課題もある。
【０００８】
それに対して、特開平９−１３９２２７号公報では、低温部から高温部に位置するに従って電解液量を減少させ各セルの温度バラツキを減少させる方法が記載されている。
【０００９】
また、特開平１０−９２３９４号公報には、温度が上昇する中間セルの外壁に熱伝導性の良い放熱促進部材を取り付け各セルの温度バラツキを減少させる方法が記載されている。
【特許文献１】特開平９−１３９２２７号公報
【特許文献２】特開平１０−９２３９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特開平９−１３９２２７号公報のように各セル毎に電解液量を変化させると、セル毎に容量バラツキが発生し、より電池の寿命が短くなる可能性がある。また、特開平１０−９２３９４号公報のように電槽外壁に熱伝導性の良い部材を取り付けた場合には、多数個の電池を限られた場所に並べる配列等の弊害となる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
こうした課題を解決する手段として、本発明の請求項１に係る発明は、少なくとも３個以上のセル室が一列に並んで配置された電槽の各セル室に、正、負極板とセパレータからなる極板群を収納した鉛蓄電池であって、前記セル室で極板平面に垂直な２つの内壁と極板との離隔距離をそれぞれａ１、ａ２とし、極板の長さをｂとした場合、前記電槽の両端のセル室を除く少なくとも一つのセル室において、セパレータの長さをａ１＋ａ２＋ｂ〜２×ａ１＋２×ａ２＋ｂの範囲とする構成とすることである。
【００１２】
さらに、本発明の請求項２に係る発明は、少なくとも３個以上のセル室が一列に並んで配置された電槽の各セル室内に、正、負極板とセパレータからなる極板群を収納した鉛蓄電池であって、電槽の両端のセル室を除く少なくとも一つのセル室内において、極板群とセル室内壁との間にゲル状物質を充填した鉛蓄電池である。
【００１３】
本発明の請求項３に係わる発明は、前記ゲル状物質にシリカゲル、またはチタニアゲルのいずれかを用いる鉛蓄電池である。
【発明の効果】
【００１４】
前記した本発明の構成によれば、セル室が少なくとも３個以上一列に配された鉛蓄電池の両端のセル室以外のセル室において、各セル室の外気と触れる側の電槽内壁に、セパレータやゲル状物質を存在させることによって、電池内部から外部への熱伝導が起こり易くなり、放熱が促進されることによって、両端より内側のセル室の温度上昇が抑えられ、セル間の温度バラツキを抑制することができる。これにより、各セルの温度バラツキで発生していたセル間の充電状態のバラツキが低減され電池のサイクル寿命を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を図面で説明する。図１は、本発明実施の形態による鉛蓄電池の断面概略図である。なお、図１にはセル間に形成するセル間接続部は示していないが、これら各部の構造は、従来周知の構造を適宜選択して用いることができる。本発明において電槽１は、隔壁２により、３以上のセル室３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆに列状に区画されている。また、各セルには正・負極板とセパレータからなる極板群４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆが電槽の短側面５に平行に収納されている。なお、電槽樹脂剤として従来からのポリプロピレン樹脂、ＡＢＳ樹脂を用いることができる。次に図２に、図１に示す鉛蓄電池の短側面５の方向から見た図を示す。極板群の端からセル室内壁までの離隔距離をａ１、ａ２、正極板及び負極板の幅をｂとして、両端のセルの極板群のセパレータより、中間のセルの極板群４のセパレータの長さをａ１＋ａ２＋ｂから２×ａ１＋２×ａ２＋ｂまで、極板幅方向に大きくすることで長側面側の極板群の端からセル室内壁までの離隔距離ａ１，ａ２を無くす。この結果、セパレータと電槽内壁との接触面積が増加し、熱伝導性が向上することから、各セルの温度バラツキが少なくなり電池のサイクル寿命を改善することができる。
【００１６】
本発明の他の望ましい形態として、極板群４と電槽１との隙間に吸湿性のゲル状の物質（例えば、シリカゲル、チタニアゲル）などを、４０ｃｍ3  〜６０ｃｍ3注入し、極板群と内壁の接触面積を増加させることによっても、セパレータを大きくした場合と同様の効果が得られる。
【００１７】
本発明の望ましい形態として他にも、極板の幅をａ１＋ａ２＋ｂと電槽内壁の幅と同等にした場合も同様の効果が得られる。
【実施例】
【００１８】
以下に、本発明の実施例を説明する。
【００１９】
前記した本発明の実施の形態による電池と従来例の電池を作製しサイクル寿命試験およびサイクル中の各セルの温度測定を行なうことによってこれらの電池を評価した。
【００２０】
＜従来の電池＞
２０ｋｇｆ／ｄｍ2加圧時の厚みが１．００ｍｍのガラスマットをセパレータに用いた電池であり、ガラスマットはＵ字状に折り曲げその内側に上下の枠骨を有し、左右の枠骨の無いエキスパンド極板を用いた縦１２０ｍｍ×横１００ｍｍ（図中ｂの寸法に相当）の正極板を配置し、合成樹脂不織布は、正極板を包むに足る大きさにＵ字状に折り曲げその内側に前記正極板を配置し、対応する左右の両端部を熱シールし、袋状に加工する。セパレータで離隔された正極板と、縦１２０ｍｍ×横１００ｍｍ（図中ｂの長さに相当）の負極板とが交互に積層されるように組みあわせて極板群を作製した。これらの極板群を、６個のセル室を直列に備えた電槽の各セル室内に収納することによって、１２Ｖ６０Ａｈの制御弁式鉛蓄電池とし、これを従来の電池Ａとした。ここで、一つのセル室内の縦寸法は６５ｍｍ、横寸法は１１０ｍｍである。なお、正極板、負極板およびセパレータは互いにその厚み方向に３０ｋｇｆ／ｄｍ2の加圧力（群圧）で圧縮が加えられた状態とした。
【００２１】
＜本発明の電池＞
両端のセルの極板群は、電池Ａと同様の極板群を用い、内側セルの極板群は、電池Ａで用いているセパレータよりａ１＋ａ２＋ｂの幅を持つ大きなセパレータを用いることで極板群を作製しそれらを６セルの電槽に詰め込むことによって１２Ｖ６０Ａｈの制御弁式鉛蓄電池とし、これを本発明の電池Ｂとした。
【００２２】
また、電池Ａで用いられているセパレータより０．９×ａ１＋０．９×ａ２＋ｂと内壁と極板群の間に０．１ａの隙間を設けた電池を作製しそれらを６セルの電槽に詰め込むことによって１２Ｖ６０Ａｈの制御弁式鉛蓄電池とし、これを本発明の電池Ｃとした。また、電池Ａで用いられているセパレータより２×ａ１＋２×ａ２＋ｂの幅を持つセパレータを用いることで極板群を作製しそれらを６セルの電槽に詰め込むことによって１２Ｖ６０Ａｈの制御弁式鉛蓄電池とし、これを本発明の電池Ｄとした。セパレータの幅を２．１×ａ１＋２．１×ａ２＋ｂは電槽に詰め込むことが困難であり電池を構成することが不可能であった。
【００２３】
また、従来の電池Ａにおいて中間セルの空間ａ１，ａ２へシリカゲルを４０ｃｍ3注入したことで電槽との接触面積を増加させた電池を本発明電池Ｅとした。
【００２４】
上記の従来の電池Ａ、本発明の電池Ｂ、電池Ｃ、電池Ｄおよび電池Ｅのサイクル寿命試験を行ない、各セルの温度バラツキ、電池寿命を確認した。試験条件は以下の通りである。
【００２５】
放電は、３００Ａ定電流放電で放電終止電圧を８．４Ｖとし、充電は１４．５Ｖ定電圧充電で最大充電電流６０Ａとし、充電時間は、１時間とした。なお、試験温度は、２５℃とした。
【００２６】
そして、放電において放電持続時間が初期状態の８０％まで低下したサイクル数を寿命サイクル数とした。
【００２７】
図３に本発明の充電中の電池の各セルのセル温度を示した図を示す。この図から見てわかるように、従来の電池Ａの両端のセル室と内側のセル室の温度差は、８℃程度なのに対して、本発明の電池Ｂ、Ｄでは３℃、電池Ｅでは４℃であり、極板群と電槽内壁の空間ａ１，ａ２へセパレータ、ゲル状の物質、極板などをバインダーとし熱伝導性を良くすることでサイクル中の充・放電時に起こるセルの温度バラツキが抑制されることがわかる。空間を埋めきらない電池Ｃの両端のセル室と内側のセル室の温度差は、６℃と従来の電池Ａと大して変わらなかった。
【００２８】
図４にサイクル寿命特性を示す。これは充放電サイクル１００サイクルごとに２５℃，２０Ａの放電容量を示したものである。この寿命試験を行った結果、従来の電池Ａの寿命サイクル数は、３００サイクルであるのに対して、中間セルのセパレータの幅を長くした本発明電池、電池Ｂ、Ｄで６００サイクルと寿命が向上した。また、シリカゲルを入れた電池Ｅおよび極板幅を大きくした電池Ｆはサイクル寿命が４００サイクルと従来の電池よりはサイクル寿命が向上したが、電池Ｂ、Ｄのサイクル寿命までは向上しまかった。これは、セル間の温度バラツキが起因しているものと考えられ、このことよりセル間の温度バラツキは３℃以下にすることがもっとも望ましい。
【００２９】
なお、本実施例ではゲル状物質にシリカゲルを用いたが、チタニアゲルでも同様の効果が得られた。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明の鉛蓄電池は、セル間の温度バラツキを改善できサイクル寿命を向上させることができることからサイクル用途をはじめ様々な鉛蓄電池に応用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の鉛蓄電池の連なったセル室の様子を示す断面概略図
【図２】本発明の鉛蓄電池のセル室の断面概略図
【図３】本発明と従来の電池について、各セル室の温度を示す図
【図４】本発明と従来の電池の充放電サイクル寿命特性を示す図
【符号の説明】
【００３２】
１    電槽
２    隔壁
３    セル室
４    極板群
５    電槽の短側面
ａ    極板群と電槽内壁との離隔距離
ｂ    極板幅
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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