JP5245335B2

JP5245335B2 - 鉛蓄電池

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Publication number: JP5245335B2
Application number: JP2007235873A
Authority: JP
Inventors: 信大崎; 博文梅谷; 英次北條; 恭秀中山; 藤本　　直生
Original assignee: GS Yuasa International Ltd
Current assignee: GS Yuasa International Ltd
Priority date: 2007-09-11
Filing date: 2007-09-11
Publication date: 2013-07-24
Anticipated expiration: 2027-09-11
Also published as: JP2009070628A

Description

本発明は、セルからガスとともに排出される電解液のミストや水蒸気によってガスの排出機能が低下しないような排気構造を備えた鉛蓄電池に関するものである。

複数のセルを備えるモノブロック式の鉛蓄電池の排気構造には、大別して、セルごとに排気栓を設けた個別排気方式と各セルから排出されたガスを集中排気室に導き、該集中排気室からガスを集中して外部に排出する一括排気方式がある。個別排気方式に比べて、一括排気方式は部品点数が少なくて済むこと、極板の上部空間の容積を小さくすることが可能であって、電池の容量を減らすことなく電池の小型化が図れること、電解液の逸出量の抑制などの利点があるところから、車載用の鉛蓄電池に広く採用されるようになっている。

一括排気方式では、セルごとには排気弁を装着せずに前述の集中排気室が電池外に開口する出口側に１つの排気弁を装着している。このような鉛蓄電池の一括排気方式に関しては、従来、電解液がミストまたは蒸気の形で電池外へ逸出するのを防止し、電池の内圧が上昇しないようにガスを排出させる点に関する、いくつかの提案がなされている。

たとえば、特許文献１には、６セルを３セルずつの２つの一括排気経路に分けて各排気経路の一括排気口部に多孔体材料を装着したものが開示されている。ところが、特許文献１記載のような構成では、ガスとともに排出される電解液のミストや水蒸気によって多孔体材料が目詰まりし、ガスの排出機能が低下するという課題がある。このような課題を解決するものとして、特許文献２のような提案がなされている。特許文献２には、排気の過程で、蓄電池液の一部が蒸気になって円筒チャンバに装着された防爆性ペーストに達してそこで凝縮するのを、小室と小孔を設けることによって、セル方向に落下させて防爆性ペーストの目詰まりを防止するものが開示されている。また、特許文献２と同様の提案として、特許文献３、４のような提案もある。特許文献３は、ガスと電解液の分離の効率を高めるために、前記ガスが水平方向に流れる距離をできるだけ長くした一括排気の構造に関するものであり、特許文献４は、排気室から電池外部に至るガス排出口に多孔性フィルターを配置し、電解液のミストや水蒸気が排出されるのを防ぐとともに、該フィルターが電解液で濡れて目詰まりするのを防止するために排気室の下側に空間を設けた排気構造に関するものである。また、特許文献５は、一括排気方式ではないが、過充電時に、安全弁から多量に漏液した場合に、吸液用シートによってそれを吸収し、電解液が電池外部に漏液しないようにするものである。
特開平８−１７１８９１号公報特開平６−１４００１３号公報特開２００１−８４９８１号公報特開平６−１７６７４８号公報特開平５−２１７５９７号公報

上記した種々の提案を防爆性という観点で捉えた場合、特許文献２や特許文献４の提案は特許文献３や特許文献５の提案よりすぐれていると言えるが、特許文献２では防爆性ペーストの直近まで、特許文献４では多孔性フィルターの直近まで、電解液のミストや水蒸気が達しているため、これらの機能が低下すると、外部に、ガスとともに電解液のミストや水蒸気が漏出する危険性を有していた。本発明は、このような課題に鑑みてなされたものである。

すなわち、本発明においては、鉛蓄電池を以下のような構成とすることによって前記課題を解決する。
（１）本発明に係る鉛蓄電池は、複数のセルを収納する電槽と、該電槽の上面を覆うとともに表面に中蓋ガス通路が形成された中蓋と、該中蓋ガス通路を覆うとともに表面に上蓋ガス通路が形成された上蓋と、該上蓋ガス通路を覆う上蓋カバーとからなり、前記中蓋ガス通路は各セルから排出されたガスを集中させて上蓋ガス通路に導く中蓋ガス誘導室を有し、前記上蓋ガス通路は中蓋ガス誘導室のガスを電池外に導く上蓋ガス誘導室と導かれたガスを電池外に排出する排気室とを有し、前記中蓋ガス誘導室は中蓋ガス誘導路と弁筒部とを有し、前記中蓋ガス誘導路には吸液部材が配設されるとともに前記弁筒部に配された排気弁と防爆フィルターを介してガスを上蓋ガス誘導室に導くことを特徴とする（請求項１）。
（２）前記（１）において、上蓋裏面の、中蓋ガス誘導路を覆う部分にリブが設けられていることを特徴とする（請求項２）。
（３）前記（１）又は（２）において、上蓋ガス誘導室は開口と上蓋ガス誘導路とを有し、排気弁を通過した後のガスを前記開口から吸液部材が配設された上蓋ガス誘導路を介して排気室に導くことを特徴とする（請求項３）。
（４）前記（３）において、上蓋カバー裏面の、上蓋ガス誘導路を覆う部分にリブが設けられていることを特徴とする（請求項４）。

上記した構成にすることにより、本発明は以下のような効果を奏する。
前記（１）の発明によれば、中蓋ガス通路がガス集中室と中蓋ガス誘導室とからなり、上蓋ガス通路が上蓋ガス誘導室と排気室とからなり、ガスを、中蓋ガス誘導室から排気弁を介して上蓋ガス誘導室に導き、排気室から電池外に排出するようにしているから、ガスが流れる経路を長くすることができて、ガスとともに排出される電解液のミストや水蒸気が排気室から電池外に排出しないようにできる。また、中蓋ガス誘導路に配設した吸液部材を通った後でガスが排気弁を通過するので、セルからガスとともに排出される電解液のミストや水蒸気は排気弁をほとんど通過せず、排気弁の上に装着される防爆フィルターの目詰まりを防止でき、さらに、前記（２）の発明によれば、吸液部材が電解液のミストや水蒸気を吸収して膨潤してガスの流通性能が低下しても、リブによってガスの流路を確保することができるから、ガスの排出機能の低下が抑制できる。
前記（３）の発明によれば、さらに上蓋ガス誘導路に配設した吸液部材を通った後でガスが電池外に排出されるので、セルからガスとともに電解液のミストや水蒸気が排出されても、それが電池外に排出されることを防止でき、さらに、前記（４）の発明によれば、吸液部材が電解液のミストや水蒸気を吸収して膨潤してガスの流通性能が低下しても、リブによってガスの流路を確保することができるから、ガスの排出機能の低下が抑制できる。

以下、本発明の詳細について、一実施形態により説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

図１（ａ）は、本発明の一実施形態に係る６セルモノブロック型の鉛蓄電池１の構成を示した斜視図、図１（ｂ）は同電池を中蓋３の上から見た平面図である（図１（ｂ）では吸液部材３２ｂの図示は省略している）。２は電槽で、内部が電池の短側辺に平行に配置された５個の隔壁（図示せず）によって６セルに分割されており、各セルに正極板、負極板およびセパレータからなる極板群と希硫酸からなる電解液（図示せず）を前記極板群に保持して収納している。３は中蓋で、表面にガス集中室３１と中蓋ガス誘導室３２とからなる中蓋ガス通路３０が形成され、裏面が電槽２の上になるように装着している。４は上蓋で、表面に上蓋ガス誘導室４１と排気室４２とからなる上蓋ガス通路４０が形成され、上蓋ガス誘導室４１の裏面が中蓋ガス誘導室３２の上になるように中蓋ガス通路３０を覆って装着される。５は上蓋カバーで、前記上蓋ガス誘導室４１を覆うとともに排気口６が形成されるように排気室４２を覆って装着されている。電槽２、中蓋３、上蓋４、上蓋カバー５はいずれもポリプロピレン樹脂の成形体である。電槽２とその上に装着される中蓋３、中蓋３とその上に装着される上蓋４、上蓋４とその上に装着される上蓋カバー５は、いずれも熱融着によって装着される。なお、中蓋ガス通路３０と上蓋ガス通路４０の形状については後述する。また、７は鉛合金製の正極端子であり、その一部が長辺側の一端に配置された極板群から中蓋３の表面に突出した正極柱７１に接続されてなる。同様に、８は鉛合金製の負極端子であり、その一部が長辺側の他端に配置された極板群から中蓋３の表面に突出した負極柱８１に接続されてなる。

図１（ａ）、（ｂ）に示した如く、中蓋３のガス集中室３１には各セルからのガスを排出するガス排出口３３が６つの各セルに対応して設けられている。そして、充電時、特に過充電時に各ガス排出口３３から排出されるガスを電池外に円滑に排出するようにするが、このガスとともに各ガス排出口３３から電解液のミストや水蒸気が逸出、あるいは振動によって各ガス排出口３３から電解液のミストや水蒸気が逸出することがあり、それによってガス排出が妨げられないように、ガス集中室３１のガスは中蓋ガス誘導室３２に導かれ、この中蓋ガス誘導室３２から上蓋４の上蓋ガス誘導室４１に導かれ、この上蓋ガス誘導室４１から排気室４２を経て電池外に排出されるようにしている。なお、図１（ａ）、（ｂ）では、各セルからのガスを排出するガス排出口３３をガス集中室３１に設けているが、各セルのガス排出口３３ごとに切欠き３ｂ（後述）を通って中蓋ガス誘導室３２に移動するようにしてもよく、この場合は中蓋ガス誘導室３２にガス集中室３１の機能を持たせることになる。ここで、前記中蓋ガス誘導室３２の中蓋ガス誘導路３２ａには吸液部材３２ｂが配設されており、ガスとともに逸出した電解液のミストや水蒸気が吸液部材３２ｂによって吸収保持されるようにして、有底の凹部になった弁筒部３２ｃに挿入される、上蓋４の排気弁装着部４１ａにはガスのみが導かれるようにしている。これにより、逸出した電解液のミストや水蒸気は排気弁装着部４１ａに装着される排気弁４１ｄをほとんど通過せず、排気弁の上に装着される防爆フィルター４１ｅが目詰まりすることはなく、排気弁４１ｄを通過したガスのみを上蓋ガス誘導路４１ｂに導くことができる。図では、上蓋ガス誘導路４１ｂにも吸液部材４１ｃが配設されており、排気弁４１ｄと防爆フィルター４１ｅを通過した電解液のミストや水蒸気の一部をさらに吸液部材４１ｃによって吸収保持されるようにして、排気室４２に電解液のミストや水蒸気が達しないようにしている。

前記吸液部材３２ｂ、４１ｃとしては吸水、吸液性にすぐれた微細ガラスマットや電解液のミストや水蒸気を吸収することによってゲル化するシリカ粉末を乾燥剤のような袋に収納したものが好ましいが、これに限るものではない。

また、図１（ａ）から明らかなように、中蓋ガス誘導路３２ａに配設される吸液部材３２ｂの上に上蓋ガス誘導路４１ｂの裏面が当接するように、中蓋３と上蓋４とが熱融着されるが、この上蓋ガス誘導路４１ｂの裏面には、図２に示したようなリブ４ａを設けておき、吸液部材３２ｂが膨潤してもガスの流路が確保できるようにしている。同様に、上蓋ガス誘導路４１ｂに配設される吸液部材４１ｃの上に上蓋カバー５の裏面が当接するように、上蓋４と上蓋カバー５とが熱融着されるが、この上蓋カバー５の裏面には、図３に示したようなリブ５ａを設けておき、吸液部材４１ｃが膨潤してもガスの流路が確保できるようにしている。なお、これらのリブ４ａ、５ａの形状や配置については特に限定するものではない。

なお、図１（ａ）では、中蓋ガス誘導路３２ａに吸液部材３２ｂを配設し、上蓋ガス誘導路４１ｂに吸液部材４１ｃを配設したが、排気弁４１ｄを通過するまでに電解液のミストや水蒸気のほとんどが吸液部材３２ｂによって吸収されるようであれば、上蓋ガス誘導路４１ｂには吸液部材４１ｃを配設しなくてもよい。そして、この吸液部材４１ｃを配設しない場合には、上蓋カバー５の裏面にリブ５ａは設けなくてもよい。

次に、ガス排出口３３から排出されるガスが排気室４２を経て電池外に排出される経路について説明する。ガス排出口３３から排出されたガスはガス集中室３１内で共通化するが、このガスにはガス排出口３３から逸出した電解液のミストや水蒸気が混在している。このような電解液のミストや水蒸気が混在したガスはガス集中室３１と中蓋ガス誘導室３２との境界に設けられた隔壁３ａの一部の切欠き３ｂを通って中蓋ガス誘導室３２に移動し、電解液のミストや水蒸気のほとんどが中蓋ガス誘導室３２の中蓋ガス誘導路３２ａに配設された吸液部材３２ｂによって吸収され、ガスのみが中蓋ガス誘導室３２の弁筒部３２ｃに移動する。この弁筒部３２ｃには上蓋４の排気弁装着部４１ａが挿入される。この排気弁装着部４１ａは、図４の断面図に示したように、中央の開口４１ａ１と、この開口４１ａ１を囲んで形成された環状突起４１ａ２とを有した窪みになっており、前記弁筒部３２ｃに入ったガスは開口４１ａ１を通って環状突起４１ａ２によって囲まれた内側空間に入り、この環状突起４１ａ２に嵌着された排気弁４１ｄと防爆フィルター４１ｅを通過して上蓋ガス誘導路４１ｂに移動する。上蓋ガス誘導路４１ｂに移動したガスには電解液のミストや水蒸気はほとんど残留していないが、この上蓋ガス誘導路４１ｂに吸液部材４１ｃを配設しておくことにより、僅かに残留している電解液のミストや水蒸気も吸収することができる。なお、図４では、弁筒部３２ｃに排気弁装着部４１ａが挿入される構造にしたが、弁筒部３２ｃを排気弁装着部４１ａと同じ構成にし、開口４１ａ１を環状突起４１ａ２の周縁下方に設けて該開口を通ってガスが上述の内側空間に入るようにしてもよく、この場合は、上蓋４の排気弁装着部４１ａを開口にしてその周縁で排気弁４１ｄと防爆フィルター４１ｅの周縁を押さえるようにすればよい。こうして上蓋ガス誘導路４１ｂを通過した後のガスは、ほぼ完全に電解液のミストや水蒸気が除去された後で排気室４２に達する。この排気室４２は上蓋４の長辺側の側方の一部に設けられた切欠き４ｂによって形成され、この切欠き４ｂ上に上蓋カバー５の突起５ｂが位置するように上蓋カバー５と上蓋４とを熱融着することによって排気口６を形成する。このようにして形成した排気口６は鉛蓄電池１の長辺側の側方から水平方向に開口させることもできるが、下方に向けて開口させてもよい。

上述のように、制御弁式鉛蓄電池はガスが円滑に電池外に排出されることで、その機能を維持することができるが、ガス中に混在する電解液のミストや水蒸気がガス排出の経路にある排気弁４１ｄを通過すると、防爆フィルター４１ｅが目詰まりを起こしてガスの円滑な排出が妨げられ、内圧の上昇を招くことがある。また、電解液のミストや水蒸気がガス中に混在したままでガスが電池外に排出されると、鉛蓄電池が搭載される場所や周辺部を損傷させることがある。本発明は、このような課題に鑑み、ガスが中蓋ガス通路３０と上蓋ガス通路４０とを通って電池外に排出されるようにしたことでガス排出の経路を長くし、これに加えて、排気弁４１ｄに至るまでの中蓋ガス誘導路３２ａと排気室４２に至るまでの上蓋ガス誘導路４１ｂの両方に吸液部材３２ｂ、４１ｃを配設、または中蓋ガス誘導路３２ａのみに吸液部材３２ｂを配設したものである。

また、上述した如く、ガス排出の経路を長くすることによって、ガスとともに排出される電解液のミストや水蒸気が排気室から電池外に排出しないようにできる。

上記した実施例では、中蓋ガス誘導室３２に弁筒部３２ｃを設け、上蓋４の排気弁装着部４１ａが弁筒部３２ｃに挿入される構造にしているが、このような構造にすると、上蓋４に予め排気弁４１ｄを嵌着してから中蓋３の上に熱溶着することができる。これに対し、中蓋３の弁筒部３２ｃに排気弁を嵌着するための環状突起を設けることもできる。この場合は、排気弁の側部と環状突起の間を押し広げるようにしてガスが排気弁を通過して上蓋ガス誘導路４１ｂに移動することになり、排気弁を嵌着した中蓋３を電槽２に熱溶着することになる。

上記した如く、本発明は、セルからガスとともに排出される電解液のミストや水蒸気によってガスの排出機能が低下しないような排気構造を鉛蓄電池に備えることができるから、その産業上の利用可能性が大である。

本発明の一実施形態に係る鉛蓄電池の構成を示した斜視図（ａ）、同電池を中蓋３の上から見た平面図である。上蓋を裏面から見た平面図である。上蓋カバーを裏面から見た平面図である。排気弁装着部４１ａの要部断面図である。

符号の説明

１鉛蓄電池
２電槽
３中蓋
３ａ隔壁
３ｂ切欠き
３０中蓋ガス通路
３１ガス集中室
３２中蓋ガス誘導室
３２ａ中蓋ガス誘導路
３２ｂ吸液部材
３２ｃ弁筒部
４上蓋
４ａリブ
４ｂ切欠き
４０上蓋ガス通路
４１上蓋ガス誘導室
４１ａ排気弁装着部
４１ｂ上蓋ガス誘導路
４１ｃ吸液部材
４１ｄ排気弁
４１ｅ防爆フィルター
４２排気室
５上蓋カバー
５ａリブ
５ｂ突起
６排気口
７正極端子
７１正極柱
８負極端子
８１負極柱

Claims

複数のセルを収納する電槽と、該電槽の上面を覆うとともに表面に中蓋ガス通路が形成された中蓋と、該中蓋ガス通路を覆うとともに表面に上蓋ガス通路が形成された上蓋と、該上蓋ガス通路を覆う上蓋カバーとからなり、前記中蓋ガス通路は各セルから排出されたガスを集中させて上蓋ガス通路に導く中蓋ガス誘導室を有し、前記上蓋ガス通路は中蓋ガス誘導室のガスを電池外に導く上蓋ガス誘導室と導かれたガスを電池外に排出する排気室とを有し、
前記中蓋ガス誘導室は中蓋ガス誘導路と弁筒部とを有し、前記中蓋ガス誘導路には吸液部材が配設されるとともに前記弁筒部に配された排気弁と防爆フィルターを介してガスを上蓋ガス誘導室に導くことを特徴とする鉛蓄電池。
上蓋裏面の、中蓋ガス誘導路を覆う部分にリブが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の鉛蓄電池。
上蓋ガス誘導室は開口と上蓋ガス誘導路とを有し、排気弁を通過した後のガスを前記開口から吸液部材が配設された上蓋ガス誘導路を介して排気室に導くことを特徴とする請求項１又は２に記載の鉛蓄電池。
上蓋カバー裏面の、上蓋ガス誘導路を覆う部分にリブが設けられていることを特徴とする請求項３に記載の鉛蓄電池。