特許 6059997 鉛蓄電池

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6059997

(24)【登録日】2016年12月16日

(45)【発行日】2017年1月11日

(54)【発明の名称】鉛蓄電池

(51)【国際特許分類】

   H01M 2/30 20060101AFI20161226BHJP

   H01M 2/26 20060101ALI20161226BHJP

   H01M 2/28 20060101ALI20161226BHJP

【ＦＩ】

   H01M2/30 D

   H01M2/26 A

   H01M2/28

【請求項の数】1

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2013-16461(P2013-16461)

(22)【出願日】2013年1月31日

(65)【公開番号】特開2014-149928(P2014-149928A)

(43)【公開日】2014年8月21日

【審査請求日】2015年8月21日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005382

【氏名又は名称】古河電池株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001081

【氏名又は名称】特許業務法人クシブチ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】三浦 優

(72)【発明者】

【氏名】齊田 耕作

(72)【発明者】

【氏名】福田 真也

【審査官】 守安 太郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００４−２４７０９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 登録実用新案第３０９６０９０（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２０００−１７３５７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 中国特許出願公開第１０１３５９７３０（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ ２／２６

Ｈ０１Ｍ ２／２８

Ｈ０１Ｍ ２／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電槽内に正極板と負極板とをセパレータを介し交互に積層して成る極板群を収容し、同極性の極板の耳群を連結するストラップ部と極柱座部から成る極板集電部に端子極柱を接続して成る鉛蓄電池において、
前記端子極柱と、前記極柱座部との連続部にはアール（Ｒ）が付されて、前記連続部の厚さは、前記端子極柱に近づくにつれて徐々に厚くなり、
前記アール（Ｒ）の曲率半径（ｒ）は、前記ストラップ部の厚み（ｔ）に対して
１／２ｔ≦ｒ≦３／２ｔ
の範囲である
ことを特徴とする鉛蓄電池。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電槽内に正極板と負極板とをセパレータを介し交互に積層して形成された極板群を収容し、正極板を連結する正極ストラップ及び負極板を連結する負極ストラップにそれぞれ正極柱及び負極柱を設けて成る鉛蓄電池に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、複数の正極板と複数の負極板とをセパレータを介して交互に積層して形成された極板群を電槽内に収容し、同極性の極板から突出する耳群をストラップ部により連結し、前記ストラップ部から連続する極柱座部に端子極柱を設けた鉛蓄電池が知られている（例えば、特許文献１参照）。
これらの鉛蓄電池は、複数の鉛蓄電池を直列接続または並列接続した組電池システムとして電源設備等に付帯させて、常時フロート充電することで電池を満充電状態に保ち、停電時に電池を放電させて、非常用として使用することがある。また、近年は、このような組電池システムを安価な夜間電力で充電し、昼間の電力需要増大時に放電して、電力負荷を平準化するロードレベリングや再生可能エネルギーの併設用途に使用されることもある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００３−１９７１７３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、鉛蓄電池を頻繁に充放電すると、端子極柱や極板集電部（ストラップ部及び極柱座部）がジュール熱により温度上昇するため、正極板格子の腐食や、活物質の軟化を促進し、電池の寿命を短くするという問題がある。また、端子極柱や極板集電部の温度上昇を抑えるためには、定格放電容量あたりの充放電率を低く抑える必要があり、組電池システムとして使用する際に必要となる電池個数が増大し、高コストとなる問題がある。
本発明は、上述した従来の技術が有する課題を解消し、熱特性に優れた鉛蓄電池を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上記目的を達成するために、本発明は、電槽内に正極板と負極板とをセパレータを介し交互に積層して成る極板群を収容し、同極性の極板の耳群を連結するストラップ部と極柱座部から成る極板集電部に端子極柱を接続して成る鉛蓄電池において、前記端子極柱と、前記極柱座部との連続部にはアール（Ｒ）が付されて、前記連続部の厚さは、前記端子極柱に近づくにつれて徐々に厚くなり、前記アール（Ｒ）の曲率半径（ｒ）は、前記ストラップ部の厚み（ｔ）に対して１／２ｔ≦ｒ≦３／２ｔの範囲であることを特徴とする。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、電槽内に正極板と負極板とをセパレータを介し交互に積層して成る極板群を収容し、同極性の極板の耳群を連結するストラップ部と極柱座部から成る極板集電部に端子極柱を接続させて成る鉛蓄電池において、前記端子極柱と、前記極柱座部との連続部の厚さを前記端子極柱に近づくにつれて徐々に厚くしたため、端子極柱と極柱座部との連続部の電流密度を下げることができ、簡単な構成で、端子極柱や極板集電部での温度上昇を抑え、熱特性に優れた鉛蓄電池を提供することができる

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の実施形態に係る鉛蓄電池を示す図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は平面図である。

【図2】電槽に蓋を接合する前の状態を示す平面図である。

【図3】極板群と極板集電部と端子極柱とを示す図であり、（Ａ）は正極側を示す正面図、（Ｂ）は負極側を示す正面図である。

【図4】端子極柱と極板集電部とを示す正面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

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、本発明を適用した実施形態に係る鉛蓄電池１を示す図であり、図２は、電槽１１に蓋１２を接合する前の鉛蓄電池１状態を示す平面図である。
鉛蓄電池１は、図１に示すように、上面が開口した中空の直方体形状の電槽１１と、当該電槽１１の開口縁１１Ａに熱溶着等により接合される蓋１２とを備える。電槽１１及び蓋１２は、例えば、ポリプロピレンやＡＢＳ樹脂等の合成樹脂材料を用いて射出成型されている。蓋１２には、正極／負極それぞれの端子極柱２４（正極柱２４Ａ及び負極柱２４Ｂから成る）が挿通される端子挿通孔に、鉛合金製のブッシング１６が蓋１２の樹脂材料内にインサートして成形されている。また、正極柱２４Ａおよび負極柱２４Ｂは、当該ブッシング１６と溶接一体化されると共に、その先端部は蓋１２の上部に突出して、それぞれ正極端子、負極端子として形成される。また、蓋１２の上面には、極柱の極性の方向を示す正極マーク１４及び負極マーク１５が浮き彫りにされている。
電槽１１内には、蓋１２の上面に設けられた注液口より所定濃度の希硫酸からなる電解液が注入され、当該注液口は、図示しないゴム弁、さらに排気栓１３により閉封されて、鉛蓄電池１は密閉される

【0011】

電槽１１内には、極板群２０が収容される。極板群２０は、図２、３に示すように、複数の極板２１（正極板２１Ａ及び負極板２１Ｂから成る）から電池の上方に延びる耳部２２（正極耳部２２Ａ及び負極耳部２２Ｂから成る）により極板集電部２３のストラップ部２９（正極ストラップ２３Ａ及び負極ストラップ２３Ｂから成る）に連結されている。詳述すると、極板群２０は、複数の正極板２１Ａと複数の負極板２１Ｂとを備え、これら正極板２１Ａと負極板２１Ｂとを不図示のセパレータを介して交互に積層して形成される。正極板２１Ａは、図３に示すように、それぞれ正極板２１Ａの上方に突出する正極耳部２２Ａを備え、これら正極耳部２２Ａは、極板群２０の積層方向に延びる正極ストラップ２３Ａにより一体に連結されている。また、負極板２１Ｂは、それぞれ負極板２１Ｂの上方に突出する負極耳部２２Ｂを備え、これら負極耳部２２Ｂは、極板群２０の積層方向に延びる負極ストラップ２３Ｂにより一体に連結されている。
正極ストラップ２３Ａ及び負極ストラップ２３Ｂには、それぞれ極板座部２８を介して、その先端が蓋１２より外側に導出されてそれぞれ正極端子、負極端子となる正極柱２４Ａ及び負極柱２４Ｂが設けられている。

【0012】

極板集電部２３は、図２に示すように、極柱座部２８と、ストラップ部２９とから構成される。ストラップ部２９は、鉛または鉛合金により極板群２０の積層方向に延在する平面視略長方形状に形成される。極柱座部２８は、鉛または鉛合金により平面視略三角形状に形成される。極柱座部２８は、鉛または鉛合金から形成された端子極柱２４と一体に形成される。極柱座部２８と端子極柱２４とは、鋳造により一体的に形成される構成であっても良いし、或いは、溶接により一体化される構成であっても良いし、または、切削加工により一体的に形成される構成であっても良い。極板集電部２３は、端子極柱２４が一体に設けられた極柱座部２８と、ストラップ部２９とを溶接により一体化して構成される。

【0013】

端子極柱２４と、極板集電部２３の極柱座部２８との連続部２５は、図４に示すように、端子極柱２４に近づくにつれて徐々に厚さが厚くなるように形成されている。連続部２５は、例えば、端子極柱２４に近づくにつれて徐々に厚さが厚くなる階段状や斜面状に形成されている構成であっても良い。
なお、連続部２５にはアール（Ｒ）が付けられ、端子極柱２４に近づくにつれて徐々に厚さが厚くなる縦断面視略凹円弧状に形成されていることが好ましい。このように、極柱座部２８と端子極柱２４との連続部２５にアール（Ｒ）を付けたため、極柱座部２８と端子極柱２４とを鋳造により一体に形成する場合でも、鋳造型から成形された極柱座部２８と端子極柱２４とを、簡単に一体的に抜くことができる。
また、連続部２５に付けられたアール（Ｒ）の曲率半径（ｒ）は、極板集電部２３のストラップ部２９の厚み（ｔ）に対して、１／２ｔ≦ｒ≦３／２ｔで示される範囲に設定されることがより好ましい。

【0014】

なお、連続部２５に付けられたアール（Ｒ）の曲率半径（ｒ）は、ストラップ部２３の厚み（ｔ）に対して１／２ｔ≦ｒ≦３／２ｔの範囲に設定されていれば、端子極柱２４の円周方向に沿って同一寸法である必要はない。例えば、本実施形態の鉛蓄電池１では、図２に示すように、端子極柱２４が、極板集電部２３の中心から一方、或いは、他方にずれた位置に設けられる。これにより、端子極柱２４が設けられた位置に対して、多数の極板２１が接続された方向から極板集電部２３を通って端子極柱２４に流れる電流の密度は、少数の極板２１が設けられた方向から極板集電部２３を通って端子極柱２４に流れる電流の密度よりも高くなる。よって、端子極柱２４から、極柱座部２８の広面積側２８Ａとの連続する部分の曲率半径（ｒ）を大きくし、端子極柱２４から、極柱座部２８の狭面積側２８Ｂに連続する部分の曲率半径（ｒ）を小さく形成しても良い。

【0015】

このように、極柱座部２８と端子極柱２４との連続部２５を、端子極柱２４に近づくにつれて徐々に厚くすることで、極板集電部２３や端子極柱２４のジュール熱による温度上昇を抑制することができ、鉛蓄電池１の熱特性を向上することができる。これは、連続部２５の厚みを、端子極柱２４に近づくにつれて徐々に厚くすることで、連続部２５の電流密度を小さくすることができ、当該連続部２５の温度がジュール熱により上昇するのを抑えることができるからである。そして、上述したように、連続部２５の曲率半径（ｒ）を端子極柱２４の円周方向で変化させた場合には、各部の電流密度を適宜に下げて、連続部２５の温度上昇を抑制することができる。

【0016】

なお、検証実験により、連続部２５に付けられたアール（Ｒ）の曲率半径（ｒ）を、極板集電部２３のストラップ部２９の厚み（ｔ）に対して１／２ｔより小さくした場合には、十分に極板集電部２３や端子極柱２４の温度上昇を抑制する効果が小さいことが判明した。また、連続部２５に付けたアール（Ｒ）の曲率半径（ｒ）を、極板集電部２３のストラップ部２９の厚み（ｔ）に対して３／２ｔより大きくした場合には、温度上昇を抑制する効果は飽和し、更に、連続部２５に用いる鉛量が増えるため、鉛蓄電池１の質量増、及び、コスト増につながることが判明した。

【0017】

これにより、極板集電部２３のストラップ部２９と端子極柱２４との連続部２５の厚みを、端子極柱２４に近づくにつれて徐々に厚くし、連続部２５にアール（Ｒ）を付けて、その曲率半径（ｒ）を、１／２ｔ≦ｒ≦３／２ｔの範囲にすることで、効率良く、極板集電部２３や端子極柱２４の温度上昇を抑制する効果が得られる。よって、鉛蓄電池１を電力の負荷平準化や再生可能エネルギーの平準化用途の鉛蓄電池システムに用いて、長寿命で安全性の高い組電池システムを維持することができる。

【0018】

次に、本発明の実施例を比較例とともに説明する。

【0019】

＜実施例１＞
図４に示すように、ストラップ部２９の厚み（ｔ）を８ｍｍに形成し、連続部２５にアール（Ｒ）を付けるとともに、その曲率半径（ｒ）を２ｍｍに形成して、１０時間率定格容量１０００Ａｈの角形の制御弁式鉛蓄電池１を作製した。

【0020】

＜実施例２＞
連続部２５の曲率半径（ｒ）を４ｍｍとした以外は、実施例１と同様である。

【0021】

＜実施例３＞
連続部２５の曲率半径（ｒ）を８ｍｍとした以外は、実施例１と同様である。

【0022】

＜実施例４＞
連続部２５の曲率半径（ｒ）を１２ｍｍとした以外は、実施例１と同様である。

【0023】

＜実施例５＞
連続部２５の曲率半径（ｒ）を１６ｍｍとした以外は、実施例１と同様である。

【0024】

＜比較例１＞
連続部２５にアール（Ｒ）を付けなかった以外は、実施例１と同様である。

【0025】

（試験）
鉛蓄電池１の充放電による温度上昇を測定するために、上記実施例１〜５、及び比較例１の鉛蓄電池１の各々に対し、周囲温度２５℃で満充電にした状態で、負極端子２４Ｂの温度測定を行った。次いで、０．３ＣＡ（３００Ａ）で１時間放電を行った後、負極端子２４Ｂの温度測定を行い、放電前後の負極端子２４Ｂの温度変化を測定した。
この温度測定により得られた放電前と放電後の鉛蓄電池１の負極端子２４Ｂの温度変化を表１に示す。
なお、鉛蓄電池１の温度測定は、各鉛蓄電池１の負極端子２４Ｂの表面に熱電対を取り付けて行い、雰囲気温度は２５℃であった。

【0026】

【表1】

【0027】

実施例１〜５は、負極柱２４Ｂと、極柱座部２８との連続部２５にアール（Ｒ）を付けた場合であり、上記表１に示すように、アール（Ｒ）を付けない比較例１と比較して、負極端子２４Ｂの温度変化が少なく、温度上昇を抑制できることを確認できた。

【0028】

次に、連続部２５にアール（Ｒ）を付けた鉛蓄電池１の中で、曲率半径（ｒ）が２ｍｍ〜１６ｍｍの実施例１〜５を比較すると、曲率半径（ｒ）を４ｍｍ以上にすることで（実施例２〜５に対応）、比較例１に対して、温度変化を０．８℃（実施例１）から３．４℃（実施例５）まで小さくすることができた。また、曲率半径（ｒ）を増加させていくと、曲率半径（ｒ）が２ｍｍから４ｍｍになった場合は、温度変化が−１．４℃（６．１℃−７．５℃）であるのに対して、それぞれ４ｍｍから８ｍｍ、８ｍｍから１２ｍｍ、１２ｍｍから１６ｍｍに大きくなった場合は、それぞれ−０．７℃（５．４℃−６．１℃）、−０．４℃（５．０℃−５．４℃）、−０．１℃（４．９℃−５．０℃）と、温度上昇抑制効果が飽和していくことが確認できた。
特に、実施例５では温度上昇抑制効果が実施例４とほとんど変わらないことから、鉛量の増加によるコスト増や質量増を考慮すると、ストラップ部２９の厚み（ｔ）に対して１／２ｔ≦ｒ≦３／２ｔの範囲とした実施例２〜４が特に好ましいことが確認できた。

【0029】

以上説明したように、本発明を適用した実施形態によれば、電槽１１内に正極板２１Ａと負極板２１Ｂとをセパレータを介し交互に積層して成る極板群２０を収容し、正極板２１Ａの耳群を連結する正極ストラップ２３Ａ及び負極板２１Ｂの耳群を連結する負極ストラップ２３Ｂと、それぞれのストラップ部から連続する極柱座部２８にそれぞれ正極柱２４Ａ及び負極柱２４Ｂを連続させて成る鉛蓄電池１において、正極柱２４Ａ及び負極柱２４Ｂと、正極ストラップ２３Ａと連続する極柱座部２８、及び負極ストラップ２３Ｂと連続する極柱座部２８の連続部２５の厚さを正極柱２４Ａ及び負極柱２４Ｂに近づくにつれて徐々に厚くした。これにより、正極板２１Ａを連結する正極ストラップ２３Ａと連続する極柱座部２８と正極柱２４Ａとの連続部２５、及び、負極板２１Ｂを連結する負極ストラップ２３Ｂと連続する極柱座部２８と負極柱２４Ｂとの連続部２５での電流密度をそれぞれ小さくすることができる。よって、端子極柱２４と極板集電部２３の極柱座部２８との連続部２５の温度がジュール熱により上昇するのを抑えることができる。よって、鉛蓄電池１の熱特性を向上することができ、鉛蓄電池１を頻繁に充放電して使用する場合でも、鉛蓄電池１の長寿命化、及び、安全性の向上を図る事ができる。

【0030】

また、本発明を適用した実施形態によれば、連続部２５にアール（Ｒ）を付けたため、簡単な構成で、連続部２５の厚さを、正極柱２４Ａ及び負極柱２４Ｂに近づくにつれて徐々に厚くすることができ、連続部２５の電流密度を小さくすることができる。よって、連続部２５の温度がジュール熱により上昇するのを抑えることができ、鉛蓄電池１を頻繁に充放電する場合でも、鉛蓄電池１の長寿命化、及び、安全性の向上を図る事ができる。また、連続部２５にアール（Ｒ）を付けることで、極柱座部２８と端子極柱２４とを鋳造により一体に形成する場合でも、鋳造型から簡単に一体的に成形された極柱座部２８と端子極柱２４とを容易に抜くことができる。

【0031】

また、本発明を適用した実施形態によれば、連続部２５のアール（Ｒ）の曲率半径（ｒ）は、正極ストラップ２３Ａ及び負極ストラップ２３Ｂの厚み（ｔ）に対して１／２ｔ≦ｒ≦３／２ｔの範囲である。これにより、連続部２５のアール（Ｒ）の曲率半径（ｒ）を、熱特性に優れ、かつ、鉛蓄電池１のコスト増や質量増を最小限に抑えることができる範囲とすることができる。

【符号の説明】

【0032】

１ 鉛蓄電池
１１ 電槽
２０ 極板群
２１Ａ 正極板
２１Ｂ 負極板
２３ 極板集電部
２３Ａ 正極ストラップ
２３Ｂ 負極ストラップ
２４ 端子極柱
２４Ａ 正極柱
２４Ｂ 負極柱
２５ 連続部
２８ 極柱座部
２９ ストラップ部
Ｒ アール
ｒ 曲率半径
ｔ 厚み

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】