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(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】
(24)【登録日】2023-11-14
(45)【発行日】2023-11-22
(54)【発明の名称】液式鉛蓄電池
(51)【国際特許分類】
   H01M 50/655 20210101AFI20231115BHJP
   H01M 10/12 20060101ALI20231115BHJP
   H01M 50/392 20210101ALI20231115BHJP
   H01M 50/15 20210101ALI20231115BHJP
【FI】
H01M50/655
H01M10/12 Z
H01M50/392
H01M50/15 101
【請求項の数】 5
(21)【出願番号】P 2020036685
(22)【出願日】2020-03-04
(65)【公開番号】P2021140918
(43)【公開日】2021-09-16
【審査請求日】2022-10-20
(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】100103850
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 秀▲てつ▼
(74)【代理人】
【識別番号】100105854
【弁理士】
【氏名又は名称】廣瀬 一
(74)【代理人】
【識別番号】100116012
【弁理士】
【氏名又は名称】宮坂 徹
(74)【代理人】
【識別番号】100066980
【弁理士】
【氏名又は名称】森 哲也
(72)【発明者】
【氏名】田井中 亮
【審査官】多田 達也
(56)【参考文献】
【文献】特開2018-195508(JP,A)
【文献】特開平11-40137(JP,A)
【文献】特開2015-216085(JP,A)
【文献】特開2009-176600(JP,A)
【文献】実開昭61-49976(JP,U)
【文献】特開2004-103252(JP,A)
【文献】中国実用新案第206834249(CN,U)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H01M10/00-10/04
10/06-10/34
50/00-50/198
50/30-50/392
50/60-50/77
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
セル室を備えた電槽と、前記セル室に電解液とともに収納されている極板群と、
前記電槽の上面を封止している蓋であって、上板の前記セル室の上方となる位置に形成された前記電解液の注入口を有し、前記注入口は、前記上板を貫通する貫通穴および前記貫通穴に連続して前記セル室側に延びるスリーブを有し、前記スリーブに雌ねじが形成されている蓋と、
前記注入口を塞ぐ栓であって、前記雌ねじに螺合する雄ねじを備えた筒体部、前記筒体部の軸方向一端を塞ぐ板状の頭部、および前記頭部の板面を貫通する排気孔を有し、前記雄ねじと前記雌ねじを螺合させて前記蓋に装着されている栓と、
を備え、
前記蓋の前記スリーブは、前記セル室側の端面から前記上板側に延びる第一のスリットを有し、
前記栓の前記筒体部は、前記頭部の反対側の端面から前記頭部側に延びる第二のスリットを有し、
前記第一のスリットおよび前記第二のスリットが前記スリーブおよび前記筒体部の径方向に沿った側面視で重なる部分を有する液式鉛蓄電池。
【請求項2】
前記第一のスリットの長さは前記第二のスリットの長さよりも長い請求項1記載の液式鉛蓄電池。
【請求項3】
前記第二のスリットの幅は前記第一のスリットの幅よりも狭い請求項1または2記載の液式鉛蓄電池。
【請求項4】
前記第一のスリットの長さは前記スリーブの長さの5/6以下である請求項1~3のいずれか一項に記載の液式鉛蓄電池。
【請求項5】
前記第二のスリットの長さは前記筒体部の長さの1/2以下である請求項1~4のいずれか一項に記載の液式鉛蓄電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、液式鉛蓄電池に関する。
【背景技術】
【0002】
鉛蓄電池には液式のものと制御弁式のものがあり、液式鉛蓄電池は、セル室を備えた電槽と、セル室に電解液とともに収納されている極板群と、を備え、その極板群は、交互に配置された正極板および負極板と、正極板および負極板との間に配置されたセパレータと、からなる積層体を有する。
液式鉛蓄電池の電槽の上面は蓋で封止されている。この蓋は、上板のセル室の上方となる位置に形成された電解液の注入口(液口)を有し、注入口は、上板を貫通する貫通穴およびこの貫通穴に連続してセル室側に延びるスリーブを有し、スリーブに雌ねじが形成されている。この注入口は栓(液口栓)で塞がれている。この栓は、雌ねじに螺合する雄ねじを備えた筒体部、筒体部の軸方向一端を塞ぐ板状の頭部、および頭部の板面を貫通する排気孔を有し、この栓は、雄ねじと雌ねじを螺合させて蓋に装着されている。
【0003】
また、蓋のスリーブには、セル室側の端面から上板側に延びるスリットが形成されている。さらに、栓の筒体部にも、頭部の反対側の端面から頭部側に延びるスリットが形成されている。電槽における電解液の液面は、液口のスリーブおよび液口栓の筒体部の下端よりも下側に設定されている。
上述のように、液式鉛蓄電池では、液口栓に排気孔を設けることで、電槽内外の圧力が等しくなるようにしている。また、液口のスリーブと液口栓の筒体部の両方にスリットを設けることで、設定された液面より上側に移動した電解液が、設定された液面以下の位置に還流できるようにしている。
【0004】
電解液に使用される希硫酸の密度は、一般的に、満充電時で1.280(g/cm3)程度であり、凝固点は-70℃と低い。一方で、アイドリングストップ(ISS)車用電池はガッシングがおき難く、電解液の成層化が生じやすい。成層化が生じると、上層部に存在する電解液は、ほぼ水に近い比重となり、凝固点もそれに伴い高くなる。上層部に存在する電解液は、走行時の揺れ等により、液口栓のスリットから液口栓内に浸入する。また、気温の低い日などは、結露した水が排気孔から液口栓へ浸入したりもする。
【0005】
液口栓内に浸入した比重の低い電解液および水は、重力に従いスリットを通して流れ落ちるが、張力によりスリットの対向する二面に架け渡されてスリットを塞ぐことがある。その状態で凍結すると、液口栓の排気孔が塞がり、空気の経路が遮断され、電槽内外で気圧差が生じる。この状態で凍結した氷が融解すると、電解液が排気孔から噴出したり、これに伴い周囲のシステムを硫酸で汚染したり、その電池を取替える時などに手に付着して薬傷を引き起こしたりする可能性もある。
【0006】
特許文献1には、液栓本体の頂板部に支持された筒部が防爆フィルタを貫通して防爆フィルタの下面に開口され、筒部内に形成されている孔は液栓本体内の圧力の上昇で破れる隔壁で閉塞されている液式鉛蓄電池が記載されている。これによれば、防爆フィルタの目詰まりによる内圧上昇は防止できるが、液口栓内に浸入した比重の低い電解液および水が、張力によりスリットの対向する二面に架け渡されてスリットを塞ぐことを防止することはできない。
【0007】
特許文献2には、振動時の溢液性能(電解液が液口から溢れにくくなる性能)は液口栓の筒部のスリットの幅に大きく依存しており、高い溢液性能を確保する観点から、このスリットの幅を5mm未満にすることが好ましく、3mm以下にすることがより好ましいと記載されている。また、筒状ウェル(液口のスリーブ)のスリットの幅については、より高度な溢液性能を得る観点から8mm以下が好ましいと記載されている。さらに、特許文献2の図4では、電槽の蓋に液口栓が取り付けられた状態で、液口栓の筒部のスリットと筒状ウェル(液口のスリーブ)のスリットがずれた状態となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【文献】特開2003-217545号公報
【文献】特開2018-195508号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
本発明の課題は、液口栓内に浸入した比重の低い電解液および水が、張力によりスリットの対向する二面に架け渡されてスリットを塞ぐことが防止できる液式鉛蓄電池を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上記課題を解決するために、本発明の一態様は、下記の構成(a)~(e)を備えた液式鉛蓄電池を提供する。
(a)セル室を備えた電槽と、セル室に電解液とともに収納されている極板群と、電槽の上面を封止している蓋であって、上板のセル室の上方となる位置に形成された電解液の注入口を有し、注入口は、上板を貫通する貫通穴および貫通穴に連続してセル室側に延びるスリーブを有し、このスリーブに雌ねじが形成されている蓋と、を備える。
(b)注入口を塞ぐ栓であって、蓋のスリーブの雌ねじに螺合する雄ねじを備えた筒体部、筒体部の軸方向一端を塞ぐ板状の頭部、および頭部の板面を貫通する排気孔を有し、筒体部の雄ねじとスリーブの雌ねじを螺合させて蓋に装着されている栓と、を備える。
(c)蓋のスリーブは、セル室側の端面から上板側に延びる第一のスリットを有する。
(d)栓の筒体部は、頭部の反対側の端面から頭部側に延びる第二のスリットを有する。
(e)第一のスリットおよび第二のスリットが、スリーブおよび筒体部の径方向に沿った側面視で重なる部分を有する。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、液口栓内に浸入した比重の低い電解液および水が張力によりスリットの対向する二面に架け渡されてスリットを塞ぐことを防止可能な液式鉛蓄電池が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
図1】実施形態の液式鉛蓄電池を説明する図であって、電槽から蓋を外した状態を示している。
図2】実施形態の液式鉛蓄電池を構成する蓋の電槽に向ける面を示す図である。
図3】実施形態の液式鉛蓄電池が有する注入口を塞ぐ栓を示す正面図である。
図4】蓋が有する一つの注液口に栓(防沫栓は省略)が装着された状態を、蓋の内面の側から見た図である。
図5図4のA-A断面図であって、左半分は栓が装着される前の状態を示している。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明の実施形態について説明するが、本発明は以下に示す実施形態に限定されない。以下に示す実施形態では、本発明を実施するために技術的に好ましい限定がなされているが、この限定は本発明の必須要件ではない。
図1に示すように、この実施形態の液式鉛蓄電池10は、電槽1と蓋2と六個の極板群3を備える。電槽1の形状は直方体であり、電槽1は、底面をなす長方形の一対の長辺上に形成された一対の第一の壁11と、一対の短辺上に形成された一対の第二の壁12を有する。電槽1の内部は、第二の壁12と平行な五枚の隔壁13により、六個のセル室4に区画されている。図1に示すように、セル室4の配列方向をX方向、これに垂直な方向をY方向とする。六個のセル室4には、それぞれ一個の極板群3が配置されている。また、液式鉛蓄電池10はセル室4毎に一個の液口栓5を備える。
【0014】
各極板群3は、交互に配置された複数枚の正極板および負極板と、正極板と負極板との間に配置されたセパレータと、からなる積層体31を有する。
正極板は、格子状基板と格子状基板から上側に突出する耳部とを有する集電体の格子状基板に、正極合剤(正極活物質を含む合剤)が保持されたものである。負極板は、格子状基板と格子状基板から上側に突出する耳部とを有する集電体の格子状基板に、負極合剤(負極活物質を含む合剤)が保持されたものである。複数枚の正極板および負極板は、セパレータを介して交互に配置されている。積層体を構成する負極板の枚数は正極板の枚数よりも一枚多くても良いし、同じでも良い。
【0015】
負極板は袋状セパレータ内に収納されている。そして、負極板が入った袋状セパレータと正極板とを交互に重ねることで、正極板と負極板との間にセパレータが配置された状態となっている。なお、正極板を袋状セパレータ内に収納して、負極板と交互に重ねてもよい。
また、各極板群3は、積層体の正極板および負極板をそれぞれ幅方向の別の位置で連結する正極ストラップ32および負極ストラップ33と、正極ストラップ32および負極ストラップ33からそれぞれ立ち上がる正極中間極柱321および負極中間極柱331を有する。正極ストラップおよび負極ストラップは、正極板および負極板の耳部をそれぞれ連結している。
【0016】
セル配列方向の両端のセル室4に配置された正極ストラップおよび負極ストラップには、それぞれ小片部を介して外部端子となる正極極柱35および負極極柱36が形成されている。また、一方のセル室4の正極中間極柱321と他方のセル室4内の負極中間極柱331とが、隔壁13に形成された貫通孔内を埋める金属部で接続されている。
図2に示すように、蓋2は、電槽1の隔壁13に対応する五枚の仕切り板23と、長方形の上板24を有する。上板24は六個の貫通孔241を有する。六個の貫通孔24aは、上板24の五枚の仕切り板23で区切られた各位置に形成されている。
【0017】
上板24の内面(電槽1と対向させる面)には、貫通孔241に連続するスリーブ25が形成されている。貫通孔241とスリーブ25が注液口(電解液の注入口)26を構成する。注液口26は液口栓5で塞がれる。スリーブ25は二本のスリット(第一のスリット)25aと雌ねじ部25bを有する。二本のスリット25aは、互いに180°となる位置に形成され、X方向に沿って対向している。スリーブ25の外周部にフランジ27が形成されている。また、蓋2は、電槽1に対する位置決め用のガイドリブ6と、正極極柱および負極極柱を通すスリーブ7を有する。
【0018】
図3に示すように、液口栓5は、筒体部51と、その軸方向一端に形成された頭部52を有する。筒体部51の頭部52側の外周に雄ねじ部53が形成されている。筒体部51の頭部52とは反対側の端部に、スリット(第二のスリット)51aが形成されている。頭部52は、大径部521と小径部522とからなり、板面を貫通する排気孔52aを有する。なお、筒体部51の中には、別部品である防沫栓が配置されている。
液口栓5の筒体部51のスリット51aは、液口栓5の正面図(図3)における形状(正面形状)が長方形である。なお、蓋2のスリーブ25の二本のスリット25aも、スリーブ25の正面図における形状(正面形状)が長方形である。
【0019】
図5に示すように、上板24の貫通孔241とスリーブ25の上端面251により、液口栓5の頭部52の外縁部が収まる凹部が形成されている。スリーブ25のスリット25aは、下端面(セル室4側の端面)252から上板24側に延びており、フランジ27に近い位置まで深く形成されている。雌ねじ部25bはスリーブ25の内周面の基端部にのみ形成されている。
図5の右半分と図4は、注液口26が液口栓5で塞がれた状態を示しているが、防沫栓は省略されている。これらの図に示すように、この状態で、注液口26のスリット25aと液口栓5のスリット51aが、スリーブ25および筒体部51の径方向に沿った側面視で重なっている。
【0020】
図5に示すように、蓋2のスリーブ25のスリット(第一のスリット)25aの長さL1は、スリーブ25の長さL11の5/6以下である(L1/L11≦5/6)。液口栓5の筒体部51のスリット(第二のスリット)51aの長さL2は、筒体部51の長さL21の1/2以下である(L2/L21≦1/2)。また、スリーブ25のスリット(第一のスリット)25aの長さL1は、筒体部51のスリット(第二のスリット)51aの長さL2よりも長い(L1>L2)。
【0021】
液式鉛蓄電池10は、例えば以下の方法で製造できる。
先ず、公知の方法で作製された化成前の極板群3を、電槽1の各セル室4に配置した後、抵抗溶接を行って金属部を形成する。次に、電槽1の上面と蓋2の下面を熱で溶かして、熱溶着により電槽1に蓋2を固定する。なお、蓋2を電槽1に載せる際に、電槽1の隔壁13、第一の壁11、および第二の壁12の上端面は、蓋2のガイドリブ6に案内されて、スムーズに蓋2の仕切り板23、第一の壁21、および第二の壁22の下端面と当接する。その結果、セル室4の上側に蓋2による上部空間が形成される。
【0022】
次に、各注液口26から各セル室4内に電解液を注入する。次に、注液口26に液口栓5の筒体部51を入れて、液口栓5の雄ねじ部53をスリーブ25の雌ねじ部25bに螺合することで、各注液口26を液口栓5で塞ぐ。
なお、注液口26のスリット25aおよび液口栓5のスリット51aの径方向での位置は、設定された締めつけトルクで注液口26に液口栓5を取り付けた際に、注液口26のスリット25aと液口栓5のスリット51aが、スリーブ25および筒体部51の径方向に沿った側面視で重なる部分を有する状態となる(理想的には図4に示す状態となる)ように設計する。
【0023】
注液口26のスリット25aの幅S1、液口栓5のスリット51aの幅S2、および注液口26のスリーブ25と液口栓5の筒体部51との距離Kが小さいほど(例えば、注液口26および液口栓5が共にポリプロピレン製の場合、いずれも3mm以下の場合)、「設定された液面より上側に移動した電解液が、注液口26のスリット25aから液口栓5のスリット51aに浸入して、排気孔52aから電解液が溢れることを抑制する作用」は大きくなるが、「液口栓内に浸入した比重の低い電解液および水が、張力によりスリットの対向する二面に架け渡されてスリットを塞ぐ現象」が生じやすくなる。
【0024】
そして、上述の作用を最大限に得るために幅S1、幅S2、および距離Kを小さくした場合でも、実施形態の液式鉛蓄電池10は、注液口26のスリット25aと液口栓5のスリット51aが、スリーブ25および筒体部51の径方向に沿った側面視で重なる部分を有する状態となっているため、上記現象を防止することができる。
また、「L1/L11≦5/6」であること、「L2/L21≦1/2」であること、L1>L2であることは、いずれも「設定された液面より上側に移動した電解液を設定された液面以下の位置に還流させる作用」を大きくできる構成であるため、少なくともいずれかの構成を有することが好ましい。そして、これらの構成を全て有する実施形態の液式鉛蓄電池10は、「設定された液面より上側に移動した電解液を設定された液面以下の位置に還流させる作用」も大きいものとなる。
【0025】
なお、第二のスリット51aの幅S2が第一のスリット25aの幅S1よりも狭いと、「設定された液面より上側に移動した電解液が、注液口26のスリット25aから液口栓5のスリット51aに浸入して、排気孔52aから電解液が溢れることを抑制する作用」を大きくできるため好ましい。
また、第一のスリット25aおよび第二のスリット51aの正面形状は、いずれも長方形以外の形状(例えば、半長円形、末広がり状、凸字形)であってもよい。
【符号の説明】
【0026】
10 液式鉛蓄電池
1 電槽
11 電槽の第一の壁
12 電槽の第二の壁
13 隔壁
2 蓋
21 蓋の第一の壁
22 蓋の第二の壁
23 仕切り板
24 蓋の上板
241 上板の貫通孔
25 スリーブ
25a 注液口のスリット(第一のスリット)
251 スリーブの上端面(上板側の端面)
252 スリーブの下端面(セル室側の端面)
26 注液口(電解液の注入口)
27 フランジ
3 極板群
4 セル室
41 セル室
42 セル室
5 液口栓(注入口を塞ぐ栓)
51 筒体部
51a 液口栓のスリット(第二のスリット)
52 頭部
52a 排気孔
53 雄ねじ部
6 ガイドリブ
L1 第一のスリットの長さ
L2 第二のスリットの長さ
L11 スリーブの長さ
L21 筒体部の長さ
図1
図2
図3
図4
図5