JP2006012602A

JP2006012602A - 蓄電池

Info

Publication number: JP2006012602A
Application number: JP2004188053A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Maeda; 前田　　真之
Original assignee: Japan Storage Battery Co Ltd
Current assignee: Japan Storage Battery Co Ltd
Priority date: 2004-06-25
Filing date: 2004-06-25
Publication date: 2006-01-12

Abstract

【課題】蓄電池で外部短絡が発生した場合、確実に蓄電池内で溶断が起こり、外部短絡回路が遮断されると共に、蓄電池内で溶断された部材による火花の発生が起こらない蓄電池の開発が望まれている。したがって、本願発明の目的とするところは、外部短絡が発生しても直ちにしかも確実に蓄電池内の導電経路で遮断される安全な蓄電池を提供することにある。
【解決手段】正極端子と負極端子とを備えた蓄電池において、前記正極端子または負極端子とストラップとの接続経路、あるいはストラップ同士によるセル間接続経路中に形成されたヒューズ部と、溶断したヒューズ部材を収納するためのヒューズ部材収納部とを備えたことを特徴とする発明である。
【選択図】図１

Description

本発明は蓄電池の外部短絡対策に関する。

蓄電池の発電要素は、正・負極板、セパレータおよび電解液から構成されており、放電時に大きな電流が取り出せるように、前記各部品には抵抗の小さい部材が使用され、蓄電池の内部抵抗が非常に小さい構成となっているのが一般的である。したがって、外部に接続される負荷の抵抗が小さければ大きな電流が流れるのは周知である。その端的な例が、正・負極端子が何らかの理由で、抵抗の非常に小さい、例えば銅線を介して接触した場合が挙げられる。すなわち外部短絡といわれる状態である。

外部短絡が発生した場合、蓄電池では次の状態のいずれかが発生する。ひとつは、外部短絡による大電流の放電が継続され、蓄電池内の電気エネルギーが全て放出される場合である。この場合、大電流により蓄電池内の温度が上昇し、水溶系の電解液を用いた蓄電池では、水蒸気が発生し、蓄電池の表面温度が９０℃程度まで上昇し、樹脂製の電槽が用いられている場合には電槽が変形する等の恐れがある。

もうひとつの場合は、大電流の放電に蓄電池内のいずれかの導体部が耐えられず、溶断することである。その場合、断面積が小さい極板耳部が溶断することが多い。このように溶断が蓄電池内の正・負極板の近くで起きると、溶断部分が正・負極板と接触して短絡し、火花の発生の原因となることがある。電解液に水溶液系が用いられている場合には充電中に水の電気分解により水素ガスと酸素ガスが発生し、蓄電池内に滞留していることがある。このような状態に火花が発生すると蓄電池が損傷する可能性がある。また、非水溶液系の電解液が用いられている蓄電池では、電解液の種類によっては火花が発生すると蓄電池が損傷する可能性もあり得る。

外部短絡の発生による内部導体部の溶断が発生しても蓄電池の損傷を防止する方法が特許文献１で提案されている。

実開平６−５６９６７号公報

前記外部短絡が発生した場合、好ましいのは、蓄電池内のいずれかの部分が溶断され、外部短絡回路が遮断され、しかも、溶断された部分が正・負極板と接触しない防御策が施されていることが好ましい。

上記対策として、「背景技術」の項で記載した特許文献１で、極柱の径を細くしたヒューズ部を設けた提案がなされている。

この場合、ヒューズ部が封止部材により隔絶されているので、ヒューズ部が溶断しても蓄電池内での火花の発生は回避できる。しかし、溶融した部材の逃げ場がなく、蓄電池内の導電経路が遮断されずに継続される可能性があり、その場合、蓄電池の危険状態が回避できない問題を抱えている。

したがって、本願発明の目的とするところは、外部短絡が発生した場合に、確実に蓄電池内で溶断が起こり、外部短絡回路が遮断されると共に、蓄電池内で溶断による火花の発生が起こらない蓄電池を提供することにある。

本願発明の課題を解決するための手段として、請求項１による発明は、正極端子と負極端子とを備えた蓄電池において、前記正極端子または負極端子とストラップとの接続経路、あるいはストラップ同士によるセル間接続経路中に形成されたヒューズ部と、溶断したヒューズ部材を収納するためのヒューズ部材収納部とを備えたことを特徴とするものである。

以上、説明したように、正極端子と負極端子とを備えた蓄電池において、前記正極端子または負極端子とストラップとの接続経路、あるいはストラップ同士によるセル間接続経路中に形成されたヒューズ部と、溶断したヒューズ部材を収納するためのヒューズ部材収納部とを備えた構造にすることにより、外部短絡が発生した場合、ヒューズ部で溶断され、溶断したヒューズ部材がヒューズ部材収納部に収納されるので、蓄電池内の導電経路が確実に遮断され、また、溶断されたヒューズ部材が蓄電池内の空間に到達することもない。したがって、従来のように導電経路が遮断されずに電気エネルギーが全て放出される状態が起こらず、また、蓄電池内で火花が発生することもなく、蓄電池での危険な状態が直ちに回避でき、その工業的効果が極めて大である。

本願発明を実施するための最良の形態は、正極端子と負極端子とを備えた蓄電池において、前記正極端子または負極端子とストラップとの接続経路、あるいはストラップ同士によるセル間接続経路中に形成されたヒューズ部と、溶断したヒューズ部材を収納するためのヒューズ部材収納部とを備えた構造にすることである。

ここでのヒューズ部とは、当然、蓄電池の他の導体部より優先的に溶融する部分であるが、具体的には正極端子または負極端子とストラップとの接続経路、あるいはストラップ同士によるセル間接続経路中に断面積の小さい、抵抗の大きい部分を形成して、高抵抗の発熱により溶断させる方法とか、前記接続経路中に極柱あるいはストラップに使用されている部材よりも融点の低い部材を導入し、その部分を優先的に溶融させるといった方法が挙げられる。しかし、大電流に容易に溶融する部材あるいは形状であればよく、これらに限定されるものではない。

なお、ここでいうストラップとは、同極性の極板同士、特に前記極板の耳部同士が溶接等により電気的に接続されている部分をいう。

また、極柱とはポールとも言われ、前記ストラップと蓄電池の外部に形成された端子とを接続している部分をいう。

実施例により、本願発明を詳細に説明する。
（実施例１）
図１は本願発明に基づく実施例１を示す制御弁式鉛蓄電池の要部模式図で、図において、１は蓄電池の電槽、２はその蓋、３はストラップ、４は極柱、５１は円筒形端子、６は極板耳部、７は封止部材、８１は高抵抗型ヒューズ部、９はヒューズ部材収納部、１０は極板、１１は前記極板１０の上部と封止部材７の下面との間に形成された蓄電池内空間をそれぞれ示す。

図１に示すように、ストラップ３と極柱４とが一体に形成され、円筒形端子５１が極柱４に溶接・接続された構造の蓄電池で、ストラップ３と極柱４との接続部分に両者の断面積より小さい高抵抗型ヒューズ部８１が、またその下部にヒューズ部材収納部９が形成され、前記高抵抗型ヒューズ部８１およびヒューズ部材収納部９は封止部材７内に収納された構造である。

上記のような構造であるので、外部短絡が発生し、大電流が流れた場合、断面積の小さい高抵抗型ヒューズ部８１の発熱が大きくなり、その部分で溶融する。従来であれば、ヒューズ部８１は封止部材７内に収納されているだけなので、溶融した部材の逃げ場がなく、導電経路が遮断されずに外部短絡が継続されることが起こり得るが、本願発明のようにヒューズ部材収納部９を設けることによって、前記収納部９に溶融したヒューズ部８１の部材が収納されるので導電経路が直ちにまた確実に切断され、外部短絡が遮断される。また、高抵抗型ヒューズ部８１およびヒューズ部材収納部９は封止部材７内に収納されているので、溶断した部材が蓄電池内の空間１１に到達し得ないので蓄電池内で火花が発生することもなく、蓄電池の危険状態が直ちに回避できる。

ヒューズ部材収納部９を設ける位置は、特に限定するものではないが、蓄電池が正立して設置されている場合には、図１に示すように、ヒューズ部材収納部９は、高抵抗型ヒューズ部８１の下部に設けるのが効果的である。
（実施例２）
図２は本願発明に基づく実施例２を示す要部模式図で、５２はＬ形端子を示す。他の構成部材は図１と同じ番号を付記する。

図２に示すように、実施例２ではＬ形端子５２の一部の断面積を小さくして高抵抗型ヒューズ部８１が形成された構造で、その下部にヒューズ部材収納部９が形成されていると共に前記高抵抗型ヒューズ部８１およびヒューズ部材収納部９は、封止部材７内に収納されている。したがって、実施例１と同様の効果が得られるのは容易に理解できる。
（実施例３）
図３は本願発明に基づく実施例３を示す要部模式図で、構成部材は図１と同じ番号を付記する。

図３に示すように、実施例３では、ストラップ３同士により直接セル間接続された例で、ストラップ３同士を接続する部分に断面積の小さい高抵抗型ヒューズ部８１が形成され、その下部にヒューズ部材収納部９を設けた構造で、高抵抗型ヒューズ部８１およびヒューズ部材収納部９は封止部材７内に収納されている。したがって、実施例１と同様の効果が得られるのは容易に理解できる。
（実施例４）
図４は本願発明に基づく実施例４を示す要部模式図で、１２は接続捍を示す。他の構成部材は図１と同じ番号を付記する。

図４に示すように、実施例４ではストラップ３同士が接続捍１２で接続された例で、前記接続捍１２の一部に断面積の小さい高抵抗型ヒューズ部８１が形成され、その下部にヒューズ部材収納部９が設けられた構造である。また、前記高抵抗型ヒューズ部８１およびヒューズ部材収納部９は封止部材７内に収納されている。したがって、実施例１と同様の効果が得られるのは容易に理解できる。
（実施例５）
図５は、本願発明に基づく実施例５を示す要部模式図で、８２は低融点型ヒューズ部を示す。他の構成部材は図１と同じ番号を付記する。

図５に示すように、実施例５では、ストラップ３と極柱４とが低融点型ヒューズ部８２を介して接続された構造で、前記低融点型ヒューズ部８２の下部にはヒューズ部材収納部９が形成されている。また、低融点型ヒューズ部８２およびヒューズ部材収納部９は、図１に示す実施例１と同様、封止部材７内に収納されている。

ここでは、ストラップ３および極柱４には、Ｐｂ−１．０質量％Ｓｎ合金が用いられ、低融点型ヒューズ部８２には共晶ハンダが用いられている。Ｐｂ−１．０質量％Ｓｎ合金の融点は、純鉛の融点３２７℃とほとんど変わらないのに対して、共晶ハンダのそれは１８３℃であり、外部短絡が発生して大電流が流れた場合、ヒューズ部８２が優先的に溶断し、ヒューズ部材収納部９に収納されるので、実施例１と同様の効果が得られる。

実施例５では、低融点型ヒューズ部８２に共晶ハンダが用いられた例を示したが、導電性を有し、ストラップ３および極柱４に用いられている部材の融点より大幅に低い融点を有していると共にストラップ３および極柱４の部材と溶接・接続可能な部材であればよく、上記共晶ハンダに限定されるものではない。

また、実施例５は、実施例１の構造の蓄電池についてストラップ３と極柱４とを接続する部分に共晶ハンダを用いた例であるが、実施例２、実施例３および実施例４に示された構造の蓄電池についても、これらに用いられている高抵抗型ヒューズ部８１に代わって、低融点型ヒューズ部８２を用いることもできる。

次に、本願発明の効果を具体的に示すために行った試験結果について説明する。

公称電圧１２Ｖ、定格容量４０Ａｈ（Ｃ_２０）を有する制御弁式鉛蓄電池について、図１に示す実施例１のストラップ３と極柱４との間に高抵抗型ヒューズ部８１を形成した蓄電池を作製した。その際、高抵抗型ヒューズ部８１の断面積を３０ｍｍ^２とし、他の部分の断面積を５０ｍｍ^２以上とした。また高抵抗型ヒューズ部８１の下部に設けたヒューズ部材収納部９の容積を２００ｍｍ^３とした。この蓄電池をＡとする。

次に、上記と同じ制御弁式鉛蓄電池について、図３に示す実施例３のストラップ３同士をセル間接続した構造のものを作製した。この場合も、高抵抗型ヒューズ部８１の断面積を３０ｍｍ^２とし、他の部分は５０ｍｍ^２以上とした。ヒューズ部材収納部９の容積は同じく２００ｍｍ^３とした。この蓄電池をＢとする。

比較品として、高抵抗型ヒューズ部８１は図１と同じ構造のものを設けたが、ヒューズ部材収納部９を設けない蓄電池を作製した。この蓄電池をＣとする。

他の比較品として、高抵抗型ヒューズ部８１は図３と同じ構造のものを設けたが、ヒューズ部材収納部９を設けない蓄電池を作製した。この蓄電池をＤとする。

ここでの定格容量とは、規定条件下で放電したときに蓄電池から取り出せる、製造業者が定めた電気量をいい、通常Ａｈで示される。また、定格容量は通常、Ｃで表示され、Ｃ_Ｎで表示された場合のＮは時間率を表し、その時間率での定格容量を意味する。すなわち、上記のようにＣ_２０で４０Ａｈと記載された場合には、４０Ａｈ／２０ｈ(時間)＝２Ａで該蓄電池を放電したときに、放電持続時間が２０ｈ以上、すなわち２Ａ×２０ｈ＝４０Ａｈ以上の容量が得られること意味する。

以上、Ａ、Ｂ、ＣおよびＤの４個の制御弁式鉛蓄電池をそれぞれ１０ｍΩの導線を介して正・負極端子を接続した。すなわち外部短絡させた。

蓄電池ＡおよびＢは、１秒以内に外部短絡回路が遮断され、危険な状態は発生しなかった。それに対して、ヒューズ部材収納部９を設けなかった蓄電池ＣおよびＤは、外部短絡回路が遮断されず継続され、排気部から水蒸気が吹き出すと共に蓄電池の外部温度が９０℃以上となり、樹脂製の電槽が変形した。

なお、実施例１〜５での封止部材にはエポキシ樹脂が用いられている。しかし、封止部材の機能は、ストラップ３、極柱４、高抵抗型ヒューズ部８１あるいは低融点型ヒューズ部８２，ヒューズ部材収納部９および蓄電池の蓋２の部材との接着性がよく、ヒューズ部を封止する機能を備えておればよく、特に前記エポキシ樹脂に限定されるものではない。

以上のように、正極端子と負極端子とを備えた蓄電池において、前記正極端子または負極端子とストラップとの接続経路、あるいはストラップ同士によるセル間接続経路中に形成されたヒューズ部と、溶断したヒューズ部材を収納するためのヒューズ部材収納部とを備えた構造にすることにより、外部短絡といった異常状態が発生しても、１秒以内に外部短絡回路が遮断され、蓄電池に危険な状態が発生しないことが明らかになった。

実施例では、制御弁式鉛蓄電池について説明したが、鉛蓄電池に限定されるものでなく内部抵抗が小さく、外部短絡した際に大電流が流れる蓄電池であれば本願発明の方式を適用すれば効果が得られるのはいうまでもない。

本願発明の実施例１を示す要部模式図。本願発明の実施例２を示す要部模式図。本願発明の実施例３を示す要部模式図。本願発明の実施例４を示す要部模式図。本願発明の実施例５を示す要部模式図。

符号の説明

１蓄電池の電槽
２蓄電池の蓋
３ストラップ
４極柱
５１円筒形端子
５２Ｌ形端子
６極板耳部
７封止部材
８１高抵抗型ヒューズ部
８２低融点型ヒューズ部
９ヒューズ部材収納部
１０極板
１１蓄電池内空間
１２接続捍

Claims

正極端子と負極端子とを備えた蓄電池において、
前記正極端子または負極端子とストラップとの接続経路、あるいはストラップ同士によるセル間接続経路中に形成されたヒューズ部と、溶断したヒューズ部材を収納するためのヒューズ部材収納部とを備えたことを特徴とする蓄電池。