鉛蓄電池の基本構造と基礎

過去 2 年間、リチウム電池は市場で非常に人気がありましたが、電動三輪車分野では、かなり長い間、鉛蓄電池が市場競争で優位性を維持することは間違いありません。

つまり、鉛蓄電池は電動三輪車の根幹をなすものです。電動三輪車業界に携わる者として、今日は鉛蓄電池の構造と基礎について詳しくお話しします。

鉛蓄電池は、正極板、負極板、セパレーター、プラスチック容器、極板、安全弁各セルの公称電圧は 2V なので、6V または 12V の空気式鉛蓄電池は、通常 3 個または 6 個のセルがパックにまとめられて構成されます。独立したセルのセットがパックに組み立てられ、自動車の電源として機能する完全なバッテリーを形成します。

ここでは鉛蓄電池のコンポーネントを具体的に見ていきます。

1. バッテリープレートグループ

バッテリープレートグループは、充電された電気エネルギーを受け取り、外部に電気エネルギーを放出する役割を担うバッテリーのコア部分であり、正極プレートと負極プレートの2種類に分かれています。プレートはグリッドと活物質で構成されています。薄いプレートは比容量（プレートのサイズによって提供される容量）が高く、スターターの性能が向上します。バッテリーの充電と放電のプロセスは、プレート上の活性物質と電解質の間の電気化学反応によって実現されます。

グリッドの役割は、プレートを形成するために一緒に貼り付けられた活性物質を収容することであり、グリッドの材料は主に5％〜7％の鉛を含む鉛アンチモン合金です。グリッドに鉛を加えると、鋳造性能と機械的強度が向上しますが、水素の沈殿が加速され、自動放電が発生し、最終的に電解液の急速な消費とバッテリーの耐用年数の短縮につながります。

活性物質は電気化学反応の主成分です。形成プロセスが完了すると（正極板と負極板上の活性物質の変換プロセスを形成プロセスと呼びます）、正極板表面の活性物質である多孔質二酸化鉛（PbO₂）は主に赤褐色に変わり、スポンジ状の純鉛（電話番号）は灰色がかった青銅色になります。

正極板と負極板の両方を電解液に浸すと、2Vの起電力（電磁力）が得られます。バッテリーの容量を増やすために、多くの場合、バッテリー容器に正極板と負極板をさらに入れて、1つの大容量セルを組み立てます。正極板の機械的特性が悪いため、バッテリーが活性化されると、プレートの両側に多少の差が生じます。この不一致により、アーチ状の変形や活性物質の脱落が発生します。これが、放電のバランスをとるために、セル内に常に追加の負極板を入れる理由です。

2. バッテリーセパレーター

の役割バッテリーセパレーター硫酸溶液に浸した正極板と負極板を分離することです。電池の容積を減らすために、正極板と負極板を密着させて配置する必要があります。また、正極板と負極板が絶縁層によって分離されていることを確認する必要があります。絶縁層は通常、ゴム、プラスチック、ガラス、繊維、その他の絶縁材料で作られています。

セパレータは正極板と負極板の間の絶縁の役割を果たすほか、電解液中の正イオンと負イオンがスムーズに通過できるようにし、正極板と負極板の活性物質の脱落を遅らせ、正極板が振動で損傷するのを防ぎます。そのため、セパレータには、60%の気孔カバー率、小口径、耐酸性、非有害物質を含む、頑丈、電解液に対する抵抗が低く化学的に安定しているなどの基準を満たす必要があります。電池を組み立てる際、溝のある面は電池容器の底部に対して垂直でなければなりません。これは、充放電プロセス中に正極板の化学反応が激しくなるためです。溝により、電解液がスムーズに上下に流れ、気泡が上下に循環し、脱落した活性物質を蓄えることができます。

近年、一部のメーカーは正極板を覆う封筒型セパレーターも製造しており、これにより活性物質の脱落を効果的に防ぐことができます。

3. 電解質

電解液は、電極板の活性物質のイオン化を促し、電気化学反応を発生させます。電解液は、バッテリー専用の硫酸と蒸留水を一定の割合で混合したものです。一般的な自動車用鉛蓄電池の電解液は、密度が（1.280±0.010）g/cm³（25℃）の希硫酸です。

電解液の密度は、バッテリーの性能と寿命に大きな影響を与えます。バッテリーの容量を増やし、電解液の凝固点を下げるには、電解液の密度を高める必要があります。ただし、密度が高くなると粘度が増加し、バッテリーの容量が低下します。また、さまざまな気候条件下での電解液の密度値を指定する必要があります。

一般的に、温度が1℃変化するごとに密度は0.0007g/cm³変化します。電解液の温度が上昇すると密度は低下し、温度が低下すれば密度は上昇します。そのため、電解液の密度値を決定するには温度が前提条件となります。世界各国では電解液の標準温度が定められており、我が国は15℃、日本は20℃、欧州と米国はそれぞれ25℃と30℃となっています。

4. バッテリーコンテナ

バッテリーコンテナ電解液とプレートを収容するために使用され、その形状は通常、3つまたは6つの単一セルトラフに分かれた長い立方体です。セルトラフの上端には、容器とカバーを接続するための特別な溝パターンがあり、容器の底にはプレートグループを支えるための凸型ストリップがいくつかあります。

ゴムとポリプロピレンプラスチックは、バッテリー容器を製造するための2つの主要な材料です。ゴム容器は、耐酸性、耐熱性、耐寒性、耐振性、絶縁性、およびかなり良好な機械的強度などの利点を備えていますが、容器の壁は厚く、通常10mmです。ポリプロピレンプラスチック容器は、耐酸性、耐熱性、耐振性だけでなく、高強度、高靭性、高品質、小型、薄型で、通常3.5mmです。さらに、形状と外観がエレガントで透明で、ヒートシールや製造が容易であるため、ポリプロピレンプラスチック製の容器は近年流行しています。

シングルセルバッテリーの酸吸入カバーは通常、バッテリー充電プロセス中に水の電気分解によって生成された水素と酸素を排出するための開口部が設計されています。ガスが蓄積して内部圧力が上昇し、容器が割れたり、爆発したりするのを防ぎます。さらに、水蒸気の漏れを防ぎ、水分の損失を減らすために、開口部の周りに酸素フィルターを設置することもできます。

5. 安全弁（排気用）

安全弁は制御弁式バッテリーの重要なコンポーネントです。安全弁の品質はバッテリーの耐用年数、均一性、安全性に直接影響します。制御弁式バッテリーの関連規格と使用法によると、安全弁は次の技術条件を満たす必要があります。

（1）バルブを一方向に回します。

（2）一方向​​シール：電池内部への空気の侵入を防ぐ。

（3）同一グループの電池の安全弁の開閉圧力の差は平均値の20％を超えてはならない。

（4）電池の寿命は少なくとも15年は持続するはずです。

（5）濾過機能：安全弁から酸や酸ミストが漏れるのを防ぎます。

（6）防爆性：電池の外側が裸火にさらされた場合、電池の内部は防爆性を備えていなければならない。

（7）耐振動性：輸送中や使用中に、振動や繰り返しの開閉動作によって安全弁が緩むことはありません。

（8）耐酸性

（9）耐高温・耐低温

6. その他

上記の主要コンポーネントに加えて、端子ワイヤコネクタ、セル間コネクタ、その他のアクセサリがあります。

単機能バッテリー放電装置は放電プロセスのみを対象としており、充電することはできません。そのため、バッテリーを事前に充電してから放電する必要があり、充電と放電のテストのコストが比較的安価になります。

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