(57)【要約】【課題】  本発明は、エンジンの再始動に適した電池を備えたエンジンの駆動システムを提供こと。【解決手段】  車両走行停止時にエンジン４を停止し、車両走行開始時にエンジンを再起動するエンジン駆動システムにおいて，エンジン４を制御するエンジン電子制御装置１０と、エンジン４を再始動させるためのモータ５と、モータ５に電力を供給する電池８とを備え、電池８は、薄板帯状に形成した正極板２１と、薄板帯状に形成した負極板２０と、正極板２１と負極板２０との間に設けられた帯状のセパレータ２２とを備え、正極板２１と負極板２０とセパレータ２２は捲回された極板群を形成し、極板群は電解液に浸漬されて構成したものである。【選択図】    図  ３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両走行停止時にエンジンを停止し、車両走行開始時にエンジンを再起動するエンジン駆動システムにおいて，
前記エンジンを制御するエンジン電子制御装置と、前記エンジンを再始動させるためのモータと、前記モータに電力を供給する電池とを備え、
前記電池は、薄板帯状に形成した正極板と、薄板帯状に形成した負極板と、前記正極板と前記負極板との間に設けられた帯状のセパレータとを備え、
前期正極板と前記負極板と前記セパレータは捲回された極板群を形成し、前記極板群は電解液に浸漬されていることを特徴とするエンジン駆動システム。
【請求項２】
前記電池は、渦巻き円筒状に形成された捲回式電池である請求項１に記載のエンジン駆動システム。
【請求項３】
前記電池は、少なくとも４００Ａの電流を出力しても１０Ｖ以上の電圧を出力する機能を持ったものである請求項１又は２に記載のエンジン駆動システム。
【請求項４】
前記正極板は、Ｐｂ−Ｓｎ合金の圧延シートによって構成される集電体の表裏両面に正極活物質ペーストを塗布して化成処理して形成したものである請求項１、２又は３に記載のエンジン駆動システム。
【請求項５】
前記正極板の面積は、９０００〜１６２０００ｃｍ２である請求項１、２、３又は４に記載のエンジン駆動システム。
【請求項６】
前記集電体を構成するＰｂ−Ｓｎ合金におけるＳｎの含有量は、１.３重量％以上、２.３重量％以下である請求項４に記載のエンジン駆動システム。
【請求項７】
前記セパレータの厚さは、０.０１〜０.６ｍｍであることを特徴とする請求項１、２、３、４又は５に記載のエンジン駆動システム。
【請求項８】
車両走行停止時にエンジンを停止し、車両走行開始時にエンジンを再起動するエンジン駆動システムにおいて，
前記エンジンを制御するエンジン電子制御装置と、前記エンジンを始動させるためのモータと、前記モータに電力を供給する電池とを備え、
前記電池は直列に接続された複数個の単電池で構成され、
各単電池は、薄板帯状に形成した正極板と、薄板帯状に形成した負極板と、前記正極板と前記負極板との間に帯状に形成されたセパレータを備え、
前記正極板と前記負極板と前記セパレータとを捲回して極板群を形成し、捲回した前記極板群を電解液に浸漬されていることを特徴とするエンジン駆動システム。
【請求項９】
前記単電池は、渦巻き円筒状に形成したものである請求項８に記載のエンジン駆動システム。
【請求項１０】
前記電池は、少なくとも４００Ａの電流を出力しても１０Ｖ以上の電圧を出力する機能を持ったものである請求項８又は９に記載のエンジン駆動システム。
【請求項１１】
前記単電池の正極板は、Ｐｂ−Ｓｎ合金の圧延シートによって構成される集電体の表裏両面に正極活物質ペーストを塗布して化成処理して形成したものである請求項８、９又は１０に記載のエンジン駆動システム。
【請求項１２】
前記単電池の正極板の面積は、１５００〜２７０００ｃｍ２であり、かつ、前記鉛蓄電池の最大外形寸法を直方体として見積もった場合の単位体積当りの面積が１７００〜３００００ｃｍ２／ｄｍ３である請求項８、９、１０又は１１に記載のエンジン駆動システム。
【請求項１３】
前記集電体を構成するのＰｂ−Ｓｎ合金におけるＳｎの含有量は、１.３重量％以上、２.３重量％以下である請求項１１に記載のエンジン駆動システム。
【請求項１４】
前記単電池のセパレータの厚さは、０.０１〜０.６ｍｍであることを特徴とする請求項８、９、１０、１１、１２又は１３に記載のエンジン駆動システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の走行停止状態にエンジンの動作を停止し、車両の走行開始時にエンジンを再起動するエンジン駆動システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、自動車の燃費向上や排ガスの地球環境への配慮の観点から、交差点などでの走行停車状態でエンジンの動作を停止し、自動車の発進時にエンジンを再始動するエンジン駆動システムを採用する車両が増加しつつある。エンジンの再始動には２つの方式がある。１つは車両の走行前にモータでエンジンを再始動させ、エンジンが動作してから車を発進する方式である。他の方式はモータで車両を走行させ、その後車両の駆動部とエンジンとをつなぐことにより、車両の駆動トルクでエンジンを回転して再始動する方式である。
【０００３】
どちらの方式においても、一旦エンジンの動作を停車し、エンジンが停止したのち、再始動するためには、短時間であるが大きな電流をモータに供給することが必要となる。
【０００４】
従来の自動車に搭載されているバッテリでは、バッテリの容量を確保するには大きな体積を必要とするため、十分な容量を確保できなかった。東京都内のように信号機が多い道路を走行する場合、再始動が短時間に繰り返し行われることになり、バッテリの電力の消費が激しく、走行停止でのエンジンの動作の停止を繰り返した場合、エンジンの再始動が困難となる恐れが生じる。
【０００５】
このため、車両走行の停止が繰り返される場合は、バッテリーの電力不足により再起動が困難となる事態を避けるために、交差点での信号停止時にエンジンの動作停止を行なわずに、エンジンの動作を続ける制御が行われている。しかし、燃費の改善や排気ガスによる大気汚染を改善する観点からは、車両の走行停止状態でできるだけエンジンの動作を停止できることが望ましい。
【０００６】
また排気量の大きいエンジンやディゼルエンジンはエンジンの再始動時に必要とするトルクが大きく、従来のバッテリでは容量が不十分であり、走行停止時でのエンジンの動作の停止制御を行うと、再始動できなくなる恐れがあった。
【０００７】
このような課題を解決しようとする提案が従来からあり、たとえば次のような提案がある。エンジン始動時にエンジンを回転駆動するスタータに電力を供給する始動用蓄電装置１と、自動車搭載機器に電力を供給する汎用バッテリ２と、エンジンに駆動され始動用蓄電装置１および汎用バッテリ２に充電するオルタネータ３を備え、オルタネータ３と始動用蓄電装置１との接続点と、汎用バッテリ２との間にダイオード８（アイソレータ）を設けて、スタータ４の始動時に汎用バッテリ２からの電流を阻止すると共にオルタネータ３に具備される発電巻線３ａ，３ｂ，３ｃから別系統の充電回路９を設け、ここから汎用バッテリ２を充電するものが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この特許文献１は、車両搭載の周辺機器への電力の安定供給を図るため、始動用バッテリとは別に汎用バッテリ（サブバッテリ）を搭載している。
【特許文献１】特開２００２−１１８９７７号公報（第２頁  第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
基本的な解決にはバッテリー、すなわち電池の性能を改善することが必要である。例えばエンジンの再始動に適する電池の特性の改善が望まれる。
【０００９】
本発明の目的は、エンジンの再始動に適した電池を備えたエンジンの駆動システム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１つの手段は、薄板帯状に形成した正極板と薄板帯状に形成した負極板と前記正極板と負極板との間に設けたセパレータとを捲回して極板群を形成し、前記極板群を電解液に浸漬したことである。
【００１１】
上記課題を解決する他の手段は、薄板帯状に形成した正極板と薄板帯状に形成した負極板と前記正極板と負極板との間に設けたセパレータとを捲回して極板群を形成し、前記極板群を電解液に浸漬したことにより、単電池を構成し、前記単電池を複数個直列にして電池を構成したことである。
【００１２】
以下の実施の形態で説明する具体的な解決手段としては、正極板をＰｂ−Ｓｎ合金の圧延シートによって構成し、その表裏面に正極活物質ペーストを塗布して化成処理して形成したことである。
【００１３】
また正極板の面積を、９０００〜１６２０００ｃｍ２に構成したものである。
【００１４】
また正極板を構成するＰｂ−Ｓｎ合金におけるＳｎの含有量を、１.３重量％以上、２.３重量％以下で構成したものである。
【００１５】
またセパレータの厚さを、０．０１〜０．６ｍｍとしたものである。
【００１６】
また単電池の正極板の面積を、１５００〜２７０００ｃｍ２で、かつ、前記電池の最大外形寸法を直方体として見積もった場合の単位体積当りの面積が１７００〜３００００ｃｍ２／ｄｍ３となるようにしたものである。
【００１７】
また、正極板を構成するのＰｂ−Ｓｎ合金におけるＳｎの含有量を、１.３重量％以上、２.３重量％以下で構成したものである。
【００１８】
また、セパレータの厚さを、０．０１〜０．６ｍｍに構成したものである。
【発明の効果】
【００１９】
本願発明に係るエンジン駆動システムによれば、エンジンの再始動のための電気的特性が改善され、優れた再始動システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の実施例では、エンジンの再始動時にエンジンを回転駆動するモータに電力を供給すると共に車両に車載の周辺機器に電力を供給する電源として、正極板と負極板がセパレータを介して捲回された極板群を備え、電解液に浸漬して端子電圧が１０Ｖ以上を維持できる捲回式鉛蓄電池を１個設けることにより実現する。
【００２１】
このように本発明によると、１つの鉛蓄電池によって、負荷（スタータモータ）用の電源を新たに設けることなく、従来のエンジンルームのスペースに装着する１つのバッテリで構成するので、自動車の走行中にアイドリングストップが頻繁に発生しても安定した電力をスタータモータ及び自動車搭載機器に供給することができる。
【実施例１】
【００２２】
以下、本発明の実施例を詳細に説明する。
【００２３】
図１には、本発明に係る鉛畜電池を用いたエンジン駆動システムの一実施例を自動車に装着した模式図が示されている。
【００２４】
図１において、車両１には、前後４つの車輪２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄが設けられており、この４つの車輪２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄの前の２つ車輪２Ａ、２Ｂが、動力伝達機構３によって駆動するようになっている。この前の２つ車輪２Ａ、２Ｂは、エンジン４が発生するトルクによって駆動される。このエンジン４は、制御装置１０によって制御されており、スタータモータ４Ａによって起動されるようになっている。このスタータモータ４Ａは、エンジンが冷えた状態の時にエンジンを始動するためのモータであり、例えば通常使用されているスタータモータである。
【００２５】
また、モータ５は、交差点で信号の変わるのを待つときなどのように、短時間の車両走行停止に伴い停止したエンジンを再始動するためのものである。このモータ５の制御はモータ系制御部６により行なわれ、モータ系制御部６はモータ駆動回路７を介してモータ５を制御する。自動車が一旦停止した後に再度自動車のエンジンを駆動する場合、２つの方式でエンジンを始動できる。第１の方式は、車両を停止した状態でエンジンをモータ５により再始動し、再始動したエンジンで走行を開始する方式である。また第２方式は、車両の走行停止時でエンジンの動作を停止した後、エンジンの再始動前に先ずモータ５で車両を走行させ、車両走行の後車両の駆動系にエンジンをつなぐことにより、車両の駆動系からトルクをエンジンに伝え、このトルクによりエンジンを再始動する方式である。第１の方式は小型モータと比較的少ない電池容量で再始動が可能となるメリットがある。一方第２の方式は再始動時のエンジン回転速度を高くでき、エンジン江の供給空気を多くできるので、供給された燃料の壁面付着を少なくできハイドロカーボンの排出を少なくできるメリットがある。
【００２６】
第１の方式によるエンジンの再始動を説明する。自動車の走行が停止されたアイドリングストップモードによってエンジンの動作が停止され、次に自動車のアイドリングストップモードが解除されたときに、エンジンと車輪２Ａ、２Ｂを駆動する動力伝達機構３とは図示しない電動クラッチにより切り離される。モータ系制御部６によりモータ駆動回路７を介してモータ５が駆動されると、モータはエンジンを回転させて先ずエンジンを再始動し、図示しない電動クラッチにより次にエンジンと車輪２Ａ、２Ｂを駆動する動力伝達機構３とが接続されてエンジンのトルクが車輪２Ａ、２Ｂに伝えられ、自動車の走行がスタートする。
【００２７】
次に第２の方式を説明する。自動車の走行停止によりアイドリングストップモードによってエンジンの動作が停止する。モータ５は動力伝達機構３に機械的に接続されており、自動車のアイドリングストップモードが解除されたときにモータ系制御部６とモータ駆動回路７によってモータ５が駆動されると、動力伝達機構３を介して２つ車輪２Ａ、２Ｂに回転トルクが伝達され、モータ５の駆動により自動車が動き出す。自動車の走行と共に動力伝達機構３にエンジンが機械的に接続されており、エンジンが回転開始する。したがってエンジンに燃料と点火エネルギーの供給を行なうとエンジンが再始動する。エンジンと動力伝達機構３とが常に接続されている場合はモータ５の回転開始と共にエンジンの再始動を開始することができる。またエンジンの回転速度が上がるのを待って燃料と点火エネルギーの供給を行なうようにすれば、エンジンの再始動が遅れるがエンジンの回転速度が高くなった状態でエンジンを始動できるのでハイドロカーボンの排出を少なくできる。
【００２８】
なお上記第１および第２の方式において、モータの駆動エネルギーは電池８から供給される。
【００２９】
図でスタータモータ４Ａは上述のとおり、エンジンの低温状態で始動するためのスタータモータである。スタータモータ４Ａおよびエンジン４は制御部１０により制御され、必要なエネルギーは鉛蓄電池８から供給される。この鉛蓄電池８は、エンジン４により駆動されるオルタネータ９によって充電される。
【００３０】
運転時においては、運転者の指令をアクセルセンサで検知（アクセル踏込量を検出）し、エンジン４の出力が制御される。
【００３１】
図２には、図１の動力伝達機構３に伝達する伝達動力の制御システムおよび駆動系の詳細ブロック図が示されている。
【００３２】
図２において、車両を走行させる車輪２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄを駆動する動力伝達機構３には、エンジン４の駆動力（トルク）を伝達するエンジン駆動シャフトと、モータ５の駆動力（トルク）を伝達するモータ駆動シャフトが接続されている。また、このエンジン４には、スタータモータ４Ａが設けられており、エンジン４が冷えている場合には、有る程度の回転力を与えないとエンジン４が始動しないので、キースイッチを投入してスタータモータ４Ａを作動し、エンジン４を起動させる。このスタータモータ４Ａは、制御部１０により制御される。
【００３３】
モータ５の制御指令はモータ系制御部６から発せられ、モータ系制御部６の制御指令はモータ駆動回路７に伝えられる。モータ駆動回路７は直流電源からの直流エネルギーを交流に変換するインバータであり、インバータで発生した交流がモータ５の固定子巻線に供給される。この交流によりモータ内に回転磁界が発生し、永久磁石を備えたモータ５の回転子に回転トルクを発生する。エンジンの始動には大トルクが必要であり、上記固定子に供給される電流は大電流となる。永久磁石を備えた回転子には電流の供給の必要が無く、整流子がいらないため、永久磁石式回転同期モータはエンジンの始動用モータとして最適である。また本実施例では発電のためのオルタネータ９が設けられているが、エンジン始動用のモータ５を永久磁石しき同期モータとすることにより発電機としても使用できる。このように発電機として使用する場合はモータ駆動回路のインバータで発生して交流を整流することができ、バッテリー８に直流エネルギーを供給できる。さらに上記説明では回転子の整流子を不要としたが、回転子に整流子および巻線を設けてこの巻線に上記整流子から励磁電流を供給することにより回転子には永久磁石に加え上記巻線により励磁磁束を発生することができ、上記回転子巻線の励磁電流を制御することで発電電圧を制御できる。
【００３４】
エンジン／伝達機構の制御部１０には、検出部１２と、電池制御部１４が接続されている。また、エンジン／伝達機構の制御部１０には、エンジン回転検出部１３が接続されている。この検出部１２は、エンジン４および駆動伝達機構３の制御に必要な検出を行う。この検出部１２によって検出される主な情報は、アクセルの操作量Ｐａ、エンジンへ供給される吸入空気量Ｑａ、エンジンの回転速度Ｎｅ、エンジンの冷却水温Ｔｗ、排気状態から検知する空燃比、車速Ｖｓ、その他診断に使用する情報、などである。
【００３５】
また、エンジン／伝達機構の制御部１０は、アクセルの操作量Ｐａに基づき車速Ｖｓやエンジン回転速度Ｎｅから車両への要求トルクを求める。
【００３６】
エンジン駆動部１１は、スロットル弁開での制御、吸気バルブの開弁タイミングや開弁量の制御、点火時期制御、排気弁の開弁タイミングや開弁量の制御、排気ガスの還流量制御を行う機構であり、要求トルクＴＤに基づきスロットル弁開度あるいは吸気弁の開弁角や開弁のリフト量が制御される。この制御によりエンジン４に供給される空気量Ｑａが変わる。エンジン４に供給される空気量Ｑａは検出部１２で検出され、この空気量Ｑａに対する燃料供給量が求められる。
【００３７】
また、エンジン回転速度Ｎｅと基本燃料量（Ｑａ／Ｎｅ）とに基づき点火時期が定められる。これらの制御量の演算は、エンジン／伝達機構の制御部１０で行われ、求められた制御量でエンジンの駆動制御部１１が制御され、エンジン４はトルクを発生する。また、エンジン／伝達機構の制御部１０は、エンジン回転検出部１３によってエンジン４が回転しているか否か、すなわち、アイドリングストップモードが解除した後、モータ５の駆動で動力伝達機構３によって前の２つ車輪２Ａ、２Ｂが回転しているか否かを検出するものである。このエンジン回転検出部１３によって、エンジン４が回転していることを検出すると、エンジン／伝達機構の制御部１０では、電子燃料噴射装置を作動してエンジン４を起動する。
【００３８】
図１２のフローチャートを用いてアイドリングストップモード時の制御を説明する。
【００３９】
車両１のエンジンの始動開始時には、ステップ１００において、イグニッションキーをＯＮする。このステップ１００においてイグニッションキーをＯＮすると、ステップ１１０において、スタータモータ４Ａに電流が供給され、エンジン４を回転させる。このステップ１１０においてスタータモータ４Ａを駆動すると、ステップ１２０において、エンジン４はスタートする。エンジン４の温度が低い状態では、負荷が大きく、電気モータのみで駆動するのは困難であり、スタータモータ４Ａでクランキングしてやらないとエンジン４が始動しない。そこで、車両１の最初のスタート時には、スタータモータ４Ａでエンジン４を始動させている。
【００４０】
このステップ１２０においてエンジン４がスタートすると暖機運転が開始され、ステップ１３０において、エンジン４の暖機が完了したか否かを判定する。このエンジン４の暖機状態は、エンジンの冷却水温センサによって行う。このエンジン４が暖機状態になると、エンジンの冷却水温が高くなるので、その冷却水温の温度によって判断する。このステップ１３０においては、エンジン４の暖機が完了するまで待つ。このステップ１３０においてエンジン４の暖機が完了したと判定すると、ステップ１４０において、オルタネータ９による鉛蓄電池８の充電が十分か否かを判定する。この鉛蓄電池８は、容量がある一定基準より低くなると、オルタネータ９によって充電し、この充電している間は、出力電力が十分でなく、モータ５を駆動して車両１を動かすだけの動力が十分でないので、アイドリングストップモードすなわちブレーキが踏込まれた状態で車両の走行速度がゼロあるいはゼロに近い状態になっても、アイドリングストップ制御を行わない。すなわち、このステップ１４０においては、鉛蓄電池８の起電力が十分になっているかを見ている。鉛蓄電池８の起電力が十分で無ければオルタネータ９によって充電が行われる訳であるから、このオルタネータ９によって充電が行われているときは、アイドリングストップ制御を行わない。
【００４１】
このステップ１４０において鉛蓄電池８の充電がオルタネータ９によって完了している、すなわち、鉛蓄電池８の起電力が十分であると判定すると、ステップ１５０において、アイドリングストップ機構をスターとする。すなわち、アイドリングストップ制御を行うことになる。このステップ１５０においてアイドリングストップ機構がスターとすると、ステップ１６０において、一旦停止したエンジン４をモータ５で車両１を動かし、エンジンをスタートさせることができるか否かを判定する。このステップ１６０において一旦停止したエンジン４を上述の第１または第２の方式で始動エンジンを始動できるか否かを判定する。エンジンをスタートさせることができると判定すると、ステップ１７０において、アイドリングストップモード（ブレーキＯＮで、車速が「０」の状態）になったか否かを判定する。ステップ１６０において次のスタートが可能か否かを判定し、スタートが可能な状態になってから、アイドリングストップモード（ブレーキＯＮで、車速が「０」の状態）になるのを待つ。このステップ１７０においてアイドリングストップモード（ブレーキＯＮで、車速が「０」の状態）になったと判定すると、ステップ１８０において、アイドリングストップモードになってから所定時間が経過したか否かを判定する。この所定時間は、各自動車メーカーで異なるが、通常、ブレーキＯＮで、車速が「０」の状態になってから、３０秒とか１分といった時間である。
【００４２】
このステップ１８０においてアイドリングストップモードになってから所定時間が経過したと判定すると、アイドリングストップ制御が行われ、ステップ１９０において、エンジン４が停止する。このステップ１９０においてエンジン４が停止すると、ステップ２００において、シフトギアの位置がパーキング（Ｐ）の位置か否かを判定する。このステップ２００においてシフトギアの位置がパーキング（Ｐ）の位置であると判定すると、アイドリングストップ制御を行わず、このフローを終了する。また、このステップ２００においてシフトギアの位置がパーキング（Ｐ）の位置でないと判定すると、ステップ２１０において、ブレーキがＯＦＦか否かを判定する。このステップ２１０においてブレーキがＯＦＦであると判定すると、このフローを終了するすなわちエンジンを再始動する。また、このステップ２１０においてブレーキがＯＦＦでないと判定すると、ステップ２２０において、ブレーキがＯＮからＯＦＦに変化したか否かを判定する。このステップ２２０においては、ブレーキがＯＮからＯＦＦに変化するのを見ている。このステップ２２０においてブレーキがＯＮからＯＦＦに変化したと判定すると、ステップ２２０において、ブレーキがＯＮからＯＦＦに変化したか否かを判定する。このステップ２３０において、モータ５をスタートする。このモータ５がスタートすると、車両１が動き出し、エンジン４が回転すると、このエンジン４の回転をエンジン回転検出部１３によって検出し、電子燃料噴射装置を駆動して、ステップ２４０において、エンジン４がスタートする。このステップ２４０においてエンジン４がスタートすると、ステップ１４０に戻り、再びアイドリングストップ制御を行う。
【００４３】
図１に図示のエンジン駆動システムに用いられる鉛蓄電池８は、図３に示す如き構成を有している。
【００４４】
図３に示す鉛蓄電池８は、捲回式鉛蓄電池の単電池によって構成されている。この捲回式鉛蓄電池の単電池は、次のような方法で製造される。すなわち、まず、負極板２０と正極板２１を厚さ０．４ｍｍのセパレータ２２を介して渦巻状に捲回し、温度５０℃，湿度９５％中に１８時間放置して熟成した後に、温度１１０℃で２時間放置して乾燥させる。しかる後、同極性の１０本の極板耳２３同士をストラップ２４で連結させ、それぞれの極のストラップ２４を負極端子２５と正極端子２６に溶接して捲回群を作製する。これを電槽２７内に装着し、上部に蓋２８を被せ、溶着して注液孔２９より比重１．２ (２０℃)の希硫酸電解液を注液して未化成の単電池を作製する。これを９Ａで２０時間化成した後に比重１．４(２０℃)の希硫酸溶液を追加して、比重１．３（２０℃）の濃度の硫酸電解液となるように調整する。ここに安全弁３０を装着して単電池を得る。
【００４５】
この図３に示す捲回式鉛蓄電池の単電池によって形成される鉛蓄電池８の負極２０は、まず、負極集電体を製造し、この負極集電体の表裏面に負極活物質ペーストを塗布し、未化成の負極板２０を作製する。
【００４６】
負極集電体は、Ｐｂに１．５重量％のＳｎを含有した合金を溶製後、冷間圧延を行って厚さ０．２ｍｍの圧延シートによって構成されている。
【００４７】
負極活物質ペーストは、リグニン０.３重量％、硫酸バリウム又は硫酸ストロンチウム０．２重量％、カーボン粉末０.１重量％、残部鉛粉を混練機で約１０分混練して得た混合物に、水１２重量％加えて混練し、さらに、この混練した鉛粉に、比重１．２６で２０℃の希硫酸１３重量％を加えて混練したものである。
【００４８】
未化成の負極板２０は、この負極集電体と負極活物質ペーストとを用いて、厚さ０．２ｍｍのＰｂに１１．５重量％のＳｎを含有した合金の箔からなる負極集電体の両面に負極活物質ペースト４５ｇを塗布し、厚さ０．８ｍｍに成型したものである。
【００４９】
正極集電体は、Ｐｂに１.５重量％のＳｎを含有した合金を溶製後、冷間圧延を行って厚さ０．２ｍｍの圧延シートによって構成されている。
【００５０】
正極活物質ペーストは、負極活物質ペーストと同様、リグニン０．３重量％、硫酸バリウム又は硫酸ストロンチウム０．２重量％、カーボン粉末０．１重量％、残部鉛粉を混練機で約１０分混練して得た混合物に、水１２重量％加えて混練し、さらに、この混練した鉛粉に、比重１．２６で２０℃の希硫酸１３重量％を加えて混練したものである。
【００５１】
未化成の正極板２１は、この正極集電体と正極活物質ペーストとを用いて、厚さ０．２ｍｍのＰｂ−１．５Ｓｎ合金の箔からなる正極集電体の両面に正極活物質ペースト４５ｇを塗布し、厚さ０．８ｍｍに成型したものである。
【００５２】
図４に図示の捲回式蓄電池は、図３に図示の捲回式蓄電池に示すように負極板２０と正極板２１をセパレータ２２を介して渦巻状に捲回し、円柱状に形成した１個の単電池によって構成したものである。このように１個の単電池によって構成した場合であっても少なくとも４００Ａの電流を出力しても１０Ｖ以上の電圧を出力する機能を持った特性を有するように設定してある。また、図４に図示の捲回式蓄電池を構成する正極板の面積２１は、９０００〜１６２０００ｃｍ２の大きさになるように形成されている。また、図４に図示の捲回式蓄電池を構成する負極集電体及び正極集電体は、Ｐｂ−Ｓｎ合金で、Ｓｎの含有量が、１．３重量％以上、２．３重量％以下に構成してある。さらに、図４に図示の捲回式蓄電池を構成している負極板２０と正極板２１の間に介在させるセパレータ２２の厚さを、０．０１〜０．６ｍｍに設定してある。
【実施例２】
【００５３】
図５には、本発明に係るエンジン駆動システムに用いる捲回式蓄電池の第２の実施例が示されている。
【００５４】
図５に図示の捲回式蓄電池は、図３に図示の捲回式蓄電池に示すように負極板２０と正極板２１をセパレータ２２を介して渦巻状に捲回し、円柱状に形成した１個の単電池によって構成したものではなく、単電池を構成する電槽２７を方形状にし、この方形状の電槽２７に沿って負極板２０と正極板２１をセパレータ２２を介して矩形状渦巻に捲回し、角柱状に形成した１個の単電池によって構成したものである。このように形成すると、図４に図示の捲回式蓄電池に比して、無駄スペースをなくすことができ、より効率的である。この図５に図示の捲回式蓄電池の場合にも、少なくとも４００Ａの電流を出力しても１０Ｖ以上の電圧を出力する機能を持った特性を有するように設定してある。また、図５に図示の捲回式蓄電池を構成する正極板の面積２１は、９０００〜１６２０００ｃｍ２の大きさになるように形成されている。また、図５に図示の捲回式蓄電池を構成する負極集電体及び正極集電体は、Ｐｂ−Ｓｎ合金で、Ｓｎの含有量が、１．３重量％以上、２．３重量％以下に構成してある。さらに、図５に図示の捲回式蓄電池を構成している負極板２０と正極板２１の間に介在させるセパレータ２２の厚さを、０．０１〜０．６ｍｍに設定してある。
【実施例３】
【００５５】
図６には、本発明に係るエンジン駆動システムに用いる捲回式蓄電池の第３の実施例が示されている。
【００５６】
図６に図示の捲回式蓄電池は、図３に図示の捲回式蓄電池に示すように負極板２０と正極板２１をセパレータ２２を介して渦巻状に捲回し、円柱状に形成した１個の単電池６０を６直列に接続端子６３によって接続して、正極端子６１と負極端子６２を具備した外装容器６５に設置して構成したものである。この図６に図示の捲回式蓄電池の設計容量は２８Ａｈであり、平均放電電圧は１２Ｖである。また、図６に図示の捲回式蓄電池の最大外形寸法は直方体として見積もった場合、３８Ｂ１９と同じで、電池容積で５．４ｄｍ３である。この図６に図示の捲回式蓄電池の正極板２１の電極総面積は１０８００ｃｍ２であり、捲回式鉛蓄電池の単位体積当りの正極面積は２０００ｃｍ２／ｄｍ３、単電池当りの正極面積は１８００ｃｍ２になる。
【００５７】
そして、この図６に図示の捲回式蓄電池の場合にも、少なくとも４００Ａの電流を出力しても１０Ｖ以上の電圧を出力する機能を持った特性を有するように設定してある。また、図６に図示の捲回式蓄電池を構成する負極集電体及び正極集電体は、Ｐｂ−Ｓｎ合金で、Ｓｎの含有量が、１．３重量％以上、２．３重量％以下に構成してある。さらに、図６に図示の捲回式蓄電池を構成している負極板２０と正極板２１の間に介在させるセパレータ２２の厚さを、０．０１〜０．６ｍｍに設定してある。
【００５８】
この図６に図示の捲回式蓄電池の電流−電圧特性は、図７に示す如き特性を有している。すなわち、図７に示す電流−電圧特性は、放電電流を１００〜５００Ａまで変化させて、満充電の状態から１秒間放電したときの電池の端子電圧を充放電装置を用いて測定したものである。
【００５９】
図７のＡに実施例３の捲回式鉛蓄電池の電流−電圧特性が示されている。図７のＡは、放電電流を１００〜５００Ａまで変化させて、満充電の状態から１秒間放電したときの電池の端子電圧を充放電装置を用いて測定した。図７のＡでは、図６に図示の捲回式蓄電池が５００Ａの高い放電電流で放電しても１秒目の電池の端子電圧は１０Ｖ以上であり、優れた出力性能を有することがわかる。
【００６０】
また、図６に図示の捲回式蓄電池について、エンジンルーム搭載時の高温環境を想定して、最も過酷な寿命試験である７５℃での過充電試験を行った。図６に図示の捲回式蓄電池について、７５℃で、充電電流５．６Ａ、上限電圧１４Ｖの定電流定電圧充電を６時間行い、４００Ａで１秒間の大電流放電後に６時間休止するサイクルを５６サイクル（２８日間）繰り返した。その後、室温に戻して５００Ａで放電し、１秒目の電池の端子電圧を測定した。実施例３の図６に図示の捲回式鉛蓄電池では、電池の端子電圧が１０Ｖ以上を維持することができ、７５℃過充電サイクル後においても優れた出力性能を有することがわかった。
【００６１】
このように実施例３の図６に図示の捲回式鉛蓄電池を用いたエンジン駆動システムにおいては、燃費向上や排ガスの地球環境への配慮から、自動車が赤信号や一時停止などで停車する時にエンジン４を停止させ、発進時にモータでエンジンを再始動させるようになっている。この実施例３の図６に図示の捲回式鉛蓄電池は、再始動の際にスタータモータに電流が供給されると同時に車両搭載の周辺機器の電気負荷にも電流が流れる。そこで、実施例３の図６に図示の捲回式鉛蓄電池が用いられるアイドリングストップシステムを用いて暖気後のエンジン起動時における実施例３の図６に図示の捲回式鉛蓄電池の端子電圧を測定すると、実施例３の図６に図示の捲回式鉛蓄電池の端子電圧は１０Ｖ以上であり、オーディオ等の車両搭載の周辺機器が停止しない電圧を維持できることがわかった。
【実施例４】
【００６２】
次に、本発明に係るエンジン駆動システムに用いる捲回式蓄電池の第４の実施例を説明する。捲回式蓄電池の構成は、図６に図示の第３の実施例の捲回式蓄電池と同様である。
【００６３】
第４の実施例の捲回式蓄電池は、図３に図示の捲回式蓄電池に示すように負極板２０と正極板２１をセパレータ２２を介して渦巻状に捲回し、円柱状に形成した１個の単電池６０を６直列に接続端子６３によって接続して、正極端子６１と負極端子６２を具備した外装容器６５に設置して構成したものである。この第４の実施例の捲回式蓄電池の設計容量は２４〜３４Ａｈであり、平均放電電圧は１２Ｖである。また、第４の実施例の捲回式蓄電池の最大外形寸法は直方体として見積もった場合、３８Ｂ１９と同じで、電池容積で５．４ｄｍ３である。この第４の実施例の捲回式蓄電池の正極板２１の電極総面積は９３００〜１６００００ｃｍ２であり、捲回式鉛蓄電池の単位体積当りの正極面積は１７００〜３００００ｃｍ２／ｄｍ３、単電池当りの正極面積は１５００〜２７０００ｃｍ２になる。
【００６４】
そして、この第４の実施例の捲回式蓄電池の場合にも、少なくとも４００Ａの電流を出力しても１０Ｖ以上の電圧を出力する機能を持った特性を有するように設定してある。また、第４の実施例の捲回式蓄電池を構成する負極集電体及び正極集電体は、Ｐｂ−Ｓｎ合金で、Ｓｎの含有量が、１．３重量％以上、２．３重量％以下に構成してある。さらに、第４の実施例の捲回式蓄電池を構成している負極板２０と正極板２１の間に介在させるセパレータ２２の厚さを、０．０１〜０．６ｍｍに設定してある。
【００６５】
この第４の実施例の捲回式蓄電池の電流−電圧特性は、図８に示す如き特性を有している。すなわち、図８に示す電流−電圧特性は、捲回式鉛蓄電池の電流−電圧特性を実施例３と同様にして評価した。すなわち、図８に示す如き特性は、図８のＤに実施例４の捲回式鉛蓄電池の４００Ａ放電、１秒目の電池の端子電圧が示されている。この第４の実施例の捲回式蓄電池の端子電圧はいずれも１０Ｖ以上であり、優れた出力性能を有することがわかる。
【００６６】
また、第４の実施例の捲回式蓄電池について、エンジンルーム搭載時の高温環境を想定して、最も過酷な寿命試験である７５℃での過充電試験を行った。この７５℃過充電後の出力特性が、図８のＥに示されている。この図８のＥの７５℃での過充電試験は、第４の実施例の捲回式蓄電池について、７５℃で、充電電流５．６Ａ、上限電圧１４Ｖの定電流定電圧充電を６時間行い、４００Ａで１秒間の大電流放電後に６時間休止するサイクルを５６サイクル（２８日間）繰り返した。その後、室温に戻して５００Ａで放電し、１秒目の電池の端子電圧を測定した。第４の実施例の捲回式鉛蓄電池では、電池の端子電圧が１０Ｖ以上を維持することができ、７５℃過充電サイクル後においても優れた出力性能を有することがわかった。
【００６７】
このように実施例４の捲回式鉛蓄電池を用いたエンジン駆動システムにおいては、燃費向上や排ガスの地球環境への配慮から、自動車が赤信号や一時停止などで停車する時にエンジンを停止させ、発進時にモータでエンジンを再始動させる用になっている。この実施例４の捲回式鉛蓄電池は、再始動の際にスタータモータに電流が供給されると同時に車両搭載の周辺機器の電気負荷にも電流が流れる。そこで、実施例４の捲回式鉛蓄電池が用いられるアイドリングストップシステムを用いて暖気後のエンジン起動時における実施例４の捲回式鉛蓄電池の端子電圧を測定すると、実施例４の捲回式鉛蓄電池の端子電圧は１０Ｖ以上であり、オーディオ等の車両搭載の周辺機器が停止しない電圧を維持できることがわかった。
【実施例５】
【００６８】
次に、本発明に係るエンジン駆動システムに用いる捲回式蓄電池の第５の実施例を説明する。捲回式蓄電池の構成は、図６に図示の第３の実施例の捲回式蓄電池と同様である。
【００６９】
第５の実施例の捲回式蓄電池は、図３に図示の捲回式蓄電池に示すように負極板２０と正極板２１をセパレータ２２を介して渦巻状に捲回し、円柱状に形成した１個の単電池６０を６直列に接続端子６３によって接続して、正極端子６１と負極端子６２を具備した外装容器６５に設置して構成したものである。この第５の実施例の捲回式蓄電池の設計容量は実施例３と同じ２８Ａｈであり、平均放電電圧は１２Ｖである。また、第５の実施例の捲回式蓄電池の最大外形寸法は直方体として見積もった場合、３８Ｂ１９と同じで、電池容積で５．４ｄｍ３である。この第５の実施例の捲回式蓄電池の正極板２１の電極総面積は１０８００ｃｍ２であり、捲回式鉛蓄電池の単位体積当りの正極面積は２０００ｃｍ２／ｄｍ３、単電池当りの正極面積は１８００ｃｍ２になる。
【００７０】
そして、この第５の実施例の捲回式蓄電池の場合にも、少なくとも４００Ａの電流を出力しても１０Ｖ以上の電圧を出力する機能を持った特性を有するように設定してある。また、第５の実施例の捲回式蓄電池を構成する負極集電体及び正極集電体は、Ｐｂ−Ｓｎ合金で、Ｓｎの含有量が、１．３重量％以上、２．３重量％以下に構成してある。さらに、第５の実施例の捲回式蓄電池を構成している負極板２０と正極板２１の間に介在させるセパレータ２２の厚さを、０．０１〜０．６ｍｍに設定してある。
【００７１】
この第５の実施例の捲回式蓄電池の電流−電圧特性は、図９に示す如き特性を有している。すなわち、図９に示す電流−電圧特性は、捲回式鉛蓄電池の電流−電圧特性を実施例３と同様にして評価した。すなわち、図９に示す如き特性は、図９のＦに実施例５の捲回式鉛蓄電池の５００Ａ放電、１秒目の電池の端子電圧が示されている。この第５の実施例の捲回式蓄電池の端子電圧はいずれも１０Ｖ以上であり、優れた出力性能を有することがわかる。
【００７２】
また、第５の実施例の捲回式蓄電池について、エンジンルーム搭載時の高温環境を想定して、最も過酷な寿命試験である７５℃での過充電試験を行った。この７５℃過充電後の出力特性が、図９のＧに示されている。この図９のＧの７５℃での過充電試験は、第５の実施例の捲回式蓄電池について、７５℃で、充電電流５．６Ａ、上限電圧１４Ｖの定電流定電圧充電を６時間行い、４００Ａで１秒間の大電流放電後に６時間休止するサイクルを５６サイクル（２８日間）繰り返した。その後、室温に戻して５００Ａで放電し、１秒目の電池の端子電圧を測定した。第５の実施例の捲回式鉛蓄電池では、電池の端子電圧が１０Ｖ以上を維持することができ、７５℃過充電サイクル後においても優れた出力性能を有することがわかった。
【００７３】
このように実施例５の捲回式鉛蓄電池を用いたエンジン駆動システムにおいては、燃費向上や排ガスの地球環境への配慮から、自動車が赤信号や一時停止などで停車する時にエンジンを停止させ、発進時にモータでエンジンを再始動させる用になっている。この実施例５の捲回式鉛蓄電池は、再始動の際にスタータモータに電流が供給されると同時に車両搭載の周辺機器の電気負荷にも電流が流れる。そこで、実施例５の捲回式鉛蓄電池が用いられるアイドリングストップシステムを用いて暖気後のエンジン起動時における実施例５の捲回式鉛蓄電池の端子電圧を測定すると、実施例５の捲回式鉛蓄電池の端子電圧は１０Ｖ以上であり、オーディオ等の車両搭載の周辺機器が停止しない電圧を維持できることがわかった。
【比較例１】
【００７４】
図１０には、本発明に係るエンジン駆動システムに用いる捲回式蓄電池の第１の比較例が示されている。
【００７５】
図１０に示す鉛蓄電池８は、角型電池によって構成されている。この角型電池は、次のような方法で製造される。すなわち、まず、負極板１００を５枚と正極板１０１を４枚とを、厚さ１．５ｍｍのポリエチレンからなるセパレータ１０２を介して積層し、同極性の極板同士をストラップ１０３によって連結させて極板群１１０を作製する。さらに、極板群１１０を電槽１０６内に６直列に接続して、配置してから、比重１．０５(２０℃)の希硫酸電解液を注液して未化成電池を作製する。これを９Ａで２０時間化成した後に比重１．４(２０℃)の希硫酸溶液を追加して、比重１．３（２０℃）の濃度の硫酸電解液となるように調整する。そして、正極端子１０５と負極端子１０４を溶接し、蓋１０７で密閉して角型電池を得る。
【００７６】
この図１０に示す角型電池によって形成される鉛蓄電池８の負極板１００は、まず、負極集電体を製造し、この負極集電体の表裏面に負極活物質ペーストを塗布し、未化成の負極板を作製する。
【００７７】
負極集電体は、Ｐｂに１重量％のＳｎ、０．２重量％のＣａを含有した合金を溶製後、冷間圧延を行って厚さ０．８ｍｍの圧延シートを作製し、厚さ１ｍｍの負極集電体にエキスパンド加工して構成されている。
【００７８】
負極活物質ペーストは、リグニン０．３重量％、硫酸バリウム又は硫酸ストロンチウム０．２重量％、カーボン粉末０．１重量％、残部鉛粉を混練機で約１０分混練して得た混合物に、水１２重量％加えて混練し、さらに、この混練した鉛粉に、比重１．２６で２０℃の希硫酸１３重量％を加えて混練したものである。
【００７９】
そして、未化成の負極（負極板）１００は、この負極集電体と負極活物質ペーストとを用いて、厚さ１ｍｍの負極集電体に負極活物質ペースト４５ｇを充填し、温度５０℃，湿度９５％中に１８時間放置して熟成した後に、温度１１０℃で２時間放置して乾燥させ、厚さ１．３ｍｍに成型したものである。
【００８０】
正極集電体は、Ｐｂに１重量％のＳｎ、０．７重量％のＣａを含有した合金を溶製後、冷間圧延を行って厚さ０．２ｍｍの圧延シートを作製し、厚さ１ｍｍの正極集電体にエキスパンド加工して構成されている。
【００８１】
正極活物質ペーストは、負極活物質ペーストと同様、リグニン０．３重量％、硫酸バリウム又は硫酸ストロンチウム０．２重量％、カーボン粉末０．１重量％、残部鉛粉を混練機で約１０分混練して得た混合物に、水１２重量％加えて混練し、さらに、この混練した鉛粉に、比重１．２６で２０℃の希硫酸１３重量％を加えて混練したものである。
【００８２】
そして、未化成の正極（正極板）１０１は、この正極集電体と正極活物質ペーストとを用いて、厚さ１ｍｍのＰｂに１重量％のＳｎを含有した合金からなる正極集電体に正極活物質ペースト４５ｇを充填し、温度５０℃，湿度９５％中に１８時間放置して熟成した後に、温度１１０℃で２時間放置して乾燥させ、厚さ１．６ｍｍに成型したものである。
【００８３】
この図１０に示す角型電池の容量は２８Ａｈであり、平均放電電圧は１２Ｖである。また、電池型式では３８Ｂ１９で、電池容積は５．４ｄｍ３である。このときの正極の電極総面積は５４００ｃｍ２であり、角型電池の単位体積当りの正極面積は１０００ｃｍ２／ｄｍ３、単電池当りの正極面積は９００ｃｍ２になる。
【００８４】
図７のＢには、この図１０に図示の角型電池（比較例１）の電流−電圧特性が示されている。この図７のＢに示す電流−電圧特性は、実施例３と同様に、放電電流を１００〜５００Ａまで変化させて、満充電の状態から１秒間放電したときの電池の端子電圧を充放電装置を用いて測定したものである。この図７のＢの電流−電圧特性によると、図１０に図示の角型電池（比較例１）は、３００Ａ以上の放電電流で放電すると１秒目の電池の端子電圧は１０Ｖを大きく下回り、実施例３の捲回式鉛蓄電池と比べて出力性能に劣ることが分かる。
【００８５】
この図１０に図示の角型電池（比較例１）を車両走行停止時にエンジンを停止し、車両走行開始時にスタータモータを駆動させてエンジンを再起動するアイドリングストップシステムを採用したエンジン駆動システムのバッテリとして用いた構成図の一例が図１１に示されている。
【００８６】
図１１において、１６０はモータ、１３２は比較例１の図１０に図示の角型電池、１３３は電力変換器、１５０は自動車、１５１は制御装置、１５２は伝導装置、１５３はエンジン、１５４ａ、１５４ｂ、１５４ｃ、１５４ｄは車輪、１５５は信号端子、１５６はベルトである。図１１に図示のエンジン駆動システムを用いて暖気後のエンジン起動時における電池の端子電圧を測定した。角型電池の端子電圧は７．８Ｖと低く、オーディオ等の車両搭載の周辺機器が停止する電圧まで低下した。
【比較例２】
【００８７】
次に、本発明に係るエンジン駆動システムに用いる捲回式蓄電池の第２の比較例を説明する。捲回式蓄電池の構成は、図６に図示の第３の実施例の捲回式蓄電池と同様である。
【００８８】
第２の比較例の捲回式蓄電池は、図３に図示の捲回式蓄電池に示すように負極板２０と正極板２１をセパレータ２２を介して渦巻状に捲回し、円柱状に形成した１個の単電池６０を６直列に接続端子６３によって接続して、正極端子６１と負極端子６２を具備した外装容器６５に設置して構成したものである。この第２の比較例の捲回式蓄電池の設計容量は２０Ａｈであり、実施例１、２、３，４、５に比べて低く、平均放電電圧は１２Ｖである。また、第２の比較例の捲回式蓄電池の最大外形寸法は直方体として見積もった場合、３８Ｂ１９と同じで、電池容積で５．４ｄｍ３である。この第２の比較例の捲回式蓄電池の正極板２１の電極総面積は７７００ｃｍ２と小さく、捲回式鉛蓄電池の単位体積当りの正極面積は４００ｃｍ２／ｄｍ３、単電池当りの正極面積は１２００ｃｍ２になる。
【００８９】
この第２の比較例の捲回式蓄電池の負極板、正極板は、実施例３と同様に作製した。すなわち、第２の比較例の捲回式蓄電池の負極板は、負極集電体と負極活物質ペーストとを用いて、厚さ０．２ｍｍのＰｂに１．５重量％のＳｎを含有した合金の箔からなる負極集電体の両面に負極活物質ペースト４５ｇを塗布し、厚さ０．８ｍｍに成型したものである。また、第２の比較例の捲回式蓄電池の正極板は、正極集電体と正極活物質ペーストとを用いて、厚さ０．２ｍｍのＰｂに１．５重量％のＳｎを含有した合金の箔からなる正極集電体の両面に正極活物質ペースト４５ｇを塗布し、厚さ０．８ｍｍに成型したものである。
【００９０】
そこで、負極板と正極板を厚さ０．９ｍｍのセパレータ２２を介して渦巻状に捲回し、温度５０℃，湿度９５％中に１８時間放置して熟成した後に、温度１１０℃で２時間放置して乾燥させる。しかる後、同極性の１０本の極板耳２３同士をストラップ２４で連結させ、それぞれの極のストラップ２４を負極端子２５と正極端子２６に溶接して捲回群を作製する。これを電槽２７内に装着し、上部に蓋２８を被せ、溶着して注液孔２９より比重１．２ (２０℃)の希硫酸電解液を注液して未化成の単電池を作製する。これを９Ａで２０時間化成した後に比重１．４(２０℃)の希硫酸溶液を追加して、比重１．３（２０℃）の濃度の硫酸電解液となるように調整する。ここに安全弁３０を装着して単電池を得る。
【００９１】
図７のＣには、この第２の比較例の捲回式蓄電池の電流−電圧特性が示されている。この図７のＣに示す電流−電圧特性は、実施例３と同様に、放電電流を１００〜５００Ａまで変化させて、満充電の状態から１秒間放電したときの電池の端子電圧を充放電装置を用いて測定したものである。この図７のＣの電流−電圧特性によると、第２の比較例の捲回式蓄電池は、３００Ａ以上の放電電流で放電すると１秒目の電池の端子電圧は１０Ｖを大きく下回り、実施例３の捲回式鉛蓄電池と比べて出力性能に劣ることが分かる。
【００９２】
この第２の比較例の捲回式蓄電池は、再始動の際にスタータモータに電流が供給されると同時に車両搭載の周辺機器の電気負荷にも電流が流れる。そこで、第２の比較例の捲回式蓄電池が用いられるアイドリングストップシステムを用いて暖気後のエンジン起動時における第２の比較例の捲回式蓄電池の端子電圧を測定すると、第２の比較例の捲回式蓄電池の端子電圧は１０Ｖ未満であり、オーディオ等の車両搭載の周辺機器が停止しない電圧を維持できることがわかった。
【比較例３】
【００９３】
次に、本発明に係るエンジン駆動システムに用いる捲回式蓄電池の第３の比較例を説明する。捲回式蓄電池の構成は、図６に図示の第３の実施例の捲回式蓄電池と同様である。
【００９４】
第３の比較例の捲回式蓄電池は、図３に図示の捲回式蓄電池に示すように負極板２０と正極板２１をセパレータ２２を介して渦巻状に捲回し、円柱状に形成した１個の単電池６０を６直列に接続端子６３によって接続して、正極端子６１と負極端子６２を具備した外装容器６５に設置して構成したものである。この第３の比較例の捲回式蓄電池の設計容量は２８Ａｈであり、実施例１、２、３，４、５と同じであり、平均放電電圧は１２Ｖである。また、第３の比較例の捲回式蓄電池の最大外形寸法は直方体として見積もった場合、３８Ｂ１９と同じで、電池容積で５．４ｄｍ３である。この第３の比較例の捲回式蓄電池の正極板２１の電極総面積は１０８００ｃｍ２であり、捲回式鉛蓄電池の単位体積当りの正極面積は２０００ｃｍ２／ｄｍ３、単電池当りの正極面積は１８００ｃｍ２になる。
【００９５】
この第３の比較例の捲回式蓄電池は、Ｐｂに１重量％のＳｎを含有した合金を溶製後、冷間圧延を行って厚さ０．２ｍｍの圧延シートによって負極集電体を構成した。また、第３の比較例の捲回式蓄電池は、Ｐｂに１重量％のＳｎを含有した合金を溶製後、冷間圧延を行って厚さ０．２ｍｍの圧延シートによって正極集電体を構成した。活物質ペーストは、リグニン０．３重量％、硫酸バリウム又は硫酸ストロンチウム０．２重量％、カーボン粉末０．１重量％、残部鉛粉を混練機で約１０分混練して得た混合物に、水１２重量％加えて混練し、さらに、この混練した鉛粉に、比重１．２６で２０℃の希硫酸１３重量％を加えて混練したものを用いた。
【００９６】
そこで、負極板と正極板を厚さ０．４ｍｍのセパレータ２２を介して渦巻状に捲回し、温度５０℃，湿度９５％中に１８時間放置して熟成した後に、温度１１０℃で２時間放置して乾燥させる。しかる後、同極性の１０本の極板耳２３同士をストラップ２４で連結させ、それぞれの極のストラップ２４を負極端子２５と正極端子２６に溶接して捲回群を作製する。これを電槽２７内に装着し、上部に蓋２８を被せ、溶着して注液孔２９より比重１．２ (２０℃)の希硫酸電解液を注液して未化成の単電池を作製する。これを９Ａで２０時間化成した後に比重１．４(２０℃)の希硫酸溶液を追加して、比重１．３（２０℃）の濃度の硫酸電解液となるように調整する。ここに安全弁３０を装着して単電池を得る。
【００９７】
また、第３の比較例の捲回式蓄電池について、エンジンルーム搭載時の高温環境を想定して、最も過酷な寿命試験である７５℃での過充電試験を行った。この７５℃での過充電試験は、第３の比較例の捲回式蓄電池について、７５℃で、充電電流５．６Ａ、上限電圧１４Ｖの定電流定電圧充電を６時間行い、４００Ａで１秒間の大電流放電後に６時間休止するサイクルを５６サイクル（２８日間）繰り返した。その後、室温に戻して４００Ａで放電し、１秒目の電池の端子電圧を測定した。第３の比較例の捲回式蓄電池では、電池の端子電圧が７．５Ｖと、１０Ｖ以上を維持することができず、７５℃過充電後において出力性能が著しく低下した。
【００９８】
さらに、試験後の電池を解体したところ、極板耳が複数切断していた。第３の比較例の集電体組成では、粒界浸食が進行し易いために容易に極板耳が切断し、出力性能が低下したことによると考えられる。
【比較例４】
【００９９】
次に、本発明に係るエンジン駆動システムに用いる捲回式蓄電池の第４の比較例を説明する。捲回式蓄電池の構成は、図６に図示の第３の実施例の捲回式蓄電池と同様である。
【０１００】
第４の比較例の捲回式蓄電池は、図３に図示の捲回式蓄電池に示すように負極板２０と正極板２１をセパレータ２２を介して渦巻状に捲回し、円柱状に形成した１個の単電池６０を６直列に接続端子６３によって接続して、正極端子６１と負極端子６２を具備した外装容器６５に設置して構成したものである。この第４の比較例の捲回式蓄電池の設計容量は２８Ａｈであり、実施例１、２、３，４、５と同じであり、平均放電電圧は１２Ｖである。また、第４の比較例の捲回式蓄電池の最大外形寸法は直方体として見積もった場合、３８Ｂ１９と同じで、電池容積で５．４ｄｍ３である。この第４の比較例の捲回式蓄電池の正極板２１の電極総面積は１０８００ｃｍ２であり、捲回式鉛蓄電池の単位体積当りの正極面積は２０００ｃｍ２／ｄｍ３、単電池当りの正極面積は１８００ｃｍ２になる。
【０１０１】
この第４の比較例の捲回式蓄電池は、Ｐｂに３重量％のＳｎを含有した合金を溶製後、冷間圧延を行って厚さ０．２ｍｍの圧延シートによって負極集電体を構成した。また、第４の比較例の捲回式蓄電池は、Ｐｂに３重量％のＳｎを含有した合金を溶製後、冷間圧延を行って厚さ０．２ｍｍの圧延シートによって正極集電体を構成した。活物質ペーストは、リグニン０．３重量％、硫酸バリウム又は硫酸ストロンチウム０．２重量％、カーボン粉末０．１重量％、残部鉛粉を混練機で約１０分混練して得た混合物に、水１２重量％加えて混練し、さらに、この混練した鉛粉に、比重１．２６で２０℃の希硫酸１３重量％を加えて混練したものを用いた。
【０１０２】
そこで、負極板と正極板を厚さ０．４ｍｍのセパレータ２２を介して渦巻状に捲回し、温度５０℃，湿度９５％中に１８時間放置して熟成した後に、温度１１０℃で２時間放置して乾燥させる。しかる後、同極性の１０本の極板耳２３同士をストラップ２４で連結させ、それぞれの極のストラップ２４を負極端子２５と正極端子２６に溶接して捲回群を作製する。これを電槽２７内に装着し、上部に蓋２８を被せ、溶着して注液孔２９より比重１．２ (２０℃)の希硫酸電解液を注液して未化成の単電池を作製する。これを９Ａで２０時間化成した後に比重１．４(２０℃)の希硫酸溶液を追加して、比重１．３（２０℃）の濃度の硫酸電解液となるように調整する。ここに安全弁３０を装着して単電池を得る。
【０１０３】
また、第４の比較例の捲回式蓄電池について、エンジンルーム搭載時の高温環境を想定して、最も過酷な寿命試験である７５℃での過充電試験を行った。この７５℃での過充電試験は、第４の比較例の捲回式蓄電池について、７５℃で、充電電流５．６Ａ、上限電圧１４Ｖの定電流定電圧充電を６時間行い、４００Ａで１秒間の大電流放電後に６時間休止するサイクルを５６サイクル（２８日間）繰り返した。その後、室温に戻して４００Ａで放電し、１秒目の電池の端子電圧を測定した。第４の比較例の捲回式蓄電池では、電池の端子電圧が８．２Ｖと、１０Ｖ以上を維持することができず、７５℃過充電後において出力性能が著しく低下した。
【０１０４】
さらに、試験後の電池を解体したところ、集電体から活物質が一部剥離していた。これは、第４の比較例の捲回式蓄電池の集電体組成では、活物質と集電体との密着性に劣るため、剥離した活物質が放電反応物質としての役割を果たせなくなり、出力性能が低下したと考えられる。
【０１０５】
このように、車両走行停止時にエンジンを停止し、車両走行開始時にスタータモータを駆動させてエンジンを再起動するアイドリングストップシステムを採用したエンジン駆動システムにおいては、鉛蓄電池を高出力化させて、エンジンの再始動時にもバッテリ電圧の低下がない電池構成及び構造に最適化する必要があり、そのためには、極板面積の拡大が必要であると共に、エンジンルームに搭載するにはコンパクト化が必要で、そのためには極板の薄型化が要求される。本発明の実施例によれば、停車時にはエンジンを止め、発進時にはエンジンを再始動するアイドリングストップ装置を備えたエンジン駆動システムのバッテリとして、エンジンの再始動時にエンジンを回転駆動するモータに電力を供給し、かつ、車両車載の周辺機器に電力を供給する電源として、正極板と負極板がセパレータを介して渦巻き状に捲回された極板群を備え、該極板群が電解液を保有する捲回式鉛蓄電池を用いることで実現することができる。
【０１０６】
電池はその形状から大きく二つに区分でき、１つはＵＰＳ用や自動車用として広く一般に普及している角型のものであり、もう１つは、円筒型のものである。前者は、平板状の集電体に活物質を充填した正極板と負極板とを極板間にセパレータを介在させて交互に所定の枚数を積層し、角型の電槽に挿入した積層式鉛蓄電池である。この積層式鉛蓄電池では構造上、極板に圧力がかからないため、極板を薄くすると活物質が脱落しやすい。そのため、極板を薄くして極板面積の拡大を図るには限界があった。後者は、帯状の集電体に活物質を充填した正極板と負極板とを極板間に帯状のセパレータを介在させて渦巻き状に捲回し、円筒型のケースに挿入した単電池で構成された捲回式鉛蓄電池である。この捲回式鉛蓄電池は極板に一定の捲回圧力がかかるため、極板を薄くしても活物質の脱落がほとんどない。従って、エンジンの再始動時にもバッテリ電圧の低下がない出力性能を得るための最適極板面積まで拡大することが可能なのである。
【０１０７】
本実施例によれば、暖気されたエンジンを再始動するためには、短時間であるが４００Ａ以上の電流でモータを駆動することが必要となる。本発明の捲回式鉛蓄電池では４００Ａ以上の電流を出力しても端子電圧が１０Ｖ以上を維持できる。通常、自動車車載の周辺機器が停止せずに安定に作動できる電圧は１０Ｖ以上である。従って、本発明の捲回式鉛蓄電池を用いたエンジン駆動システムでは、自動車車載の周辺機器が停止することがなく、エンジンの再始動が可能である。
【０１０８】
また、従来の積層式鉛蓄電池を用いてアイドリングストップシステムを備えたエンジン駆動システムの電源として使用した場合には、自動車車載の周辺機器が停止せずに安定に作動できる電圧を維持するのに従来の２倍以上の体積が必要となるのに対し、本実施例によれば、電池の体積が従来よりも大きくなることがないため、エンジンルームに搭載することができる。
【０１０９】
本実施例において、正極板の単電池当りの面積が１５００〜２７０００ｃｍ２であり、かつ、捲回式鉛蓄電池の最大外形寸法を直方体として見積もった場合の単位体積当りの面積が１７００〜３００００ｃｍ２／ｄｍ３であるとしたのは、正極板の単電池当りの面積が１５００ｃｍ２よりも小さく、単位体積当りの面積が１７００ｃｍ２／ｄｍ３よりも小さい場合は、４００Ａ以上の電流を出力しても端子電圧が１０Ｖ以上を維持することが難しいからである。
【０１１０】
セパレータ厚みは極板面積と密接に関係し、セパレータが厚いと限られた電池スペース内に占めるセパレータ体積が増加するため、その分だけ極板体積が減少し、極板面積も減少する。従って、セパレータ厚みが厚いと、エンジンの再始動時にバッテリ電圧の低下がない電池構成は得られ難い。そのため、エンジンの再始動時にバッテリ電圧の低下がない電池構成を得るためには、セパレータ厚さは０．０１〜０．６ｍｍの範囲が最も望ましい。
【０１１１】
本実施例において、正極板に含まれる集電体の合金組成として、スズを１．３重量％以上、２．３重量％以下の範囲含有し、残部が鉛と不可避的不純物とからなるとしたのは、応力腐食が進行し難い合金組成の集電体を用いることが望ましいからである。すなわち、捲回式鉛蓄電池では極板に一定の捲回圧力がかかるため、極板を薄くしても活物質の脱落がない反面、正極板を構成している集電体が応力腐食を起こしやすい。特に、エンジンルームで使用した場合、６０℃を超える高温環境下にあるため、集電体の応力腐食が加速される。また、アイドリングストップシステム用電源として用いた場合には、自動車が停車する度にモータへの大電流出力と発電機からの大電流入力が頻繁に繰り返される。このような大電流での入出力の繰返しは集電体への局部腐食進行の原因となるため、応力腐食がさらに進み易くなる。集電体の応力腐食が進行すると、集電体抵抗の増加や集電体の破断を招くため、集電性能が損なわれて出力性能が大きく低下してしまう。７５℃の高温条件で、極板に捲回圧力のかかる捲回式鉛蓄電池において、自動車が停車する度にモータへの大電流出力と発電機からの大電流入力が繰り返されるアイドリングストップ用電源として、集電体の合金組成の最適化を検討した。その結果、スズを１．３重量％以上、２．３重量％以下の範囲で含有する鉛−スズ合金において、最も出力性能に優れていることがわかった。
【０１１２】
スズの含有量が１．３重量％よりも少ない合金組成では、集電体の応力腐食が進行し易く、集電体抵抗の増加や集電体の破断を招くため、集電性能が損なわれて出力性能が大きく低下した。一方、スズの含有量が２．３重量％よりも多い合金組成では、活物質と集電体との密着が悪いため、活物質−集電体間の界面抵抗が増加して出力性能が大きく低下した。
【０１１３】
以上のように、本発明に係るエンジン駆動システムを用いれば、安価で、追加の電源のない簡素な構成をとりつつ、アイドリングストップを行っても車両搭載の周辺機器の安定動作が可能である。さらに、電源はエンジンルームに搭載することができるため、追加の電源がない分の車両スペースの拡大が図れる。
【図面の簡単な説明】
【０１１４】
【図１】鉛蓄電池を用いたエンジン駆動システムの一実施例を自動車に装着した模式図である。
【図２】図１の動力伝達機構に伝達する伝達動力の制御システムおよび駆動系の詳細ブロック図である。
【図３】図１に図示のエンジン駆動システムに用いられる鉛蓄電池の構成図である。
【図４】渦巻状に捲回し円柱状に形成した１個の単電池によって構成した捲回式蓄電池を示す図である。
【図５】矩形状渦巻に捲回し、角柱状に形成した１個の単電池によって構成した捲回式蓄電池を示す図である。
【図６】本発明に係るエンジン駆動システムに用いる捲回式蓄電池の第３の実施例を示す図である。
【図７】図６に図示の捲回式蓄電池の電流−電圧特性を示す図である。
【図８】第４の実施例の捲回式蓄電池の電流−電圧特性を示す図である。
【図９】第５の実施例の捲回式蓄電池の７５℃過充電後の出力特性を示す図である。
【図１０】本発明に係るエンジン駆動システムに用いる捲回式蓄電池の第１の比較例を示す図である。
【図１１】図１０に図示の捲回式蓄電池を用いたエンジン駆動システムの構成図を示す図である。
【図１２】図２に図示の動力伝達機構におけるアイドリングストップモード時の制御フローチャートである。
【符号の説明】
【０１１５】
４……………………………エンジン
５……………………………モータ
８……………………………鉛蓄電池
２０…………………………負極板
２１…………………………正極板
２２…………………………セパレータ
２３…………………………極板耳
２４…………………………ストラップ
２５…………………………負極端子
２６…………………………正極端子
２７…………………………電槽
２８…………………………蓋
２９…………………………注液孔
３０…………………………安全弁
６０…………………………単電池
６１…………………………正極端子
６２…………………………負極端子
６３…………………………接続端子
６５…………………………外装容器
【図１】
2005317345.tif 000003
【図２】
2005317345.tif 000004
【図３】
2005317345.tif 000005
【図４】
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【図５】
2005317345.tif 000007
【図６】
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【図７】
2005317345.tif 000009
【図８】
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【図９】
2005317345.tif 000011
【図１０】
2005317345.tif 000012
【図１１】
2005317345.tif 000013
【図１２】
2005317345.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成17年2月18日(2005.2.18)
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄板帯状に形成した正極板と、薄板帯状に形成した負極板と、前記正極板と前記負極板との間に設けられた帯状のセパレータとを備え、前記正極板と前記負極板と前記セパレータは捲回された極板群を形成し、前記極板群は電解液に浸漬されている鉛蓄電池において、
前記正極板は、Ｐｂ−Ｓｎ合金の圧延シートによって構成される集電体の表裏両面に正極活物質ペーストを塗布して化成処理して形成したものであり、
前記正極板の面積は、９０００〜１６２０００ｃｍ２であることを特徴とする鉛蓄電池。
【請求項２】
前記集電体を構成するＰｂ−Ｓｎ合金におけるＳｎの含有量は、１.３重量％以上、２．３重量％以下である請求項１に記載の鉛蓄電池。
【請求項３】
前記セパレータの厚さは、０．０１〜０．６ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の鉛蓄電池。
【請求項４】
薄板帯状に形成した正極板と、薄板帯状に形成した負極板と、前記正極板と前記負極板との間に帯状に形成されたセパレータを備え、前記正極板と前記負極板と前記セパレータとを捲回して極板群を形成し、捲回した前記極板群が電解液に浸漬されている単電池を有し、前記単電池が直列に複数個接続された鉛蓄電池において、
前記単電池の正極板は、Ｐｂ−Ｓｎ合金の圧延シートによって構成される集電体の表裏両面に正極活物質ペーストを塗布して化成処理して形成したものであり、
前記単電池の正極板の面積は、１５００〜２７０００ｃｍ２であることを特徴とする鉛蓄電池。
【請求項５】
前記鉛蓄電池の最大外形寸法を直方体として見積もった場合の単位体積当りの面積が１７００〜３００００ｃｍ２／ｄｍ３である請求項４に記載の鉛蓄電池。
【請求項６】
前記集電体を構成するＰｂ−Ｓｎ合金におけるＳｎの含有量は、１．３重量％以上、２．３重量％以下である請求項４に記載の鉛蓄電池。
【請求項７】
前記単電池のセパレータの厚さは、０．０１〜０．６ｍｍであることを特徴とする請求項４に記載の鉛蓄電池。