(57)【要約】【課題】  鉛使用量が少なく、且つ長寿命の鉛蓄電池およびそれを用いた自動車エンジン始動システムを提供する。【解決手段】  電解液中にポリビニルアルコール、ポリアクリル酸塩の少なくとも一つを含み、単電池における大電流放電時の内部抵抗が５ミリオーム以下であり、該単電池中の電極活物質の重量が６５０グラム以下である自動車エンジン始動用鉛蓄電池、および電解液中にポリビニルアルコール、ポリアクリル酸塩の少なくとも一つを含む鉛蓄電池を用い、エンジン始動時にエンジン駆動用電動機に供給する電流に関し、該鉛蓄電池の正極の見掛単位表面積あたりの放電電流密度を０．１２アンペア／平方センチメートル以上で且つ負極の見掛単位表面積あたりの放電電流密度を０．１アンペア／平方センチメートル以上とする自動車エンジン始動システム。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解液中にポリビニルアルコール、ポリアクリル酸塩の少なくとも一つを含み、単電池における１５０アンペア放電時の内部抵抗が５ミリオーム以下であり、該単電池中の電極活物質の重量が６５０グラム以下であることを特徴とする自動車エンジン始動用鉛蓄電池。
【請求項２】
請求項１において、電極活物質の重量が５５０グラム以下である自動車エンジン始動用鉛蓄電池。
【請求項３】
電解液中にポリビニルアルコール、ポリアクリル酸塩の少なくとも一つを含み、単電池における１５０アンペア放電時の内部抵抗が５ミリオーム以下であり、該単電池中の電極活物質の重量が６５０グラム以下、好ましくは５５０グラム以下である自動車エンジン始動用鉛蓄電池に、前記ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸塩の少なくとも一つを該電解液中に補充し、０．１Ｃ以下の充電電流で１０時間以上充電することを特徴とする鉛蓄電池の再生方法。
【請求項４】
電解液中にポリビニルアルコール、ポリアクリル酸塩の少なくとも一つを含む鉛蓄電池を用い、エンジン始動時にエンジン駆動用電動機に供給する電流に関し、該鉛蓄電池の正極の見掛単位表面積あたりの放電電流密度を０．１２アンペア／平方センチメートル以上で且つ負極の見掛単位表面積あたりの放電電流密度を０．１アンペア／平方センチメートル以上とすることを特徴とする自動車エンジン始動システム。
【請求項５】
請求項４において、該鉛蓄電池の正極の見掛単位表面積あたりの放電電流密度を０．１４アンペア／平方センチメートル以上で且つ負極の見掛単位表面積あたりの放電電流密度を０．１１アンペア／平方センチメートル以上とする自動車エンジン始動システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、活物質使用量の少ない自動車エンジン始動用鉛蓄電池およびその再生方法、ならびにそれを用いた自動車エンジン始動システムに関する。
【背景技術】
【０００２】  従来、小型自動車クラスのエンジン始動用鉛蓄電池は、エンジンの排気量に応じて２７ないし４０Ａｈ程度の電気容量のものが使用されてきた。従来の鉛蓄電池では、長期間使用すると、負極に導電性の低い硫酸鉛の結晶粒が生成し、いわゆるサルフェーションを起こし、電池の内部抵抗が増大するので、ある程度内部抵抗が増大しても所定の内部抵抗に留まるように、電極面積や活物質の量に余裕を持った大型の鉛蓄電池が使用されてきた。しかしながら、自動車の燃費の向上には各部品の軽量化が必要であり、また資源の有効活用の観点からも鉛使用量の削減が望まれる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  本発明は、鉛蓄電池の電解液中に負極のサルフェーションを防止する機能を有する有機ポリマーを添加し、且つエンジン始動時に該鉛蓄電池の見掛放電電流密度を大きくすることにより、サルフェーションの発生を阻止し、該鉛蓄電池の内部抵抗の上昇を防止することにより、少量の電極活物質で充分な機能を有する自動車エンジン始動用鉛蓄電池および自動車エンジン始動システムを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】  本発明は、電解液中にポリビニルアルコール、ポリアクリル酸塩の少なくとも一つを含み、単電池における１５０アンペア放電時の内部抵抗が５ミリオーム以下であり、該単電池中の電極活物質の重量が６５０グラム以下、好ましくは５５０グラム以下である自動車エンジン始動用鉛蓄電池である。また本発明は、電解液中にポリビニルアルコール、ポリアクリル酸塩の少なくとも一つを含み、単電池における１５０アンペア放電時の内部抵抗が５ミリオーム以下であり、該単電池中の電極活物質の重量が６５０グラム以下、好ましくは５５０グラム以下である自動車エンジン始動用鉛蓄電池に、前記ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸塩の少なくとも一つを該電解液中に補充し、０．１Ｃ以下の充電電流で１０時間以上充電する鉛蓄電池の再生方法である。更に本発明は、電解液中にポリビニルアルコール、ポリアクリル酸塩の少なくとも一つを含む鉛蓄電池を用い、エンジン始動時にエンジン駆動用電動機に供給する電流に関し、該鉛蓄電池の正極の見掛放電電流密度を０．１２アンペア／平方センチメートル以上で且つ負極の見掛単位表面積あたりの放電電流密度を０．１アンペア／平方センチメートル以上、好ましくは正極の見掛放電電流密度を０．１４アンペア／平方センチメートル以上で且つ負極の見掛単位表面積あたりの放電電流密度を０．１１アンペア／平方センチメートル以上とする自動車エンジン始動システムである。
【発明の効果】
【０００６】  本発明者等は、自動車エンジンの始動の際にエンジン駆動用電動機に給電する鉛蓄電池に要求される性能について検討した結果、該電動機を数秒間駆動中に該鉛蓄電池の放電電圧が８ボルト以上であれば、充分であることを確認した。更に、鉛蓄電池の電解液中にポリビニルアルコール、ポリアクリル酸塩の少なくとも一つを添加してエンジン始動時の大電流放電を繰返すと、負極のサルフェーションの生成が防止され、長期間にわたってエンジンを始動できることを見出した。その上、この大電流放電によるサルフェーション防止効果は従来の鉛蓄電池で行なわれてきたエンジン始動時の放電電流密度よりも大きな放電電流密度領域において顕著であることを見出した。【０００７】  即ち、例えば図２に示すように、従来の電池図１に比べて正極の見掛表面積を６０％、負極の見掛表面積を６７％とし、電解液中にポリビニルアルコール１グラム／リットル加え、通常のエンジン始動で行なわれる１５０アンペアの大電流放電を５秒間継続し、充電終止電圧を１４．５ボルト／６セルとした場合、この充放電サイクルを繰り返すと２００サイクル経過後も大電流放電を５秒間継続後の放電電圧に顕著な低下は認められず、エンジン始動に必要とされる８ボルトを充分に満足していた。これに対し、ポリビニルアルコールを添加しない場合は大電流密度放電の繰り返しに伴い放電電圧が次第に低下し、放電電流密度を高くしたことによる寿命の低下が認められた。【０００８】  ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸塩を電解液中に添加する効果としては、放電に伴って生成する硫酸鉛の結晶粒子の粒成長が阻止されて、負極のサルフェーションの生成が一層効果的に防止され、初期の電極活物質の量が少なくても、エンジンの始動やその他の補機類の運転に必要な電気量を長期間にわたって確保できるのである。本発明において使用するポリビニルアルコール、ポリアクリル酸塩の電解液中の濃度は、０．０１重量％ないし０．５重量％が好ましく、より好ましくは０．０４重量％ないし０．２重量％である。【０００９】  本発明において必要とされる鉛蓄電池の内部抵抗について、エンジン始動の際の１５０アンペアの大電流放電時に点火回路が作動する電圧を確保するため、定格２．１ボルトの単電池の端子電圧は最低１．３３ボルトが必要であり、従って抵抗分極は０．７７ボルト以下とする必要があり、その内部抵抗は約５ミリオーム以下であることが必要である。【００１０】  本発明で使用する電極活物質の重量は、エンジンの始動時の大電流放電による電極活物質の活性化を効果的に促進するため、単電池あたり６５０グラム以下であることが望ましく、５５０グラム以下がより好ましい。【００１１】  本発明では、電解液中のポリビニルアルコール、ポリアクリル酸塩等は充電中に正極でその一部が電解酸化を受けて分解し、その濃度が徐々に低下するので、その減少分を定期的に補充し、更に、通常の充電において少量残留する硫酸鉛の結晶核を完全に分解し、且つ過充電による正極の劣化を抑えるため、０．１Ｃ以下の充電電流で１０時間以上充電することが望ましい。なお、ここでＣとは電池の定格容量を１時間で充放電するに相当する電流の大きさを表し、ｎＣ＝充放電電流（Ａ）÷定���容量（ＡＨ）で表されるｎの値が大きいほど大電流での充放電を意味する。【００１２】  本発明において、エンジン始動時の大電流放電による電極活物質の微細化を促進し、内部抵抗の低減と蓄電量を確保するためには、電極の見掛表面積あたりの電流密度を大きくすることが望ましく、エンジン始動時にエンジン駆動用電動機に供給する電流に関し、該鉛蓄電池の正極の見掛放電電流密度を０．１２アンペア／平方センチメートル以上で負極の見掛単位表面積あたりの放電電流密度を０．１アンペア／平方センチメートル以上、好ましくは正極の見掛放電電流密度を０．１４アンペア／平方センチメートル以上で負極の見掛単位表面積あたりの放電電流密度を０．１１アンペア／平方センチメートル以上とすることにより軽量低コストなエンジン始動システムを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】  以下、本発明を実施するための最良の形態を実施例１および実施例２に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１４】  市販の定格１２ボルト、４０ＡＨの鉛蓄電池の電極（１枚の寸法１４センチメートル×１１センチメートル、正極の見掛表面積１５４０平方センチメートル／５枚、負極の見掛表面積１８４８平方センチメートル／６枚）を正負各１枚ずつ順次減らした表１の電池１，２，３について、その電解液中に有機ポリマーとしてポリビニルアルコール１グラム／リットルを加えて、１５０アンペア、５秒間の大電流放電と、５アンペア、充電終止電圧１４．５ボルトの充電を繰り返し、１５０アンペア放電、５秒経過後の端子電圧を測定した。その結果、図３ないし図５のＡ，Ｃ，Ｅに示すように２００回の充放電サイクル後でも端子電圧は８ボルト以上であり、充分にエンジンを始動することが出来た。これに対し、同一の電極構造でポリビニルアルコールを添加しない電池Ｂ，Ｄ，Ｆでは充放電サイクルの進行に伴い著しい放電電圧の低下が認められた。【００１５】
【表１】
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【実施例２】
【００１６】  市販の定格１２ボルト、２８ＡＨの鉛蓄電池（正極の見掛表面積１０８０平方センチメートル、負極の見掛表面積１３００平方センチメートル）の電解液にポリビニルアルコール１グラム／リットルを加えて１５０アンペア、５秒間の大電流放電と、５アンペア、充電終止電圧１４．５ボルトの充電を繰り返し、１５０アンペア放電、５秒経過後の放電電圧を測定した。その結果、図６Ｇに示すように２００回の充放電サイクル後でも放電電圧は８ボルト以上であり、充分にエンジンを始動することが出来た。これに対し、同一の電極構造でポリビニルアルコールを添加しない電池Ｈでは充放電サイクルの進行に伴い著しい放電電圧の低下が認められた。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】は従来の単電池の断面の模式図。
【図２】は本発明の単電池の断面の模式図。
【図３】は本発明の電池１と比較例の放電電圧のグラフ。
【図４】は本発明の電池２と比較例の放電電圧のグラフ。
【図５】は本発明の電池３と比較例の放電電圧のグラフ。
【図６】は本発明と比較例の電池の放電電圧のグラフ。
【符号の説明】
【００１８】１：正極
２：負極
３：セパレーター
４：電槽
Ａ，Ｃ，Ｅ，Ｇ：本発明の電池の放電電圧
Ｂ，Ｄ，Ｆ，Ｈ：比較例の電池の放電電圧
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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