Technical Report報

欧州市場向け文高性能始動用鉛蓄電池の開発

Development of High Performance
Lead-acid Starter Battery for European Market枦

晃法＊

秋本Emre Özermiş ＊＊＊尚＊鈴木Sibel Eserdağ ＊＊＊

基行＊

梅谷大博

前孝

文＊＊＊

夫＊＊

Akinori Haze
Takashi Akimoto
Motoyuki Suzuki
Takao Ohmae
Emre ÖzermişSibel EserdağHirofumi Umetani

Abstract
In recent years, required performances of lead-acid starter battery by automotive manufacturers around the world

has been further enhanced. In Europe, in particular, European Norm (EN) and Verband der Automobilindustrie(VDA) norm are regarded as important. These standards have different requirements from Japanese Industrial

Standard (JIS) and SBA standard widely known in Japan. Therefore, starter batteries different from conventional
ones in Japanese market are demanded for European market. Newly developed starter battery adopted technolo-gies which cultivated in the developments of batteries for Start-Stop system vehicle to achieve high performance

ranks in durability, water consumption, charge retention and vibration resistance which are listed in EN. In addition, new double lid was adopted, which design enabled batteries to pass “Handling test” and “Rollover test” specified in VDA norm and it achieved high safety performance.

Key words : Lead-acid starter battery ; European Norm ; VDA norm

1

はじめに

州市場向け始動用鉛蓄電池を開発する際には規格の理解 が 重 要 で あ る．Fig. 1 に 各 種 規 格 の 関 係 性 を，Table 1 に，自動車用鉛蓄電池に関係する欧州規格一

欧州系自動車メーカーの車両に搭載される始動用鉛蓄電池には，欧州規格 (European Norm，EN) に準拠覧を示す．
始動用鉛蓄電池に関わる欧州規格は，性能に関するすることが求められるが，日本市場で幅広く認識され要求事項や試験方法について規定した EN50342-1，て い る JIS 規 格 や一般社団法人電池工業会（ 以 下，形状を規定した EN50342-2，また，電槽やハンドルBAJ）が定める SBA 規格とは大きく異なるために，欧自動車電池事業部＊ ‌

等 に つ い て 規 定 し た EN50342-5 か ら な っ て い る．

これらの規格は欧州市場で一般的に普及された規格で技術部

自動車電池事業部

あり，欧州市場で販売される始動用鉛蓄電池はこれらİnci GS Yuasa Akü Sanayi ve Ticaret A.S˛, R&Dの規格に適合することが要求される．

＊＊ ‌
＊＊＊ ‌EN50342-1 は 2015 年に改正され，サイクル寿命

center© 2020 GS Yuasa International Ltd., All rights reserved.

15

GS Yuasa Technical Report2020 年 6 月

第 17 巻第1号

試験方法の統一や，過放電放置試験の追加など，多く

EN 50342-6 が 2015 年に新たに制定された．このの変更が行われた．また，サイクル寿命特性，減液特規格では，IS 車特有の使用方法に対応するため，実性，自己放電特性および耐振動性において，液式鉛蓄車での充電受入性を模擬した DCA（Dynamic charge

電池および VRLA 電池を対象に各性能レベルに応じたacceptance） 試 験， 微 小 な 充 放 電 を 繰 り 返 す MHT

ランクが設定され，それらを表示することが規定され(Micro-hybrid Test)，ならびに充電受入れ性とサイクた．その内容および表示例について，Table 2 およびル耐久性を同時に評価する 17.5％ depth of discharge

Fig. 2 に示す．このランクを電池に表示することで，（DoD）寿命試験が規定された．これら要求に対する性

消費者が電池性能の特性を判断することが可能にな能にもレベルに応じてランクが設定された（Table 3）．

り，電池製造業者としては商品設定を明確にすること

レ ベ ル M1，M2 は IS 車 用 液 式 鉛 蓄 電 池（ 以 下，ができる利点がある．

EFB： Enhanced Flooded Battery）を想定した性能で，また，従来の始動用鉛蓄電池の規格に加え，近年急レベル M3 は IS 車用 VRLA 電池を想定した性能となっ速に増加しているアイドリングストップシステム車ている．

（以下，IS 車）用に搭載することを想定した鉛蓄電池

一方，上記の欧州規格と密接な関係を持っている規の性能に関する要求事項および試験方法が規定された格としてドイツ自動車工業会（VDA）が制定しているInternational: IEC

ENDURANCECYCLECHARGERETENTION

E1-E4

C1-C2

VIBRATION

WATER
LOSS

V1-V4

W1-W4

E2

Regional: EN, GS, etc.

C2

National: JIS, SAS, etc.
Collective: SBA, SAE, VDA, etc.

V3

Company: Individual standard

Fig. 1 Hierarchy of standards for automotive battery
application.
Table 1Fig. 2 Example of performance marking inEN50342-1.

European norm for Lead-acid starter batteries.

NameEN50342-1
EN50342-2
EN50342-4
EN50342-5
EN50342-6
EN50342-7

Table 2W4

ContentGeneral requirements and methods of test
Dimensions of batteries and making of terminals
Dimensions of batteries for heavy vehicles
Properties of battery housing and handles
Batteries for Micro-Cycle Applications
General requirements and methods of test for motorcycle batteries

Performance ranks defined in EN50342-1.

Items from EN50342-1
Endurance in cycle : 50%DoD Requirement Level
Number of cycle
Water consumption
Requirement Level
Duration (days)
Weight Loss (g / Ah)
Vibration resistance
Requirement Level
Max. acceleration (ms-2)
Direction (horizontal: X, Y, vertical: Z)
Charge retention
Requirement Level
U30s after self discharge period (V)

16E180
W121< 24
V130 (2h)Z
C1> 8.0Ranks
E2E3
E4150
230360W2W3W4214242< 16<8<4V2V3V460 (2h) 60 (20h) RandomZ
ZX, Y, Z
C2> 8.5

W584<4-GS Yuasa Technical Report2020 年 6 月

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規格 ( 以下，VDA 規格 ) がある．この規格はドイツの望されていることを受け，これら規格の要求を高いレ業界規格であるが，欧州市場では広く認知されているベルで達成する高性能始動用液式鉛蓄電池を欧州市場ものである．この VDA 規格は，欧州規格より詳細な向けに開発した．本稿ではそれら規格の要求内容およ要求項目が規定され，電池性能に関しては高いレベル

び対応結果について示す．

を要求している．先述した 17.5％ DoD 寿命試験に関2して環境温度を変化させて性能を確認する項目，BAJが制定した規格である SBA S 0101 で規定されてい1開発目標

るアイドリングストップ寿命試験などが盛り込まれて

本 開 発 は 当 社 の ト ル コ 拠 点 で あ る İnci GS Yuasa

いる．更には，電解液の漏液に対する安全性評価につAkü Sanayi ve Ticaret A.Ş（IGYA）にて進めた．型式おいて規定されているのが特徴で，車両搭載前の取り扱

よ び 主 な 目 標 性 能 を Table 4 に 示 す． 開 発 型 式 はいでの耐転倒漏液性を規定したハンドリングテスト

LN2，LN3，LN5 の 3 機種とし，各性能に対して高度や，車両搭載時に車両自体が横転もしくは上下反転しな目標を設定した．てしまった場合の耐漏液特性を規定したロールオー

20 時間率容量，コールドクランキングアンペア（以バーテストなどがあり，これらは欧州市場で幅広く認下，CCA）性能については，欧州市場での要求を受け，知されている．

従来の日本市場向け “ ECO. R ENJ ” より大幅な向上

近年，日本においても EN 型式の電池が普及し始めを狙った．耐久性の指標である 50％ DoD 寿命サイクているが，これらは欧州規格を日本市場に適合するよ

ル数については，IS 車向けではない始動用鉛蓄電池でうに変更した規格である “欧州規格形始動用鉛蓄電池あるが，EFB の規格である EN50342-6 の M1 に相当

SBA S 01022” に準拠しており，厳密にいえば欧州規する E2（150 サイクル）とした．減液特性は，通常

格 に は 適 合 し て い な い． 当 社 は こ れ ま で，“SBA Sの液式電池としては最高性能レベルと考えられる W40102” に対応する電池 “ ECO. R ENJ ” を日本市場向とした．耐振動性は，2015 年の改正で新たに採用さけに開発した ．しかし，欧州市場では上記に述べたれ，特に高度な振動耐久性が必要な場合に要求される欧州規格や VDA 規格に対応した始動用鉛蓄電池が要V3 とした．保存特性は最高性能である C2 を目標性

3Table 3Performance ranks defined in EN50342-6.

Items from EN50342-6
Endurance in cycle : 50%DoD

Requirement Level
Number of cycle
Endurance in cycle : 17.5%DoD Requirement LevelNumber of unit
Requirement Level
Micro-hybrid test (MHT)

Table 4

M1Ranks
M2

M3

150240360>9> 15> 18

Meet voltage and capacity requirements

Target performance of developed batteries.

Target items
Capacity (C20, Ah)
CCA (A)
Endurance in cycle : 50%DoD
Water consumption
Vibration resistance
Charge retention
Electrolyte retention
50%DoD endurance cycle test after
deep discharge
Handling test
Rollover test

Reference

Developed batteries
LN2
LN3
LN5
6580
100

EN50342-1, JIS D 5301
EN50342-1
JIS D 5301
EN50342-1 : 2015
EN50342-1 : 2015
EN50342-1 : 2015
EN50342-1 : 2015
EN50342-1 : 2015

E2
W4V3C2No leakage for all direction

EN50342-6 : 2015

≧ 10 cycle

VDAVDANo leakage for all direction
No leakage for all direction

17640740

900

Ref. ECO. R ENJ
ENJ-380LN3 ENJ-400LN5
7085600795

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第 17 巻第1号

能とした．また，安全性向上の為，VDA 規格にあるハンドリングテストおよびロールオーバーテストで評価される耐漏液性についても達成すべき目標とした．

3 評価試験の方法と目標を達成するための手段
特に難度の高かった性能要求に対して，その評価試
験方法と達成するために採用した手段について示す．
3.1

Conventional plate size

CCA

EN50342-1 で規定される CCA（EN）と日本市場Fig. 3 Appearance of newly developed platecomparing with conventional one in size.

で幅広く認知されている JIS D 5301 で規定されるCCA（JIS）の試験方法を次に示す．両者は放電条件および要求が異なる．EN50342-1 では，定格コールドクランキング電流（Icc）でおこなう放電時の 10 秒目
State of charge (%)

電圧値，および Icc の 60％の電流値でおこなう放電の持続時間を計測する．一方，JIS D 5301 では，Icc でおこなう放電時の 30 秒目電圧値を計測する．本開発
はいずれの試験方法でも満足することを目標とした．
3.1.1

100

評価試験方法（1）CCA（EN50342-1）(a)7550(b)

250Cycle（a）試験環境：-18 ± 1℃× 24 h 静置，（冷却槽から電池を取出し，2 分以内に放電をFig. 4 State of charge changes during endurance
cycle, ( a ) Light load test in JIS D 5301 and ( b )EN50342-1, 50%DoD endurance cycle test.

開始する）（b）放電 1：Icc（A）× 10 s（c）休止：10 s（d）放電 2：Icc × 0.6（A），カットオフ電圧 6.0 V（e）要求：放電 1 の 10 秒目電圧： U10 ≥ 7.5 V，されている軽負荷寿命試験と比べ，比較的深い放電領放電 2 の持続時間： t'6v ＋ 17 s ≥ 90 s

域でのサイクル特性を評価するものであり，本試験の（2）CCA（JIS D 5301）

故障モードは正極活物質の軟化劣化であることが想定（a）試験環境：-18 ± 1℃× 24 h 静置，（同上）

される．
3.2.1

（b）放電：Icc（A）× 30 s

試験は EN50342-1 に従い，下記条件にて実施し（c）要求：放電 30 秒目の電圧 U30 ≥ 7.2 V

3.1.2

評価試験方法目標を達成するための手段

た．

（1）充放電サイクル

CCA は，従来の日本市場向け “ ECO. R ENJ ” に比べ極板を大型化することで 20 ～ 30％向上させた．

（a）放電：5 × In（定格 20 時間率電流）× 2 h

本開発電池のために新たに設計した極板を Fig. 3 に示（b）充電：15.6 V × 5 h（制限電流：5 × In）※

す．一般的に CCA は正負極板が対向している面積に※間率電流にて追加充電を行う．上記の（a），（b）比例して増加する．従来の面積をもつ極板を使用し，を 1 サイクルとし，寿命までサイクル試験を実施

多枚数構成とすることで CCA は達成することは可能

する．

であるが，正負極板間の間隔が従来品より狭くなり，（2）寿命判定耐久性に悪影響を与えることから，本開発では 1 枚

寿命は放電時の電圧が 10.5 V 未満となった場合当たりの極板面積を拡大することで対応した．
3.2

充放電収支が 108％を下回る場合は，定格 20 時耐久性（50％ DoD 寿命試験）（2）試験環境

水槽 40 ± 2 ℃で実施

本試験は，Fig. 4 に示すように，JIS D 5301 で規定

18

GS Yuasa Technical Report

3.2.2

2020 年 6 月

目標を達成するための手段

第 17 巻第1号

スフリー（MF）特性である．
3.3.1

開発目標の E2 ランクを達成するために，当社が IS評価試験方法

以下に試験条件を示す．JIS D 5301 の減液試験に車用鉛蓄電池のために開発してきた技術を利用するこ比べて充電条件は同一であるが，試験期間および環境ととした．
当社では日系車両メーカー向けに IS 車用鉛蓄電池温度が異なる．減液量は，実際の質量減少量を定格の開発を継続して進めており，第 5 世代まで量産化に20 時間率容量で割った値（g / Ah）として算出する．

（1）充電条件：14.40 V ± 0.05 V （JIS：同一）成功している ．Table 5 に各世代で採用した技術に4（2）試験期間：42 days （JIS：500 h）

ついて示す．主にサイクル寿命耐久性能ならびに回生（3）試験環境：60℃水槽受入性能（車両の減速時に発生する電流の回収能力，3.3.2短時間での充電受入性を示す）の向上を目的として開（JIS：40 ℃水槽）目標を達成するための手段発を進め，これらの性能を大幅に向上させてきた．こ

当社は従来から減液抑制のため二重蓋を採用した電れらの技術のうち，正極活物質の高密度化とその添加池を商品化している 5．代表的な構造について Fig. 6

剤は軟化劣化を抑制できる技術のため，本開発品に適に示す．電解液の減少は，電池反応によって起こる水用することとした．ただし，初期性能と寿命耐久性のの電気分解の他に，電池の発熱や使用環境に応じた水バランスを考慮し，最適な処方とした．正極活物質処の蒸発によって起こる．二重蓋は蒸発した水分を二重方の密度の関係について Fig. 5 に示す．

蓋内部で 凝縮させて回収することができることから3.3減液特性減液抑制に効果を発揮する．また，蓋内に配置された減液特性は自己放電特性とならび重要なメンテナン

迷路構造により，その効果を増大させることができ，

PAM density（%）
against "Conventional"

Filter installation and exhaust part
110

Wall to prevent leakage

105

Flow back part

100

Inside vent hole

95
9085
80

Conventional

For ENFor ISFig. 5 Comparison of density of positive active
material for conventional, Idling stop vehicle and for
EN specification.
Table 5Fig. 6

Typical structure of double lid part.

Development items in each generation of lead-acid battery for idling stop system.

Items

Development history
1st Generation 2nd Generation 3rd Generation 4th Generation 5th Generation［1st G］［2nd G］［3rd G］［4th G］［5th G］
Launched
2009~
2010~
2011 ～
2012~2017~
Cell design (lncreasd surface area)
✓✓✓
✓✓
✓✓
Optimized grid design✓
✓✓✓✓
✓✓✓
✓✓✓
New additive for electrolyte✓✓✓
Special processing negative grid✓✓✓✓✓✓✓✓✓High density of positive active material ✓✓✓✓✓✓✓✓✓
New additive in positive active material ✓✓✓✓✓✓✓
Optimized additives in negative active ✓✓✓✓✓✓material
Carbon technology✓✓✓：Improvement as compared with conventional batteries.
✓✓ ：Additional improvement as compared with ✓.
✓✓✓：Additional improvement as compared with ✓✓.

19

✓

✓

✓✓

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通常の各セル排気構造（6 栓式）をもつ電池に比べ大ングテストと同様に，Fig. 7 に示す 180 度上下反転

幅な減液抑制効果が期待できる ．本開発でも同様のも想定した評価試験である．

6

3.4.2

迷路構造を有した二重蓋を採用した．
3.4

耐漏液性

目標を達成するための手段

当社従来品に採用されている二重蓋は，傾斜，転倒耐漏液性として，VDA 規格のハンドリングテストなどで流出した液が，正立状態でセル内部に戻る構造およびロールオーバーテストを満足することを目標とを特徴とする．当社従来品の二重蓋設計では，90 度した．

転倒時の耐漏液性は確保できていた．しかしながら，

3.4.1

評価試験方法ハンドリングテスト，ロールオーバーテストで要求さ（1）ハンドリングテスト

れる 180 度上下反転させた場合については対応でき

試験方法を Table 6 に示す．ハンドリングテストは，ていなかった．上下反転させた状態では，二重蓋の各電池が車両に搭載される前に誤って転倒した場合に加セルに設置された還流部（Flow back part）と排気口え，その後，正立した状態で充電された場合での耐漏（Vent hole）での電解液と空気の置換，いわゆる気液液特性を評価するものである．Fig. 7 に示すように，置換によって断続的に液が流出する．これらのテスト

4 方向の 90 度転倒状態に加え，180 度上下反転も想を満足するためにはこの気液置換を抑制することが必定した評価試験である．

要であり，本開発にて還流部と排気口部の構造を変更（2）ロールオーバーテストすることで対応した．

試験方法を Table 7 に示す．ロールオーバーテスト

また，ハンドリングテストの最後に行われるリター

は，車両搭載時に車両自体が，横転もしくは反転したンテスト（充電での漏液確認試験）では，転倒時に蓋場合での耐漏液特性を評価するものであり，ハンドリ内に流出した電解液をセル内へ全て戻す必要がある

Table 6

Table 7

STEP

Handling test procedure quoted from VDA.

24Tilt position at 90° for each surface, 30min

3567STEP

Handling test

Pre-aging, 50%DoD endurance cycle48cycles
Fully charged

124Discharge: 4*I20 (A) for 1h

35Rest at the original position, 5min between each position
Tilt position at 180° (upside down), 30min

Rollover test

Pre-aging, 50%DoD endurance cycle48cycles
Fully charged

1Adjustment of acid level to 148mm (Max.)

Rollover test procedure quoted from VDA.

6Adjustment of acid level to 148mm (Max.)
Charge : 14.0V / 50A, 5minTilt position at 90° for each surface withcharge, 2min
7Tilt position at 180° (upside down) withcharge, 2min
Requirement
Acid must not leak

Return test, 20A as constant current
charge, 10min at the original position
Requirement
Acid must not leak

Voltage（V）

90°tilt position

Up side down

Rest / Charge
position

12.5
12.3
12.1
11.9
11.7
11.5
11.3
11.1
10.9
10.7
10.5

Developed
LN2 battery
Conventionalbattery

050100150200250Cycle number

Fig. 7 Battery positions of Handling test and Rollover
test from VDA norm.

Fig. 8 Changes in voltage at the end of dischargeduring 50% DoD endurance cycle test.

20

GS Yuasa Technical Report2020 年 6 月第1号

である．

が，本開発品では液の表面張力を緩和させる構造とす

減液特性について，42 日経過後の質量減少は全てることで速やかな還流を可能にし，耐漏液性能を向上の型式でも 2 g / Ah 以下が確認され，目標ランク W4させた．

4

第 17 巻を十分満足する結果となった．振動耐久性および保存試験結果

特性においても，それぞれランク V3，C2 を満足し，目標を達成した．
耐漏液性試験であるハンドリングテストについて，Table 8 に示すように，全ての項目について開発目傾倒時に見られる蓋内への電解液の流出は一定時間後標を達成することができた．
今回開発した LN2 の 50％ DoD 寿命試験の結果をに止まり，規定時間の 30 分以上経っても液漏れは見Fig. 8 に示す．開発品は，目標の E2（150 サイクル）られなかった．また，正立状態に戻した時，蓋内の電を十分に超え 220 サイクルを達成し，従来の一般的解液は速やかに各セル内へ戻り，続くリターンテスト

な始動用鉛蓄電池に比べ，約 2 ～ 2.5 倍という優れでも液漏れが起こることはなかった．ロールオーバーた寿命性能を示した．試験後に電池を解体して寿命要テストでは，180 度上下反転を含む，各方向への傾因を確認した．その結果を Fig. 9 および Fig. 10 に示倒で規定時間の 2 分を超えて充電しても液漏れは確す．Fig. 10 で示すレーダーチャートは，当社で従来認されず，目標性能を十分に満足した．

から用いている解析手法であり，各部材の劣化進行状態を半定量化したものである．解体結果から，想定通り正極活物質の軟化が顕著に認められた．極板上部では軟化による脱落が確認されたが，正極格子の腐食は

short circuit

わずかであった．正極活物質の軟化劣化を更に抑制させることで，E3（230 サイクル） を狙うことも可能

sediment

grid corrosion

shrinkage

shedding

sulfation
misalignment

Fig. 9 Appearance of plates after 50% DoD endurance cycle.
Table 8Fig. 10test.

color change

Failure mode analysis of 50%DoD endurance

Performance test results for developed batteries.

Target items
Capacity (C20, Ah)
CCA (A)
Endurance in cycle: 50%DoD

Reference & Requirement
EN50342-1, JIS D 5301
EN50342-1
JIS D 5301
EN50342-1, E2Water consumption

EN50342-1, W4

Vibration resistance

EN50342-1, V3

Charge retention

EN50342-1, C2

50%DoD endurance test
after deep discharge
Electrolyte retention
Handling test from VDA norm
Rollover test from VDA norm

EN50342-6, > 10 cycle
EN50342-1, No leakage
VDA, No leakage
VDA, No leakage

21

LN2> 65> 640
> 640
Pass
E2Pass
W4
Pass
V3
Pass
C2

LN3> 80> 740> 740
Pass
E2Pass
W4
Pass
V3
Pass
C2

LN5> 100> 900> 900
Pass
E2PassW4Pass
V3PassC2Pass

Pass

Pass

PassPass
Pass
No leakage at every positions
No leakage with charging condition

GS Yuasa Technical Report

52020 年 6 月

第 17 巻第1号

まとめ
当社は海外拠点 IGYA において，従来の IS 車用電池開発における技術と新規に開発した二重蓋を採用することで，欧州市場向けの高性能始動用鉛蓄電池の開発に成功した．当該電池は，EN50342-1 の各要求試験における高ランク性能，および VDA 規格の耐溢液性を 満 足 し た． 今 回 開 発 し た 技 術 を 用 い た 電 池 を，2019 年から欧州市場において販売を開始した（Fig.
11）．今後も，市場のニーズに基づき，技術の統合と最適化を進め，幅広く普及する新形電池の開発を図っていく所存である．

Fig. 11 High performance starter battery for European market.

参考文献
1. 一般社団法人電池工業会，アイドリングストップ
車用鉛蓄電池，SBA S 0101 (2014)．

6. 桐林基司，益子渉，前田満紀，中村憲治，今村智宏，石本信二，大角重治，GS Yuasa Technical Report ，

2. 一般社団法人電池工業会，欧州規格形始動用鉛蓄

3 (2) ，34 (2006)．

電池，SBA S 0102 (2016)．

3. GS Yuasa Technical Report ，15 (1) ，34 (2018)．
4. 小渕晋，京真観，稲垣賢，竹内泰輔，和田秀俊，

GS Yuasa Technical Report ，13 (2) ，15 (2016)．

5. 寺田哲也，河田裕泰，川北健三，田中進，ユアサ
時報，第 92 号，9 (2002)．

22