Technical Report報文

アイドリングストップ車用途への鉛蓄電池の適用
Application of Lead-Acid Batteries for Idling-Stop Vehicles
桐林基司*

沢井大

前孝夫*

大角研*
重治 **

Motoshi Kiribayashi
Ken Sawai
Takao Ohmae
Shigeharu Ohsumi

Abstract
An advanced VRLA battery for vehicles with an idling-stop system has been developed by the application ofnew technology using ultra high density paste for the positive and negative active materials with the selectionof an appropriate additive. The battery is found out to show a higher charge acceptance under the minimum
setting voltage of 13.7 V resulting in a smaller capacity loss after two-month field test. This beneficial effectis also confirmed by the smaller amount of PbSO4 remained in the positive and negative electrodes comparedwith the case of conventional flooded lead-acid and conventional VRLA batteries.

1

緒言

アイドリングストップ車用の電池は，エンジンの始動のほかに，その停止中に負荷電力を供給することが近年，自動車における排気ガスの削減と燃費の改善必要である．そのために，従来のアイドリングストッのために，アイドリングストップの必要性が高まってプをおこなわない車両に比べて，電池の放電頻度は増きている．この方法は，駐・停車時にエンジンを停止え，充電不足になりやすいことが予想される．この電するという最も簡単なものであり，これまでに宅配ト池に求められる課題は，充電不足の条件下においても，ラックや路線バスを対象にした取り組みがおこなわれ充分な耐久性を発揮することにあるといえる．てきた．最近では , 自家用乗用車の信号待ちや渋滞時

当社は，このようなアイドリングストップ車での電等の短時間の停車時にもこの方法を実施する動きがみ

池の使用状況を調査，解析して，この用途に適した改1)られている ．

良形 VRLA 電池を開発し，実車走行試験をおこなってきた．本報告では，実車走行試験後の電池性能と劣* 株式会社ジーエス・ユアサ マニュファクチュアリ化状態を調査した結果について，従来形の液式鉛蓄電

ング 技術開発センター 研究開発部

池および VRLA 電池と比較して述べる．

** 株式会社ジーエス・ユアサ マニュファクチュアリ
ング 技術開発センター© 2004 GS Yuasa Corporation, All rights reserved.

10

GS Yuasa Technical Report2

2004 年 12 月

実験

第 1巻第1号

負極板とも，その下部に硫酸鉛が蓄積することがわかった．その原因は，充電受入性が低いことにある．した

2.1 アイドリングストップ走行が電池におよぼす影響

がって，この用途に適した鉛蓄電池を試作するために従来形液式鉛蓄電池を使用して，アイドリングスは，充電状態が低い条件下でも出力特性が高く，なおトップ走行が電池の性能におよぼす影響を調べた．そかつ放電後の充電受入性にすぐれていることが必要での影響をより明確にするために，充電電圧は通常のある．適用した主な技術要素について以下に述べる．

14.4 V およびそれより低い 13.4 V とした．

(1) 正極板

Fig. 1 に試験車両の外観写真を示す．この車両はガ

活物質には，従来のサイクル用途のものよりもさらソリン車（排気量 1.3 L，無段変速機（CVT）付き）に，に高密度のペーストを採用して，充放電に伴う劣化の自動的にアイドリングストップ開始およびエンジン再低減をはかった 2)．通常，高密度ペーストを使用する始動する機能を付加したものである．すなわち，車速と活物質利用率が低下するが，新添加剤の採用によっ-1が 0 km h になるとエンジンが停止し，その後アクて，大電流放電時の利用率を向上させた．

セルを踏み込むと自動的にスタータが回転してエンジ(2) 負極板ンが再始動するようにした．エンジン始動時の瞬間最充電不足の状態でのサルフェーション抑制のため大放電電流は 500 A であり，通常約 0.7 秒以内で始動に，カーボンを多く添加した密度の高い活物質を採用が完了する．また，オルタネータの発電電圧を無段階した 2，3)．これによって，活物質の内部にカーボンやで調整できるようにした．

鉛の導電性ネットワークが形成されたので，絶縁体で走行試験は，京都市内のジーエス・ユアサ コーポある硫酸鉛の充電が容易になった．また，活物質添加レーションの京都事業所から宇治市街までの片道約剤の最適化によって負極の反応サイトの活性を高めら15 km の経路を使用した．試験の終了後，容量試験れ，回生充電の受入効率も向上した．

および解体調査をおこなった．容量試験では，電池を2.3試験車両から取りはずした後，充電することなく 0.2状態との関係

アイドリングストップ車両での充電電圧と充電

CA の電流で放電して残存容量を確認した．つぎに，0.1アイドリングストップ車では，電池が充電不足にCA の電流で定格容量の 150% の電気量を充電後に 0.2なるため，充電電圧の設定値が重要である．そこで，CA の電流で放電して再び容量を確認した．解体調査

電池性能におよぼす充電電圧の影響を詳細に調査しでは，試験終了直後および回復充電後に，正・負極板た．2.1 項と同様にして，アイドリングストップ車両の外観観察および上下部の硫酸鉛量の分析をおこなっで走行試験を一週間継続した後，電池の容量試験をおた．比較のために，アイドリングストップをおこなわこなった．改良形 VRLA 電池のほかに，比較のためずに走行した場合についても実施した．に従来形の液式鉛蓄電池および VRLA 電池の 3 種類2.2について試験をおこなった．充電電圧は 13.2，13.8，

改良形 VRLA 電池の開発

後述のように，アイドリングストップ車では，正・14.4 および 15.0 V の 4 種類とした．Table 1 にその実車試験条件を示す．
Table 1 Test condition of the ﬁeld test.
Test battery

Charge voltage / V

B20 size advanced VRLA battery

13.2
13.8
14.4
15.0

B20 size conventional VRLA battery

13.2
13.8
14.4
15.0

B19 size conventional ﬂooded battery

13.2
13.8
14.4
15.0

Fig. 1 Outside view of the test vehicle.

11

GS Yuasa Technical Report

改良形 VRLA 電池の実車試験
Capacity / %2.4

2004 年 12 月

2.1 項と同様に改良形 VRLA 電池の実車試験を二ヶ月間実施した．試験終了後に，電池の容量試験および解体調査をおこなった．電池の充電電圧は，14.4 V お
よび 13.4 V とした．

３

結果と考察

3.1アイドリングストップ走行の影響

140120100806040200

第 1巻第1号

Idling-stop vehicle
Conventional vehicle

13.4

14.4
Charge voltage / VFig. 3 Residual capacity of ﬂooded lead-acidbatteries for idling-stop vehicles after two-monthﬁeld test.

アイドリングストップ車両における走行試験中の端子電圧および充放電電流の推移の一例を Fig. 2 に示す．図から，アイドリングストップ車のものは頻繁に電池の正・負極活物質に含まれる硫酸鉛量を分析充放電が繰り返されているが，従来車両の場合は常時した結果を，Fig. 4 に示す．ここでは，採取した活物充電されていることがわかる．つぎに，走行試験を終質中に含まれる硫酸鉛の質量の割合を示した．従来了した電池の残存容量を，定格容量に対する容量の割車両における試験終了直後の硫酸鉛量は，最大で 10合として Fig. 3 に示す．アイドリングストップ車両にmass% 程度であった．また，回復充電後には，硫酸搭載した電池の残存容量は，従来車両に搭載したもの鉛はほとんど残存していないことがわかる．一方，アより小さい値であったことから，充電状態が低下した

イドリングストップ車両のものは，実車試験終了直後ことがわかる．したがって，充電電圧が低いとその傾は正・負極板とも硫酸鉛量が大きく，とくに充電電圧向が顕著になることがわかる．一方，従来車両の残存が 13.4 V の場合の下部においては，50mass% 以上で容量は，ほぼ定格値を示している．

あった．また，負極の下部の硫酸鉛は回復充電後にもCharge current

1020(b) Conventional vehicle

1413121110987Time / min.

304050100806040200-20-40

Terminal voltage

Charge current

01020Time / min.

3040Disc harge Charge

Current / ATerminal voltage0

Terminal voltage / V10080
6040
200-20-4050

Current / ADisc harge Charge

Terminal voltage / V(a) Idling-stop vehicle

1413121110987Fig. 2 Change in voltage and current of ﬂooded lead-acid battery carried for (a) idling-stop vehicle with setting
charge voltage of 14.4 V and (b) conventional vehicle with setting charge voltage of 13.4 V.

12

GS Yuasa Technical Report

2004 年 12 月(a) Idling stop vehicle

8060
40200Pos.
topPos.
bottomNeg.
topPos.
bottomAmount of PbSO4/ mass%

1514
13

Conventional flooded battery
Conventional VRLA battery
Improved VRLA battery

120

After field-test (13.4 V)
After recovery charge (13.4 V)
After field-test (14.4 V)
After recovery charge (14.4 V)

Pos.
top

16

11Neg.
bottom(b) Conventional vehicle

100
80
60
40
200

第1号

17

After field-test (13.4 V)
After recovery charge (13.4 V)
After field-test (14.4 V)
After recovery charge (14.4 V)

5sec. voltage / V

Amount of PbSO4/ mass%

100

第 1巻

0.5
1
1.5Charge current / CA

2Fig. 5 Comparison of the charged I-V characteristics
of various lead-acid batteries at SOC 80% (25 ℃ ).
( ) : Advanced VRLA battery, ( ) : VRLA batteryand ( ) : Flooded battery.

Neg.
topNeg.
bottom

また残存容量は，改良形 VRLA 電池，従来形 VRLA

Fig. 4 Accumulated PbSO4 in positive and negative electrodes of ﬂooded lead-acid battery for (a)idling-stop vehicle after two-month ﬁeld test followedby recovery charge and (b) conventional vehicle.

電池，従来形液式鉛蓄電池の順で大きい傾向があった．
これは Fig. 5 に示した充電受入性の傾向と一致している．
また充電電圧が 13.7 V 以上の場合，回復充電によって VRLA 電池の容量は定格値となったが，従来形液残存したことから，劣化が進行しているものと考えら式鉛蓄電池は 90％までしか回復しなかった．以上よれる．

り，アイドリングストップ車用には VRLA 電池が適3.2しており，その設定充電電圧には 13.7 V の最小値が改良形 VRLA 電池の開発

改良形 VRLA 電池の諸元を，他のものと比較して必要であると言える．
3.4

Table 2 に示す．5 時間率容量は，いずれの電池も 27

改良形 VRLA 電池の実車試験結果Ah で同じであることがわかる．25 ℃における SOC3.3 項の結果から，充電電圧を 14.4 V に設定して実(State of charge，充電状態 ) 80% の充電 I-V 特性を測車試験をおこなった．走行前の電池の開回路電圧およ定した結果を Fig. 5 に示す．図から，同じ電圧で充電

びアイドリングストップ率の推移を Fig. 7 に示す．電した場合に流れる電流は，改良形 VRLA 電池がもっ池の開回路電圧は 12.4 V 付近をほぼ一定に推移したとも大きいことがわかる．なお，VRLA 電池と従来ことから，充電状態がほぼ一定に保たれていることが形の液式電池とを比較すると，前者のものがとくに充わかる．また，試験期間中のアイドリングストップ率電受入性にすぐれていると言える．

は平均 15% 程度であった．

3.3

充電電圧と電池容量との関係

容量試験の結果を，3.1 項の従来形液式鉛蓄電池のアイドリングストップ車両で実車走行した電池の容結果と比較して Fig. 8 に示す．充電電圧が 14.4 V の量試験結果を Fig. 6 に示す．電池の残存容量は充電電ときの残存容量は，従来形液式鉛蓄電池が 87% であっ圧と相関があり，その値が低い場合には小さかった．

た の に 対 し， 改 良 形 VRLA 電 池 は 96% と 高く，ほぼ満充電状態を保っていた．充電電圧が 13.4 V のと

Table 2batteries.

きの残存容量は各々 42% および 60% であった．硫酸

Comparison of speciﬁcation of test

Advanced
VRLA
JIS size
B20 size
5 hr capacity / Ah 27
Dimension / mm
Length
197
Width
129
Height202
Mass / kg
10.5

鉛量を比較した結果を Fig. 9 に示す．改良形 VRLA
電 池 の実 車 試 験 終 了 後 の 正・ 負 極 板 の 硫 酸 鉛量はConventional
VRLA
B20 size
27

Conventional
ﬂoodedB19 size27

20mass％程度であり，極板の上下間の差は小さかっ

197
129
202
10.5

187
127
203
9.5

形 VRLA 電池を用いた場合，従来形液式鉛蓄電池よた． ま た， 回 復 充 電 す る こ と に よ っ て， 硫 酸 鉛 は10mass% 以下にまで減少した．以上のように，改良り充電状態が高く保たれ，かつ，硫酸鉛量が小さくなるというアイドリングストップ車に適した性能が得ら

13

GS Yuasa Technical Report(a) After field-test

100
9080
7060
13.0

13.5

14.0

14.5

第1号

14.5

15.0

1009080
7060
13.0

15.0

第 1巻

(b) After recovery charge

110
Capacity / %Capacity / %110

2004 年 12 月

13.5

14.0Charge voltage / V

Charge voltage / V

100

12.080Capacity / %

12.5
11.5
11.0

Rate ofidling-stop / %Open circuit
voltage / VFig. 6 Capacity retention of advanced lead-acid batteries for idling-stop vehicle for one-week ﬁeld test (a) followed by recovery charge (b).
Advanced VRLA battery, conventional VRLA battery, Flooded battery.

3020
1006040
20013.4

14.4Charge voltage / V02040Days60Fig. 8 Residual capacity of advanced VRLA battery for idling-stop vehicle for two months.

Fig. 7 Change in open circuit voltage of advanced
VRLA battery and rate of idling-stop during ﬁeld testof setting charge voltage of 14.4 V.

100
Amount of PbSO4/ mass%

Advanced VRLA battery
Convential flooded battery

After field-test of setting charge voltage 13.4 V
After recovery charge of setting chage voltage 13.4 V
After field-test of setting charge voltage 14.4 V
After recovery of setting charge voltage 14.4 V806040
200
Pos. ｔop

Pos. bottom

Neg. top

Neg. bottom

Pos. ｔop

Flooded lead-acid battery

Pos. bottom

Neg. top

Neg. bottom

Advanced VRLA battery

Fig. 9 Accumulated PbSO4 of positive and negative electrodes for ﬂooded and advanced VRLA batteries after
two-month ﬁeld test followed by recovery charge.

れることが確認できた．なお，正極における活物質の池を搭載し，一定期間の実車走行試験を実施した後に軟化や格子の腐食ほとんどはみられなかった．

電池性能と劣化状態を調査した結果，つぎのことがわかった．

４(1) 正・負極活物質の最適化および添加剤の開発等の結論技術を用いて試作した改良形 VRLA 電池は，充電

ア イ ド リ ン グ ス ト ッ プ 車 に， 同 じ 容 量 の 改 良 形

受入性の向上および硫酸鉛量の低減がはかれる．

VRLA 電池，従来形液式電池および従来形 VRLA 電

この電池を用いたアイドリングストップ実車走行

14

GS Yuasa Technical Report

2004 年 12 月

第 1巻第1号

謝辞

試験において，従来形電池よりも良好な性能を示す．
(2) 従来形液式鉛蓄電池を用いたアイドリングストッ

この試験の遂行にあたり，三菱電機株式会社殿にはプ実車走行試験において，電池の充電状態が低下多大なご助言をいただきました．ここに感謝の意を表し，負極板の下部に硫酸鉛が残存した．またそのします．

量は回復充電をおこなっても残存することから，劣化が促進されているものと考えられる．

参考文献(3) VRLA 電池は，液式電池に比べて充電不足になり

1) ( 財 ) 省エネルギーセンターホームページ

にくい．

http://www.eccj.or.jp/sub̲05.html

以 上， ア イ ド リ ン グ ス ト ッ プ 用 途 に は， 改 良 形
VRLA 電池がすぐれていることを報告したが，一方

2) 山中健司 , 秦 公樹，野田 正 , 藤本直生 , 山口耕平 ,で一般的な耐熱性は，液式電池のほうが VRLA 電池

坪田正温 , GS News Technical Report , 60 (2), 8よりもすぐれている．電池をエンジンルーム内に搭載(2001).

する場合等には，とくに温度の影響が大きいものと考

3) 船戸貴之 , 高橋克仁 , 坪田正温 , 田淵 淳 , 岩田政司 ,えられる．したがって，アイドリングストップ用途に

田 川 弥 八 郎 , GS News Technical Report ，52 (2),適した電池を開発するために，液式電池の性能改善お31 (1995).

よび VRLA 電池の耐熱性向上等の検討を並行して進める必要がある．

15