自動車用電池

自動車用バッテリー：始動からリサイクルまで

自動車用バッテリーは、車両の心臓部ともいえるエンジンを始動させるための二次電池です。セルモーターと呼ばれる電動モーターに電力を供給し、エンジンを始動させる役割を担います。エンジンが作動すると、オルタネーター（発電機）がバッテリーを充電し、車載機器への電力供給と電気系統の安定化を維持します。

現代の自動車用バッテリー：鉛蓄電池が主流

現在、主流となっているのは鉛蓄電池です。ガソリン車やディーゼル車では、エンジンの始動にはバッテリー容量のわずか3%程度しか消費されません。しかし、短時間において大きな電流を供給する必要があるため、「SLI電池」（Starting, Lighting, Ignitionの略）とも呼ばれます。SLI電池は深放電に弱く、完全に放電すると寿命が著しく短くなります。

エンジン始動後も、SLI電池はライトやオーディオなどの車載機器に電力を供給し、電圧変動を抑制する役割も果たします。エンジン稼働中はオルタネーターが主電源となります。電圧調整器によって電圧は13.5～14.5V（12V車の場合）に保たれます。多くの乗用車や小型トラックは12V、大型トラックや重機は24Vのバッテリーを使用します。

充電中は水素と酸素が発生し、ガス爆発の危険性があります。爆発事故は、バッテリーの腐食や汚れ、充電時の不適切な操作などが原因で起こることが多く、ケガの多くは化学火傷や眼球損傷です。

電気自動車とハイブリッド車

電気自動車（EV）は高電圧バッテリーが主電源ですが、12Vバッテリーを補助電源として搭載しています。これは補機類の駆動に使われ、「補助バッテリー」や「補機バッテリー」と呼ばれます。EVではオルタネーターの代わりにDC-DCコンバーターが高電圧バッテリーから12Vを生成します。

ハイブリッド車の中には、セルモーター用とアイドリングストップ再始動用の2つの12V鉛蓄電池を搭載するものもあります。

歴史

初期の自動車は電気システムが簡素でバッテリーを搭載していませんでした。クラクションはベル、ヘッドライトはガス灯、エンジン始動は手動クランクでした。1920年代にセルモーターが普及し、自動車用バッテリーが一般化しました。1971年には補水不要の密閉型バッテリーが発明されました。

当初は6Vシステムが一般的でしたが、エンジンの大型化と高圧縮化に伴い、始動に必要な電力が大きくなり、12Vシステムへの移行が進みました。1990年代には42V電装システムが提案されましたが、普及には至りませんでした。

構造と取り扱い

鉛蓄電池は、交互に配置された正極板（二酸化鉛）と負極板（海綿状鉛）が硫酸電解液に浸された構造をしています。従来は補水が必要でしたが、「メンテナンスフリー」電池では補水不要のものが主流です。深放電には弱いため注意が必要です。

制御弁式鉛蓄電池（VRLAバッテリー、AGMバッテリー）は、電解液がガラスマットに吸収され、深放電への耐性が高いのが特徴です。補水は不要で、過充電による破裂を防ぐ圧力解放弁を備えています。

バッテリーは6個のセル（2.1V）が直列接続されて12.6Vを生成します。放電時は鉛が電子を放出し、二酸化鉛が電子を吸収し、電流が発生します。充電時は逆の反応が起こります。

近年では、軽量化のためリチウムイオンバッテリーを採用する車種も登場しています。

内部構造

鉛蓄電池のセルは、正極板と負極板がセパレーター（絶縁体）を介して交互に配置されています。正極板には二酸化鉛、負極板には鉛が活物質として用いられます。負極活物質には、電気伝導度向上のため炭素材料などが添加されます。

セパレーターと電解液の種類により、液式、強化型液式（EFB）、AGM、ゲル電池などに分類されます。EFBとVRLA電池はアイドリングストップ車に適しており、AGM電池は内部抵抗が低く急速充電が可能です。ゲル電池は高価なため、振動の激しい用途に使用されます。

格子の素材

極板の格子材料には、鉛アンチモン合金と鉛カルシウム合金が主に用いられます。鉛アンチモン合金は自己放電が大きく、水の消費も多い欠点があります。鉛カルシウム合金は自己放電が小さく、メンテナンスフリー電池に適しています。鉛ハイブリッド型電池は、正極に鉛低アンチモン合金、負極に鉛カルシウム合金を使用し、長寿命化を実現しています。

仕様

バッテリーは、物理サイズ、端子位置、容量などで分類されます。容量はアンペア時（Ah）、始動能力はコールドクランキングアンペア（CCA）などで表されます。JIS規格、EN規格、BCI規格など、様々な規格があります。

問題と対処方法

高温や低温、サルフェーション（硫酸鉛の付着）、深放電などがバッテリーの劣化原因となります。ジャンプスタート、端子の腐食防止、適切な充電などが対策として挙げられます。

環境への影響

鉛は有毒なため、バッテリーのリサイクルが重要です。適切なリサイクルによって資源の節約と環境汚染防止に貢献できます。

保守、手入れ、検査

現代的なバッテリーはメンテナンスフリーですが、充電状態の維持が重要です。充電不足はサルフェーションやスラッジの発生につながり、バッテリーの寿命を縮めます。定期的な充電、走行距離の確保、電圧の確認などが大切です。

充電率と開回路電圧

開回路電圧を測定することで、バッテリーの充電状態をある程度把握できます。ただし、深放電によって劣化している場合は、電圧値が信頼できない場合があります。

脚注、参考文献、関連項目

（脚注、参考文献、関連項目は省略）

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