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2024/07/27

【雑学】バッテリーテスターの種類(前編)【改定版】


まず最初に、バッテリーテスターは当たり前ですが直接バッテリーの容量を測ることは出来ないため、何らかの方法で容量を推定しますが、前回紹介したように、
・実際に負荷を掛けるロードテスター
・内部抵抗を測定してCCA値に換算するCCAテスター
の2種類があります。
※ロードテスターだと、バッテリーが実際に150A程度の電流を流した時の劣化具合(どれだけの能力が残っているか)が直接判るが、CCAテスターの場合は、基本的には充電も放電もしていない時の静的な抵抗値を元に、CCA値を推定計算して判定する。

なお、バッテリーの内部抵抗には、
・一般的なオーミック抵抗(抵抗過電圧。金属中の電子の移動による抵抗)
・反応抵抗(活性化過電圧。反応エネルギーによる抵抗)
・拡散抵抗(濃度過電圧。溶液中のイオンの移動による抵抗)
の3種類があります。


(1)負荷測定方式(ロードテスター)

これは、実際のエンジンスタートに相当する負荷電流をかけて、始動(放電)時の最低電圧と回復電圧を測り、良否を判定する方式で、従来型のロードテスターのことです。
既に廃盤になってますが、業者向けのGSユアサのバッテリーアナライザーMBA-500などがそうです(画像は取説より引用)



あとは、ライフウインクも基本的にはこれと同じ原理のものです。
※エンジン始動時の最低電圧を新品時のそれと比較して劣化判定する(ので、使いまわしは不可)


具体的には、150~200A程度の電流を10秒ほど流して測定するようですが、それ故に、先の自動車ジャーナリストのような訳知り顔の人は「大電流を流すからバッテリーへの負荷が大きく、測定することで却って劣化を早める(場合によってはトドメを刺す)」などと言って、「ダメな測定方法」だと決めつけますが、仮に200Aを10秒流しても、単純計算なら0.56Ah相当なので、バッテリーの5時間率容量の1~1.5%にしかなりません(取り出す電流が大きいので、単純比較はできないが)

逆にこの程度でトドメを刺されるようなら、そもそもご臨終(よくぞ限界まで使ったな)というだけです。
いずれにしても、バッテリーの能力(スターターを回す能力)がどれだけ残っているかを直接測定する方式なので、一番理にかなった方法ですが、やや時代遅れなイメージは拭えません。


(2)内部抵抗測定方式(CCAテスター)

まずCCAですが、コールドクランキングアンペア(Cold Cranking Ampere)の略だとは知っていても、正確な定義は説明できない人が多いと思いますが、実際にネットで調べても、「-18℃の環境で放電したとき、30秒後に7.2Vとなる電流値である」などと、何だか解ったような解らないような説明(定義)が出てきます。

そこで、手っ取り早くJISの規定を見てみると、
『10.3 コールドクランキング電流(CCA)試験 コールドクランキング電流は,次による。 a) 9.2によって充電が完了し1〜5時間の休止後,最低24時間又は中央にあるいずれかのセルの電解液温度が−18±1 ℃になるまで,蓄電池を−18±1 ℃の冷却室に置く。 b) 冷却終了後2分以内に,蓄電池を表B.1及び表B.2に規定する定格コールドクランキング電流Iccで30秒間放電する。放電電流は,放電の間Icc±0.5 %の範囲内で一定に保つ。 c) 放電開始後30秒目の端子電圧を記録する』
と規定されています。

この中に出てくる『表B.1及び表B.2に規定する定格コールドクランキング電流Icc』こそが、実は「JISが定めるバッテリーのサイズ別CCA」だとして、ネット上に切り貼りされ出回っている数値なのです。
で、この試験の結果が7.2V以上あれば、抜き打ち試験に合格という話になります。


実際のCCAテスターでは、上記のようなJISに定める方法でCCAを計測するのは現実的ではないため、正確なCCA値を測定する代わりに、バッテリーの(静的な)内部抵抗を測定して、それを各社独自のアルゴリズムでCCAに近い値に変換してSOHを表示しますので、実測値ではなく推計値になります。
※いずれにしろJISで規定されている方法ではないが、これを相対比較することで劣化診断を行うのがCCAテスター。

一方で高性能バッテリーは、新品時にはこの表のCCA値を上回る性能を有しているため、サイズ毎の数値と比較して劣化判断しても、そもそも相対比較が成り立ちません。
※例えばJISの表では、D23サイズだと80D23で520となっていますが、カオス(100D23)では600以上あるため、この数値との比較しても意味がない。


(3)内部抵抗の測定方法

・インピーダンス法

交流回路の性質として、電圧と電流の位相にずれが生じますが、電池に交流電圧を印加してその時の電圧変化と電流との位相のずれを見れば、インピーダンス(内部抵抗)が判ります。

一般的には1KHz程度の交流電圧をバッテリーに印加して測定しますが、電池の各内部抵抗は周波数に対する応答速度がそれぞれ異なるので、1KHzでは(充放電反応が追いつかないため)反応抵抗を含んだ動的な抵抗ではなく、充電も放電もしていない時の静的な内部抵抗を測っていることになります。

この方式は直流電源装置から切り離さずに測定ができるので、非常用電源装置などでは、このインピーダンス法を利用したテスターが劣化診断に使われます。


・コンダクタンス法

コンダクタンスは電流の流れやすさ(導電率)を表しますが、直流回路においてはコンダクタンス(G)は抵抗(R)の逆数になります。

コンダクタンス法では、抵抗等を用いて放電を断続的にON/OFFすることで、逆起電力により生ずるパルス波(高電圧サージ)をバッテリーに印加し、その時の電圧と電流からコンダクタンスを求めます。

具体的には、G(コンダクタンス)=I(サージ電流)/V(サージ電圧)より、Gを逆数にして内部抵抗値を算出しますが、これもインピーダンス法と同じく(充電反応が追い付かないため)静的な抵抗のみを測っていることになります。
※インピーダンス法と違い電源が不要なので、測定装置を小型化できる利点がある。

なお、この方式は電源装置から切り離さないと測定できません。
※車の場合、エンジン稼働中は電源(オルタネーター)からの電圧が常に印加されているため、エンジンを停止してから測定する必要がある。


ちなみに、コンダクタンス法を利用したテスターを内蔵したバッテリーがFBから過去に市販されたことがありますが、ライフウインクに比べ凝った仕組みの分だけ値段の方も高く、殆ど売れずに、すぐに廃盤になってしまったようです。


(FBの資料より引用)

なお、この製品はミドトロニクス社が開発した判定回路を内蔵していますが、交流電圧を印加するのではなく、負荷を断続することでパルス波(高電圧サージ)を印加しているのですが、他社技術をライセンス使用しただけのせいか、誤った説明をしています。
※ミドトロニクス社のライセンスを使用した他社製品のカタログにも同じ記載があるので、英語原文を最初に和訳した人が間違えたのでしょう。

(続く)
Posted at 2024/07/27 08:36:59
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