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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】


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に換算するテスター
の2種類があります。

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)
・拡散抵抗(濃度過電圧。溶液中のイオンの移動による抵抗)
・反応抵抗(活性化過電圧。反応エネルギーによる抵抗)
がありますが、後ほど紹介する方法で計測できるバッテリーの内部抵抗は、このうちオーミック抵抗です。


(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、ライフウインクもこれと同じ原理のものです。
※エンジン始動時の数値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。

一方、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、サイズ毎の最低指標数値と比較して劣化判断しても、あまり意味がありません。
※例えば、80D23では520ですが、カオス(100D23)では600以上あるため、仮にこの数値との比較だと、15%下がっていてもSOHが98%と出るため。


(閑話休題)

ところで、JISに定めるような方法でCCAを計測するのは現実的ではありません。
そのため、整備工場やガソリンスタンドなどで使用されるバッテリーテスターでは、正確なCCA値を測定する代わりに、バッテリーの内部抵抗値を測定して、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を表示する機能を備えていますが、いずれにしろJISで規定されているものではありません。


(3)内部抵抗の測定方法

・インピーダンス法

一般的に物質の電気抵抗を測定する場合は、(直流電源)電圧を印加して電流を流し、オームの法則に従って計算しますが、電池に電流を流すと充電反応にも使われてしまうので、抵抗による電圧変化がどれだけか解りません。
しかし、交流を印加すれば(=充放電反応が追いつかないほど速く電流を変化させれば)、その時の電圧変化は電池の内部抵抗に起因するものになります。

一般的には1KHz程度の交流を印加して、その時の電圧変化と電流と電圧の位相のずれから、内部抵抗を求めます。
交流電流は電池にとっては充電方向と放電方向の電流が入れ替わっているため、この方法で得られる電池の内部抵抗は、充電側の抵抗と放電側の抵抗のそれぞれを含んだ値となります。

この方式は直流電源装置から切り離さずに測定できるので、非常用電源装置などでは広く一般的に用いられています。


・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)の逆数なので、抵抗を測っているのと同じことですが、コンダクタンス法では一般的には放電電流をON/OFF制御して、内部抵抗を測定します。

具体的には、負荷の断続を低周波帯(約10ms=交流100Hz相当)で行ない、その時の電圧変化から抵抗の逆数であるコンダクタンスを求めます。
インピーダンス法は充電方向と放電方向の両方に測定電流を流しますが、コンダクタンス法では放電電流のみを制御するため、1~数アンペア程度の大きな電流で測定できることが特徴です。

また、充電方向に数アンペアの電流を流すには大きな電源が必要ですが、この方法では測定装置内部の負荷抵抗の大きさを変えることで測定電流を制御するため、測定装置を小型化できるという利点があり、殆どのCCAテスターはこの方式です。

なお、この方式はインピーダンス法と違い、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から電圧が印加されているため、バッテリーではなくオルタからの負荷電流を測定してしまうので、エンジンを停止してから測定する必要があります。


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、交流を印加するのではなく、表を見ても解る通り負荷を断続しているのですが、他社技術をライセンス使用しただけのせいか、平気で間違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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