１２Ｖバッテリーでの給電によるトランジスタの使用に関して

質問

質問１　下記のような背景で考えられる不具合の原因はトランジスタの過電圧破壊でしょうか？また過電圧破壊の場合どのような際に過電圧となるのでしょうか？

質問２　車などに用いるバッテリーを使用と充電の繰り返しで使用し続ける事は可能なのでしょうか？（車も発電しながら使ってはいますが・・・）

質問３　急速充電器にはエンジン始動というモードがあり、２４Ｖを選択した場合、４０Ｖぐらいの電圧が掛かります。その４０Ｖを２４Ｖ（１２Ｖ×２）に充電で用いた場合、バッテリーの電圧は２４Ｖを超えるのでしょうか？

≪背景≫
１２Ｖのバッテリー（車などに用いるもの）を直列にして２４Ｖをトランジスタに給電し、トランジスタを介して小型のモーターを回す機器があります。
当然バッテリーには充電が必要になるのですが、充電はＡＣ１００Ｖのコンセントから急速充電器（１２Ｖ/２４Ｖ共用）を用いて充電を行い使用しております。

本日、その機器が動かなくなってしまいました。
バッテリーの電圧は２３Ｖでした。
トランジスタの１次側にはバッテリー電圧が来ておりますし、急速充電器から２４Ｖを直接トランジスタに入力しても機器は動きませんでした。

ド素人なもので、いまいち要領を得ていませんが、機器が動かないことで困っております。皆様にご教授頂ければ幸いです。よろしくお願いいたします。

回答No.1

sailor · ベストアンサー

質問１に対する回答・・過電圧の可能性もあります。

質問２に対する回答・・可能ではありますが、フローティングチャージ（常時充電をしており一時的な大負荷のときのみバッテリーからの放電になる）なら問題ないですが、サイクルサービス（例えば夜間充電しておき日中は放電のみとなるような使用方法）では、自動車用バッテリーは短時間で寿命を迎えてしまう可能性があります。このような使い方にはサイクルサービス用のバッテリーの使用が好ましいでしょう。また小型モーターとのことですので、フローティングチャージならリチウムイオン電池の使用、サイクルサービスならニッケルカドミウム電池やニッケル水素電池の使用も考えられます。フローティングチャージにニッケルカドミウムやニッケル水素電池の使用は避けましょう。一方リチウムイオン電池はどちらにも使用可能ですが、高価なのでサイクルサービスでは安価な電池の使用のほうが良いでしょう。

質問３に対する回答・・充電時の電圧は公称電圧超えます。一般の自動車用バッテリでは充電時の適正電圧は１３．８Ｖ～１５．５Ｖとされたいます。従って２個直列では31Ｖ程度まで上がる可能性は十分あります。また急速充電（この場合はエンジン始動モードがこれにあたる）では充電器の制御方法にもよりますが、過渡的のもっと高い電圧になる可能性もあります。特に業務用でない一般の充電器ではバッテリーが放電状態にあり内部抵抗（バッテリーは放電が進むと充放電時の電気抵抗が大きくなります。）が大きくなっている状態ではもっと大きな電圧がかかる可能性もあります。

このような使用方法では、出来るのであればバッテリーから直接モーターの制御回路に電源を供給するのではなく、電源の安定化を取ってから供給するかべきでしょう。バッテリーは完全充電状態にするためには公称電圧（自動車用では12Ｖ）より高い電圧で充電する必要があります。従って電源を供給される機器はそれに耐えるものでなくてはなりません。実際に自動車に搭載されている機器は12Ｖ電源の場合でも20Ｖ程度が掛かっても破損しないような設計になっています。

また、充電器の特性にも夜のですが、瞬間的にではありますが、パルス的な高電圧を発生するものもあります。自動車用機器ではこのようなパルスについての保護もされているのが一般的です。

今回の質問にある装置がフローティングチャージ方式であるならば、電圧制御の確りとした充電器を使い、バッテリーから使用する回路の間にパルスノイズに対応した安定化電源を通し目的の回路に電源を供給する方法が理想です。また、充電中は装置の使用が無いサイクルサービスであるならば、サイクルサービスに向いたバッテリーの使用及び機器使用中には充電器が動作しない。又は充電中には機器に電源を供給しない回路をつけるべきでしょう。

それともうひとつ、急速充電器というのは応急処置用のもので繰り返し使うものではありません。バッテリーにはそれぞれの機種に応じた充電電流が定められており、一般に１０時間又は２０時間かけてそれぞれのバッテリーに定められた１０時間用又は２０時間用の電流を流し適正電圧を超えない範囲で充電するものです。このような充電をそれぞれ１０時間率充電や２０時間率充電と呼び、推奨される充電方法です。数時間（場合によっては１時間未満）で充電することは電池に非常に大きな負担をかける上に電池の電圧変動も大きくなります。

お礼

sailor様

大変分かりやすい説明ありがとうございました。
バッテリーの事や充電器の事を詳しく知ることが出来ました。

機器を設計・施工しました業者に確認を取ってみます。

完璧なご回答をいただけた為、質問終了とさせていただきます。
ありがとうございました。