充電器の消費電力の疑問

質問

1.2V2000mAhの充電池を2.4Vで充電すれば2.4V×2Aで4.8Wの消費電力で充電したことになるんでしょうか？
充電池の電力量が2.4Wなので充電には2倍の電力を消費すると言うことでしょうか？

回答No.2

garasunoringo · ベストアンサー

消費電力は電圧×電流のはずですから2.4Vで充電して、2Ah使ったら消費電力は4.8whになるので効率は50%になりませんか？

そ概ねの通りですよ

正確には、消費電力は電流×電圧（直流の場合）　単位はw
whは消費電力ではなく、消費電力量です

回答No.11

noname#159916

No.7補足欄
＞2.4V×4A×0.5hならフル充電できます。

ということは、質問文は 「2.4Vｘ2Aｘ１時間でフル充電できる充電器を想定」という事ですね。
充電池側は単位に「h」を含む一方で、充電器側は「１時間」を省略してるからよくわかってないな、と言われるのだと思います。

＞4Aとは容量ではなく単位時間あたりの電流量ですから2倍の電流にしないと
＞半分の時間で充電できないと言うことです。

回答者の皆さんも私も、そんな事はわかってます。
それがわかってるとは思えない質問文だからみなさん回答に困ってるのです。

「充電池の充電時と使用時の時間は同じとする」などというような前提条件があるなら、
それを示さずに省略したのでは通じる話も通じません。

＞ここで質問したのは
＞充電器の電圧を高くすればその分効率が落ちてしまう問題を持っているのではないかと
＞思い

いくつかの「無理な前提」が許容されるなら、
「与える電圧が高ければ高いほど、無駄が増え、充電効率は下がる」とは言えます。
３端子レギュレータのようなドロップタイプのシリーズレギュレータで定電圧を得る際の
ロスの発生と似ています。

無理な前提とは；
・現実にはこのむやみに高い電圧を充電池に与えるという行為は充電池の劣化や破裂の
　　危険が伴うのでよい方法ではない(むしろ禁止)
・充電時に電圧と電流の両方を望みの値に操作する事は現実にはできない

回答No.10

中村 拓男（@tknakamuri）

2.4W→2.4Wh ということで、もういちど回答しますが、
まず、1.2Vの電池セルに無理やり 2.4V もかけたら
何が起きるかわかりません。

このあたりは素人なのでなんとも言えませんが、
大電流が流れて燃えるんじゃないかな？

充電には無数といっていいほどの方式があるのですが、
基本は充電初期では電流制御による定電流充電です。

Ah値の0.1～5倍程度の電流を使いますが、2000mAhなら　
0.2A くらいで、十数時間くらいで充電するか、
1A で1時間以内に急速充電するなどが選べます(もちろん電池によります)

その時のセルの電圧によって消費電力が決まるでしょう。
最初はセル電圧は低いですが、ある程度充電されると
セル電圧が安定してくるようです。

充電時に電池に投入した電力量と後で取り出せる電力量の割合は
電池の種類。充電方式や電池の充電回数などによって大きくことなるようです。
電池の種類によりますが、新品なら 50% を大きく上回るようですね。
＃充電器のACアダプタの効率なども合わせると 50%以下になってしまうようですが...

回答No.9

FT56F001

>1.2V2000mAhの充電池を2.4Vで充電すれば2.4V×2Aで4.8Wの消費電力で充電したことになるんでしょうか

なりません。1.2Vの電池に2.4Vかけたときの電流が，2Aであるとは限りません。
電池の内部抵抗が仮に0.3Ωだとすると，(2.4-1.2)÷0.3=4Aとなります。
充電に使用する電力は2.4V*4A=9.6Wですが，
これで2Ahの電荷を充電したければ，充電時間0.5時間となり，
充電に使用した電力量は2.4V*4A*0.5h=4.8Whです。
充電反応として化学エネルギーに変わるのは1.2V分だけで，
残りの1.2Vは電池の中の抵抗で熱になります。この例では
内部抵抗から0.3Ω*4A^2*0.5h=2.4Wh相当の熱が出ることになります。
電池に溜まるエネルギー1.2V*2Ah=2.4Whに対して，
充電時のエネルギー効率2.4/4.8=50%です。
1.2Vの起電力の電池を充電電圧2.4Vで充電すれば，内部抵抗に関係なく，
充電効率は50%になります。

一般には，充電電圧を電池の起電力よりわずかだけ高くし，
電流を絞って長時間掛けて充電するのが推奨されています。
大電流を流すと電池を痛める(最悪，破裂する)危険性があるのと，
充電時のエネルギー効率が下がるからです。

例えば，
外部電圧1.3Vで，内部抵抗0.3Ω，起電力1.2Vの電池を充電すると
(1.3-1.2)÷0.3=0.33Aの電流が流れ，2Ahの電荷を転送するのに，6時間かかります。
この場合，充電電力は1.3V*0.33A=0.433W，充電電力量は0.433W*6h=2.6Whで，
電池に溜まるエネルギー1.2V*2Ah=2.4Whに対して，充電効率2.4/2.6=92%となります。

これを外部電圧2Vで充電すると，
(2-1.2)÷0.3=2.67Aの電流が流れ，2Ahの電荷を0.75時間で急速充電できます。
この場合，充電電力量は2V*2.67A*0.75h=4Whで，充電効率2.4/4=60%となります。

回答No.8

中村 拓男（@tknakamuri）

>1.2V2000mAhの充電池を2.4Vで充電すれば2.4V×2Aで4.8Wの
>消費電力で充電したことになるんでしょうか？

ならないですね。2.4V で充電した時の電流の大きさが
わからないと電力を計算できません。
また、電圧を固定しての充電は危険でしょう。

1.2V 2000mAh というのは　2.4W * 1h(3600sec) = 8640J くらいの
エネルギーを蓄えることができますということで、
電流値とはまったく関係ありません。

>充電池の電力量が2.4Wなので充電には2倍の電力を消費すると言うことでしょうか？
皆さん異口同音におっしゃってますが、
電力量(Energy)と電力(Power)の区別を勉強しましょう。
これでは意味不明です。

お礼

消費電力ではなく消費電力量の間違いで2.4V×2Aは4.8whということです。

>充電池の電力量が2.4Wなので充電には2倍の電力を消費すると言うことでしょうか？

これは、充電池の電力量が2.4Whなので充電には2倍の電力量を消費すると言うことでしょうか？と言う意味です。

回答No.7

noname#159916

＞2.4V×2Ah×0.5hだとすれば電流は1Ahしか使われず50%しか充電できません。
0.5時間で充電完了したのだとしたら、という例えで書きましたが、
質問者さんが知りたい事は少し違うようなので今は忘れてください。

＞充電時間は関係ないのでは。

充電を進めるには時間がかかります。時間ゼロでは充電できません。
単純計算ですが、電流を２倍にすればフル充電までの所要時間は半分で済みます。

という意味で、時間は関係あります。

もしかして、
電源装置から2.4Vを出し、1.2V1200mAhのNiMH電池に直結して充電しようとしてますか？
充電電流を制御する仕掛けを使わないと危険ですよ。
制御されてないのでどれだけの大電流が流れるか予測できず、
何分で何％の充電ができるのか、などの計算もできません。

どういうことをやろうとしての質問なのか、補足された方がいいと思います。

お礼

＞電流を２倍にすればフル充電までの所要時間は半分で済みます。

と言うことは2.4V×4A×0.5hならフル充電できます。これで効率は50%とやはり時間を短くしても充電効率は変わりません。
4Aとは容量ではなく単位時間あたりの電流量ですから2倍の電流にしないと半分の時間で充電できないと言うことです。

ここで質問したのは充電器の電圧を高くすればその分効率が落ちてしまう問題を持っているのではないかと思い質問しました。実験しようとかではないです。

回答No.6

garasunoringo

＞その場合時間は関係ないのでは

消費電力量とは、消費電力と時間の積です
時間が関係なくなると、消費電力量は存在できなくなります

消費電力と消費電力量の基本概念がわかっていない様子ですね

お礼

ポイントは消費電力でも消費電力量でもなく充電池の2000mAhと決まった電流量だと思います。
充電時間を掛けようが短時間だろうが2000mAhを流す量は変わらないわけです。だから時間は関係ないはずです。

回答No.5

misawajp

考え方が根本的に間違っています

まず　充電器に　2.4V　で何Aで充電できる能力があるかです

0.1Aの充電能力しかなければ　充電電力は　0.24Wです　消費電力は　効率等を勘案して　0.5～1Wでしょう

2.4V　2Aで充電できる能力があれば　質問に書かれているように充電電力は4.8Wです

が　質問は時間の要素を完璧に無視しています

充電池の電力量が2.4W　と思うところが重大な間違いです

時間の要素を含めて復習してください

お礼

充電器の能力ではなく充電に必要な消費電力量を言っています。
その場合時間は関係ないのでは。

回答No.4

tadys

電力（電圧×電流）と電力量（電圧×電流×時間）の区別をちゃんとしてください。
＞充電池の電力量が2.4Wなので
2.4Wは電力量では有りません。

1.2V2000mAhの電池では2000mA（２A）で１時間の放電が可能ですが、放電開始時の電圧は約１．４Vで時間とともに電圧は低下し、約０．９Vを終止電圧とします。
ですから、必ずしも2.4Wｈの電力量を取り出せるわけでは有りません。
放電電流が大きくなると取り出せる電力量は低下します。

＞1.2V2000mAhの充電池を2.4Vで充電すれば
このような充電は出来ません。
電流が制限されていなければ過大な電流が流れ、過剰な発熱や破裂などの事故につながります。

NiH充電池の場合、充電時の端子電圧はおよそ1.4～1.6Vになります。
充電電流を1時間率（2000mAhでは2000mA）で充電した場合に必要となる電力量は定格出力のおよそ１．２倍となります。
また、充電時間は通常、必要な時間の１．２倍程度としますので総合的な充電効率はおよそ７０％となります。
http://industrial.panasonic.com/www-data/pdf/ACG4000/ACG4000PJ2.pdf

なお、充放電を繰り返すと容量が減るために充電効率も低下します。

充電池の充電は適切な方法で行わないと電池寿命を低下させたり、加熱や発火破裂などの事故の原因となる事が有ります。
充電池の充電はそれぞれの電池に適した方法で行う事が必要です。
http://industrial.panasonic.com/www-data/pdf/ACG4000/ACG4000PJ4.pdf

お礼

1.5Vで充電した場合計算すると80%の充電効率になります。そこから1.2倍の1.2倍かかると充電効率は55%になってしまいます。

回答No.3

noname#159916

＞2倍の電力を消費

ちょっと目、そういう事ですが、
充電時間と使用時間を明示していないので、それも考慮する必要があります。

＞1.2V2000mAh
1.2V 2000mA で １時間使う、という量で、「１時間」が省略されてる事を忘れてます。
充電に要する時間も１時間ならこれを省略しても比較はできますが。
1.2V2000mAh→電力量は2.4Wh

もし充電時間が 0.5時間だとしたら供給電力量は 2.4V x 2A x 0.5h = 2.4Wh と、
効率100%で充電できた事になります。(現実にはまずないですが)

もう少し現実に当てはめてみると、
1.2V の電池を充電する時、端子電圧 1.4～1.6V程度で、
2.4Vを使っても差引 0.8～1.0V 分は電池に達せず熱などで消費されます。
また、電池に与えられたエネルギー全部が蓄えられるわけでもなく、
10～50%程度、発熱等で消費されます。
そういうロス分が結構出るので、大雑把に２倍程度の電力量が必要になります。

お礼

2.4V×2Ah×0.5hだとすれば電流は1Ahしか使われず50%しか充電できません。充電時間は関係ないのでは。

回答No.1

garasunoringo

充電池の電力量は、2.4wではなく2.4whです

2.4whの電力を充電するには、効率が100%で2.4whの電力が必要
実際には100%の効率なんて有り得ないので、充電池の充電効率が仮に80%、充電器が交流仕様で充電用の直流に変換する効率が仮に80%だとすると
（実際の効率もこんな感じです）

総合的な効率は64%

2.4whの電力を充電するのに必要な電力は、自分で計算してください

物理では単位が重要です
wとwhは物理的な意味が違います

お礼

効率から計算するのではなく消費電力から計算すると
消費電力は電圧×電流のはずですから2.4Vで充電して、2Ah使ったら消費電力は4.8whになるので効率は50%になりませんか？