ACアダプタでシールド鉛バッテリー充電する注意点？

質問

ＰＣ用ACアダプタでシールド鉛バッテリーを充電できますか？
ＡＣアダプタの定格は１５V３A、シールド鉛バッテリーの定格は１２V２．３Aです。

試しにＡＣアダプタの 側に整流ダイオードを２ヶ直列に接続して電圧降下

させ約１４．２Vになりました。
あとは抵抗を使って電流制限したいと考えています。

ここからは想定計算値ですが、充電初期のバッテリ内部抵抗を３Ωと見込み電流制限抵抗を０．１２Ωとした場合、充電電圧は１３．６５Vとなりますが、充電電流は４．５５AになりACアダプタがもたない事になります。
充電を継続したとして、バッテリ内部抵抗が１Ωまで下がったしたら、充電電圧は１２．５６Vになりますが充電電流は１２．６８Aにはねあがります。当然ACアダプタは壊れるでしょう・・・・。
想定計算値が正しいのか自信はありません。

LM317などの3端子レギュレーターを使わず、ダイオードと抵抗だけでは無理なのでしょうか。
是非、この問題を解決したく質問しました。

補足：今回の質問は、３端子レギュレータを使わないという条件で、回路設計が可能か、可能ならどう設計したら良いか具体的なアドバイスをお願いしたいと思います。

質問の主旨をご理解頂き、別な方法の勧奨はご遠慮下さるようお願いいたします。

回答No.7

noname#252332 · ベストアンサー

＞　ダイオード２本直列で得られた１４，２Vは、
＞　ダイオードの先に１００オームのセメント抵
＞　抗を入れて閉回路を構成しています。
＞
＞　バッテリーの横にメーカの充電規格があっ
＞　て、０．３Aで１０時間とありました。電圧表示
＞　はありません。

　0.3Aの定電流回路は作らない、と言われるのですから、次には充電時の端子電圧において常に0.3A以下として電池を壊さない回路を目指すことになります。あとは充電時の端子電圧をどう規定するかです。

　すべての場合に0.3Aを超えない、を条件とすれば、端子電圧0Vが電流最大ですから、
14.2÷0.3=47.3Ω以上
です。こんなに大きい抵抗では充電電流が小さくなってしまう、と言ってもはじまらない。抵抗だけで電流制限するなら、端子電圧0Vで0.3Aに制限するためには47.3Ω以上にする必要があるとオームの法則が言っているのです。

　式の解が得られるということは他に数値を必要としないということです。

　何が何でもメーカーの言う電流以上流さない理由は破裂事故などの際の責任を問われないためです。

　いや、端子電圧は8V以上だと作業者が保障するのだ、と言うなら、8Vの時が充電電流が最大ですから、
(14.2-8)÷0.3=20.7Ω以上
です。

　式の形がLEDに似ているなどは偶然にすぎず、式はあくまでも回路図の説明としてのみ存在可能です。式の数値が回路図上の何の数値か、式の演算子が回路図上のどの構成を表現しているか、常に意識することです。

　0.3Aの定電流回路ではないので充電終了の判断にはメーカーが言っている10時間と言う数字は使えません。また充電を続けると端子電圧が最大14.2Vまで上がる可能性があるので、それ以前に人為的判断で充電を終了しなければならないのは明らかです。

　基本的にはこんな手抜きをしないでメーカーの指定通りの充電回路を作ります。なぜなら電池などいずれにせよすぐダメになってしまいますがその際に充電回路の設計者の責任が問われるからです。

お礼

ありがとうございます。

適正な充電を目指して抵抗だけで定電流回路を設計しようとしましたが、電流を決めても充電電圧が思い通りにならないという事を、オームの法則は言っている訳ですね。
了解致しました。

私の計算でバッテリの内部抵抗を使った式も、バッテリ内部の充電推移と内部抵抗推移を考えると、全く的ハズレではないという気になってきました。
抵抗の分圧と電流の関係式の考え方が合っているのか自信がありませんでしたが、これでもいいのか。。。。

結論で、抵抗だけでは無理があるという事が理解できました。

補足

ん～。抵抗だけでは無理なはずなのに、

ネットを検索していると、電流制限抵抗だけで充電されている方がいらっしゃるようです。

電流を制限しても充電電圧を確認されているのか、私が補足で載せた計算だとバッテリーには充電できる電圧はかかっていないはず。

でも充電できている・・・・・・？？
どういう理屈なんでしょうね？

ここが分かりません。

回答No.6

noname#252332

バッテリーの充電には、メーカーが指示した製品の充電にかかわる数字と、出版されて世間も認めているバッテリーの物性に関する数字というものがあるのですから、その組み合わせで設計するのが良いと思いますよ。充電後の内部抵抗をナントカと仮定すると言われますが聞いたことがありません。実在する数字を組み合わせて設計を完結することです。

お礼

ありがとうございます。

なるほど。まだまだ勉強不足なものですから、知っている範囲での計算方法と知らない部分の数値はネットを検索した限りの想定で計算していました。

私の計算方法では、バッテリの内部抵抗を想定して使ったところが迷い道に入った原因かなぁと考えています。

どういう計算だといいのか、まだ分かりません。

回答No.5

GPRO999

再回答
私の事例は１２Ｖ４Ａのトランスですが充電開始時は５Ａ近く流れますが
数分で１Ａくらいまで下がりますメーカー指定は６００ｍＡですので
そのままで２～３時間充電して緊急用として屋外で使用します・・・・・

シールドタイプなのでガス内部還流型だとおもいますが、いくらか温度上昇は
ありますが、事故は起こしていません、長時間充電したいときは
１次側電圧を下げ１３Ｖ～１５Ｖで充電を継続させてますが電流は５００ｍＡ以下です

ニカド電池に比べ強いですから充電は少し乱暴でも大丈夫です・・・
アダプターが１５Ｖとのことですがトランスを使わない最近のＡＣアダプターは
負荷抵抗が低いと起動しないことがありそこが心配です・・(照明用途には不向き）
直列抵抗で負荷インピーダンスを高めておかないと起動ミスを起こすかも？
最初の突入電流に耐えてくれれば意外とつかえるかもしれません

充電電流はバッテリー自体がセルの規定電圧１５Ｖで殆ど流れなくなります
１５Ｖ３Ａが供給側とすれば十分使えるのでは？課題は開始時の突入です
アダプター自身が起動しないかもしれないことです

お礼

ありがとうございます。

ＡＣアダプタが起動しないこともある事は、考えていませんでした。
新しい知見です。
参考にさせていただきます。

回答No.4

noname#252332

＞　５６．８Ωも入れたら、電源の１４．２Vは抵抗でほぼ電圧を喰って
＞　しまい、バッテリーにかかる電圧がほとんどなくなり、充電どころ
＞　ではなくなると思うのですが？？

　ほとんどかたくさんかではなく回路にはすべて数字があります。端子電圧12.8Vの時、(14.2-12.8)÷56.8=24mAが充電電流になり、満充電にはたいへんな時間がかかります。抵抗だけであらゆる端子電圧に対して既定の充電電流で行うなら他の選択肢はないのですから、これを解決するために世の中に安定化電源というものがあります。

　製品の充電器でも安価なものは充電開始電圧を何V以上と決めているものがたくさんあります。端子電圧を10Vとか8Vとか決めてしまっても構わないと思いますよ。いずれにせよ充電終了の判断は人力で継続的に測定する必要があり難しいですよ。

補足

私の計算ですが、電源電圧１４．２V
電流制限抵抗５６．８オーム
バッテリー充電開始時の内部抵抗３オーム（想定）
とします。この直列抵抗で分圧すると
１４．２×（５６．８／（５６．８＋３））＝１３．４９V（電流制限抵抗）
１４．２×（３／（５６．８＋３））＝０．７１V（バッテリにかかる電圧）

充電開始時流れる電流は
１３．４９／５６．８＝０．２４A（電流制限抵抗にもバッテリにも同電流）

抵抗の耐電力はW＝I×I×Rから
０．２４×０．２４×５６．８＝３．２０W

バッテリー充電経過後の内部抵抗０．１オーム（想定）
とします。この直列抵抗で分圧すると
１４．２×（５６．８／（５６．８＋０．１））＝１４．１８V（電流制限抵抗）
１４．２×（０．１／（５６．８＋０．１））＝０．０２V（バッテリにかかる電圧）

充電経過後流れる電流は
１４．１８／５６．８＝０．２５A（電流制限抵抗にもバッテリにも同電流）

抵抗の耐電力はW＝I×I×Rから
０．２５×０．２５×５６．８＝３．５４W

という計算をしました。電流制限抵抗で電圧降下が大きく０．７１Vや０．０２Vのバッテリにかかる電圧ではとても充電できません。

（V－Vf）／（流す電流）＝制限抵抗値　と言う計算はＬＥＤの計算で良く使いますが、
ＬＥＤの抵抗値が数Ω~数十Ωある場合に有効であり、バッテリのように内部抵抗が小数点以下
の場合などには使えないのではないでしょうか。

どこかで考え方を錯覚しているのでしょうか？

回答No.3

GPRO999

シールド型鉛バッテリーは充電仕様が１０時間率で決められていると思います
１２Ｖ２．３Ａ/hという容量がバッテリーに記載されているとすれば充電電流は
０．２３Ａが基準かと思います・・・・ただ鉛バッテリーの場合残存容量が邪魔して
新品から、充電を繰り返すうち全体容量が減少する特徴がありますから
過充電は避けるようにしないといけませんので１５Ｖでカット・オフしましょう

メーカーは１０時間率で充電電流を指定しているはずですが
お持ちのＰＣ用ＡＣアダプターが１２Ｖ3Aであるとすれば、解放端で１６Ｖ以上？
鉛電池の場合完全直流より脈流（半波整流）の方が電池が受け入れやすいので
ＡＣアダプター程度のもので充電は可能です

直列抵抗で電流制限して面倒みながら（０．２Ａ）充電すれば良いですが
可変型巻き線抵抗（２０ワット５００オーム程度）直列に入れ電流計を介して
電流調整してあげれば使えるのでは？

電池の内部抵抗は解りませんが放電状態の電池では突入電流は大きいですから
ＡＣアダプターの回路がダウンする可能性があるので大きめの直列抵抗で安全策
が安心です・・・

私は拾ってきたＡＣトランス１２Ｖ4Aにパワーダイオード介して５０００マイクロの
ケミカルコンデンサーで受け１２Ｖ６Ａの鉛シール電池充電していますが快調です

お礼

ありがとうございます。

私が持っているＰＣ用アダプタは１５V３Ａです。ダイオードを付けずに１００オームのセメント抵抗を繋いだだけの閉回路で電圧は１６Vありました。

GPRO999さんは、ＡＣトランス１２Ｖ4Aにパワーダイオード介して５０００マイクロの ケミカルコンデンサーで受け１２Ｖ６Ａの鉛シール電池に充電していらっしゃると言う事ですが、充電電流は４A流れると言う事はないでしょうか？過電流でバッテリーがガッシングを起こして破裂する危険性はないのでしょうか？

回答No.2

noname#252332

鉛電池は工業製品ですから充電の方法はメーカーの指示に従います。鉛電池の一般的物性に従うのはメーカーの指示が分からない場合です。

http://akizukidenshi.com/catalog/g/gB-01663/
　これの場合は

http://akizukidenshi.com/download/ds/gsyuasa/GS-YUASA-NP.pdf
　ここから13.65Vの定電圧でただし最大0.25Aに制限しなければならないことが分かります。

> 整流ダイオードを２ヶ直列に接続して電圧降下
> させ約１４．２Vになりました。

　と言いますが電流を流さなければダイオードの電圧降下は測れないでしょう。以下、この点を指摘した上で14.2Vを信頼することにします。

　バッテリーの内部が壊れて電極が短絡した場合でも0.25A以下とする目的ならば、抵抗値は
14.2÷0.25=56.8Ω以上
です。この場合充電終了は充電を止めて端子電圧を測って決定する必要があります。充電終了には非常に長い時間がかかるでしょう。鉛電池はニカド電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池と違い、端子電圧から充電状態を知ることが可能です。抵抗器に必要な電力容量は電池が壊れている場合も考慮すると14.2×0.25=3.55W以上で、5Wを使用します。煙が出て色が変わるほど暑くなりますがそんなもんです。十分な余裕を見て使用します。10Wや20Wでも本当に3.55Wで使うと心配になるほど発熱します。

　一方、充電開始時の端子電圧を10V以上と規制できるならば
(14.2-10)÷0.25=16.8Ω以上
です。この場合も充電終了は充電を止めて端子電圧を測って決定する必要があります。それなりに実用的に使えると思いあんすが、つなぎっぱなしで忘れると言う危険性はあります。この運転条件で必要な電力は(14.2-10)×0.25=1.05W以上です。以下同文。

　安定化電源で充電電圧を13.65V、最大電流を0.25Aに制限できるなら、10時間程度つなぎっぱなしにしておけば満充電となっているという便利な充電器になります。

　個々の商品を離れて鉛電池一般の物性と言う話をすれば、12.7～12.8Vでフローティング充電(永久につなぎっぱなし)という使い方ができると「新しい電池」という非常に古い本に書いてあります。実際にこの数字を謳った電池メーカーの仕様書もあります。その際の制限電流は無限大(つまり電池が壊れていないと仮定するのでしょう)と言うメーカーと、具体的な電流値を規定しているメーカーの2種類があります。

　おまけ。鉛電池の連続充電を「トリクル充電」と書いた記事がありますが、トリクル充電はエネルギの内部消費(発熱)による廃棄をあてにしたニカド電池(ニッケル水素でも一部実施されるが過剰充電に弱く連続では出来ない)の連続充電方式であり、鉛電池の物性上の端子電圧である12.7～12.8Vをあてにしたフローティング充電とは別の原理です。

お礼

ありがとうございます。
ダイオード２本直列で得られた１４，２Vは、ダイオードの先に１００オームのセメント抵抗を入れて閉回路を構成しています。

バッテリーの横にメーカの充電規格があって、０．３Aで１０時間とありました。電圧表示はありません。
ピッタリの規格で作るのは難しいので、０．１５～０．２３Aの範囲で行い、充電時間は倍になってもその方がバッテリーには優しいだろうと思います。

＞バッテリーの内部が壊れて電極が短絡した場合でも0.25A以下とする目的ならば、抵抗値は
14.2÷0.25=56.8Ω以上
どうも理解出来ないでいるのが、バッテリーに直列に入れた電流制限抵抗の５６．８Ωです。５６．８Ωも入れたら、電源の１４．２Vは抵抗でほぼ電圧を喰ってしまい、バッテリーにかかる電圧がほとんどなくなり、充電どころではなくなると思うのですが？？

鉛バッテリー充電の場合、ＬＥＤの電流制限抵抗の計算のようにならない（分圧時の電流制限抵抗値とバッテリーの内部抵抗はとても小さいので）計算値になりました。
この辺に私の考え違いがあるのでしょうか？？

回答No.1

usami33

質問の回答ではないのですが、色々知識がある方の様なので、参考資料を少し紹介させていただきます。
充放電のコントロールの規格は「ＳＭＢＵＳ」と言う規格に沿って行われています。
http://smbus.org/specs/

↑は判り辛いので、充放電の遷移をまとめた図も紹介しておきます。
http://www.maximintegrated.com/jp/app-notes/index.mvp/id/680

観点は電圧、電流のその時々の値と累積値、そして温度、これらの条件をもとに、
満充電の判断や危険状態を判断します。

お礼

ありがとうございました。