電池はイオン化学反応で電子を交換することで回路に電流を流しますが、充電された電池の中で反応できる分子の数は限られているため、電池のエネルギーが枯渇する前に回路に流すことができる総電荷量には限界があります。 電池の容量は、電子の総数で測ることもできますが、それでは膨大な数になってしまいます。 クーロンという単位（6.25×1018個の電子、つまり62億5000万個の電子に相当）を使って実用的な量にすることもできるが、それに代わって新たに作られたのが「アンプ・アワー」という単位である。 1アンペアは、実際には1秒間に1クーロンの電子が流れる量であり、1時間は3600秒であるから、クーロンとアンペアアワーは直接的な比例関係にあると言える。 1アンペアアワー＝3600クーロンです。 昔からある単位で十分なのに、なぜ新しい単位を作ったのでしょうか？
電池の容量を測るアンペアアワーの応用
1アンペアアワーの容量を持つ電池は、1アンペアの電流を負荷に正確に1時間、2アンペアを1/2時間、1/3アンペアを3時間など、完全に放電するまで供給し続けることができます。 理想的な電池では、この連続電流と放電時間の関係は安定した絶対的なものですが、実際の電池はこの単純な一次式の通りには動きません。
例えば、平均的な自動車用バッテリーは、3.5アンペアの電流で約70アンペアの容量を持っています。 つまり、このバッテリーが3.5アンペアの電流を負荷に供給し続けることができる時間は、20時間（70アンペア／3.5アンペア）ということになります。 しかし、このバッテリーに、より抵抗の低い負荷を接続して、70アンペアの電流を連続して流したとします。 アンペアアワーの計算式では、バッテリーはちょうど1時間（70アンペアアワー／70アンペア）持つことになりますが、実際にはそうはいかないかもしれません。 電流が大きくなると、バッテリーは内部の抵抗でより多くの熱を放散し、内部で起こる化学反応を変化させる効果があります。 おそらく、この大きな負荷の下では、計算上の1時間よりも少し前に、バッテリーは完全に放電してしまうでしょう。
逆に、非常に軽い負荷 (1 mA) をバッテリーに接続した場合、この式では 70,000 時間、つまり 8 年弱 (70 アンペアアワー / 1 ミリアンペア) 電力を供給できることになりますが、実際のバッテリーでは、8 年が経過する前に、他の要因 (電解液の蒸発、電極の劣化、バッテリー内のリーク電流) によって化学エネルギーの多くが消耗している可能性があります。 したがって、アンペア時間の関係は、バッテリーの寿命の理想的な近似値であると考えなければなりません。アンペア時間の定格は、メーカーが指定した電流または時間の近くでのみ信頼されます。
二次電池の場合、アンペア時定格は、任意のレベルの充電電流における必要な充電時間のルールとなります。
一般的な電池のおおよそのアンペア時容量を以下に示します。
- 典型的な自動車用電池：70アンペア時＠3.5A（二次電池）
- Dサイズのカーボン・亜鉛電池：4.5アンペア時＠100mA（一次電池）
- 9ボルトのカーボンジンク電池：400ミリアンペア時＠8mA（一次電池）
バッテリーの状態を確認するには-負荷をかけた場合とかけなかった場合？
電池が放電すると、内部のエネルギーが減少するだけでなく、電解液の導電性が低下することで内部抵抗が増加し、化学物質が希釈されることで開放セル電圧が低下します。 放電中の電池が見せる最も分かりやすい変化は、抵抗の増加です。 バッテリーの状態を確認するには、負荷をかけてかなりの電流を流した状態で電圧を測定するのが一番です。 そうしないと、端子間の単純な電圧計チェックでは、内部抵抗がかなり増加しているにもかかわらず、健全なバッテリー（適切な電圧）と誤認される可能性があります。 何が「相当な電流」を構成するかは、バッテリーの設計パラメータによって決まります。
完全に充電されたバッテリー：
さて、バッテリーが少し放電すると……。 . .
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負荷をかけずに電圧をチェックするのと比べて、負荷をかけて電圧をチェックすると、バッテリーの本当の状態がどれだけ明らかになるかに注目してください。 これは、電圧計（無負荷）だけでバッテリーをチェックするのは無意味だということでしょうか？ いや、そうではありません。 13.2Vのバッテリーを電圧計でチェックして7.5Vしか出なければ、間違いなく死んでいると言えます。 しかし、電圧計が12.5ボルトを示していれば、満充電に近いか、やや消耗しているかもしれませんが、負荷をかけてみないとわかりません。 また、バッテリーに負荷をかけるための抵抗は、予想される電力量に見合ったものでなければならないことにも注意が必要です。
REVIEW:
- アンペアアワーとは、バッテリーのエネルギー容量の単位で、バッテリーが内部の化学エネルギーを使い果たす前に供給できる連続電流に放電時間を掛けたものです。
- amp hourのバッテリー定格は、バッテリーの充電容量の近似値に過ぎず、メーカーが指定した電流レベルまたは時間でのみ信頼すべきものです。 このような定格は、非常に高い電流や非常に長い時間を正確に外挿することはできません。
- 放電したバッテリーは電圧を失い、抵抗が増加します。
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