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環境保護 災害キャンパー クルマ旅 スタッフブログ コラム 2021.11.16

サブバッテリーは、どれも同じではない⁉︎車載クーラーなど、消費電力の大きなキャンピングカーに開発されたディーブサイクルバッテリーとは?

サブバッテリーは、どれも同じではない⁉︎車載クーラーなど、消費電力の大きなキャンピングカーに開発されたディーブサイクルバッテリーとは?

性能面では圧倒的にリチウムイオンバッテリーが優秀ですが、ディープサイクルバッテリーも扱い方を注意しておけば十分使えます。なによりコスパが格段にいいのが魅力です。最近では、車載クーラーなど、消費電力の大きな電気製品を長時間使うキャンピングカー向けに開発され、連続放電試験の結果、従来の使用時間より最大70 %UPを実現するなど、まだディーブサイクルバッテリー進化しています。そもそディープサイクルバッテリーとはどんな特徴があるのでしょうか?

バッテリーのはじまり

1780年、イタリアの生物学者ガルバーニという人が、カエルの足の神経に2種類の金属をふれさせると電流が流れ、足の筋肉がピクピク動くのを発見しました。これが電池の原理の始まりといわれています。

バッテリーの発明者としてはイタリアのアレッサンドロ・ボルタ(1745 – 1827)の名が知られています。

さらに1868年、フランス人のルクランシェという人が「ルクランシェ電池」を発明しました。これは現在の乾電池の母体となるものでしたが、塩化アンモニウム溶液がこぼれたりして不便なところがありました。 ボルタ電池で使われていた液体をゲル状にしたものが、現在の乾電池の原形となった「ルクランシェ電池」です。

しかし、紀元前250年のシュメール遺跡から発掘された土器は、古代の電池であるという説もあり、その発祥については諸説あります。

この土器、人類最初の電池である可能性を持つ瓶は、バグダッド、イラクの考古学的調査により、バグダッド南東のKhujut Rabuで発掘されました。
この “バッテリー”はおよそ紀元前250年のものとされ、装飾品を電気メッキ加工をする道具として使用されていたという説が提唱されました。

これが、人類最初の電池であるかどうかについては学者間でもいまだに論争があり、結論は出ていません。電気をおこすため(電池)ではなく、金銀のメッキのために使われていたものと考えられています。
瓶は、アスファルトで口を封鎖されており、そのアスファルトには銅シリンダに囲まれた鉄の棒が刺さっています。
電池メーカーのボッシュによる電解液として酢やワインを用いた復元実験では、この瓶によって電圧0.9から2ボルト程度を発電できることがわかりました。

バッテリーとは

ひと口に「バッテリー」と言っても、材料の組合せだけで約35種。形や大きさの違いも数えると約4千種もの個性があります。電池の種類は、電気を発生させるしくみと材料の違いによって大きく二つに分けられます。金属化合物などの化学反応を利用して電気を取り出す「化学電池」。そして光や熱エネルギーを利用する「物理電池」です。ディーブサイクルバッテリーは「化学電池」となります。まず、バッテリーの概念としては後で使用するためのエネルギーを蓄積することのできる道具一般を指します。言語の一般的な使用においては、バッテリーとは電気用語で、化学エネルギーを電気に変換する電気化学装置のことを指します。
ガルバニ電池は、2つの異なる金属または金属化合物(陽極と陰極)の電極と電解質(通常は酸だが、一部はアルカリ性)から構成される非常に単純な装置です。

そのため、バッテリーは蓄電装置であり、電気を作ることはできません。バッテリー内の化学物質の変化により、電気エネルギーが貯められたり、放出されたりします。
二次電池では、このプロセスを何度も繰り返すことができます。
バッテリーのエネルギー効率は100%ではなく – 充放電時に熱や化学反応として幾らかのエネルギーが失われます。
もし、バッテリーから1000ワット時を使用した場合、それを完全に再充電するためには1050~1250ワット以上が必要な場合があります。

内部抵抗

充放電時の電力のロスの一部、または大部分は、内部抵抗に起因するものです。
電力の一部は熱に変換され、そのため充電時にはバッテリーの温度が上昇します。
内部抵抗が小さいほど効率は良くなります。 充放電はゆっくり行う方がより効率的です。
例えば6時間率で180AHの定格バッテリーでも、20時間率で220 AH、および48時間率で260 AH程度の電力を取り出すことができます。
大きな電流が流れるほど、この内部抵抗は高まります。このように内部抵抗の値は一定ではなく、流れる電流量によって変化します。

鉛蓄電池一般の効率は、85から95パーセントであり、アルカリやニッカド電池では約65%ですが、コンコルドのような、真のディープサイクルAGMバッテリーは最適条件下では98パーセントに近づくことができます。

ただ、それだけの条件は通常整わない事の方が多いので、バッテリーを選ぶときは10%~20%の電力ロスを考慮されています。

リチウムイオン電池は、理想的な条件下では90%以上の効率を持っていますが、最適条件ではなくなると効率が急速に低下します。
事実上、蓄電システムや太陽光システムで使用されている多くの電池やバックアップシステムは、鉛酸タイプのバッテリーです。
一世紀以上の歴史を持つ鉛バッテリーは、いまだに供給電力量に対する単価は他と比較して最安値です。
一般的にディープサイクル用途で使用されるほとんどすべての電池は鉛蓄電池であり、これは、標準的な液式バッテリー、ゲルセルバッテリー、およびAGMが含まれています。プレートなどの構造は異なりますが、それらはすべて、同様の化学的性質を利用しています。

主要なバッテリータイプ

バッテリーの分類方法には用途によるものと構造によるものの2つがあります。
主な用途は自動車、船舶、そしてディープサイクルです。
ディープサイクルは、非常用電源、太陽光、トラクション、RV等が含まれています。主要な構造形式は、ゲル式、およびAGM(吸収ガラスマット)である。AGMバッテリーには余分な液体が存在しないため、ドライバッテリーと呼ばれています。

バッテリーの寿命

ディープサイクルバッテリーの寿命は、充電方法や、使用環境の温度、およびその他の要因によって大きく変化します。
耐久性に優れた構造のバッテリーでも、極端に厳しい環境下で過充電を繰り返し、水が喪失すると一年も持たないことがあります。
また、逆に一年を通じて殆ど使用されない電話用の予備電池などでは、30年以上たっても一度も交換する必要が無い場合もあります。

スターティング、マリン、ディープサイクルバッテリーとは

スターティングバッテリーは、一般的にエンジンを起動するために使用されます。
エンジンスターターは、ごく短時間に非常に大きな始動電流を必要とします。
スターティングバッテリーは表面積を増やすために、たくさんの薄いプレートを持った構造をしています。
プレートは、非常に微細な発泡スポンジに外観が似ている鉛 “スポンジ”で、できています。
この機構によって非常に大きな表面積を得ることができますが、深放電した場合は鉛スポンジがすぐに消耗し、セルの底に落ちていくことになります。 スターティングバッテリーの通常使用の範囲である2~5パーセントの放電を繰り返す場合には数千回の使用にも耐えますが、深放電の場合、一般に30~150回繰り返すと、寿命が尽きてしまいます。

ディープサイクルバッテリーは、80%以上の放電サイクルでの動作を前提に設計されているので、スターティングバッテリーよりもはるかに厚いプレートを持っています。

ディープサイクルバッテリーと他のバッテリーの最も異なる点は、プレートがスポンジ状ではなく、固体鉛板であるということです。この構造だと、表面積を増やすことはできないので、スターティングバッテリーに必要とされるような瞬発力を持つことはできません。
ディープサイクルバッテリーは20パーセントほどの充電まで下がっても繰り返し使用することができますが、50パーセントほどの使用サイクルにしたほうが、寿命とコストパフォーマンスの兼ね合いから言って望ましいとされています。

マリンバッテリー(補水不要で主にマリンやキャンプなどのレジャーで使うことを前提に作られた、ディープサイクルバッテリー)は(ロールス・Surrette、コンコルドなど少数の例外をのぞいて)通常、スターティングとディープサイクルのハイブリッドであると言えます。

ハイブリッド電池のプレートはスターティングバッテリーで使用されるものよりも、粗く、重いリードスポンジで出来ています。 マリンバッテリーとハイブリッドバッテリーの境目ははっきりとしていません。

スターティングバッテリーは通常、 “CCA”(cold cranking amps)、または “MCA(marine cranking amps)”、と評価されています。

バッテリーの材料

一般的に使用されるほぼすべての二次電池は鉛蓄電池です。ニッカドも使用されていますが、初期費用と廃棄費用が高いので、殆どの用途に適しません。
リチウムイオンタイプ(主に炭素系材料を負極活物質にし、リチウムイオン含有遷移金属酸化物を正極)は最近使用され始めましたが、まだまだ鉛に比べると高価で、また殆どの充電コントローラでは適切に充電がおこなえません。
鉛電池内部の酸は、通常、フル充電の状態で30%が硫酸、70%が水から成ります。
NiFe(ニッケル鉄)バッテリーはとても長寿命ですが、効率が悪く(60~70パーセント)、電圧を標準的な12v/24v/48vのシステムに一致させる事が難しいです。
NiFeバッテリーから70ワットを得るためには100ワットを充電しなければならず、効率面で鉛蓄電池にかなり劣ります。

ニッカド電池もまた、一般的な効率は65%と非効率的で、また非常に高価です。
しかし、ニッカド電池は凍結しても損傷を受けないので、しばしば寒冷地で使用されています。
大半のAGMバッテリーも凍結しても損傷は受けませんが、出力が低下します。

 

産業用ディープサイクルバッテリー

“フォークリフト用”、 “牽引用”などと呼ばれ、電源が長期間にわたって必要とされるところで使用されるので、80%ほどの深充放電を繰り返す事が可能なように設計されています。
フォークリフトやゴルフカートに普及しているので輸送用バッテリーと呼ばれます。
ディープサイクルバッテリーは、自動車用のスターターバッテリーよりもはるかに厚いプレートを持っています。

プレートの厚さ

正極板の厚さは、正極板の侵食に関係してくるので重要です。
バッテリ障害の原因のトップ3のうちの一つが、この正極板の腐食です。
正極板は時間をかけて徐々に侵食されていき、最終的には沈殿物として底に落ち、何も残りません。
なので、板の厚みは直接寿命に関係しています。
他の条件が同じなら、板が厚いほうがバッテリーは長持ちします。
負極は放電時には多少膨張するので、殆ど全てのバッテリーのセパレータはガラスマットや紙などの伸縮可能な素材でできています。

プレートの厚みは、薄いものと、厚いものではおよそ七倍の違いがあります。
もちろん、プレートの厚みだけがバッテリー寿命に関係しているわけではありませんが、非常に重要な要素であるのは事実です。
ほとんどの工業用(フォークリフト)ディープサイクルバッテリーは、アンチモンプレートを使用しているのに対して、AGMやゲルセルバッテリー、自動車用のスターティングバッテリーはプレートに鉛カルシウムを使用しています。

アンチモンは、プレートの強度に貢献しますが、ガスが多く発生し、水もすぐ減ります。
なので、殆どの産業用バッテリーは水位を頻繁にチェックして定期的に補水をおこなう必要があります。
アンチモンプレートを使用するバッテリーの自己放電率は、古いバッテリーだと最大で一日あたり1%ほどになります。
それに対して新品のAGMバッテリーは、通常、月あたり約1%です。
但し古いものに限っては週あたり2%ほどになることもあります。

キャンピングカーユースでより長時間使え、より長寿命なイナダバッテリー

イナダバッテリーは、韓国・現代グループのバッテリーメーカーに生産委託し、製造を行っています。1991年に発売を開始し、大手建設機械メーカー、農業機械メーカーに純正部品として正式採用され、さまざまな業界を評価されています。

この度、イナダバッテリーでは、キャンピングカーユースに向けて、より長時間使え、より長寿命なデープサイクルバッテリーを開発。

極板の合金割合を研究し、カルシウムベースに微少の金属を添加し、大電流充放電に特化した極板構造に成功。

電解液にナノテク技術を採用することで、車載クーラーや電子レンジなど、消費電力の大きな電気製品を長時間使うことを実現しました。連続放電試験の結果、従来の使用時間より最大70 %UPするなど、その性能はAGMバッテリーを凌駕すると評価され、進化した究極の“鉛”バッテリーとして注目を集めています。

最新技術の全固体電池は、まずEV用途として出始めるのが、2025年から2030年くらいと言われていますが、温故知新で進化する鉛デープサイクルバッテリーの今後も注目したい。

 

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