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カーバッテリーの特徴と仕組み

ここでは、バッテリーについて基礎的な情報を記述します。バッテリーは極板の種類と構造によって種類を区分することが出来ます。極板はクラッド式、ペースト式、チュードル式とありますが、日本の一般的な車には多くがペースト式を使用しています。

バッテリーとは

自動車のバッテリーはライト類やワイパーなどの電装品(自動車の電気関係の部品の総称)に使用する電力を供給し、また自動車を動かし始めるために、点火プラグへ火花を飛ばす電力・エンジンを動かし始めるアシストをする外部の力であるスターターモーターに供給する電力源として必要不可欠な役割を担っています。

バッテリーの弱点としては高温にも低温にも弱いことが挙げられます。高温になるほどバッテリー内の化学反応が活発化しバッテリー性能の劣化を促進させます。また、低温であればバッテリー液の容量が低下しバッテリー本来の性能を発揮することが出来ません。

25℃の際の容量を100%とすると、0℃では80%程度、-10℃では70%程度になってしまいます。

そのため、それらの弱点をカバーする上でバッテリーをケースで覆い、「ハイパワー」や「長寿命」を実現する製品もあります。

また、最大限に電力が使用される状況をオルタネーター(交流発電機)の発電だけで対応しようとすれば、オルタネーターは大型化してしまいます。オルタネーターはエンジンで駆動されるため、発電は補機駆動損失になります。しかし、バッテリーがあることで、消費電力の変動に対応出来ます。

バッテリーの容量と温度の関係

バッテリーの容量と温度の関係

バッテリーの構造

自動車のバッテリーには、電極に二酸化鉛と鉛、電解液(バッテリー液)に希硫酸が使われ、その化学反応によって充電と放電の両方を行うことが出来る鉛蓄電池が採用されています。

乗用車の電装品は12Vであり、鉛蓄電池の公称電圧が約2.1Vであるため、6個を直列に組み合わせ12Vにしています。電極はプラス極板とマイナス極板が交互に重なっており、格子状にされた薄い金属です。そこにペースト状の鉛と二酸化鉛が塗布されています。

プラスとマイナスの電極の間にはセパレーターと呼ばれる、プラスとマイナスの電極の接触を防ぐ合成繊維が挟まれています。そこに、電解液(バッテリー液)である希硫酸が収められ1個の電池(セル)が構成されます。6個が直列に接続され、両端の電池(セル)がケース上部に突出するターミナル(端子)に接続されます。

バッテリーの構造

バッテリーの構造

バッテリーの原理

バッテリーが電気を発生する原理は、通常時、電解液(バッテリー液)の中で、希硫酸(H2SO4)が水素イオン(H+)と硫酸イオン(SO42-)に電離して、それぞれがプラス極とマイナス極の周りに集まっています。それが導線を接続すると硫酸イオン(SO42-)の電子がマイナス極から導線を経由し、プラス極へ移動して水素イオンと化合しようとします。この化学反応によって電流が生まれ、放電します。

オルタネーターなどで生み出した電気を蓄える際は、上記と逆の化学反応が起こります。

グラスマットバッテリーとは

現在、技術が進歩し、セパレーターに微細ガラス繊維のマットを用い、従来と同じサイズであっても容量を大きく出来るグラスマットバッテリー(ガラスマットバッテリー)が開発されました。

グラスマットバッテリーはAGMとも呼ばれ、ガラス繊維のマットに電解液を含ませることで、従来のバッテリー構造よりも電解液の濃度の上下に差を生じさせず均等に電極全体の性能を発揮させることが可能となりました。

また、液体での電解液の場合、液体の増減に対応するため、電極上部に電解液が増減しても電極が浸かっている余裕をもつ空間が必要でしたが、グラスマットバッテリーでは常に電解液に電極が触れている構造になるため、余裕を持たせる空間が不要になります。

メンテナンスフリーバッテリーとは

まず、自分のクルマのバッテリーがメンテナンスフリー(以下MFと記載)バッテリーかノーマルのバッテリーか確かめるためにバッテリー上部を御覧ください。MFバッテリーには液注入口がありません。一方ノーマルバッテリーには液注入口があります。メンテナンスフリーと言ってもメンテナンスが一切不要と言う事ではありません。

メンテナンスの頻度を少なくするように、電解液(希硫酸)に含まれる水分の蒸発が少ないバッテリーです。

蒸発を少なくする為に、電極板にカルシウム合金を使用したり、セルキャップが蒸発を防ぐ構造になっています。

「メンテナンスフリー=密閉型」と思われがちですが、実は違います。

密閉型(シールドタイプ)にもセルキャップの無い「密閉型」と横に倒しても液漏れのない「完全密閉型」の2つのタイプがあります。「密閉型(シールドタイプ)=完全密閉型」とも思われがちですが違うのです。

MFバッテリーでもしっかり端子のメンテナンスを行い、電圧測定を行った上で、適切に補充電を行うとMFバッテリーの寿命が伸びやすくなります。

ノーマルバッテリーとメンテナンスフリーバッテリー

ノーマルバッテリーとメンテナンスフリーバッテリー