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ソーラー蓄電システム バッテリーの基礎知識

正確なバッテリー状態の見方と電圧計測の難しさ

当ページでは、ソーラー充電中、またはインバーターを介した負荷接続時における、正確なバッテリー電圧の計測の難しさについて解説いたします。

バッテリーは、まさに「生き物」であり負荷接続環境や充電環境により、新品時の充放電特性は当然に同じはずだったのに、使用しているうちに全く異なった特性を持つようになります。

バッテリーとインバーターのイメージ画像

また、バッテリー電圧について言えば、「充電中の電圧」と「放電中の電圧」が同じ数値を示していても、実際のバッテリー残量(放電状態)は異なります。

とても多くある相談で「自分の使用しているバッテリーは、満充電状態で13.5Vを示しているが、劣化していないか?」というような、どのような経過、状態で計測した電圧であるかを明示しないで質問される方がいらっしゃいます。

冒頭で説明したとおり、バッテリーは「生き物」であり、充電中の計測数値なのかインバーター等で放電中の数値なのかが分からなければ、何ともお答えしようがありません。

ここでは、鉛シールドバッテリーを基礎として、お使いのバッテリーの「劣化度」「元気度」を含む正確なバッテリー電圧の見方と計測方法について解説してまいります。

バッテリーの充電状態とバッテリー容量の目安

独立系のソーラー発電システム、蓄電システムを1年以上扱っている方々は、概ね「経験知」として理解されていると思いますが、鉛バッテリー電圧とバッテリー充電状態(バッテリー残量)は比例的に求めることはできません

一番重要なのは、仮にテスターで計測した数値が「12.5V」であったとき、それは

「11.0Vまで放電された100Ahバッテリーを10Aの電流もしくは1Aで充電中の数値なのか」

それとも

「充電が中断した夜間、充電中断後すぐの電圧なのか、1時間後のものなのか」

または

「満充電から500Wの負荷をかけつつ、10A程度または2Aのソーラー充電中の数値なのか」

はたまた

「朝充電開始前に13.0Vだった電圧から100W負荷を接続しているだけの状態なのか」

・・・ということを考えなければなりません。

もうお分かりのとおり、バッテリー電圧は大きな負荷をかければ電圧降下は大きく、劣化したバッテリーでは一層の電圧降下を起こします。逆に、大きな電流値で充電を行っている最中は、電圧上昇度の早いバッテリー電圧範囲や、逆に遅い電圧範囲も存在します。

最も難しいのは、その電圧範囲自体がみなさんの使用環境に応じた「クセ」を持つバッテリーに変質してしまっているケースで、一概に「12.5Vを示しているなら、あなたのバッテリーの充電状態は60%程度のはずです」とは間違っても言えないことなのです。

鉛シールドバッテリーに関して言えば、概ね以下のような「バッテリー容量」対「バッテリー電圧値」の関係を持っています。
※あくまでも、劣化していない12V、100Ahの元気なバッテリー数値として示しています。計測値は充放電状態のままの数値です。

満充電から1/10C(10A)程度の負荷をかけながら5Aのソーラー充電を行っている場合

満充電〜90%容量 13.5V〜13.0V  
90%容量〜60%容量 13.0V〜12.5V 最も容量比率の大きい電圧範囲
60%容量〜40%容量 12.5V〜11.5V  
40%容量〜30%容量 11.5V〜11.0V  
30%未満 11.0V〜10.0V インバーターの遮断電圧範囲

30%容量を持つ11.0Vのバッテリーを1/10C(10A)でソーラー充電だけを行った場合

充電開始〜50%容量 12.3V〜13.0V 11.0Vだったはずの電圧が充電開始直後には、すでに12.3Vとなっている
50%容量〜60%容量 13.0V〜13.4V 2番目に容量比率の大きい電圧範囲
60%容量〜80%容量 13.4V〜13.8V 最も容量比率の大きい電圧範囲
80%容量〜95%容量 13.8V〜14.3V  
95%容量〜満充電 14.3V〜14.5V
満充電〜フロート充電中 13.6V〜13.7V 本当の満充電電圧値

上記数値を見ていかがでしょうか?

1項の充電容量よりも放電電流値の大きい一般的な独立系のソーラー発電システムと、2項の負荷をかけずに充電一方のバッテリー電圧の違いがおわかりでしょうか?

要するに、満充電状態から放電に向かうときのバッテリー電圧特性は、放電状態から満充電方向に向かうときのバッテリー電圧とは、「全く異なる」数値を示すということなのです。

50%程度放電状態と思われるバッテリーに24W(12V/2A)の負荷をかけながら、2Aのソーラー充電を行った場合 ※バッテリーは元気な100Ah容量として、充放電差分電流値を「±0A」しています。

充放電開始(50%容量)
〜60%容量
12.3V〜12.8V  
60%容量〜70%容量 12.8V〜13.4V 2番目に容量比率の大きい電圧範囲
70%容量〜80%容量 13.4V〜13.8V 最も容量比率の大きい電圧範囲
80%容量〜90%容量 13.8V〜14.1V  
90%容量〜95%容量 14.1V〜14.2V  
95%容量〜満充電 14.2V〜14.3V 満充電のはずなのに14.5Vに達していない(負荷が接続されているので実際のバッテリー電圧より低く出る)
満充電〜フロート充電中 13.5V〜13.6V 負荷があるので低めに出る(実際は、バルク充電とフロート充電の繰り返しとなる)

さて、この数値をみなさまはどのように理解されるでしょうか?

しかしながら、概ね上記数値を見ておわかりのとおり、鉛バッテリーの特徴として、「12.8V〜13.5V」近辺が最も容量率の高い電圧範囲でありことがわかります。

この項では、鉛バッテリーには容量と電圧の関係は「必ずしも比例していない」と理解いただければ成功です。

バッテリー電圧の正しい計測方法と劣化度について

独立系のソーラー発電ファンのみなさまは、意外にこの計測方法をご存じないようです。

また、当店で販売しているEPsolar製、MORNINGSTAR製、Steca製ほかデジタルメーターに表示される電圧値にも誤差があります。厳密にご使用中のバッテリー状態を確認したい場合には、必ず計測器(テスター等)をお使いください。

※電池容量が少なくなっている安物のテスターにも誤差が多くあります。

以下、正確なバッテリー電圧計測方法の際の注意事項ついて列記いたします。

  1. 充電中、放電中は正しい数値は計測できません。
  2. バッテリーターミナルの(−)端子を外して、チャージコントローラーに電気が供給されていないことを確認します。(LED等の消灯)
  3. 計測は、充放電をやめてから1時間以上経過してから行います。

正しく計測された状態で、以下電圧値によってバッテリーの劣化度を確認ください。(あくまでも、当店取扱いの「鉛シールドディープサイクルバッテリー」の参考値です)

14V以上 電極障害、過充電による電極損傷
13.6V〜13.9V 電極障害、過充電経験あり
13.0V〜13.5V とても元気な状態(正常)
12.5V〜12.9V 50%までの充放電で1年程度経過
12.4V〜12.0V 50%までの充放電で1年6ヶ月程度経過
11.9V〜11.5V 50%までの充放電で2年程度経過(寿命)
11.5V以下 交換しましょう

上記数値は、あくまでも目安です。

要するに、バッテリーは冒頭で説明したとおり「生き物」です。

毎日必ずバッテリー電源を使うものの、満充電状態(フロート充電まで行う)を一度も現出させない場合、やはりそのバッテリーの劣化は、満充電状態を1週間に一度は現出させている場合と比較して顕著に進行します。

また、非常用電源として用意したため、日常は一切の電気を使わず、フロート充電状態が続いている場合にも劣化は進みます。

最後に、バッテリーを元気に長持ちさせるコツを以下列記いたします。

バッテリーを長持ちさせる要諦

  1. なるべく過放電は避けること。(インバーター警告音まで、できれば使わない)
  2. 大容量の放電は避けること。(連続10分以上の1/2C以上は行わない)
  3. 1週間に1度は満充電状態を作ってあげること。
  4. 負荷接続端子を用いて、小容量の放電を行う(そのために付いている端子です)
  5. 充電電流は「1/5C」以内(5時間で満充電の電流値)とすること。
  6. 日なたに設置しないこと。
  7. 通気性の良い場所に設置し、昼夜の寒暖差の激しいところに設置しないこと。

こんなところでしょうか?

とにもかくにも、バッテリー状態に関する質問には、本当に難しいものがあります。

W(ワット)単価を安く上げるも高くしてしまうも、それは皆さんの責任範囲です。

当店でも、だいぶ販売実績を伸ばしていますが、「リン酸鉄リチウムイオンバッテリー」は、その点あまり神経質になる必要もない高性能バッテリー(もう次世代バッテリーではありません)です。

劣化を気にすることなく深い放電と大容量充電が可能で、実際に使える電力量の多さには瞠目させられます。(表示されている容量の95%放電深度で12Vを切ってきます)

もう少し安価に販売できるように、当店でも努力しますのでご検討くださると幸いです!!

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