8日目


バッテリー特性実験

電気自動車の製作を検討するにあたり、自動車の設計はひとまず横にどけておいて、重要な要素はモーターと電池である。その中でももっとも重要な要素がバッテリーであることは過去の7回の講義で明白になっている。今日はそのバッテリーの特性を調べる実験を行った。


  1. バッテリーの特性
    電気自動車に搭載するバッテリーに要求される性能は大きく分けると以下のようなものである。
    1. 放電特性
      バッテリーの放電は充電の逆のプロセスで、充電されていた電気の容量が放電を開始して放電を終了するまでの放電時間で、時間の経過と共に放電電流と電圧の変化を見ることで放電特性を知ることが出来る。式として記載すれば 

      容量=放電電流 x 放電終了までの時間 となる。
    2. 始動性能
      実験では無負荷状態での電動機の始動時の電流値の変化を確認したが、開始後の安定した領域での電流値と比べると10倍程度に跳ね上がることが確認できた。このことから、電気自動車のように始動時にすでに負荷がかかっている場合の電流値は100から300Aに達することもあるとのことであった。
    3. 充電特性
      放電した後のバッテリーに一定の電圧で充電したときの電流値と電圧を測定した。4回目の講義でCという単位を学んだ、たとえば1Cの充電とは1時間で充電が完了するということで、たとえば20Cの場合は〔60分/20=>3分)3分で充電が完了する。また1Cの放電とは1時間で放電するという意味のようだ。その時の電流値が3Aであれば3Ahであり、1C=3Aと記載するようである。〔頂いたハンドアウトに放電の電流値とありましたが、あるいは充電のミスプリントかもしれません)

      定電流充電とは規格電圧まで一定の電流値で充電する方法である。〔実験では変圧器を用いて4ボルトの定電圧で充電したように思われるが、実験中はきがつかなかったので、教授にかくにんしていません。)
      パルス充電とは短期間に充電を行うために規格を超える電圧をパルス状に掛ける方法である。
    4. 経年変化
      充放電回数やメモリー効果など
  2. 実験
    放電実験の前に、電池内部の起電力E0について説明があった。実は電池の内部にも電気的な抵抗があるので、熱の原因となる。バッテリーの起電力と内部抵抗の計算式は以下のトリオである。〔内部抵抗の図は垂直に立っている筈ですが、インスピレーションソフトの機能で回転が出来ないようですので、横のままにしました)

    1. 放電実験
      上の回路に抵抗部分に小さな工作用のモータを3個つけた回路で、起電力3.6V〔抵抗に接続しない状態でのバッテリーの起電力)、電圧計の表示は3.5ボルト〔回路に接続した状態で計測)、電流計は0.83Aであったので、内部抵抗は以下のようになった。

      内部抵抗  r=〔E0−V〕/I=(3.6−3.55)/0.83=0.06オーム

      〔注意:放電の場合は電流も電圧も高いほうから低いほうに変化してゆきます。下の図は右が初期値で左に変化してゆきます。数値データは放電および充電データが下の図のさらに下に掲載されています。)

      1. 数値データ

    2. 充電実験のグラフ


    3. リンク
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