電圧とアンペア時間: 関係は何ですか?

もしかしたら、もっと詳しく知りたい、あるいは電圧とアンペア時間に関する自分の概念が正しいかどうかを確認したいだけかもしれません。 コードレス ツールを初めて使用するため、どこから始めればよいかわからないかもしれません。 パーティーに参加できてよかったです!

電圧とアンペア時間は、コードレス ツールに関する最も基本的な質問の 1 つです。 混乱するかもしれません。 コード付きツールでは、消費するアンペア数に基づいて電力量を説明することがよくあります。 これは、実質的に無限の電源がある場合に最適です。 ほとんどの人は、コードレス ツールの数値を要約して、電圧は電力に相当し、アンペア時間は稼働時間に相当すると考えています。 そうですね…まあ、ある意味…そうかもしれません。 これら 2 つの測定値は、実際のバッテリー容量 (ワット時と呼ばれる用語) から得られます。 方程式は次のとおりです。

アンペア時間 x 公称電圧 = ワット時

ほとんどのバッテリーのラベルを見ると、その容量の合計ワット時が表示されます。 基本的に、燃料タンク (ワット時) が大きいほど、潜在的なエネルギーは高くなります。それは、それをどのように使用するかの問題です。

バッテリーを分解すると (絶対に分解しないでください)、電力を蓄えてツールに電力を供給する個々のバッテリー セルが見つかります。 各バッテリーは特定の電圧を供給できます。使用される 18650 リチウムイオン セルでは通常 3.6 ボルトです。 12V バッテリーが必要ですか? それらを 3 つ並べてシリーズにします。 18Vバッテリーが必要ですか? 5を使用します。

あなたが私と一緒に計算をしているなら、問題があることはすでにご存知でしょう。 電圧は、セルが保持する電荷の量に基づいてセル内でわずかに変化します。 満充電状態では、低電圧よりも高い電圧を生成できます。 この 3.6V セルは、実際にはフル充電状態で 4V を少し超える電圧を生成します。 そうはいっても、計算は完璧にはいきません。 でも、まだ私への信頼を失わないでください。 これらの異常については後の記事で説明します。 ここでは、電力としての電圧に焦点を当てましょう。

より多くの電力が必要な場合は、バッテリーに直列に別のセルを追加するだけです。 新しいものを追加するたびに、約 4V ずつ増加します。 理論的には、12V、16V、20V、24V などを実行できます。 幸いなことに、工具業界は工具用に 12V、18V/20V、および 36V プラットフォームに落ち着いていますが、屋外電源機器には他の組み合わせも存在します。

アンペア時間の簡単な定義は、バッテリー パックが 1 時間供給できるアンペア数です。 他のすべての要因 (温度や振動など) を無視すると、3.0 アンペア時間のバッテリーは 1 時間で 3 アンペアの電流を供給します。 5.0 アンペア時間のバッテリーでは、1 時間で 5 アンペアの電力が供給されます。 電圧とは異なり、これは固定された数値ではありません。 バッテリーからより高いアンペア数を引き出すことができ、稼働時間を短縮できます。 Jon Bucklew は、マキタ 18V LXT ブラシレス アングル グラインダーを使用して、これについて優れたデモンストレーションを行いました。 消費するアンペアを減らして、より長く動作させることもできます。

それはすべて直線的です。 5.0 アンペア時バッテリーで 2.5 アンペアを動作させ、2 時間の動作時間を実現します。 3 アンペア時間のバッテリーで 6 アンペアを消費します。これで、30 分しか使用できなくなります。 以下は、現在の描画が実行時間にどのような影響を与えるかを示すグラフです。

では、どうやってその数字を取得するのでしょうか? ほとんどのリチウムイオン電池セルは、およそ 2000 ミリアンペア時、つまり 2.0 アンペア時で動作します。 これらのセルを直列に接続しても、合計で 2.0 アンペア時しか生成されません。 直列接続の場合、アンペア時間ではなく、組み合わせられる電圧が重要になります。

アンペア時間を増やすときは、セルを並列に接続します。 以下は一般的な 12V バッテリーの例です。

3 つの 18650 リチウムイオン電池が直列に接続されています。

各セルは 3.6 ボルトと 2.0 アンペア時を伝送します。 直列接続されているため、10.8 ボルト (完全充電時は 12 V) が得られますが、それでも 2.0 アンペア時間にすぎません。

別の電子デバイスは同じ 3 つのセルを使用しますが、それらを並列に配線します。 現在、わずか 3.6 ボルトですが、6.0 アンペア時を生成しています。

大容量バッテリーでは、直列配線と並列配線の組み合わせが発生します。 まず、必要な 18V を得るために 5 つのセルを直列に接続します。 次に、同じように配線された別のセットを並列に接続します。 電圧は 18 のままですが、アンプ時間は 2 倍の 4.0 に増加しました。 理論的には、別のセットを追加して、18V で 6.0 アンペア時を得ることができます。

最近のベスト芝刈り機の記事で、Black & Decker と Craftsman は基本的に最大 20V のバッテリーを再利用しているようだと指摘しました。 おそらくそうだったでしょう。 最大 20V、5.0 アンペア時バッテリーを 5S2P 構成 (5 直列、2 並列 = 合計 10 個のセルを 5 個 2 セットとして配置) で使用し、すべてを直列で動作させます。 構成を 10S (10 シリーズ) に変更するだけで、最大 40 V、2.5 アンペア時バッテリーが得られます。

合計 10 個のセルを 5 個のセルを 2 列に直列に配置 = 20V 最大 5Ah バッテリー パック

合計 10 個のセルを直列 10 個のセルの連続 1 行に配置 = 40V 最大 2.5Ah バッテリー パック

ここで総ワットアワーの考えに戻ります…バッテリーセルをどのように配線するかに関係なく、セルの数がパックのワットアワーを決定します。 40V (公称 36V)、2.5 アンペア時間の Black & Decker バッテリーと、その 20V (公称 18V)、5.0 アンペア時間のバッテリーは両方とも、合計 90 ワット時があります。

現実の世界では、事態がおかしくなり始めます。 温度 (暑すぎる、寒すぎる)、振動、その他の環境条件について話すと、電圧とアンペア時間は理想から離れ始めます。 ただし、こうした状況は現場の生活の一部です。 ある意味、メーカーは、実際の作業経験をよりよく表す低い定格 (最大 20 V ではなく公称 18 V) をリストするだけで、より良い期待を設定できます。

より良いバッテリーを作る方法はあります。 バッテリー内部の化学反応 (陽極、陰極、電解質などのコンポーネント) を試してみることができます。 違いは、各細胞の抵抗、インピーダンス、およびほとんどの普通の人には定義できないその他の興味深い言葉に発生します。 これにより、パフォーマンスが向上します (場合によっては低下します)。 突然、18 ボルトで 3 アンペア時を生成していた同じ数のセルが、同じ電圧を供給していますが、その電圧は 4 アンペア時であり、現在は 5 個です。

企業ごとの性能の違いは、使用するバッテリーセルに大きく関係しています。 彼らが使用する電子制御と安全装置も関係します。 配線構成を変更するだけで、バッテリー パックへの電力、アンペア時間、またはその両方を追加できるようになります。 実際の組み合わせの結果は、電圧が高いほど全体的な電力が増加し、アンペア時間が長いほど全体的な動作時間が長くなると単純化できます。

メーカーはさまざまなバッテリーセルとハウジング設計を常にテストしているため、ワット時方程式のアンペア時端の改善は今後も続くでしょう。 今のところ、OPE がスイート スポットに落ち着くまで、コードレス ツールの電圧は現状維持が続くと思われます。