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バッテリーとは

近年、ハイブリッド自動車や、アイドリングストップ自動車などが普及したことによって、バッテリーも種類が増えてきました。

用途によって、どんな種類のバッテリーがあるのか、バッテリーの仕組みなど、今回はバッテリーのことを勉強していきましょう。

バッテリーの構造

バッテリーの役割

バッテリーは自動車にはなくてはならない物です。バッテリーの役割はみなさんご存じですか?

簡単に言うと、バッテリーは電気を蓄え、その電気を電装品に送って使用出来る用にする為の物ですが、自動車においてはどのような使われ方をしているのでしょうか。

最初に、自動車のキーをオンにすると、ECUなどに通電して、エンジンの始動に必要な準備が行われます。

クランク角度の検知や燃料ポンプを稼働させたり、燃料噴射装置の準備です。

そこからセルモーターを回転させるのにも電気を使いますし、エンジンが掛かってからも、燃料装置や点火プラグに電気を送るのなど、電気は使われ続けます。

バッテリーに蓄えられた電気だけでは、ずっと自動車を動かすことは不可能なので、オルタネーターと呼ばれる発電装置で発電して、バッテリーに電気を貯めながら自動車は動きます。

エンジンが掛かってしまえば、バッテリーは必要ないのか?と思われそうですが、自動車には様々な電装品が使われており、発電容量だけでは自動車の全ての電装品は賄えません。

また、オルタネーターには発電量を制御する装置がついていますが、それでも、エンジンの回転数や、電装品の使用状況などによっては電気の供給が安定しなくなることがあります。

そんな時に、バッテリーからの電気も使用することによって、どんな時でも安定して自動車の稼働と電装品の使用が出来るようになっています。

バッテリーの構造

簡単にバッテリーの構造を見ていきましょう。

バッテリーはプラスとマイナスの極性の鉛板と、それが接触してショートしない為の仕切りの集合体である、極板群と呼ばれる物と、バッテリー液を貯める為の層(セル)によって構成されています。

12Vのバッテリーですと、2V極板群とセルが6つ直列に並んで構成されています。

各セルには電解液と呼ばれる希硫酸が注入されています。

バッテリー表記の見方

40 B 19 L

 ① ②  ③ ④

①バッテリーの性能ランク

この数字で、バッテリーの性能を表しています。

数字が大きくなるほど、高性能になっていきます。

②バッテリーの側面サイズ(短辺側)

バッテリーの側面の幅×高さのサイズを表しています。

A~Hで表記され、アルファベットが大きくなるほどサイズが大きくなります。

③バッテリーの長さ(長辺側)

バッテリーの長辺側の長さを表しています。

数字がそのままcmで読み取れます。19の場合は19cmとなります。

バッテリー端子の配置を表しています。

バッテリーの短辺側から見て、プラス端子が右にある場合はR。プラス端子が左側にある場合はLになります。

バッテリーの種類

一口にバッテリーと言っても、用途やタイプによって様々な種類があります。

エンジンの始動や電装品の使用などに使われる「補機バッテリー」と、ハイブリッド自動車や、電気自動車の走行に使用される「駆動バッテリー」があります。

基本的なバッテリーの種類

開放型バッテリー

バッテリーを使用していると、充電などの際に内部でガスが発生します。

そのガスの圧力を逃がしたりする為の蓋が付いているタイプのバッテリーになります。

ガスが逃げるのと同様に、化学反応によってバッテリー液も蒸発していくので、定期的なバッテリー液のメンテナンスが必要になります。

バッテリー液の補充の際には、精製水を使用しますが、精製水によって元々の希硫酸が薄まっていき、徐々にバッテリーの能力は低下していきます。

密閉型バッテリー

一般的にMF(メンテフリー)と呼ばれるタイプのバッテリーです。

内部の電極の素材によってガスを発生しにくくして、蓋もバッテリー液が蒸発しにくいように工夫されている為、メンテナンスの頻度は下がります。

完全に密閉されている訳ではないので、解放型バッテリーまでとはいきませんが、メンテナンスは必要になりますし、バッテリーを傾けたり倒したりすることで、内部のバッテリー液は外に漏れ出してしまいます。

ドライバッテリー

電極の間に、バッテリー液を染み込ませた繊維を配置したり、ゲル状にしたバッテリー液を使うことによって、液体を使わずに完全に密閉したバッテリーとなります。

ガスが発生しない訳ではないのですが、非常に少なくい為、内部の構造によって外に逃がす必要もありません。

通常のバッテリーと比べて、自己放電が非常に少なく、また、同サイズでより強い電力を使用出来るので、バッテリーの小型化や軽量化が出来ます。

液体を使用していないので、横向けなどの配置も可能です。

リチウムイオンバッテリー(補機バッテリー)

一般的に家電製品や、携帯電話などに使用されるイメージのリチウムイオンバッテリーですが、自動車やバイクの補機バッテリーに使用されることもあります。

リチウムイオンバッテリーは通常のバッテリーと比べ、小型軽量で充電容量が多く、自己放電なども少ない為、優れたバッテリーとなりますが、低温や過充電などに弱く、通常のバッテリーよりも高価になります。

小型化のメリットを生かし、最近ではバイクに採用されることが多くなっています。

車両の仕様などによっては、自動車の補機バッテリーへの使用も可能です。

リチウムイオンバッテリー(ハイブリッド・電気自動車)

物自体は、上記の説明と同様ですが、ハイブリッド自動車や電機自動車の駆動用のリチウムイオンバッテリーは、大型で非常に高価な物になります。

このバッテリーの寿命が、これらの自動車の維持において、大きなターニングポイントとなることになります。

ニッケル水素バッテリー

こちらもハイブリッド自動車の駆動用バッテリーに使用されます。

ニッケル水素バッテリーのほうがコストが安く、低温下ではリチウムイオンバッテリーよりも耐性が高い為、現行トヨタ・プリウスの低グレードモデルや寒冷地モデルなどに採用されています。

3代目まではプリウスは全車ニッケル水素バッテリーが採用されていました。

重量はリチウムイオンバッテリーよりもニッケル水素バッテリーのほうが重くなります。

用途別に使用されるバッテリー

充電制御型バッテリー

自動車が発電し、バッテリーに充電する為には、オルタネーターをベルトで駆動して、発電充電をする方法が取られています。

発電中は常にオルタネーター分の負荷がエンジンに掛かっているので、多少なりとも燃費などにも影響を及ぼします。

そこで、必要のない時はオルタネーターを停止させて負荷をフリーにして、エンジンの負荷を減らして燃費の向上などに繋げようといった物が、充電制御式の自動車になります。

今まで常に発電したいた従来の自動車に対して、充電制御自動車は、一定まで電気が貯まれば発電を完全に停止して、バッテリー内の電気のみを使用することになる為、従来のバッテリーよりも大容量で高出力、また、素早い充電性能に優れた物が必要となります。

そこで作られたのが充電制御用のバッテリーです。

アイドリングストップ自動車用バッテリー

基本的に求められる性能は、上記の充電制御用のバッテリーと同じ物になるのですが、アイドリングストップ自動車の場合は、頻繁にエンジンの停止→始動が繰り返される為、そこから更に、高負荷に対する性能が求められます。

ハイブリッド自動車用バッテリー(補機バッテリー)

ハイブリッド自動車用の補機バッテリーは、エンジンの始動や電装品などに使用されます。

駆動用のバッテリーが元気な状態でも、補機バッテリーがダメになってしまうと、エンジンを始動することが出来なくなります。

また、ハイブリッド自動車ではスペースの関係上、室内に補機バッテリーが設置されることが多い為、密閉型のバッテリーで、車外へと発生したガスを排出する機構が必要になります。

外車のバッテリー

外車に使用されるバッテリーは、規格が日本国内の物と違います。

サイズや取り付け方法がなどが違っている為、そのまま国産車→外車や、外車→国産車へは使用出来ません。

現在は、一部国産ハイブリッド自動車などで、外車規格のバッテリーが使用されていることもあります。

バッテリー電圧の違い

12V

一般的な自動車やバイクに使用される電圧のバッテリーです。

2Vのセルが6つ直列に配置され、12Vのバッテリーを構成しています。

24V

トラックなどの大型車に使用されるバッテリー電圧です。

12Vバッテリーを直列に2個接続し、24Vとして使用します。

大型車などに搭載されているディーゼルエンジンは、その構造上、圧縮比が高い為に、セルモーターを回すのに高い電力を必要とする他、大型トラックなどに自動車が大型になるほど、エンジンの排気量も大きくなる為、負荷が増えるので、24Vが使用されます。

6V

遠い昔、遥か彼方の銀河系で・・・はなく。

登場した当初の、電装品がセルモーター位しか付いていなかった頃の自動車や、そこそこ昔のバイクには、6Vが使用されていました。

その頃の名残ですが、6Vのバイクなんかはまだまだ稼働している車体があるので、見かけることがないこともないです。

2Vのセル3つの6Vバッテリーが搭載されています。

電気自動車やハイブリッド自動車のバッテリー

電気自動車やハイブリッド自動車には、大型で大容量の駆動用バッテリーが搭載されています。

ハイブリッド自動車では、エンジンとバッテリーの併用であくまでバッテリーは補助のような役割が大きな物になりますが、電気自動車では完全に駆動用バッテリーで自動車を動かしているので、バッテリー能力=エンジンの能力と言えることになります。

電気自動車やハイブリッド自動車が、駆動用のバッテリーと別に補機バッテリーを必要とする理由は、米国の基準に沿って、事故や故障の際に、レッカーなどの応急処置に対応する人や乗員を感電から防ぐ為に、自動的に駆動電源を切り離す機構が必要になるからです。

駆動用のバッテリーで始動や電装などの全ての電気系統を賄ってしまうと、故障の際にこれら全ての、自動車の電装装置が使用出来なくなってしまう為、電源を分ける必要があります。

これらの自動車を購入や使用するに当たって、やはりみなさん気になるのは「バッテリーの寿命」だと思います。

どの程度持つのか?交換費用はどれ位掛かるのか?長持ちさせる方法はないのか?など。

自動車のタイプ別に少し見ていきましょう。

ハイブリッド自動車のバッテリー

ハイブリッド自動車のバッテリーの寿命は、15~20万kmほどと言われていますが、ここ数年の車種においては、実際は15万km~バッテリーに関するトラブルが見られるようになってくるようです。

10年程前のハイブリッド自動車が本格的に出回りだした頃の車種に関しては、まだバッテリー技術の熟成度も低く、10万km以下でバッテリートラブルなどの事例も見受けられます。

現在トヨタやホンダでは、新車から5年または10万kmまでの自動車に関しては、寿命を迎えた場合は、保証で駆動バッテリーの無料交換を行っています。

保証外での交換となった場合は10万円代後半から30万円程度の物が多いようです。

また、リビルド(再生品)バッテリーを使用した際は、もう少し金額は抑えられます。

一応エンジンを搭載しているので、ハイブリッド自動車のカテゴリになると思うのですが、日産の「ノートe-POWER」に関しては、駆動バッテリーへの充電用の発電装置としてのみ、エンジンを使用しています。

電気自動車のバッテリー

電気自動車のバッテリーは、電気自動車の核となる部分です。

初期の電気自動車ではバッテリーの性能はそれほど良くはなく、初代リーフですと、真夏にエアコン使用で巡航距離80km程度を記録したことがあります。(実体験)

バッテリー温度が上がると、劣化の進行に繋がる為、よほど急ぎでない限り、普段は急速充電は避けるほうが寿命が延びる傾向にあります。

急速充電はバッテリーに負荷を掛ける為、バッテリー温度が上昇します。

また、真夏の炎天下で青空駐車をしている場合や、高速道路を連続走行している場合なども、バッテリー温度が上昇しやすくなります。

リチウムイオンバッテリーは特性上、100%満充電の状態で置いていると劣化が進行する為、使用しない時は80%位置いておくことも一つになります。

電気自動車の場合、使用出来る用量が、新品時の最大容量の70%を割るとバッテリーの寿命と言われています。

多くのメーカーが5年10万km保障を付けていますが、電気自動車はユーザーの使用状況によってバッテリーの寿命は大きく変わってきます。

保証外で交換の場合は、60万円~と非常に高価になっています。

中古で電気自動車を購入する際は、現状のバッテリーの劣化具合に十分注意した上で選択したいですね。

充電に関してですが、家庭に専用の充電設備を設置する必要がありますが、工事に10万円ほど掛かるようですし、集合住宅や借家ですと、そもそも設置自体が難しい場合があります。

各地に充電スポットも増えてきましたが、無料の充電スポットと有料の充電スポットがあり、有料の充電スポットは値段にも差があります。

日産では以前、月額2000円で充電し放題の定額サービスを行っていましたが、2019年12月にサービスが改定され、月額4000~1万円ほどのサービスとなりました。

PHEV自動車(プラグインハイブリッド)

PHEV自動車は、ハイブリッド自動車の駆動バッテリーに外部からの充電機構を装備した物。

というのが一応の定義になります。

バッテリー容量も通常のハイブリッド自動車よりも大きくなっています。

バッテリー容量が大きくなっている分、モーターのみでの走行距離も伸び、疑似的に電気自動車のような使い方をすることも出来ます。

問題として、車両価格がハイブリッド自動車と比べてかなり高価になる点があります。その差額分を果たして回収出来るのだろうか?

バッテリーの寿命は、メーカーの想定は概ねハイブリッド自動車と変わりないようですが、実費での交換費用は、ちょっと市場台数が少なくて情報が現状あまりありません。

バッテリーの交換方法

バッテリーの交換方法を簡単に紹介します。

※一般的なボンネットタイプの自動車で、通常タイプのバッテリーを例に紹介します。

車種やバッテリータイプによって細かな交換方法は様々になりますので、ご注意下さい。

ベーシックなバッテリー交換の動画が別ページにてアップしております。

ボンネットを開ける

まず、バッテリーを交換するのに、ボンネットを開けます。

バッテリー交換を行う際は、どこかの窓を開けておくか、キーを抜いて自分で持っているようにしましょう。

バッテリー端子を外した際に、ロックが降りてインロックになる可能性があります。

バッテリー端子の取り外し

バッテリーにはプラスとマイナスが接続されていますが、必ずマイナス側から取り外すようにしましょう。

プラス側を先に取り外し、マイナス側がまだ接続された状態ですと、自動車全体にアースされてマイナスが流れている状態になります。

その状態で取り外したプラスの端子が、自動車の金属部分の何処かに触れた場合はショートして火災や故障の原因となります。

マイナス→プラスと端子を取り外します。

バッテリーステーの取り外し

バッテリーを車体に固定しているステーを取り外します。ステーの棒やナットなどを落とさないように注意しましょう。

変な所に落としてしまうと、闇の彼方へ永遠にサヨウナラすることが稀にあります。

バッテリーの入れ替え

バッテリーがフリーになったら、古いバッテリーを取り出して、新しいバッテリーと入れ替えます。

新しいバッテリーを入れる際、端子の向きに注意しましょう。

端子のプラスとマイナスを逆に接続してしまうと、車体の大きなヒューズが飛んでしまったり、ECUがショートしてしまって故障する原因となります。

一瞬の不注意で何十万コースになるので注意して下さい。

バッテリーの固定、端子の取り付け

取り外した時と逆の手順で、バッテリーステーと端子を取り付けていきます。

各種設定をする

バッテリーの取り付けが出来たら、エンジンの始動を確認します。

バッテリーを取り外したことによって、パワーウインドウのオート、オーディオの設定、時計などがリセットされているので、これらを再設定します。

設定が終われば、バッテリー交換は終了です。

バックアップの必要性

シガーソケットや、バッテリー端子に接続することによって、各種設定がリセットされないようにしながらバッテリー交換が行える、バックアップツールがあります。

一部のカーナビなどでは、バックアップを行わずにバッテリーを取り外すと、ほぼ100%故障する物などがあるので、注意が必要になります。

昔は、エンジンを掛けたままバッテリーを交換することによって、疑似バックアップのような方法も取られましたが、現在の自動車は色々な部分に電子制御が介在しているので、この方法は故障の原因となるのでやめましょう。

バックアップツールを使用した場合でも、途中でバックアップツールの電池が切れる場合や、しっかり接続していてもバックアップ出来ていないことがたまにありますので、過信は禁物になります。

リセット作業とバッテリーの登録

一部車種においては、バッテリー交換の際に所定の手順に従って、リセット作業を行う必要があります。

これを行わないと、アイドリングストップや充電制御のシステムなどに制限が掛けられ、正常な機能をしなくなります。

車両側のスイッチ操作で出来る場合もありますし、診断機を接続して操作する必要のある物もあります。

また、一部外車においては、専用診断機を接続して、バッテリー交換の情報を登録する必要のある車種があります。

こちらも上記と同様に、登録作業を行わないと、機能に制限が掛かった状態になります。

学習値がリセットされてしまう場合

バッテリー交換やバッテリー上がりなどによって、ECUやスロットルボディの学習値が初期化されてしまい、エンジンなどが不調になる場合があります。

この場合は、初期学習をやり直してやる必要があります。

一部ハイブリッド自動車のバッテリー交換注意

トヨタのリアシートの下に補機バッテリーが搭載されているタイプ、アクアやカローラフィールダーなどですが、実はバッテリーが搭載されているのと反対側に、バッテリー冷却用のファンが搭載されています。

ここのファンのフィルターがよく目詰まりを起こして、バッテリーが冷却不良になって警告灯が点灯したりします。

バッテリー交換を行った際は、こちらのフィルターも清掃するようにしましょう。

現行モデルでは、フィルターの形状が少し変わって、目詰まりを起こし難くはなっていますが。

バッテリー上がりの場合の対処

バッテリーが上がってしまった場合の対処です。一度上がってしまったバッテリーは痛んでしまうので、早めに交換を行いましょう。

バッテリー上がりの原因として、オルタネーターの発電不足・バッテリーの不良・電装品やライトの消し忘れ・漏電によるバッテリー消費が考えられます。

バッテリー交換と共に、原因を潰すことが大切になります。

救援車を使用する場合

救援車を利用し、ブースターケーブルでバッテリーをジャンプして始動する方法です。

バッテリージャンプを行う場合は、必ず同じ電圧同士の自動車で行いまいょう。

(12Vと12V。24Vと24V)また、救援車側のバッテリーが対象車より小さいと、救援車側のバッテリーが上がってしまう場合があります。

救援車と対象車のバッテリーをブースターケーブルで接続します。

順番は対象車のプラス→救援車のプラス→救援車のマイナス→対象車のマイナスの順番でケーブルを接続します。

接続出来たら、救援車のエンジンを始動します。

1~3分程待ってから、対象車のエンジンを始動します。

対象車の状況によって、始動出来ない場合は、救援車のエンジン始動時間を伸ばしてからチャレンジするか、救援車側で少し回転数を上げて対象車を始動します。

対象車が始動したら、ケーブルを取り外します。

バッテリーパックなどを使用する場合

ポータブルのバッテリーパックなどでジャンプすることも出来ます。

この場合は、バッテリーのプラスとマイナス端子に接続してエンジンを始動するだけのタイプの物が多いです。

充電容量などが低下している場合は始動出来ないこともあります。

バッテリーのメンテナンス

バッテリー液の補充や、充電など、メンテナンスを行うことでバッテリーも長持ちさせることが出来ます。

バッテリー液の点検と補充

開放型のバッテリーや、MFタイプのバッテリーでも蓋が取り外せる物は、バッテリー液の点検と補充を行うことが出来ます。

LOWとUPPERの間に液面があればいいのですが、補充する場合は、多すぎるとあふれる可能性がある為に注意をします。

少ない場合は補充をしましょう。

補充する際は水道水を使ってはいけません。

専用の精製水を使いましょう。

また、バッテリー液は希硫酸の為、もし手や体などについた場合は、すぐに水で洗い流しましょう。

もし比重を見れるのであれば、この時に比重を確認してもいいと思います。

一般的にバッテリーは、完全充電状態での比重は1.28です。

1.25位あれば大丈夫でしょう。

1.24を下回る場合は充電不足や劣化している可能性があるので、充電や交換が必要になってきます。

バッテリーの充電

バッテリーの電圧が低い場合や、長期間使用していなかったバッテリーなどは、バッテリーチャージャーを使ってバッテリーの充電をします。

状況によっては、充電をしてもバッテリーが復活しない場合もあるので、その場合は大人しく交換しましょう。

バッテリーを充電する際は、ガスが多く発生する為、蓋をあけてから充電を行いましょう。

バッテリー端子にバッテリーチャージャーを接続し、説明書にしたがって設定などを合わせて充電を行います。

走行することによっても充電することは可能ですが5,60kmで30分~1時間程度の走行が必要になります。

まとめ

様々な種類のバッテリーについてお話させて頂きましたが、如何でしたか?

ハイブリッド自動車などの駆動バッテリーも勿論、普段使用する補機バッテリーも正しい管理で出来るだけ長持ちさせたい所ですね。

特に、駆動バッテリーは非常に高価な上、ユーザーの使用状況によって左右される部分が大きいので、注意したい所です。

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