モバイルバッテリーの充電時間について教えて下さい。所有しているのは良くあるタイプの3.7V→5V出力

モバイルバッテリーの充電時間について教えて下さい。所有しているのは良くあるタイプの3.7V→5V出力の物です。
例えば10,000maのバッテリーを5V1アンペアで充電したとします。その場合、モバイルバッテリーが完全に放電していると仮定して、満充電されるまでにはどのくらいの時間がかかるでしょうか?
単純に計算すると、10,000ma = 10アンペア/時、1アンペア入力/時で10時間になりますが、この計算式で合っていますか？
計算間違いや、役に立つ補足回答があれば、ご教授いただけると幸いです。
尚、満充電に近づくとモバイルバッテリー側で徐々に入力アンペア数が少なくなるのは簡易型のUSBチェッカーで確認済みですので、あくまでも理論上の計算値で構いません。
電気関係には詳しくないのでどうぞよろしくお願いいたします。
m(_ _)m

No.2 ベストアンサー 回答者： kup-ue 回答日時： 2017/05/18 10:37

質問の計算はたまたま結果が、ほぼあっていますが（10000ｍAhのリチウム充電池を5V1Aの電源で充電するとたまたま10時間程度掛かるものが多い）、リチウム充電池の充電方法に関して危険な間違いがあるので指摘しておきます。

（危険な回答もあるので）

リチウム充電池は4.2V以上で充電すると、非常に危険（急に発火・爆発しやすくなる）なので、定電圧充電で4.2V以下の電圧しか掛からないようにします。
一方、安全に充電できる電流の上限が決まっているので、その電流以下になるように定電流充電も満たしている必要があります。
充電池にも内部抵抗があるので一般的な充電は、当初は定電流で充電し、電圧が決められた値（4.2Vが多いがそれ以下でも可）に達したら定電圧充電に切り替えます。
したがって上げられた計算式は、この定電圧充電に切り替わるまでの間で通用します。
５V１Aでの充電といっても、５Vをまともに掛けて安全に使えるリチウム充電池はない（保護回路が付いていて4.25V程度以上の電圧は遮断するようになっているのがまともな民生用電池）ので、必ず上に述べた充電回路が付いていなければいけません。

典型的な充電グラフを添付しましたが（2200ｍAhのものを4.4A=2Cで充電）、赤い線の充電電流は充電が進み4.2Vを超えると4.2Vを維持するように下がって行きます。
この充電電流はかなり大きい方で質問者の計算で電流が充電電流だとすると、30分で充電完了になるはずですが、この充電の場合は容量の呼び値2200mAh（＝これを1Cと呼ぶ）の10分の１（0.1C=0.22A)で充電を打ち切っていますので電流を減らしながら充電することになり結局45分ほど掛かります。

充電電流を充電打ち切りの0.22Aで充電すると4.2Vになった瞬間に打ち切りますので充電時間は単純に2.2Ah÷0.22A＝10ｈ　となります。

実際にはACアダプターの５Vの電圧は4.2V以下に下げる回路が必要で実際に取り出せる電流はその回路の効率で変わります。
また充電池の充電時の内部抵抗や充電打ち切り方法で左右されます。
うるさいことを言えばリチウム充電池の見掛けの容量は温度でも若干変わりますし、表示の容量はあくまでも公称値で正しく無い場合もあるでしょう。

５Vから4.2Vへの変換は１A程度のACアダプターでは電流がほぼ同じようなものが多いと思いますし、公称値よりもずっと低い充電電流（この場合でいえば5A程度以下など）では定電圧充電の時間が相対的に短くなるので、充電電流にほぼ反比例すると考えてもそれほど間違っていないでしょう。

質問者さんは充電方法を変えようとは考えていないでしょうが、リチウム充電池の充電は正しく行なわないと事故も実際に発生しています。

ラジコン用の場合（トイラジコンは小さいので燃えるよりも解ける程度で済む場合が多い）は実際に家を燃やす人もいますし、モバイルバッテリーチャージャーでは、コネクタの不具合で粗悪品が発火する場合もあるということですので１A程度の電流でも小さなコネクタは注意が必要です。

なお、単3型充電池（Ni-MHなど）や鉛電池などは（Li-Fe等も）充電のメカニズムが異なるので同じ考え方にはなりません。

この回答へのお礼

早速のご回答ありがとうございます。
また、非常に専門的にご教授していただき感謝しております。
専門的な用語を検索してやっと理解ができましたのでお礼することができました。
私の計算式では定電圧充電に切り替わるまでは間違っていないと考えて良い、と認識してよろしいでしょうか？
また、1C÷0.1
が、モバイルバッテリー(リチウムイオン電池) の充電時間の計算方式として1番最適な計算式と考えてよろしいでしょうか？
また、1Cの「C」とは、どのような単語の略語でしょうか？

また、回答者様 4様と5様の回答を読んで、少々混乱してしまいました。補足でご回答いただければ幸と存じます。

追記：18650電池のアマゾンのレビューを見て、リチウムイオン電池の怖さを知りました。今後もバッテリーについて質問することがあると思いますので、その際は何卒よろしくお願い申し上げます。

お礼日時：2017/05/22 05:55

No.8 回答者： kup-ue 回答日時： 2017/05/23 07:07

No2です

補足の付け方がわからない（ボタンが無い？）ので補足で新たに解答します。

CというのはCapacityの略だそうで、充電池の特性を考えるときに無次元かするために良く使う電流の単位で実際の値は容量ごとにことなります。
容量が2000ｍAhなら１C=2000mA＝2A,5000mAhなら1C=5000mAh=5A　となります。
電池の容量は構造や組成などの作り方が同じならば容量は体積に比例すると考えられており、作り方が同じならば、同じような特性を示すと考えられるためCという単位を良く使います。

実際の容量が違ってもC単位で電流を設定すれば、充・放電時間や電圧は作り方が同じなら同じカーブになり、作り方が違う場合には評価し易くなると考えられています。

充電時間を予測するには、使用する充電電流以上の電流によるこのグラフが必要になります。
より小さな電流は、このグラフから計算できます。

先のグラフでは公称値2200ｍAhの充電池に4.4Aで充電しているので2C充電となります。
１C充電なら右側の電流スケールで2.2Aのところで充電することになります。
2.2Aだと31分くらいで赤い充電電流の線とぶつかります。
No4の人が言ってるように充電の効率は非常に良いので電流が半分だと時間は倍というように単純に考えて構いません。
したがって１C充電の場合は定電流充電時間は31×２＝62分となります。

あとは、赤い線の通りの充電電流で充電するので、このグラフと同じ0.1Cで充電を停止すると45-31=14分を加算して62＋14＝76分で充電完了となります。

ところでこのデータには矛盾があります。
容量は積分値なので2Cの30分でも１Cの60分でも公称容量の2200ｍAhに達してしまいます。
電圧や電流値はかなり正確なので充電池の公称値が実際の容量よりもかなり低いということになります。

このデータは、趣味のラジコン航空機用のリチウムポリマーの実測値のデータ（3セルのものをわかり易く1セルに変換）から適当に抜き取って作ったデータなので結構リアルなはずですがこういうこともちょくちょくあります（少ない方が多いです）。

（空もののラジコン用は10分で容量を使いきるなどリチウム充電池の使い方としては相当厳しい上に普通の民生用についている保護回路も持っていない危険な使い方でリチウム充電池の進歩にかなり貢献したようです。もっとも今は生産台数が少ないのと、昔から危険とされてきたためか安全は使う方の責任となっているので）

No5さんの回答は何にでも使える魔法の回答ですね。エンジニアリング（工学部）の世界では、正確な値など幻想に過ぎないので役に立つ近似解を求めることが必要になるので、こういう回答は厳に戒められると思います。

USBの出力を電流値や電流値などを計る測定器をお持ちのようですが、充電の原理を理解して、その記録を取るというのも現実的な予測になります。

充電池の世界では、化学反応のためか（正確な話は浅学でよくわかりません）電力でなく電流と時間の積（積分）で容量を求めます。
製品の中に、何らかの充電回路があるはずですが定電圧の部分は厳密な電圧管理が必要ですが電流は最大値が充電池の定格内に入っていればいいだけで、厳密な定電流管理でなく、適当な電流制限が使われる場合も多いです。
充電回路は、電圧の変換を含みますが、容量が大きいとスイッチング式の効率のそこそこ良い方法が多いと思いますので、充電時に若干の電流低下があってもそこそこ電流値を保っているのが定電流（疑似定電流も含みます）充電の部分です。

以上参考になれば

この回答へのお礼

補足の御回答、ありがとうございます！
ちなみに補足は、質問者側が補足質問するものなので、補足の御回答は再回答（このような回答の仕方）で合っております。

「モバイルバッテリーが満充電になるまでの時間」について伺いましたが、ほとんどすべて解決できました。
「魔法の回答」についても、おっしゃる意味がよく理解できました。
また、この質問をしたおかげでモバイルバッテリーのみならず、たくさんの知識を得ることができました。
他の回答者様も大変ありがたい回答をしていただき、忙しい中時間を割いて回答していただいたことに感謝の気持ちでいっぱいです。

私は電気関係に非常に疎く、バッテリー関係に関してはまだまだわからないことが多く、近いうちにまた質問させていただくことがあると思います。よろしければその際は、お力になっていただければ幸と存じます。

この度は本当にありがとうございました！

お礼日時：2017/05/24 07:20

No.7 回答者： yucco_chan 回答日時： 2017/05/22 14:59

回答の順番を変えます。

>また、文末のご説明ですが、DCDCコンバーターでこのような変換をされていると言う事は、電圧が下がるとその分電流が1Aを超える、という認識で間違っておりませんか？

はい、正しい認識です。
勿論、無限に大きくなるわけではなく、ある電流値で増加は止まります。
家電機器のインバーターと呼ばれる機器（エアコン、冷蔵庫、蛍光灯など）も
同じような事がおきます。
例えば、１００V/１A=１００W（VA）の機器に
１１０Vをかけると、約０．９A流れて１００Wの消費電力が変わりません。
９０Vの時も消費電力は、１００Wになります。

>モバイルバッテリーやスマホなども80%程度までなら、私の計算式でも通用すると言う認識でよろしいでしょうか？

先のDC-DCコンバーターの特性によって、電流値が変わるので、１Aで計算するなら
通用しません。
大雑把な概算（１０～２０％異なる事を許容する）ならその計算でも良いです。

この回答へのお礼

再度のご回答、ありがとうございました。自分の計算式でも80％程度までなら、あくまでも大雑把に、個人で充電時間を逆算するには有用だということが良く理解できました。
今回は回答2様の最初の回答をベストアンサーとさせていただきますが、貴重な時間を割いて回答していただき心より感謝申し上げます。
このサイトではこちらからポイントや現金等を送れないのが残念でならない心境です。

今後、近いうちにまたバッテリー関係の質問をいたしますので、もしもよければお助けいただけると幸いに思います。
今回は大変ありがとうございました！

お礼日時：2017/05/24 06:59

No.6 回答者： isoworld 回答日時： 2017/05/22 08:36

リチウムイオンバッテリーの充電は、満充電に近づいてくると充電電流を落とすので、それまではたとえば１時間かかっても、残りの僅かな充電にさらに１時間かかることもあります。

なので、単純に　一定の充電電流×充電時間　にはなりません。

この回答へのお礼

つまり、回答者様2.3様の御回答で合っている、ということでよろしいでしょうか？

これから仕事なのでお礼欄での返信が遅れてしまいますが、御回答のほどよろしくお願い致します。
m(_ _)m

お礼日時：2017/05/22 08:52

No.5 回答者： isoworld 回答日時： 2017/05/20 08:19

モバイルバッテリーにはリチウムイオンバッテリーが使われているはずで、このバッテリーは充電方法が厳密に決まっていて、一定電流の充電にはなりません。

> 単純に計算すると、10,000ma = 10アンペア/時、1アンペア入力/時で10時間になりますが、この計算式で合っていますか？
いいえ。こういう単純計算にはまったく乗りません。

この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。
ご回答の内容が少々ざっくりしているため、どう解釈してよいのか困惑しております。
「満充電に近づくと電流が少なくなるのは確認済みです」と質問内容に書いているのですが、何か私の質問内容に不備がありましたでしょうか？

もしよろしければ、他の回答者様のご回答と照らし合わせたうえでの補足回答等いただければ幸と存じます。

今後も何か困った時に質問することがあると思いますので、その時はお助けいただけると幸と存じます。よろしくお願い申し上げます。

お礼日時：2017/05/22 06:33

No.4 回答者： tknakamuri 回答日時： 2017/05/20 01:41

リチウムイオン電池のクーロン効率はほぼ100%なので

電流の積分値が充電量になります。例えば
1Aで５時間充電すれば　5Ah充電されることになります。

他の方の回答にもある通り、充電電流は充電が進むと
弱まるので
満充電までの計算は単純ではありませんが、その計算で
おおよその計算はできるので充分有用です。

この回答へのお礼

早速のご回答、ありがとうございます。
満充電までの計算は単純では無い事は大変よくわかりました。
また、モバイルバッテリーを80%程度まで充電するためには私の計算方法でも大雑把に使えるということが理解できました。

追記：またBatteryに関して質問するつもりでおりますので、もしもお時間があればお力をお貸しいただければ幸いです。

お礼日時：2017/05/22 06:25

No.3 回答者： yucco_chan 回答日時： 2017/05/18 14:25

No2さんの説明は正しいです。

少し補足すると、
>満充電に近づくとモバイルバッテリー側で徐々に入力アンペア数が少なくなる

No2さんのグラフでも、0:30あたりから電流が低下しています。
この低下し始めた時の充電量は、概ね８０％になります。
リチウムイオン電池に限らず、2次電池（充電式電池）全般の特性になります。
そして、１００％充電するためには、この電流が低下した時点（８０％充電）から
数時間かかるのが普通です。
但し、充電器によっては、１００％充電することなくもっと短時間で充電を
停止するものが多いです。
理由としては、１００％充電は電池寿命を短くするので、
９０％とか９５％程度の充電で停止させて電池寿命を延ばすのと、
利便性（短時間で充電が完了）を高めています。

ですので、
>この計算式で合っていますか？

概算値としては良く用いられますが、実際にはもう少し長くかかります。

あと、充電電流ですが、DCDCコンバータで３．７V（４．２V）を作っていますので、
効率を９０％と仮定すると、５V１Aなら３．７ｖ１．２２A（４．２V１．０７A）で
充電していることになります。

この回答へのお礼

早速のご回答ありがとうございます。補足の御回答とはいえ、大変役に立ちました。
スマートフォンやモバイルバッテリーは満充電すると寿命が縮むとは聞いておりましたが、充電器とデバイス側でその辺を調整されているんですね。
モバイルバッテリーやスマホなども80%程度までなら、私の計算式でも通用すると言う認識でよろしいでしょうか？

また、文末のご説明ですが、DCDCコンバーターでこのような変換をされていると言う事は、電圧が下がるとその分電流が1Aを超える、という認識で間違っておりませんか？
補足のご回答の程よろしくお願いいたします。

追記：近々またバッテリー関係について質問すると思いますのでその際は是非ともよろしくお願い申し上げます。

お礼日時：2017/05/22 06:18

No.1 回答者： trajaa 回答日時： 2017/05/18 07:21

3.7－＞5.0の場合も5.0－＞3.7の場合も

電圧変換時には、変換ロスが熱として放出されますから

実際にはもっと時間を要しますね

この回答へのお礼

早速のご回答ありがとうございました。確かに熱が変換ロスになるので、実際には私の計算より充電時間は長くなりますよね。

今後もバッテリー関係で質問する予定ですので、その際は何卒よろしくお願いいたします！

お礼日時：2017/05/22 05:23