電装品の実質電圧について

Question

電気に関して知識がなく前提条件から間違えている可能性もありますので長文で分かりにくいですがお許し下さい。

バイクの電装品は12V規格ですが実働電圧は13～14.5V程違いそこでずっと疑問に思っている事があります。

例えば製品として12V用60Ｗの電球等が売られていますがワット数は60Ｗで＝12V×5Aという事になるかと思います。
しかしエンジン実働時は電圧が15V近くまであがりますよね、となると5Aを定格？として考えた時理論計算値ですが14.5V×5A＝72.5Ｗになってしまわないか疑問です。それとも最初から60Ｗという数字は14.5V位で計算されていて実質的に4.1Aほどで結果的に60Ｗという事なのでしょうか？

もちろん電力供給などを心配しているのではなくいろいろ計算する時基準が分からなくなっておりまして質問させて頂きました。

engelrina · Accepted Answer

先ず、定格が12V 60Wの電球をバッテリーに接続した場合のことを考えてみましょう。

電力W＝電圧V×電流A ですから、電圧が12Vの時にこの電球に流れる電流は5Aです。（計算式は、60÷12＝5）
電圧V＝電流A×抵抗R ですから、この電球の抵抗Rは 計算式12÷5＝2.4 より2.4Ωということになります。

この2.4Ωの電球に電圧14.4Vを印加すると、14.4÷2.4＝6 で電流は6A流れます。
この時の消費電力は、14.4V×5A＝72W ではなく、14.4V×6A＝86.4W になります。

このように、電源電圧が上がると消費電力だけでなく電流も増加します。
ですから本来の定格電圧よりも高い電圧で電球を点灯させると、照度は明るくなりますが、電流と電圧が定格よりも大きい値なので寿命は相対的に短くなります。

電球等は、定格が製品に刻印されています。
カー用品として使用される電球では12Vがほとんどです。
（つまり、電球は基準が12Vということ。）

参考URL
ボッシュ　バルブ
http://www.bosch.co.jp/kk/jp/productworld/saa/productlineup/long_version_d/long_version_d.asp?category=5&group=14

実際にはバッテリーに電球だけが接続されているわけではなくケーブルによるロスがあり、様々な電装品が接続され電力消費されるので電圧降下がありますから、各機器にかかる電圧は一定ではなく実際に各機器をテスター等で測定しなければ正確にはわかりません。

オーディオ機器やナビゲーションシステム等の機器では、電源部に電圧安定化回路を持っていて供給される電圧の変動を吸収して一定電圧で動作させるようにしているものが多いです。
その場合の基準電圧値は13.8Vや12V等、それぞれのメーカーが設定しています。
エンジン実働時の電圧変動があっても安定化回路の働きにより機器の設計に合わせた電圧で動作しますから、機器によって基準電圧が違っても実用上での問題はあまりありません。

ただし、アマチュア無線のモバイル機のように13.8Vの仕様になっていて、バッテリー電圧が12Vに下がると最高出力が得られないものもあります。

> いろいろ計算する時基準が分からなくなっておりまして

”いろいろ”の内容によって採るべき基準が変わるので、ケースバイケースで考えれば良いのではないでしょうか。

ヒューズ選定の場合に、消費電力を厳密に計算してぎりぎりの定格にしたところであまり意味が無いことですし、電源コードの太さを決める場合でも余裕を持った太さにしないと発熱してショートする危険性があります。

機器を自作する場合には、回路定数決定や調整、部品調達等に当たって12Vや13.8V等に基準値を設定する必要があります。

質問とはちょっと筋違いですが、タイヤ溝の磨耗やブレーキの利き具合など始業点検にも気を配って、いつも安全運転を心掛けたいですね。

fuelempty · Answer

ＮＯ３さんも書いていますが。


この場合は導線の抵抗が含まれていないので、
これも計算しますと、

ケーブルの分（１０センチ当たり２０ｍΩくらいかな？
暖まると抵抗値が増える分も含めて）

２０ｍΩ＊４０＝０．８Ω。

（電球の分）２．４Ω＋（ケーブルの分）０．８Ω＝３．２Ω

これに（理論上の）１４．４Ｖを掛けると

Ａ＝Ｖ÷Ωなので

１４．４（Ｖ）÷３．２＝約４．５Ａ。

４．５Ａしか流れないと言うことは（
計算上４．５（Ａ）＊１２（Ｖ）で、５４（Ｗ）となり、
６０Ｗの電球でも、５４Ｗ分の仕事しかしていないと言うことになります。


言い換えると、６０Ｗの明るさを維持するには、電球を除いた分の抵抗値
が、０．０１２Ω（１０センチ当たり）でなければならない。

と言うことになります。１２ゲージ当たり有れば良いかも。




で、この場合、１４．４Ｖで計算していますが、
バッテリーの充電回路は、
バッテリーが１２Ｖなため、それ以上の電圧で充電する
必要があります（バッテリーにも内部抵抗が有るため）
これで、バッテリーが満充電に近くなると、
電圧が上がって来ます。（１２Ｖなのに１５Ｖを指している
というのはこの時。回路（ココの場合は単車）から外せば
絶対１２Ｖ位を指します。）



充電機などはココの電圧を監視して充電終了させます。

noname#12001 · Answer

単車の場合は、電装系の設計の矛盾を、バッテリーに押し付けてきました。
昼間で連続高速運転させた場合、ひたすら開放型の鉛蓄電池での電気分解作業に費やされます。
夜間はバッテリーはすこしたすかるのですが、これまたこんどは電球をいじめます。
充電させるには、おっしゃるように公称電圧の１.２倍程度の電圧が必要です。
ランプなどの抵抗負荷の場合、この辺の電圧では抵抗値は変化しないものとして普通は計算します。
６０Ｗなら２．４Ωですが、ここは１．２の２乗のほうが簡単ですね。つまり消費電力は１．４４倍になります。
（Ｗ＝Ｖ＾２／ＲでＲが一定ですから）
私の単車なんか、およそ１．５倍の電圧がかかるので、
消費電力は２．２倍になります。
今度は電球の話になりますが、電球はだいたい１０００時間寿命をひとつの定格としていることがおおいのですが、これにあわせると、１２ｖ／６０ｗではなくおっしゃっておられるように１８ｖ／１３０ｗとして売るべきものかもしれません。
すなわち、電球というのは、定格の数値は１２ｖのとき６０ｗになるような抵抗値をもった、１２ｖの電装にあわせた電球ですよ、普通に使ったらおおよそ１年は持つぐらいでしょう。走りやサンのことはあまり考えてませんよ。とい意味のことが書いてあると理解しましょう。
いつ頃からか常時点灯になったので、この辺の設計は圧倒的に楽になっています。
いずれにせよ、商用電源の定電圧高級波形の電源になれていると、とんでもない使い方をしている世界です。
高価な回路と、使い捨てのバッテリーとの天秤です。
でも１ヶ月に５０ｋｍも乗らないものは、充電不足に悩みます。
（以上説明のため６ｖ系の安物の単車の話を１２ｖ系として説明した部分もありますので、電球の話として理解してください）

noname#13696 · Answer

詳しい事は忘れましたが、バイクや車の電装品は表示されているワット数の120％までは、耐えられるように設計されていると言う事です。
また、ヒューズは105～110％で切れるようになっているとの事だそうです。

fuelempty · Answer

確か、電線というのは「温度」によって抵抗値が変化したはずです。

ノーマル車の場合、バッテリーからランプ（バルブか？）にいくまでに
半分ぐらいに減衰してしまったと思います。

そこで、「リレーハーネス」なるもので、対策を講じます。（これは、ただ単にリレーが付いて電線が太くなっただけのモノ）

これを使うと、同じ電球でも「明るく」なります。

これからも分かるとおり、６０Ｗの電球でも、１００％パフォーマンスを
発揮してないのです。

バッテリー側からの電圧が２０％位変わっても大した影響は無いはずです。
（消費電力による電圧降下も含めて）。
バッテリーのターミナルでは１４．４Ｖでも、電球側のコネクターでは
何ボルト出てるかは測ってみないと分かりませんので。

電装品の実質電圧について

先ず、定格が12V 60Wの電球をバッテリーに接続した場合のことを考えてみましょう。

ＮＯ３さんも書いていますが。

単車の場合は、電装系の設計の矛盾を、バッテリーに押し付けてきました。

詳しい事は忘れましたが、バイクや車の電装品は表示されているワット数の120％までは、耐えられるように設計されていると言う事です。

確か、電線というのは「温度」によって抵抗値が変化したはずです。

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