¶ 24時間稼働：バッテリー充放電検討資料
¶ A.車用12vバッテリー
12.7V が 100%
¶ 放電終止電圧 → 放電深度（DoD）の目安
| 下限電圧 | DoD |
|---|---|
| 12.5V | 10% |
| 12.4V | 20% |
| 12.2V | 30% |
| 12.0V | 50% |
| 11.8V | 70% |
¶ 12Vバッテリーの種類と特性
-
鉛蓄電池（標準的な液式）
特性: 最も一般的で安価。定期的な精製水の補充（メンテナンス）が必要な場合があります。自己放電が比較的多いです。
特徴:電解液：液体（硫酸）,上にキャップあり（水補充できる）,一番安い,自動車用に多い
弱点:深放電に弱い,液漏れ・ガス発生あり,傾けると危険 -
AGM（吸着ガラスマット）バッテリー
特性: 電解液をガラスマットに染み込ませた構造。メンテナンスフリーで漏液しにくく、充放電効率や耐震性に優れています。アイドリングストップ車によく使われます。
特徴：電解液：ガラスマットに染み込ませて固定、密閉型（VRLA）、内部抵抗が低く大電流OK、アイドリングストップ車に多い
強み：振動に強い、自己放電が少ない、開放型より深放電耐性あり
弱点：過充電に弱い、高温で劣化が早い、充電電圧管理が重要 -
ゲル（GEL）バッテリー
特性: 電解液をゲル状にしたもの。深い放電（ディープサイクル）に強く、寿命が長い傾向がありますが、充電電圧の管理がシビアです。
特徴：電解液：ゼリー状、完全密閉、ディープサイクル向け、ソーラー・非常電源で多い
強み：深放電に一番強い、長寿命、横倒しOK
弱点、急速充電NG、寒さに弱い、高価 -
リチウムイオンバッテリー（主にLiFePO4：リン酸鉄リチウム）
- 特性: 鉛蓄電池に比べて非常に軽量で寿命が長く、エネルギー密度が高いです。高価ですが、効率的な充放電が可能です。
-
LiFePO₄（リン酸鉄リチウム）バッテリー
- LiFePO₄（リン酸鉄リチウム）と鉛電池は「同じDCバッテリー」に見えて、中身も運用思想もまったく別物です。
LiFePO₄セル電圧：約 3.2V12V相当 = 4セル直列（4S）実使用範囲10.0V ～ 14.6V
| 項目 | 鉛電池 | LiFePO₄ |
| ----- | ------- | --------- |
| 電圧変化 | なだらか | ほぼ一定 |
| 過充電耐性 | △（ガス発生） | ❌（即劣化・危険） |
| 過放電耐性 | ❌（致命的） | △（ただし禁止） |
| 内部抵抗 | 高い | 低い |
| 瞬間大電流 | 得意 | 非常に得意 |
| BMS必須 | ほぼ不要 | 必須 |
| 充電制御 | アバウトOK | 超シビア |
¶ 充電の方法（電圧・電流・フロート）
一般的な鉛蓄電池（12V）の充電は、通常以下の3段階で行われます。
-
バルク充電（定電流充電）: CCフェーズ
- バッテリー容量の1/10程度の電流で、電圧が約14.4Vに達するまで一定の電流を流し続けます。
充電時は (14.2-14.4)v（絶対上限14.7v)、電流は 0.1〜0.2C
終了条件：電圧が上限に到達
- バッテリー容量の1/10程度の電流で、電圧が約14.4Vに達するまで一定の電流を流し続けます。
-
吸収充電（定電圧充電）: CVフェーズ
- 電圧を約14.4Vに維持し、満充電に近づくにつれて減少する電流を受け入れます。これにより、バッテリーの深部まで充電します。
終了条件：電流 ≤ 0.02C or 最大時間 30〜120分
- 電圧を約14.4Vに維持し、満充電に近づくにつれて減少する電流を受け入れます。これにより、バッテリーの深部まで充電します。
-
フロート充電（維持充電）:
- 満充電後、自己放電を補うために低い電圧（約13.5V〜13.8V）で微弱な電流を流し続ける状態です。これにより、過充電を防ぎつつ常に満タンの状態を維持します。
13.5〜13.8V 電流 数mA〜 時間：常時可
- 満充電後、自己放電を補うために低い電圧（約13.5V〜13.8V）で微弱な電流を流し続ける状態です。これにより、過充電を防ぎつつ常に満タンの状態を維持します。
バッテリー種類毎の安全電圧：FLA(液式） 14.4v AGM 14.2-14.4v GEL 14.0-14.2v
¶ 放電深度と寿命の目安（12V系）
| 放電深度（DoD） | 電圧下限 | サイクル寿命 |
|---|---|---|
| 10% | 12.5V | 2,000回以上 |
| 20% | 12.4V | 1,200〜1,500回 |
| 30% | 12.2V | 700〜1,000回 |
| 50% | 12.0V | 300〜500回 |
| 80% | 11.6V | 100〜200回 |
| 100% | 10.5V | 数十回 |
¶ サイクル寿命（保守的な平均）
| DoD | サイクル回数 |
|---|---|
| 10% | 2,000回 |
| 20% | 1,400回 |
| 30% | 900回 |
| 50% | 400回 |
| 70% | 200回 |
¶ 生涯想定電力量を計算
¶ 計算式
生涯電力量 = 定格Wh × DoD × サイクル回数
¶ 結果一覧（かなり重要）
| 下限電圧 | DoD | 1サイクルWh | サイクル | 生涯Wh |
|---|---|---|---|---|
| 12.5V | 10% | 48Wh | 2,000 | 96,000Wh |
| 12.4V | 20% | 96Wh | 1,400 | 134,400Wh |
| 12.2V | 30% | 144Wh | 900 | 129,600Wh |
| 12.0V | 50% | 240Wh | 400 | 96,000Wh |
| 11.8V | 70% | 336Wh | 200 | 67,200Wh |
¶ B.Android バッテリー
¶ 1. バッテリー充放電戦略（常時稼働モデル）
一般利用では「40-80ルール」が推奨されますが、AC電源が常時確保できるキオスク端末等の場合、さらに踏み込んだ制御が理想的です。
- 最適範囲：50%〜60%付近での維持
リチウムイオンバッテリーは、定格電圧の中間点（容量の約50%）で化学的に最も安定します。 - 戦略：微細な充放電サイクル
100%での「トリクル充電」を避け、55%で充電停止 → 45%で充電開始 といった狭い範囲で充放電を繰り返すことで、ガス発生（バッテリーの膨張）を劇的に抑え、寿命を数倍延ばすことが可能です。 - 放電深度（DoD）の最小化
深い放電（0%付近）や満充電（100%）を避け、DoDを小さく保つことが、内部抵抗の上昇を防ぐ鍵となります。
¶ 2. バッテリー容量取得API（技術仕様）
Androidのバージョンによって取得方法が異なります。下位互換性を確保するための2つの実装方法です。
¶ ① Android 5.0 (API 21) 以降
BatteryManager クラスから直接数値をプロパティとして取得します。
// BatteryManagerを使用してダイレクトに取得
BatteryManager bm = (BatteryManager) getSystemService(BATTERY_SERVICE);
int capacity = bm.getIntProperty(BatteryManager.BATTERY_PROPERTY_CAPACITY);
// 戻り値は 0 〜 100 の整数
¶ ② Android 4.4 (API 19) 以前（および全OS共通）
システムからのブロードキャスト（Intent.ACTION_BATTERY_CHANGED）を受信して計算します。
// 粘着インテント（Sticky Intent）を利用して現在の状態を即時取得
IntentFilter ifilter = new IntentFilter(Intent.ACTION_BATTERY_CHANGED);
Intent batteryStatus = context.registerReceiver(null, ifilter);
int level = batteryStatus.getIntExtra(BatteryManager.EXTRA_LEVEL, -1);
int scale = batteryStatus.getIntExtra(BatteryManager.EXTRA_SCALE, -1);
float batteryPct = (level / (float)scale) * 100;
¶ 3. USB充電回路と電流制御
USBの規格上、接続相手との通信状態によって供給電力が変わります。
- 基本仕様（SDP）: データ通信を行う通常のUSBポートとして認識されると、最大 500mA に制限されます。
- 急速充電（DCP）: 充電器側のデータ線（D+ と D-）を短絡（ショート）させることで、端末側に「これは専用充電器である」と認識させ、1.5A〜 の電流を引くことが可能になります。
- 本プロジェクトでの推奨: 24時間稼働の場合、高電流（急速充電）は発熱の原因になります。あえて 500mA程度の低速充電 に留めることで、バッテリーの化学的ストレスと熱劣化を同時に抑えることができ、長寿命化には有利に働きます。
¶ 4. 運用上の注意事項
- 熱管理（最重要）:
バッテリー劣化の最大要因は「高温」です。キオスク筐体内の排熱が不十分だと、充電制御をしていても劣化が進みます。 - ガス膨張の予兆:
100%維持を続けると、数年で画面が押し上げられるようなバッテリーの膨張が発生するリスクが高まります。今回検討されている「50%付近での制御」はこのリスクを最小化する非常に有効な手段です。 - OSによる補正:
長期間 40-60% の範囲だけで運用していると、OSが「どこが100%か」を見失い、残量表示がズレる（キャリブレーションの不一致）ことがあります。数ヶ月に一度、メンテナンスとして100%まで充電するシーケンスを設けるのも一つの手です。
2026/04/30