バッテリー - 何のために？

読書時間 5 議事録

更新日 - 2023年11月28日

どの用途にどのタイプのバッテリーが適しているのか？バッテリーの種類が増えるにつれ、このような疑問が生じる。

古き良き時代 鉛蓄電池 自動車やバイクの6セルスターターバッテリーとして。重く、大きく、メンテナンスが大変だった。37パーセントの硫酸の酸性度とレベルをチェックし、蒸留水で補充し、酸の飛沫が衣服を汚さないように注意しなければならなかった。
鉛蓄電池が最も重いと思われていたが、200Ahで約45kg。

そして ゲル電池 ちょうどいい珪酸は硫酸をゲル化させる。蒸留水を補充する必要がなく、酸が飛び散ることもない。サイクル負荷にも最適です。完璧なバッテリーで、耐用年数は12 ...20年（20℃）、6 ...10 年 (30 °C)、または 3 ...5年（40℃）または充電サイクル：30％放電で1,800回、50％放電で750回、80％放電で500回、
200Ahのゲルバッテリーは60kgもある。

について AGMバッテリー (吸収性ガラスマット）は硫酸で飽和したガラス繊維マットを持ち、内部抵抗が非常に低いため自己放電が少ない。冷間始動能力が非常に高く、大電流を必要とする用途に適している。しかし、ゲル・バッテリーもAGMバッテリーも深放電を好まない。耐用年数は7 ...10 年（20 °C）、4 年（30 °C）または 2 年（40 °C）、または充電サイクルでは、30 パーセント放電で 1,500サイクル、50 パーセント放電で 600サイクル、80 パーセント放電で 400サイクルです。
200AhのAGMバッテリーは51kgと軽量。

最後に リチウム（LiFePo4）バッテリー が完成しました。従来のタイプに比べ、同じ容量で70 %の軽量化を実現し、始動時の電流は約4倍、充電可能回数は約10倍となっている。80％の充電で寿命が延びるのに対して、100 %の永久充電はバッテリーにストレスを与え、寿命を縮めます。50℃から-20℃までの広い温度範囲で、80 %の容量を確実に供給します。しかし、充電には少なくとも5℃が必要です。そのため、一部のサプライヤーはこの最低温度を保証するヒーターを内蔵したバッテリーを提供している。充電サイクルでの寿命：50％放電で最大5,000サイクル、70％放電で3,000サイクル、80％放電で2,500サイクル。
約14kgの200Ah LiFePo4バッテリーは事実上軽量だ。

LiFePo4バッテリーは、内蔵の有無で区別される。 ビーエムエス (バッテリー管理システム）。BMSは、過充電や深い放電に対する保護素子として機能し、また搭載されているすべてのセル（12Vの場合は4セル）の充電状態のバランスを保証します。BMSが付属していない場合は、別途購入して接続する必要があります。
統合されていないBMS バランサー (自動セル均等化）が提供される。この場合も別途注文し、接続する必要がある。

一般的に、バッテリーは高温を好まない。20℃が最も快適です。

各バッテリー・タイプの充放電特性については、以下で詳しく分析する。インテリジェント・チャージャーは、適切なバッテリー・タイプを完全に自動的に判断し、適切な充電およびメンテナンス・モードに切り替えます。手動で適切なバッテリー・タイプに切り替えられる充電器は、それに合わせて設定する必要がある。特定のタイプしか充電できない充電器は、バッテリーのタイプが変わったら、適切な機器に交換しなければならない。

用語解説

バッテリー充電技術では、充電プロセスの最大4つの異なる段階に区別される。充電器は基本的に同一の手順を持ち、どのタイプのバッテリーが接続されているかを認識できる場合もある。ひとつは アダプティヴ 制御は、充電動作における現在の消費電力も考慮する。

バルク

バルク とは、バッテリーの吸収電圧に達するまで定電流で充電することを指す。

吸収

吸収 は、最大4時間にわたり、電流は減少するが電圧は一定（吸収）の充電プロセスを継続するものである。

フロート

フロート は、最大14Vの降下電圧で24時間持続する充電で、その後1時間の吸収フェーズが続く。

ストレージ

ストレージ 1時間の吸収フェーズに続き、最大1週間14Vの電圧を維持する。

鉛蓄電池

まず、鉛蓄電池が自動車のように周期的に使用されるのか、それとも非常用電源のようにスタンバイモードで作動し、自己放電を補うために常時充電されるのかを区別しなければならない。

周期的に使用される鉛蓄電池の充電プロセスは3段階に分けられる：

• 最大16時間の定電流充電で2.45 ...2.5V/セル
• 2.3～2.35Vの定電圧で充電。2.35Vで最大8時間、連続的に電流を減少させる
• セル当たり2.275Vでトリクル充電し、同様に電流を減少させる。

深放電と同義である最終放電電圧は、セルあたり1.8V、すなわち1.8×6＝10.8Vである。電圧がこのレベルを下回ると、バッテリーは永久に使用できないほど損傷する可能性がある。

ゲル酸バッテリー

充電手順は前回と同じだが、充電電圧が異なる。

2,35 ..2.4 V、12 Vバッテリーの場合は14.1 ... 14.4 Vに相当します。14.4Vは維持電圧と充電終了電圧の値です。

鉛蓄電池は充電終了電圧の超過によく耐えるが、ゲル電池はこれを極端に悪化させ、すぐに機能しなくなる。

AGMバッテリー

AGMバッテリーは、充放電プロセスや電圧値、充電終了電圧を超えることに関しては、ゲル・バッテリーと同じ挙動を示します。

リチウム/ LiFePo4バッテリー

12Vのリチウム/LifePo4バッテリーは、6セルではなく4セルで構成されている。つまり、セル電圧は3.2 V、最終放電電圧は2.8 V、充電電圧は3.5 ... 3.6 Vとなる。3.6V、理想的には3.55Vである。

バッテリパックでは、同一の設計および容量のバッテリのみを相互に接続することができる。

ビーエムエス

BMSは Bアタリ M管理 Sシステム のラベルが貼られています。過充電、過電圧、短絡、0℃以下での充電など、深い放電から保護するために使用されます。

BMSには内蔵または接続可能なブルートゥース・ユニットがあり、これを介して携帯電話やタブレットの対応アプリとの接続を確立し、関連するすべての測定データを表示したり、場合によっては設定したりすることができる。

ただし、表示される容量データは計算値であり、測定値ではないため、表示はある程度「慎重に」解釈する必要があります。LiFePo4バッテリーの電圧カーブは25～95%の間でほぼ直線的で、この70%の充電状態の差で0.05V程度の電圧差しか示しません。

BMSは常にバッテリーから低電流を引き出しているため、長期的にバッテリーが放電する危険性があります。そのため、バッテリーを使用しない場合は、遅くとも6ヶ月間保管した後にフル充電することをお勧めします。

充電器が充電されない

充電器によっては、充電モードに移行するために最低電圧を必要とするものがあるため、電圧不足によりBMSがオフになった場合、接続された充電器による充電機能も停止する可能性があります。
充電オプションを再有効化する最も簡単な方法は、オルタネーターなどで14V以上の電圧を印加することです。エンジンを始動すると、オルタネーターから約14.5 Vが供給され、BMSスイッチオフが解除されます。その後、再びエンジンを停止すれば、接続された充電器は通常通り充電を続けることができます。

バランサー

バッテリーは複数のセルから構成されている。これらは直列に接続され、公称バッテリー電圧に加算される。すべてのセルが均等に充電され、均等に放電されると考えるだろう。そうではないため、定期的にすべてのバッテリーセルを並列接続し、セル電圧が等しくなるまでしばらく待ってから直列接続をやり直す必要がある。

アクティブ・バランサーはこの処理を自動的に行うが、セルをシリアル接続からパラレル接続に移行することはない。
バランサーは、バッテリーの各セルのプラス極とマイナス極に接続され、それぞれのセル電圧を測定し、満充電のセルから弱電池へのエネルギーシフトを自動的に決定する。

従って、バランサーはBMSにこのイコライジング機能を補うものであって、BMSに取って代わるものではない！