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LiFePO4バッテリー並列使用の是非について

2017.07.02 Sunday

かなり昔に書いた記事のLiFePO4は並列接続して大丈夫なのかにアクセスがそれなりにあるようですので、LiFePO4並列使用の是非について私なりの考えを述べたいと思います。

結論から申しますと並列用に最適化された回路を介しない並列使用はやめたほうが無難です。

ある販売店(循環電流についてツッコんだら逃げやがった店)は保護回路が内蔵されているので6個までなら並列使用しても問題ないなどとのたまってますが、それは過充電や過放電を防止するための保護回路であって循環電流を防ぐための回路ではありません。
循環電流とはバッテリーを並列接続した場合の微妙な特性の違い(主に内部抵抗)のために並列接続されたバッテリー間を行ったり来たりする電流のことで、それが流れることにより互いが互いを充電しあって消耗していくのです。
この循環電流を防ぐにはダイオードやトランジスタを使ってバッテリー間を分離する必要があり、それは結構複雑な回路になってしまいます。(電気自動車やハイブリッドカーのバッテリーはそれを内蔵しており、それがバッテリーのコストを押し上げる重要な要因となってます。)

それがどんな回路か知りたければこちらを見ればいいでしょう。

複数蓄電池を使うときにおこる循環電流の対策 (1) - ガーデニング

直接並列接続することによって起こる問題はそれだけではありません。
バッテリー1台が故障して内部ショートを起こした場合、他のバッテリーから電流が集中して発火・爆発を起こす危険があります。
まあBMS内蔵なら大丈夫だとは思いますが、BMSはあくまで万一の場合の最後の砦のように考えるべきであてにしすぎるのもいけません。
セルが劣化してる状態でBMSが必ずしも健全とは限らないですから。

そもそもバッテリーが劣化していくペースにもバラつきがあるわけで、仮に新品のうちは全く性能が揃っていたとしても充電器やエンジンなどの熱源が近い方から順に劣化して、劣化すると内部抵抗が増えて発熱してさらに劣化したり隣のバッテリーまで劣化させていくということは不可避的に起こってきます。
もちろんこの加速度的劣化には循環電流も大いに関係しています。
そして挙句の果てに最も劣化したバッテリーが内部ショートすればドカーン!というわけです。

・・・

小さなセルをたくさん並列にするのは直接やると安全性や寿命に問題を生じますし、間に然るべき回路を挟むとコストが嵩んでその回路自体によるロスや発熱が問題になってきます。
18650のような円筒形バッテリーをたくさん集めたら隙間だらけになって体積効率も悪いです。

じゃあどうすればいい?

それは並列にするぐらいなら最初から大きなバッテリーを使うことです。
Winston Batteryで検索すれば100Ahを超える大型セルが普通に販売されていることがわかります。
私は現在このバッテリーを使ってますが、3.2Vの単セルを保護回路も何もなしで4直にして鉛バッテリー専用の充放電回路に組み込んで運用しても調子よく動作しています。
充電の終始電圧は14.4V、放電は鉛バッテリーにおいても望ましいとされている12.0Vで、鉛バッテリーのほぼ完全互換として使えてます。

友人の車やバイクにもかれこれ1年ぐらいそれ(生セルの単純直列)を積んでますが、時々電圧をチェックしてもセル間がバラついたりもせず快調なようです。
鉛バッテリーよりもずっと軽くパワーもあり、オーディオの音も良くなり、燃費も良くなった気がするそうです。
なお、生セルはリスクがありますのでこういうメンテナンスが好きでない人は安易に真似しないことをおすすめします。

生セルより多少性能は落ちますが、より安全に軽量化による燃費改善を望むのであれば保護回路を内蔵したバッテリーが売ってますのでそちらをご利用ください。

 



・・・

結論としてはこういうことです。

直接並列…×(循環電流による早期劣化、安全性に問題あり)
並列用分離回路を介した並列…○(高コスト化、効率悪化)
直接直列…○or△(バラツキの発生による過充電・過放電が理論上予想されるものの今のところ観測されてない)
バランサーを介した直列…○(バラツキが発生しないため最も良いが効率はやや落ちる)

これはLiFePO4に限らず全てのバッテリーに言えることです。ニッケル水素電池を直接並列にするように設計された懐中電灯や時計を時々見かけますが(あのEnergizer純正の懐中電灯もそんな設計だった)、それは弱電で危険が少ないことやバッテリーが安いため多少の短命化には目を瞑ることができるからだろうと考えられます。
それから高級車でもバッテリーを直接並列にする設計は見られるようです。それはオーナーのバッテリーを使い捨てにできるほどの経済力を前提とした設計だと思いますが、こういう車に生セルのLiFePO4をそのまま載せたらまずいでしょうね(笑)

コメント

Posted by: j2017/09/17 12:10 PM
Winston Batteryは国内ではどこで買えますか?
アリババから輸入するのは
心配で、躊躇しています
Posted by: ふーちゃん2017/09/17 5:52 PM
jさん

こことかどうでしょうか。
http://www.michinokutrade.jp/battery/

私はオークションで買いましたが、今は出てないようです。
Posted by: j2017/09/17 11:36 PM
教えていただきありがとうございます
 

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