DIY リチウム電池: 2 年経った今でも、自作のセットアップは好調です

構築から 2 年後、エンジニアのアンディ・パグは、家庭用リチウム電池セットアップのパフォーマンスに関する驚くべき教訓をいくつか共有しています。

アンディ パグズ ラグーン 410 クシュラ

過去 2 年間、私たち 2 人がクシュラでフルタイムで生活してきた私たちのエネルギー需要はすべて、私が個々のリチウム電池から組み立てたリチウム電池バンクによって満たされています。

それぞれ定格 3.2V および 120Ah の LiFePo4 セルを 16 個使用しました。 4 つのセルを並列に接続する 3.2V 480Ah のいわゆる「スーパーセル」を作成し、4 つのスーパーセルを直列に接続して 480Ah 12V バッテリーを作成しました。 定格 250A の Daly バッテリー監視システム (BMS) を使用しています。 これにより、いくつかの方法でリチウム電池が保護されます。

まず、250A トリップとして機能します。 技術的には、リチウム電池は1C（アンペア時定格）に相当する電流で放電および充電するため、私の場合は480Aですが、ボートにはそれほど多くの電力を消費するものはないため、250Aが十分な安全マージンです。 第二に、個々の細胞のバランスを保つことでそれらを保護します。

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ボートの所有者は長い間、エンジンを始動し、電灯を点灯し、そして最近では…

しかし、最高のリチウム電池にも欠点はある、とエムリス・バレル氏は書いています。 1 つ目はコストです。最大で…

リチウム電池が優れた容量を持つ鍵となるのは、すべてのセルのバランスが取れていることです。 バッテリーを構築するときの最初のステップは、セルを「トップバランス」にすることです。 すべてのセルを並列に配置し、最大 3.65V まで充電します。

これは、ほぼすべてが 100% 充電される電圧です。 次に、電流がバッテリーに出入りするにつれて、すべてのセルが同時に上昇および下降します。 ただし、時間の経過とともに 1 つまたは 2 つのセルがドリフトする可能性があります。つまり、14.6V を充電すると、一部のセルは低くなるものの、一部のセルは 3.65V を超えることになります。

過充電すると損傷したり、最悪の場合過熱を引き起こす可能性があります。 BMS のバランス機能には 480Ah の大容量スーパーセルを維持する力があまりなく、12 か月ごとにバッテリーを分解して再度トップバランスを調整する必要があることがわかりました。 正しく計画すれば、操作全体に約 1 日かかります。

Andy Pag の 480Ah DIY 家庭用リチウム バッテリー バンクは、直列および並列に配線された個々のリチウム セルを使用します。 彼はケトル、トースター、洗濯機のすべてにリチウム電池を使用して電力を供給できますが、すべてを同時に行うことはできません。 制限要因はリチウム電池ではなくボートのインバーターです

また、LiFePo4 は氷点下の温度での充電を好みません。 バッテリー管理システムはバッテリーを遮断することでこれを防ぎます。 ボートが寒冷地にある場合は、バッテリーの周囲に暖房スペースを作り、氷が凍ったときに作業が中断されないようにする方法を検討してください。

当時入手可能な最大容量のセルを選択しました。 セルを使用することで、セルが故障した場合でも、まったく新しいバッテリーを購入することなく、交換できると考えました。 しかし、わずか 1 年後、120Ah セルはほとんど時代遅れになり、確かに見つけるのは困難でした。

私が見つけた中で最も近いものは240Ahでした。 開発と価格低下のペースは驚くべきものです。 セルの 1 つが故障した場合、システム全体をアップグレードする必要があります。

取引ツール: トップバランシングセル用の安価な電源、およびしっかりとした腐食のない接続用の優れた圧着工具

LiFePo4 セルは、それぞれ 3.65V または 14.6V 以下で充電されることを好みます。 私は充電器を少し低い14.4Vに設定しました。 おそらく化学物質へのストレスが軽減され、セルがより長持ちするでしょう。 また、ある程度の余裕も与えられます。セルの 1 つがバランスを崩しても、過充電されません。

バッテリーモニターはBluetooth経由で携帯電話やタブレットに接続します。 このソフトウェアは不器用で不具合も多いですが、必要な機能は果たします。 「Diff Volt」のチェックは毎週のメンテナンス作業です。 セルのバランスが 100mV 以上崩れている場合は、セルを取り外してバランスを最適化します。

すべてのバッテリー充電源が 14.6V 未満に保たれるように調整されていることを確認してください。 ソーラー充電コントローラー、陸上電力、発電機、エンジンオルタネーター。

リチウム電池を充電するように求められた場合、オルタネーターが過熱することについて多くのことが言われています。 比喩的に言えば、オルタネーターは熱くならずに最大電流を長時間出力するように設計されていないということです。

私のソーラーパネルアレイは十分な電力を供給してくれるので、これを広範囲にテストしたことはありませんが、テストしてみると、エンジン回転数を高く保つことは、オルタネーターファンが発生する熱に十分以上であることを意味することがわかりました。電流リミッターやアップグレードされたオルタネーターに散財する前に、システムを見直してください。

私のポリシーを読んだところによると、システムがすべてコードにインストールされている限り、ボート保険会社がボートにリチウム電池を装着することから逃れる余地はありません。

資格のあるエンジニアとして、私は喜んでシステムの承認を行います。 しかし、バッテリーの故障によって引き起こされる結果についてじっくり考えるのは、価値のある、そして冷静な訓練です。

(2kW) のやかんを沸騰させると、バッテリーからほぼ 150A の電流が流れます。 これは金属を溶接するのに十分な量なので、腐食した接続部の抵抗を確保して赤熱させるには十分です。

インバーターのカットオフスイッチにこれを付けていましたが、ありがたいことに、インバーターの読み出しとBMSの読み出しの間の電圧降下が原因で気づきました。

図 1: LiFePo4 の充電曲線。 リチウム電池の電圧は、電池が充電されているか空であるかを示します。 フル充電に近づくと、これは 3.65V に跳ね上がります。 BMS はこの機能を使用してバッテリーを切断し、過充電を防ぎます。 セルあたりの範囲は、バッテリー バンクの場合は 3V ～ 3.65V、または 12V ～ 14.6V です。

私は常に電圧の読み取り値を比較し、レーザー温度計で接続温度をチェックしています。 これは腐食した接続を見つける最良の方法であり、定期的に行う必要があるメンテナンス作業です。 現在、すべてのリング コネクタを平らなブロック上で 400 グリットで研磨し、すべてに誘電体グリースを塗り込みます。

私は、小さいゲージと大きいゲージのワイヤに対応する優れた圧着工具に投資してきました。 何年もペンチでコネクタを下手に圧着していた後、これらの製品は楽しく使えます。

もし今日から始めるとしたら、既製のリチウム電池を検討するかもしれません。これは最近のDIYセルよりも安価で、バランスをとるのに優れていますが、それでも鉛酸を確実に取り除くでしょう。

図 2: LiFePo4 の放電曲線。 リチウム電池は鉛酸よりも内部抵抗が低いため、大電流を長時間流すことができ、より速く充電できます。 大電流を供給している場合でも、放電時に電圧降下が発生することはありません。

リチウムイオン電池とリチウム鉄 (リン酸鉄リチウムまたは LiFePo4 とも呼ばれる) 電池には違いがあります。 携帯電話や電子機器にはリチウムイオンが使用されています。

正しく構築されていないと、バッテリー内で結晶が成長し、最終的にプラス端子とマイナス端子の間に伸びて短絡を引き起こし、火災を引き起こすのに十分な熱を発生する可能性があります。

家庭用バッテリーのような大容量アプリケーションは、リチウム鉄の化学反応により適しており、発火の危険がないわけではありませんが、内部化学反応により結晶成長はそれほど問題にならないことになります。

電圧が高すぎると、発熱して変形し、危険が生じる可能性があります。 セルに穴をあけると内部ショートや火災が発生する可能性があるため、エンジンやギアボックスの部品が飛び散る可能性があり、セルを保護してください。

この特集は、『実践ボートオーナー』2022年11月号に掲載されました。 DIY、節約アドバイス、素晴らしいボート プロジェクト、専門家のヒント、ボートのパフォーマンスを向上させる方法など、このような記事をもっと知りたい場合は、英国で最も売れているボート雑誌を定期購読してください。

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