■りん酸鉄リチウムイオンバッテリーは「DC-ACインバーター」「チャージコントローラー」との相性問題

ここでは、「DC-ACインバーター」「チャージコントローラー」との相性問題を軸足にして、初心者の方にもわかりやすいように解説いたします。

■リン酸鉄リチウムイオンバッテリーの電圧と実際の放電深度
※ここでは、4直列仕様（定格12.8V、40Ah＝512Wh）の新品状態のリン酸鉄リチウムを基準として解説します。25.6V仕様の製品では「2倍」、51.2V仕様の製品では「4倍」にして各電圧値を読んでください。

全く充放電のない状況における電圧と放電深度

※充放電後「30分以上経過」したときの電圧値です。

上記数値を見ておわかりのとおり、放電深度が「70％」付近までは、非常に緩やかな放電特性カーブを持ちますが、その後も、放電深度が「90％～95％」となるまで、インバーターの低電圧保護遮断回路が動作することなく、また電圧降下も少なくAC出力を可能にしています。

鉛バッテリーでは、この放電深度70％付近では、すでにインバーターの保護回路が動作する「10.5V～11.0V」にまで電圧降下を起こしており、この段階でAC出力は停止します。

では、次に負荷出力中のバッテリー電圧と放電深度の関係を見てみましょう。

1/2C（約250W）連続負荷状況における電圧と放電深度

※負荷出力中のリアルタイム電圧値です。

上記数値を見ておわかりのとおり、1/2C、すなわち250Wもの放電がありながら、鉛バッテリーに比較して大きな電圧降下も見られることなく、放電深度「80％」付近に特徴的な電圧降下はあるものの、インバーターの低電圧保護遮断回路が動作するまで快適な放電ができることになります。
 

ソーラーパネルに関しましては、リン酸鉄リチウムイオンバッテリーと直接接続することはありませんので、これ以外の接続機器の相性問題について解説いたします。

チャージコントローラーとの相性問題

一部の例外製品を除き、PWM制御チャージコントローラー、MPPT制御チャージコントローラーともに、機器自身が動作するためのセルフ電源を必要としますので、特にBMSが搭載されたリン酸鉄リチウムイオンバッテリー（当社の一般製品）では、BMSの各種保護電圧閾値をチャージコントローラーの電気的仕様に適合させなくてはなりません。（※BMS非搭載の製品は、過放電、過充電による極端な進度による劣化が進み、メーカー期待寿命である「サイクル回数2,000回以上のときの容量維持率70％以上」は実現しません）

また、過放電時、過充電時にかかわらず、保護遮断制御がされた場合、特に問題となるのが過放電時であり、リレー回路を復帰状態とするためには、外部の充電機器を使いBMSに設定された閾値までバッテリー電圧を手動で上昇させる必要が出てきます。

そのほかにも、一般に市販されているチャージコントローラーでは、満充電にできない製品もありますので注意が必要です。

最も注意が必要なのは、BMSの設定閾値に適合、対応した出力仕様（サージも含む）を持つインバーターとの組合せが必要です。

BMS非搭載のリン酸鉄リチウムイオンバッテリーでは、過放電電流値の上限が制御されていないため、重大なバッテリー劣化、セル損傷を招くことになります。

当社のリン酸鉄リチウムイオンバッテリーのご購入を検討されていらっしゃる方は、誤った過放電を行わないためにも、「1C」以下のインバーターと組合せて使用されることをお勧めします。

※「1C」とは、たとえば定格電圧「12.8V、40Ah」（512Wh）のリン酸鉄リチウムイオンバッテリーでは、このバッテリーを1時間で完全放電させる電力値、すなわち512W以下の出力性能を持つインバーターと組合せるという意味です。

「SUNECO」製りん酸リチウムイオンバッテリーの基礎知識、りん酸鉄リチウムイオンの接続、また蓄電システムなどに取付方法など、りん酸リチウムイオンの日常メンテナンスなど記述いたします。

 

■使用上のご注意

 

1、リン酸鉄リチウムイオンバッテリー

（BMS搭載製品）

 

・セル仕様 26650 規格 3.2V、3.3Ah 単セル組電池

・過充電保護遮断電圧閾値 15.2V（12.8V 時）※電圧仕様の異なる製品は整数倍に

してください

・過放電保護遮断電圧 8.0V ※電圧仕様の異なる製品は整数倍にしてくださ

い（単セル：2.0V以下で遮断）

・最大充放電電流値 1C以内

・サージ許容電力 2C（0.9秒：最大）

・直列適合性能 直列接続はできません

・並列接続適合性能 6並列まで（最大充放電容量は何並列でも「1C」まで

・放電特性 充放電特性グラフを参照ください

 

2、ポータブル型リン酸鉄リチウムイオンバッテリー

・セル仕様 26650 規格 3.2V、3.3Ah 単セル組電池

・過充電保護遮断電圧閾値 15.5V（12.8V 時）※電圧仕様の異なる製品は整数倍に

してください

・過放電保護遮断電圧 9.6V ※電圧仕様の異なる製品は整数倍にしてくださ

い（単セル：2.0V以下で遮断）

・最大充放電電流値 1C以内

・サージ許容電力 2C（0.9秒：最大）

・直列適合性能 直列接続はできません

・並列接続適合性能 2並列まで（最大充放電容量は2並列でも「1C」まで

・放電特性 充放電特性グラフを参照ください

 

■過放電保護遮断回路が動作したときの復帰方法
 

負荷出力中に各仕様値の電圧を下回ったときは、バッテリーを過放電から保護するために

「直ちに出力を停止し遮断状態」となります。

通常、負荷出力中は「電圧降下現象」により、保護遮断設定閾値となる「8.0V または9.6V」

以上の電圧で実際は遮断されますので、負荷接続環境をすべて開放して10分程度待てば自

然に内部リレーが開放されます。（8.0V または9.6V 以上に戻る）

しかしながら、負荷出力容量の値が小さければ小さいほど電圧降下が小さいため、自然に

電圧が復帰回復することはなく、「専用充電器」を使用しなければなりません。

上記「専用充電器」とは、全自動充電器等と呼ばれているリアルタイムの電圧値を測定し

てから充電を開始する製品ではなく、強制的に電圧を印加できるタイプでなくてはなりま

せん。（安定化電源等）

概ね「5分程度」を目安に、バッテリー仕様電圧値と同じか、もしくは若干高い電圧を強制

印加してください。

 

■過放電保護遮断回路が動作したときの復帰方法
 

一時的な遮断となりますので、充電端子を開放すれば直ちに復帰します。遮断時は直ちに

この作業を行ってください。

■「SUNECO」りん酸鉄リチウムイオンバッテリーパックの組付（組合せ)
■「SUNECO」りん酸鉄リチウムイオンバッテリー内部保護特性
本バッテリーの内部特性は、誤用及び濫用によるバッテリーへの損傷を防ぐことが可能にしています。
○SUNECOセルはエネルギー高い、重量軽い、長寿命という特性があり、誤用及び濫用による熱暴走（Thermal runaway）のことはありません。
○SUNECOのBMUは独立な電源管理ユニットとして、同時に128個りん酸鉄リチウムイオンバッテリーモジュールを監視、検測することはできます。
○各独立したバッテリーりん酸鉄リチウムイオンバッテリーモジュールの内部に保護ボードを装着し、セル電圧と内部温度の収集、監視を行っています。
○LEDランプ（オプション）は明確的にバッテリーりん酸鉄リチウムイオンバッテリーモジュールの状態を表示されることができます。

バッテリーパック組付（組合せ）

バッテリーパック組付（組合せ）	12Vバッテリーパック
バッテリーパックの電圧最大値	450V
バッテリーパック最大直列モジュール数	30台モジュール

                       表1バッテリーパックの組付（組合せ）

SUNECOはバッテリーりん酸鉄リチウムイオンバッテリーモジュール及び組バッテリーの定義は下記の通りに表示します。
○セル：単体のバッテリー、公称電圧3.2Ｖ
○バッテリーユニット：いくつのセルが並列したもの
○バッテリーりん酸鉄リチウムイオンバッテリーモジュール：４つのバッテリーユニットを直列したもの
○バッテリーパック：いくつのりん酸鉄リチウムイオンバッテリーモジュールを直列また並列したもの

■バッテリーパックの取付接続
バッテリーパックと外部部品の取付（接続）直前に、アクセサリーなどを身体から取り除いてください。
りん酸鉄リチウムイオンバッテリーモジュールを取付（接続）前に、設備の電源をカットしてください。また、りん酸鉄リチウムイオンバッテリーモジュールを交換する前に、他のりん酸鉄リチウムイオンバッテリーモジュールをシステムから外したことを確かめてください。

ご注意
○発熱体の上にりん酸鉄リチウムイオンバッテリーモジュールの接続作業は禁止します。
○りん酸鉄リチウムイオンバッテリーモジュールをシステムに接続する前に、すべてのりん酸鉄リチウムイオンバッテリーモジュールは同様な荷電状態をさせてください。如何に実現するのかに関しては、SUNECOまでお問合せください。
○柔軟な絶縁銅ケーブルを直列また並列用のケーブルとして使用してください（例えば溶接用ケーブルまたは同レベルバス）
○バッテリーりん酸鉄リチウムイオンバッテリーモジュールは密閉且つ遊離電解質はないので、横置きでも許容されますが、できれば、正面を上に向かってください。

ご横置きでも許容
りん酸鉄リチウムイオンバッテリーモジュールは必ず横置きに配置すると必要になる場合、下記のように置くようオススメしています。
（端子は上に向かうように）
 
         
図2
りん酸鉄リチウムイオンバッテリーモジュールを正常に作動させるために、BMU（バッテリーマネージメントユニット）が必要です。BMUはりん酸鉄リチウムイオンバッテリーモジュールまたバッテリーパックの管理を遂行しています。
BMUの接続方法に関しては、BMUのユーザーガイドをご参照ください。

接続用ケーブルの取付（接続）手順
①りん酸鉄リチウムイオンバッテリーモジュールを設備（電動車あるいは他の設備）に固定させる
②設備（電動車あるいは他の設備）の負極と第一個目のりん酸鉄リチウムイオンバッテリーモジュールの負極と接続してください。
③第一個のりん酸鉄リチウムイオンバッテリーモジュールの正極と第二個目のりん酸鉄リチウムイオンバッテリーモジュールの負極を接続（直列方式）
ご注意：ここに使用するジャンパーケーブルはターミナルケーブルの正負極を接続する用ケーブルは同じ規格でなければなりません。

バッテリーパックあるいは複数のりん酸鉄リチウムイオンバッテリーモジュールの接続手順
○ジャンパーケーブルを使って図3に示した直列の接続をしてください。
○りん酸鉄リチウムイオンバッテリーモジュールの並列を通じて大電流の実現はできます。
○りん酸鉄リチウムイオンバッテリーモジュールは必ず先に並列した次に直列すること。図４に示す。
○りん酸鉄リチウムイオンバッテリーモジュールは30個を超えた場合、SUNECOまでお問合せください。
 ご注意：りん酸鉄リチウムイオンバッテリーモジュールを並列するには、同じ帯電量のことを確保しなければならない。
○継電器とバッテリーパックの正極に接続させる
 
直列接続
バッテリーりん酸鉄リチウムイオンバッテリーモジュールを直列すると電圧を増加することはできます。下図は3つのりん酸鉄リチウムイオンバッテリーモジュールの直列したイメージ図です。単体のりん酸鉄リチウムイオンバッテリーモジュールの電圧は12Vだとすれば、3つが直列すると、電圧を36Vを得ることができます。総容量は不変です。

図３：りん酸鉄リチウムイオンバッテリーモジュールの直列接続（取付）

並列接続
図4は直列と並列共に存在した構造です。
並列は容量を増加することができますが、電圧は不変です。

並列と直列接続
図４の示すように、直列、並列が組合せた構造で電圧と容量を同時に増加させることによって稼働時間をアップすることができます。例えば、単体のりん酸鉄リチウムイオンバッテリーモジュールの平均電圧は12Vですが、直列と並列後、48Vの電圧を得ることができ、且つ容量は3倍にアップしてきます。

図４：りん酸鉄リチウムイオンバッテリーモジュールの直並列取付（接続）
ご注意：接続手順は、必ず先に並列、次に直列　としなければならない。

りん酸鉄リチウムイオンバッテリーモジュールとBMUの通信
RS485バスを介してりん酸鉄リチウムイオンバッテリーモジュールとBMUとの間の通信を実現します。各りん酸鉄リチウムイオンバッテリーモジュールにはM12のオスコネクタとメスコネクタがあり、並列構造をリング接続に実現させることができます。
接続に関しては、開示できませんが、詳細について当社までお問合せください。




■バッテリーパックへの充電
 バッテリーりん酸鉄リチウムイオンバッテリーモジュールは直列また並列後、BMUによるバッテリーパック内の各独立したりん酸鉄リチウムイオンバッテリーモジュール（充電器をのぞき）への充電を管理しています。

適合した充電器の選び
以下のポイントで充電器を選んでください。
○充電器は適切した小さなDC電流を提供でき、トリクル充電（Trickle Charge）を実現することができる。
○充電器は信頼かつ精確な電圧レギュレータを有すること。
○充電電流は、いつでも調整や制御することができます。

りん酸鉄リチウムイオンバッテリーモジュールへの充電
一般な充電では、まず、<=0.5Cの電流にて定電流充電を行ってください（40AH電池りん酸鉄リチウムイオンバッテリーモジュールは充電電流<=20A、110AH電池りん酸鉄リチウムイオンバッテリーモジュールは<=50A充電電流）、それから定電圧にて0.05Ｃに至るまで充電してください。可能な場合、三段充電器（定電流－定電圧－フロート充電）を選んください。システム電流は0.05Ｃ以下になると充電完了といいます。
また、りん酸鉄リチウムイオンバッテリーモジュールはフロート充電に入ってから、セルは継続的にバランスを維持されることから、りん酸鉄リチウムイオンバッテリーモジュールが損傷を受けることはありません。
一般な充電器では、りん酸鉄リチウムイオンバッテリーモジュールの温度は0～45°C（32-113°F）にすること。低温下、りん酸鉄リチウムイオンバッテリーモジュールの内部抵抗値が高くなり、0℃（32°F）の条件で、バッテリりん酸鉄リチウムイオンバッテリーモジュールの充電受入れが低下になります。によって、充電所要時間が長くなります。充電カットオフ電圧＝システム内部直列したりん酸鉄リチウムイオンバッテリーモジュールの個数×単体のりん酸鉄リチウムイオンバッテリーモジュールの最大電圧値　の値です。
バッテリーパックの全体の容量は、最小のバッテリりん酸鉄リチウムイオンバッテリーモジュールの容量によって決められるもので、違う仕様のりん酸鉄リチウムイオンバッテリーモジュールを直列しないでください。また、そのたタイプのバッテリーとの接続もおやめください。例えば、鉛バッテリーとりん酸鉄リチウムイオンバッテリーとの接続など。
 
図6　40Ahりん酸鉄リチウムイオンバッテリーモジュールは23℃の時、C/2レートにて充電特性カーブ（略）
 
■SUNECOバッテリーりん酸鉄リチウムイオンバッテリーモジュールの特性
○内蔵した電子計測SOC、電流、電圧と温度
○内部セルバランスファンクションを備えている
○ＬＥＤランプ表示付き
BMU（RS―485通信口）によるデータ監視、計測
○パック直列後最大電圧は450Vにも達する
○IP56標準に準じ、防塵、防水を満たす及び難燃性材料を使用
○DOD80％にて2000回以上のサイクルを達成することができます。
○メンテナンスフリー
○多くの鉛バッテリー（AGMまたGEL式）充電器でも通用可能
充電の際は、ご不明はSUNECOまでご連絡ください。


充放電制御
パックにおいて任意のバッテリーユニットの放電はその最小値の2.3Vに至ると、BMUは放電中止の指令を下し、りん酸鉄リチウムイオンバッテリーモジュールの放電を中止させます。BMUは瞬時的に電流を遮断され、放電回路を遮断することにより放電中止になります。また、りん酸鉄リチウムイオンバッテリーモジュール充電は4Vに至る時は同じ動作が発生されます。
緑ランプは点灯すると、りん酸鉄リチウムイオンバッテリーモジュールは作動正常を示す。黄色いランプは点灯すると、BMUは指令を下し、りん酸鉄リチウムイオンバッテリーモジュールの負荷を低減と要求またりん酸鉄リチウムイオンバッテリーモジュールの温度をさげることを要求することを示す。赤ランプ