キャンピングカーでサーフィンライフ

サーフィンとキャンピングカーをこよなく愛するサラリーマンのブログ。キャンピングカーで実現する自由な休日を目指しています。

【サブバッテリーのリチウム化】リン酸鉄リチウム(LiFePO4)の生セルを購入!

中国の大手通販サイト、アリエクスプレスでリン酸鉄リチウムイオンバッテリー(以下、LiFePO4)を購入しました。(LFPと呼ばれることも)

自分で設置できるかな〜って不安もあり躊躇してましたが、案外簡単にできちゃいました。これも先人の方々の貴重な情報のおかげです。

キャンピングカー リン酸鉄リチウムバッテリー LIFePO4 生セル アリエクスプレス

 

目次

 

 

なぜリチウム化するのか

もともと、キャンピングカー生活ではそんなに電気を使わない方だったので、鉛バッテリー+ソーラーで十分事足りていました。

じゃあなんでリチウム化するのかって言うと、やっぱり夏場のエアコンです。

 

今までは妻と二人だったので、多少暑くても我慢できましたが、小さい子供がいるとなると話は別。子供は汗っかきだし熱中症も心配なので、やっぱりエアコンが欲しい!ってなったわけです。

でも鉛バッテリーだとエアコンのような大電流を長時間使用するのは難しいです。そこで、LiFePO4への載せ替えを決意しました。

あと、電子レンジも普通に使えるので、離乳食を温めるのにも重宝しそう。

 

LiFePO4(リン酸鉄リチウムイオン)とは

ここでは簡単に説明します。

リチウムイオンバッテリーにも様々な種類がありますが、その中でもLiFePO4はエネルギー密度が低い(=安全性が高い)バッテリーです。過充電しても発火しにくいので、キャンピングカーの車内で使うには安心。

リチウムポリマーはスマホのバッテリーに使われているそうです。そう言えば、スマホが発火したってニュースで聞いたような。。

https://www.no1biz.jp/blog/601/より引用

 

一方で、高密度のバッテリーと同じ容量を確保するには、体積が大きくなるデメリットがあります。が、安全性には代えられないので、キャンピングカーに搭載するなら「リン酸鉄」一択かなと思っています。

それに密度が低いとは言っても、それは「リチウムの中では」の話であって、鉛バッテリーの比ではありません。鉛100AhのバッテリーとLiFePO4(アルミシェル)310Ahがほぼ同じサイズです。

 

鉛バッテリーとの比較

LiFePO4は鉛バッテリーよりも実際に使える容量が大きいです。鉛バッテリーだと実際に使えるのは容量の半分くらい?ですが、LiFePO4は8割くらいは安定して使えます。(設定次第ではもっと使えます)

 

また、鉛が苦手な大電流の放電も可能です。

今回買ったバッテリー(310Ah)だと、連続放電電流は1Cなので310A(≒3968W)。こんなに電流を流すことはまずありませんが、電池のスペックとしては大丈夫ということ。

放電テストではドライヤーをMAX(1400W,108A)で使いましたが、安定してました。リチウムはやっぱりすごいです。

鉛は大電流を流すとバッテリーを痛めるだけでなく、電圧が降下しやすいのでインバーターやプロテクターの低電圧保護で止まってしまいます。バッテリーの寿命を延ばすためにも、0.1C(10A)くらいでジワジワ使うのがセオリーです。

 

大電流の放電に加えて、急速充電も可能です。推奨0.5C、最大1Cまでの電流で充電できるます。

ただ実際には、310Ahとか容量が大きいと、0.5C(155Ah)で充電できる充電器がありませんが。笑

100Ahならカタログスペック通りに2時間で充電するのも現実的ですね。

鉛バッテリーだと充電も0.1Cくらいでゆっくりじゃないとダメ。LiFePO4は充放電どちらにおいても鉛バッテリーを圧倒しています。

 

続いて、サイズ、重量、サイクル回数金額を比較してみます。

 

鉛バッテリー

(ディープサイクル )

リン酸鉄リチウム(LiFePO4) 4セル

容量

105Ah

310Ah

サイズ(幅×奥行き×高さ)mm

304×172×202

280×170×211

重量

21.5kg

21.2kg

サイクル回数

300回?

4000回(80%DOD)

金額(円)

17,200円

57,400円

金額(円/1Ah)

0.546円

0.0579円

※鉛バッテリーは100%DOD(1サイクルで105Ah取り出せる)と仮定して試算

 

購入価格こそLiFePO4の方が高いですが、サイクル回数が10倍以上あるので、1Ah辺りの金額に換算すると10分の1の金額です。

まあ4000回も使う前にキャンピングカーが壊れそうですけど。笑

なので、今のキャンピングカーが壊れても載せ替えるか、キャンカー乗らなくなっても家の蓄電池として働いてもらうつもりです。

 

LiFePO4生セルの場合、本体価格に加えてBMS(〜8000円)も必要です。それを加味してもコスパが高い。設置も案外簡単なので、あとは思い切って中国からの購入に踏み切れるか、ですね。

 

今回買ったLiFePO4バッテリー

購入したのは1セルが3.2V,310Ahで、これを4セル直列接続して12.8Vの1ユニットとして使います。

バッテリー容量は12.8V×310Ah=3968Whです。

今回、8セル購入したので2ユニットを並列にして使います。

 

つまり、3968Wh×2ユニット=7936Whです。

家の蓄電池がたしか8kWh(8000Wh)なので、ほぼ同じ容量になります。すごい。

これだけの容量なら充電なしでも1日はエアコンが回せそう!まだエアコンはないですが。。

 

並列にした理由
  • LiFePO4は最大で400Ah(ハードシェル)しかなく容量不足

→400Ah以上にするには並列一択(アルミシェルは320AhくらいがMAX)

  • 安くて小さいアルミシェルの並列がコスパ最強だから

→ハードの400AHと悩んだが、サイズと価格が優秀なのはアルミの並列

  • 各バンクから流れる電流を半分にできる

→大電流放電時のセルの電圧バラツキを抑えられる

 

並列化については賛否両論ありますね。

敬遠される理由は、並列されたバンクが互いに充放電を繰り返す循環電流が発生してバッテリーが劣化する、ということです。

 

ここからは素人の個人的な解釈です。

鉛バッテリーだと並列は一般的だし、両バンクの電圧が揃えば循環電流は発生しないはず。あと、4000サイクルあっても使い切れないから、多少劣化が早くても安くて大きい容量を確保できる並列にはそれ以上の魅力がある。

まあ、この辺りの技術情報は、まだLiFePO4が普及されてから日が浅いので、これから是非が分かるでしょう。

 

しかし、10年も経てば技術は進歩してるだろうから、その頃にはもっと高性能なバッテリーにしたくなると思います。だから、そのくらい使えれば十分です。

キャンカーで毎日生活していてバッテリーの能力を最大限に活用したいとか、400Ah以下で容量が十分とかなら、1バンクで使うのがベスト。BMSも1つで済みますし。

 

中国からバッテリーが届いた!

注文して3週間足らずで無事に届きました。思ってたより早かったです。

ダンボール1つに4セルが入っていました。

リン酸鉄リチウムイオンバッテリー LiFePO4 アリエクスプレス

 

アリエクスプレスでは配送状態を追跡できますが、まともに機能しないことも多いようです。

ボクはバッテリーとBMSを買いましたが、バッテリーは今だに中国から発送されてないことになってます。笑

 

心配だったのでショップに確認しましたが、「送ったから大丈夫!あと数日で追跡できるようになるよ!」って回答でした。今だに追跡できませんが。

まあ届いたからよし、って感じです。この辺りは日本の通販では考えられない感覚ですね。

 

梱包はしっかりされていた

正直、もっとテキトーな状態で送られてくることを覚悟してましたが、意外としっかり梱包されてました。

リン酸鉄リチウムイオンバッテリー 梱包 中国 アリエク

 

緩衝材の上側を外した状態。バッテリー全体が十分な厚みの緩衝材に包まれていました。

リン酸鉄リチウムイオンバッテリー LiFePO4 中国 生セル 梱包

 

バッテリー1セットには、セル4個、バスバー4枚、ボルト8本、ワッシャー9枚が付属されていました。バスバーはセルとセルを直列に接続するのに使います。

厚さは約1mm。大電流を流すにはちょっと薄くて頼りないですね。

リン酸鉄リチウムイオンバッテリー LiFePO4 バスバー 生セル

 

まずは電圧測定

到着した段階で、まずは各セルの電圧を測ります。

といっても持ってるテスターは0.01V単位でしか計測できません。

0.01V単位の大きな電圧の違いは分かりますが、LiFePO4のセルの電圧差を測るには役不足。0.001V単位が必要です。

もっと言えば、セルの内部抵抗を測定できるテスターが欲しいですね。

このセルの内部抵抗は、カタログ値で0.1~0.3mΩです。

 

さて、一応電圧を測ってみると8セル全て3.21Vでした。

しかし、その中に1つだけマイナス表示のセルを発見!

リン酸鉄リチウムイオンバッテリー LiFePO4 テスター 電圧確認 セル

よく確認してみると、+と−を表示しているシートが逆向きに貼られていました!

このバッテリーの場合、+端子が黒い縁、−端子が茶色の縁になっているので、このセルだけ間違っていたようです。危ない。

テスターでの測定が必要だと実感した出来事でした。

シートは粘着テープで付いていたので、簡単に剥がして貼り直しできました。

 

BMSの配線

BMSは各セルに繋いで電圧を測定したり、セル間の電圧をバランスする配線が必要です。

これはスマートBMSと呼ばれ、スマホBluetooth接続できて、細かい設定値を変更したり、バッテリーを一時的にOFFにすることが可能。かなり便利な機能です。

スマートBMS LiFePO4 リン酸鉄リチウムバッテリー 自作 DIY  キャンピングカー

配線が細くて圧着できる工具がなかったので、ハンダで繋ぎました。

配線が動かないように養生テープで仮固定すると、やりやすかったです。

丸型端子はエーモンのφ6です。

LiFePo4 スマートBMS 配線 リン酸鉄リチウムバッテリー キャンピングカー

 

BMS基盤の「C−」は充電器や電装品のマイナス端子と、「B−」はバッテリーのマイナス端子と繋ぎます。

基盤には「B +」もありますが、こちらは使わないようで取説にも記載はありませんでした。

キャンピングカー LiFePO4 リン酸鉄リチウムバッテリー BMS 配線 

(C−)と(B−)の銅板に空いている穴はM8ボルト用になります。

M8×20mmの真鍮製ボルトナットで固定しました。

大電流が流れるのでがっちり固定しましょう。

 

バッテリーを組む

BMSの準備もできたので、さっそくセルをバスバーで接続していきます。

直列なのでセルとセルのプラスとマイナスを繋ぎます。

併せて、BMSの配線も取説通りに繋いでいきます。配線はBC0~BC4の5本があります(4セルの場合)。

BC0から順に、各セルのマイナス端子に繋いでいき、最後のBC4をプラス端子に繋ぎます。

キャンピングカー LiFePO4 リン酸鉄リチウムイオンバッテリー 生セル バスバー

配線はグチャグチャですが、どうせ後でバラすのでここは気にしてはダメ。

これで仮組みは完成!あとは充放電テストをして問題なければキャンピングカーに載せて配線していきます。

(何か問題があれば中国のセラーと揉めることになりますが、無事なことを祈ります)

 

まとめ

LiFePO4を購入して仮組みまでが無事完了しました。中国サイトから購入ということもあって、日本の通販で買う商品とは質が違いますね。

セルの外面は多少傷があったし、ワッシャーも1,2枚変形していました。肝心のバッテリー自体は問題なさそうなので、性能的には大丈夫そうですが。

まあ、日本と中国では文化や考え方も違うので、この辺りは気にしすぎないことですね。

 

次回は充電と放電のテストをします。(この時点でキャンピングカーへの搭載まで終わっていますが、記事が追いついていません)