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)の充放電テスト!

アリエクで買ったLiFePO4バッテリーの仮組みが完了したので、今回は充放電テストをします。

カタログ上では310Ahですが、実際に何Ahまで使うことができるのか?楽しい実験です!

 


目次

 

 

BMS保護機能の確認

充放電テストの前に、BMSの基本的な保護機能を確認しておきます。

過充電時の充電停止と、過放電時の放電停止が正常に働くか、以下の4項目をチェック。

  • Cell over voltage(セルの上限電圧)
  • Cell under voltage(セルの下限電圧)
  • Batt over voltage(バッテリーの上限電圧)
  • Batt under voltage(バッテリーの下限電圧)

 

これはBMSの保護機能の設定画面です。

キャンピングカー リン酸鉄リチウムバッテリー スマートBMS 設定 電圧

過充電・過放電だけでなく、充電電流・放電電流、充電温度・放電温度なども設定して保護できます。

また、Delay(判定に要する時間)も設定できるので、瞬間的に上限・下限を超えて遮断されることも防げます。優秀ですね。

 

 

今回はテストなので、過放電・過充電の4機能をすぐにチェックできるよう、BMSの保護電圧を変更しました。

こちらは充電時の様子。バッテリー上限電圧を超えたのでBMSが充電を遮断しています。

キャンピングカー リン酸鉄リチウムイオンバッテリー スマートBMS 過充電 過放電


「Charge OFF」とアラームに「Battery overvoltage protection」が表示されています。

Trigger Valueを超えたときに、BMSが充電or放電を遮断し、Releaseまで戻ったときに遮断が解除されることを確認できました。

このBMSでは上限電圧を超えた時は充電のみ遮断、下限を超えたときは放電のみ遮断されます。

 

バッテリーの充放電テスト

いよいよバッテリーの充放電テストです。2バンクあるので時間がかかりました。

これは最初の充電後です。(名称がデフォルトのままですがバンク1です)

LiFePO4 リン酸鉄リチウムバッテリー 生セル スマートBMS 電圧 バラつき

セルの電圧差はわずか0.003V(3mV)で状態は良好ですね。安心しました。

 

これはドライヤーを風量MAXで動かしたとき。

急激に残量が減っているのは、別のタイミングで撮った写真だからです。もっと言うと別のバンクの写真でした。(こちらはバンク2)

LiFePO4 リン酸鉄リチウムバッテリー 充放電テスト スマートBMS

大電流が流れるとセルの電圧差が大きくなりますが、ドライヤーは普通に動いています。

テスト時はインバーターの配線が20SQ×1本と細かったので、配線がほんのり暖かくなっていました。

キャンカーに載せるときは、22SQ×2本にするので大丈夫でしょう。

 

バッテリーの容量確認

カタログ値では310Ahと表記されてますが、「実際に何Ah使えるのか」は気になるところ。

このバッテリーのスペックはこちらの通り。一般的なLiFePO4と同じです。

バッテリーのスペック
  • 容量:310Ah
  • 定格電圧:3.2V
  • セル上限電圧:3.65V
  • セル下限電圧:2.5V

 

カタログスペックの上限・下限まで充放電するのはセルにダメージを与えそうで心配。(特に下限)

なので今回のテストでは90~95%程度の充放電にとどめて、100%本気で絞り出したら310Ahありそうか?という予測的なテストをしていきます。

 

BMSの設定

今回のテストでは以下の設定値で充放電を行っています。
普段使うなら上限・下限ともにもっと控え目な設定値にしますが、今回はテストなので。
充電設定
  • セルの上限電圧3.55V(Delay 15秒)
  • バッテリー上限電圧14.2V(Delay 30秒)

 

上限を超えてすぐに充電停止しないよう、判定を長めにしています。

充電時にセルの電圧バラツキが少ないことは確認済なので、問題ないと思います。

 

放電設定
  • セルの下限電圧2.8V(Delay 5秒)
  • バッテリー下限電圧11.20V(Delay 5秒)

 

カタログ上は2.5Vまで放電できますが、これは危険なので2.8Vにしました。これでもちょっと心配ですが。。

下限は判定時間を短く設定しています。

放電末期は電圧バラツキが大きくなるし、セルへのダメージも心配なので早めに停止します。

 

テスト開始!

まずはバッテリーを満充電していきます。

セルかバッテリーが上限電圧に達して、BMSにカットされるまで充電を続けます。

 

充電電流は40~41A程度。

これだけの電流でも、バッテリー容量が大きいので結構時間がかかりそう。。

それにしても、LiFePO4は電気の吸い込みがいい!

鉛バッテリーでは40Aの充電電流は考えられませんね。

 

こちらは1番セルが上限電圧3.55Vに到達したときの様子。

判定を15秒にしているので、すぐには遮断されません。

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

 

時間が経つと、アラームが出てBMSが充電を遮断しました。

4番セルだけ電圧が低いですね。電圧差は0.082Vと少しバラつきが大きいです。

この時点だとバッテリー残量は92%(286Ah)ですが・・

 

少し時間が経つと100%に表示が変わりました。

リン酸鉄リチウム LiFePO4 スマート BMS 充放電テスト 満充電 急速充電

 

こちらが100%表示になったとき。

キャンピングカー リン酸鉄リチウムバッテリー LiFePO4 満充電 セルバランス ばらつき

 

その後しばらく放置して、電圧が落ち着くのを待つと・・

13.40Vで安定しました。このときセルの電圧差は0.004Vで揃っています。

この状態を満充電として放電していきます!

リン酸鉄リチウムバッテリー 満充電 生セル 電圧 BMS

 

放電スタート!

手頃な消費電力の家電がなかったので、ドライヤーを使いました。

インバーターの配線が細いのでMAXではなく、中(3段階の2)で稼働します。

リン酸鉄リチウムバッテリー 生セル 深放電テスト 容量確認 車中泊

消費電力はインバーターの変換ロスも含めて600W程度。これだと6時間近くかかる見込み。。

MAXで稼働(約1200W)できれば3時間で終わりますが、配線が燃えても困るので放置して気長に待ちます。

鉛バッテリーから考えたら600Wを放電し続けるのもスゴイことなんですが。

 

放電が終わったタイミングを逃さないよう、iphoneの画面を常に撮影しておきました。

ずっとスマホを見張っとくのはできないので。笑

 

で、いきなり終わりの写真なんですが、そのときの様子がこちら。

リン酸鉄リチウムバッテリー LiFePO4 深放電 セル バラツキ 実容量

1番セルが下限に達して遮断されました。セルのバラツキも0.346Vとかなり大きい。

普段使いでは放電し過ぎないようにするのが良さそうです。

あと、仮組みでなのでバスバーをギチギチ締めていないのも原因かも。

キャンピングカーに載せた後に、気が向いたら再チャレンジしてみます。

 

肝心のバッテリー容量ですが、放電後の残量30.60Ahなので、

310.00-30.60=279.4Ah。310Ahの容量に対して90.13%使えた結果となりました。

310Ahには届きませんでしたが、約50Aを連続放電したことを考えると満足です。

 

ただ、今回のテストは充電時のセル上限電圧を3.55Vにしていたので、カタログ値の3.65Vにすればもっと伸びると思います。感覚的にはあと10Ahくらいは出せそう。

逆に、放電時のセル下限電圧はこれ以上下げても、そこまで容量は稼げなさそう。放電末期のバラツキもひどいので、これ以上はやらない方がいいです。(今回は放電し過ぎました)

結果としては、300Ah近くはあるかな〜、って感じです。

 

放電末期の電圧バラツキは大きいので、日常的にはもっと早く放電を停止した方がいいですね。バッテリーをいたわるなら、実容量の7~8割くらい?が電圧の挙動的には安定してそう。

 

まとめ

中国から買ったバッテリーで少し心配でしたが、電気容量はカタログ値の9割はしっかり使えました。もっと攻めた設定にすれば、カタログに近い数字が得られそうですが、そこまでしてバッテリーを痛めるのもイヤなのでこの程度に。

 

今回はドライヤーを600Wで約6時間も連続駆動できました。

リチウム化する最大の目的である「夏場のエアコン」もかなり長時間稼働できそうです!

次回はキャンピングカーへの搭載について書いていきます。