蒼天航路 〜ドローンと空撮とキャンピングカーのブログ〜

Drone Aerial Shoot ドローン空撮屋のブログです。その他にも、キャンピングカー、空モノを中心としたラジコン関連の雑感なども書いていきます。

キャンピングカー リチウムイオンバッテリー関連 lifepo4

キャンピングカー に lifePO4 リン酸鉄リチウムイオンバッテリー システム を自作で設置!

投稿日:2020年4月16日 更新日:

キャンピングカーのサブバッテリーが使い物にならなくなった

まずはこれまでの経緯を。

早いもので、キャンピングカーA535-2を購入してもうすぐ1年が経ちます。1万5000キロくらい走りましたかね。東京と関西の往復が多いです。

休みの度に出かけ、車中泊をするわけですが、この1年でだんだん…本当にだんだんと、サブバッテリーが死んでいきました。。

僕のキャンカーには105Ahのディープサイクルバッテリーが2個付いてました。最初のうちは快適でしたが、使うにしたがって弱っていきました。

原因はクルマの方にもあって、主に 走行充電が出来なくなっている事に気が付かなかった のが原因です。

キャンカーには100Wのソーラーパネルも設置されています。昼は充電されるわけです。使うのは主に週末。平日の5日間である程度充電されます。

こうなると、走行充電出来てるかどうか?は盲点となり、なかなか気づきません。だって使えるんだもの。

しかし、使えば使うほど使える容量が減っていく。ついに、車中泊中に低電圧(10.5V以下)の警告ランプが点灯。夜、ソーラー充電が出来ない時間帯に関西から東京まで5-6時間走行した後も電圧が変わっていない。。ここで初めて気づきました。

キャンピングカーに設置されているEBL99という走行充電とキャンピング部分の配電盤を兼ねた機械が故障しており、走行充電が出来なくなっていました。

修理動画はこちらです。EBL99を積んでいるバーストナーオーナー自体少ないと思いますが、ごく一部の方の参考になれば幸いです。

走行充電器を直し、充電できるようになったものの時すでに遅しでした。いくら「ディープサイクル」と言っても、何度も低電圧警告ランプが点くほどまでに深放電を行ったバッテリーは既に力尽きていました。1つは完全に死んだので配線を外し残る一つでの運用。しかし、おそらく…体感的には200~300Whくらいの容量しかなかったと思います。5Ahの放電なら数時間はいけるけど、10Ahの放電になると1時間も続けられない状況でした。そろそろ引導を渡すときです。

やっぱリチウムイオンだろ!

というわけで次のサブバッテリーを検討するわけですが、このブログの過去記事にもありますが、僕はもう一台の車「デリカスペースギア」に、3年前にディープサイクルのサブバッテリーを2万円で制作しています。今も元気に動いていますが、同じことやったんじゃつまらない。次はリチウムイオン一択だろ。

ちなみに、言うまでもないですがDJIをはじめとするドローンのバッテリーもリチウムイオンバッテリーです。サイズの違いはあれど、以下で書く事と同じことが言えます。

リチウムイオンとディープサイクル(鉛バッテリー)の違い

エネルギー密度が高い

こう書くとややこしく感じますが、要は重量あたりの電力がデカいってことです。

ディープサイクルの105Ah×2個だと45kgくらいありますが、リチウムイオンだと200Ahで22kg。約半分ですね。

実際に使える容量が多い。

ディープサイクルは「ディープサイクル」といっても鉛バッテリーです。上に書いた僕のサブバッテリーのように「ディープサイクル」と謳っていても「ディープに放電」すると寿命を縮めます。使える容量はせいぜい60%程度と考えるべきです。

また、容量表記もややこしいです。「5時間率」や「20時間率」という概念があります。

例えば、105Ah(20時間率)と書いてある場合、105÷20=5.25Ahで、「5.25Ahの電流を20時間流せますよ」ってことになります。

で、前の記事でも書きましたが、20時間率を5時間率に直すと容量は80%程度にダウンします。

105Ah(20時間率)のバッテリーなら、105Ah×80%だと84Ahとなり、84Ah÷5=16.8Ahを5時間流せますよってことになります

さらに深放電は避けないといけないので、使える容量はさらに減ります。。

どのくらい減るか?は、上に書いた通り消費電力の大きさに左右されるので一概には言えませんが、5時間率となる16.8Ahで使用するなら、せいぜい3時間でしょう。3時間として50.4Ah。

対して、リチウムイオンは100Ah なら100Ahきっちり取り出せます。なので「時間率」という概念自体がありません。シンプルでわかりやすい!

ただし、リチウムイオンバッテリーも過放電すると寿命を縮めますので、現実に使える容量は80%程度が安全圏ですが、それでも鉛よりはきっちり電力を取り出せます。

メモリー効果が無い。

浅い放電のまま再充電すると使える容量が減っていく効果を「メモリー効果」といいますが、リチウムイオンにはそれがありません。いつでも注ぎ足し充電が可能。

大電流が流せる

鉛バッテリーは上に書いた通り大電流で使うほど取り出せるエネルギー(電力)が減るうえ、充電も0.1C充電(100Ahのバッテリーなら10Ahで充電)が基本と言われる。(実際は0.3~0.5Cくらいはいけるけどね)

リチウムイオンは充電・放電とも大電流で出来る。大電流で充電出来るという事は急速充電ができるという事。1C充電(100Ahのバッテリーに100Ahで充電。計算上は1時間で満タン)くらい余裕。充電の飲み込み(充電効率)もいいです。DJIドローンの充電も1時間程度で終わるでしょ?1C充電です。

軽く、小さく、大容量、大電流…と、まぁ良いことづくめです。

ただし、これまでは車載するうえでの安全性に疑問符がついていました。ラジコンやドローンのバッテリーも「充電に気をつけないと発火する」とか「爆発する」とか言われてましたよね。これによってなかなか大容量リチウムイオンが普及しなかったのですが、最近はリン酸鉄リチウムイオンバッテリー(lifepo4と書きます)というバッテリーが登場したことで、キャンピングカーにもリチウムイオンバッテリーを搭載する車が出てきていました。

リン酸鉄リチウムイオン(lifePO4) バッテリーとは?

リン酸鉄リチウムイオンバッテリー (lifepo4バッテリー)は、モバイル機器等に使われるコバルト系リチウムイオン電池と比べ、その化学的性質から、電池内部で発熱があっても結晶構造が崩壊しにくく熱暴走(発火・破裂)が起こりにくいという安全性の高いリチウムイオンバッテリーの一種です。Youtubeでも耐久(?)テストしてますね。穴開けたりしても発火・爆発しない(しにくい?)ようです。

キャンピングカー用のリチウムイオンバッテリーとして各メーカー(ビルダー?)に使われています。次、替えるならこれしかないと思っていました。

ただね、高いんだよ。。。。(日本のがね)

「キャンピングカー リチウムイオン」でググって「国内で売られてるやつ」を見てみてください。必ずしも「国産」ではないですよ。すっげーお高いw 僕が組んだ5KW級ので100万以上するモノもあります。高すぎるわ。車買えるやんw 本末転倒やがな(関西弁w)リンク貼って紹介する気にもならん。貼られたくないだろうけど(笑)

lifepo4バッテリーの有名どころ

色々調べるうち、以下の2つがハバを利かせてる感じがしましたので一応ご紹介しておきます。

Winston (ウィンストン)

http://en.winston-battery.com/

いかにも欧米かっ(古)って感じの名前ですが中国、深センを代表するリチウムイオンバッテリーのメーカー。Winston Chung(ウィンストン・チョン)氏が創立。黄色いセルが目印。社章のライオンはリチウムイオン(Lion)とかけてるのかな??日本の会社で販売されてるlifepo4バッテリーをつかった電源装置の中身もこれだったりします。他と比べると結構高め。ブランドからか?モノはいいのでしょう。

Sinopoly (シノポリー)

http://www.sinopolybattery.com/en

正式名 Sinopoly Battery Limited。本社は香港。ウィンストンほどは高くない。ネット上での性能評価も高いし安心して買えると思う。

日本ではオンリースタイルという会社が代理店だそうです。たしかにカタカナで「シノポリー リチウムイオン」でググると出てくるな。。気になる方はご自分で探してください。5kW級は60万円だそうです。へーー(棒)。でもちゃんと金属のケースに入ってるしね。お金ある方はいいんじゃないですかね。

20万以下で組む5KW級 リン酸鉄リチウムイオン(lifePO4) サブバッテリーシステム

高いよ。自作するわ。

買えないので自作します。中国製ってことはアリババで売られてますね。アリエクじゃないですよ。アリババです。世界中の業者(バイヤー)を相手にしてます。海千山千です。なので最低ロット〇〇個~ みたいな業者も多いですが、個人も対応してくれるセラー(販売者)もいます。いわば問屋から直ってことです。アリエクより安いんです。

余談ですが、世界で一番売れてる電動キックボード Xiaomi M365のOEM品(という名のコピー品)を1台3万くらいで2台買いました(笑)

必要な物。てか買ったもの。重要パーツ3つ

lifepo4バッテリー CALB CA400

1セル3.2Vです。容量は自分で好きに選べます。100Ah以下~400Ahまで。それを4つ直列に繋いで12.8Vのサブバッテリーにします。

メーカーはWinstonでもSinopolyでもなくCALBというメーカーの物。

China Aviation Lithium Battery Co Ltd です。本社は中国の洛陽だそうです。

リンクはアメリカ支社のもの→http://www.calbusainc.com/

カリフォルニアに進出してます。

ここのCA400という400Ahの製品をアリババで購入しました。

12.8V×400Ah=5120Wh(5.12kW)の巨大サブバッテリーです。

前のサブバッテリーの新品状態(2520Wh)の数値上で約2倍。lifepo4は取り出せる電力が多い事から、実際は3~4倍の容量になります。前のはヘタってたから、自分の感覚的には10倍くらいです(笑)

ここはドローンのブログでもあるので、いったいPHANTOM4PROのバッテリーを何個充電できるのか?というと、

5120Wh÷89.2Wh=57個充電できます。

iPhone(6.95Wh)なら700回くらい充電可。最強すぎる。

1つ260ドル=28000円くらい。それを4つで11万くらい。送料30000円。高いけど4つで合計64kgですからね。。高い送料払っても14万円です。

1月17日発注→3月8日着。コロナの影響で届くのに2か月近くかかりました…

CALBにした理由は

  • 他の2社より安かったから
  • 実績あるのか?知らんが「航空」を名乗っているから。悪名名高いボーイング787のバッテリーかもしれないけど(…と思ったら787のバッテリーはまさかのGSユアサ製でした。。。)
  • 人と違ったものにしたかった。日本ではあまり知られてない…てか誰も使ってなさそうだから
  • バッテリー関連を紹介する海外のYoutuberの人の評価が高かったから。 https://youtu.be/Di2o7an-WJw   この人をして、Cheapest (最安)と言っているw
  • アメリカに支社出して頑張ってる感じするから。

です。

BMS

バッテリーマネージメントシステム の略です。

基本的に、リチウムイオンバッテリーを積む製品にはほぼ100%BMSが付いてます。

DJIドローンのバッテリーにも付いてます。スマホのバッテリーにも。モバイルバッテリーにも。近頃流行りのお気軽ポータブル電源にも。マイクロドローンの小さなバッテリーにも。現代人は知らず知らずのうちにBMSのお世話になっています。

充電・放電を司るとともに、セル電圧・過充電・過放電・過電流・温度・短絡などから保護するパーツです。

取り扱いに気をつける必要があるリチウムイオンバッテリーにおいては、何らかの形でセル電圧・バッテリー全体の電圧・充電量・充放電の電流量(Ah数)をモニターしたいです。完全にBMS任せで情報が拾えないBMSもありますが、ここはやはり数値で確認出来ないと不安で仕方ないので。モニターする方法はメーターを付けたり色々考えられますが、僕は「スマートBMS」を使いました。

スマートBMS

スマートBMSとは、Bluetoothを使ってスマホと接続し、上に書いたセル電圧・バッテリー電圧・充放電の電流量・残量などを常にモニターでき、過充電・過放電・過電流・温度・短絡という保護すべき項目の設定値をアプリで細かくセッティングできるBMSです。

DJIドローンもセル電圧や残量がアプリ上でわかりますよね。一定の残量になったらRTHがかかったりとか。あれもいわばスマートBMSの恩恵です。なのでDJIのバッテリーは「インテリジェントフライトバッテリー」と称されます。頭いいですもんね。

BMSは必要か?

上に書いた通りBMSはどのリチウムイオン製品にもほぼ100%使われていますが、要は過充電・過放電・過電流などから保護できればいいわけです。保護する方法はいろいろあって、別にメーターをつけたり、あらかじめ決めた電圧になったら接続をカットするプロテクターを付けたりも考えられます。僕がシステムを組みにあたっていろいろ脳内でシミュレーションする際、参考にさせてもらった「先駆者様」である「うなぎさん」のブログでは、BMSを使わずにlifepo4サブバッテリーを運用していらっしゃいます。しかも5KW級を2基で10KW!バッテリーの量もさることながら、情報量もすごいので興味ある方は一読をお勧めします!

充電器

まず、充電器選定にあたり、lifepo4の充電で注意すべきは、

「ディープサイクル(鉛バッテリー)用の充電設備だと電圧が足りない場合があり、電圧が低いと満充電に達せない」

事に気をつける必要があります。

lifepo4の充電に必要な電圧はバッテリーによって微妙に違いますが、仕様に「最大充電電圧」が書いてあります。僕のCA400 は3.65Vです。それ以上かけると壊れます。なので、3.65V×4セル=14.6Vが最大充電電圧です。これは厳守しなければなりません。ちょっと安全マージン取って14.4V(各セル3.6V)が最適と考えてます。

それに達しない充電器だと満充電まで達せない事があるので気にしたほうが良いです。

で、僕のキャンカーは充電方法が4つあります。走行充電・ソーラー充電・発電機での充電・外部電源充電 です。

このうち、発電機と外部電源はそれぞれ作動中にのみ、サブバッテリー庫にある100Vのコンセントに通電し、それに繋がっている未来舎の「POWER TITE」の充電器に通電して充電します。これは充電電圧が14.4Vが選べるので、これなら流用できるかな?と思ったのでそのまま流用してます。ちなみに中国から電圧・電流が可変設定可能な充電器を購入したのですが、コロナのせいでもう2か月以上届いていません泣

僕の車の場合は、この充電器とは別に、走行充電器ソーラーの充電器が必要です。数年前に組んだデリカスペースギアのサブバッテリーの時は走行充電器は付けずにACC連動のリレー式にして、キーを回した時だけメインバッテリーとサブバッテリーをリレーで接続させ、オルタネーターの電気をそのままサブに流して充電してましたが、リチウムイオンでソーラーと組み合わせるとなるとちゃんと14.4Vに電圧揃えてくれる充電器が必須かと。

上に書いた「先駆者様」のうなぎさんは走行充電器を自作されています。オルタネーターからの電圧を昇圧する「昇圧コンバーター」を並列に3連装して、1つあたり20Ah、3つで60Ahの充電電流を確保しています。僕もマネしようかすごい迷ったんですが、

  • お使いになってる昇圧コンバーターが4000円くらいする。3つで12000円。
  • 自作で走行充電器を組むと、ソーラー充電器を別途購入する必要がある。
  • 自作の手間

がネック。。で、これ買いました

RENOGY DCC50S

RENOGY DCC50Sです。25000円でした。23000円ってなってるな…泣

RENOGYはアメリカの若い人が立ち上げたソーラーやlifepo4バッテリーなど、オフグリッド系の製品を出してる会社です。

これの最大のウリ(?)は走行充電器とソーラー充電器が1台2役になってるところ!最大充電電流は50Ahと若干少ないですが、コスパで考えたらこれでいいかな!と思いました。

充電電流について

こうしていろいろ頭の中で「充電電流(Ah)大きいほうが充電早くて良いなぁ・・」と考えて、それなりのシステムを組んでも実際に充電してみると「充電電流(Ah)が低い!」て事があります。前のデリカの時もそうでした。なぜでしょう?

オームの法則 てのがあります。V=IRです。Vは電圧(V)、Iは電流(Ah)、Rは抵抗値(Ω)です。

この法則を考えると「(充電)電流を上げるには電圧を上げればいい」という事が分かります。

しかし、電圧Vはセル保護のために14.4V(最大でも14.6V)までしか上げられない。R(抵抗)=負荷であるバッテリーの抵抗値も変えられない(充電にともなって変わるが)ということは、流れる電流量は「バッテリーとの電位差と抵抗値によって決まる」のです。満充電近くになると充電電圧とバッテリー電圧の差が小さくなるうえ、抵抗も上がる。満充電近くになると充電に時間がかかるのはそのためです。

逆にある程度放電させた状態(充電電圧との差が大きい状態)でならぐんぐん飲み込み(充電し)ます。

なので50Ahの充電器で実際は20Ah程度だったとしてもあまり気にしないです。

充電電圧も上限があるので、対策出来ることと言えば、充電器とバッテリーを繋ぐケーブルを極力「太く・短く」して抵抗を減らし、電圧降下を防ぐことくらいです。そのうち今の14SQを38SQに交換してみるのはアリかもね。

※違ってたらごめんなさい。満充電近くでも定電圧で大電流流せるぜ!って方法あったら教えてくださいm(_ _)m

ケーブル&圧着端子&圧着工具

ケーブル

太いほど大電流を流せます。そして電圧が低いほど効率悪くなります。車の12V系なんぞは効率悪いわけです。なので想定する電流量に対応したものより1サイズ上のケーブルのほうが良い気もします。が、そもそもそんな大電流を継続して流すこともないだろうと考え、想定50Ahの部分には14SQにしました。

「充電器からバッテリー」とか「バッテリーから100Vインバーター」など、大電流が流れる部分は極力「太く短く」を心がけましょう。細いと、または長いと、ケーブルの抵抗によって電圧降下が起きてよろしくないです。

圧着端子&圧着工具

配線するうえで必須になります。キャンピングカーでは場所によって22SQとか38SQの太いケーブルを使う場面もあると思いますので、38SQまで対応するものが良いと思います。

これね。

あと、圧着端子は取り付ける機材の穴径を計ってから買いましょう。

まとめ

というわけで、今回はlifepo4バッテリーの特徴や注意点、必要な機材について書きました。

次回はもっと詳細を書いていきますが、既にYoutubeには完成状態をアップしていますので興味ある方はこちらも観てもらって、チャンネル登録もしてもらえたらうれしいです。

ではまた!

 

 

-キャンピングカー, リチウムイオンバッテリー関連 lifepo4
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執筆者:


  1. うなぎ より:

    ざきおさん
    今回のブログも対策ですね。大変分かりやすいのがいいですね。
    LiFePO4も色々な種類があって迷いますし、カットオフ電圧もわずかに違うようです。
    私は行きがかり上、バランサーをつかいましたが、スマートBMSがうまく使えれば管理が簡単でいいですね。
    これからさらに実験を追加してこのブログの続きを期待しています。
    多くの方が安価にLiFePO4を楽しめるようになればいいと思います。

    以前からDCC50Sが気になっていましたが、詳細がよくわかません。
    走行充電器の自作が苦手な方には、安価で大容量なので朗報ですね。
    昇圧充電で50A可能 ?
    ソーラーの最高入力電圧 ?

    ドローンのことはよく分かりませんが、DJI MAVIC MINIが小さくて良さそうだと思っていますので一つほしいですね。

    • okaoo1976 より:

      うなぎさん
      返信遅くなりました。。
      お陰様でとりあえず完成しました。いろいろ質問にも答えて頂きありがとうございます。
      DCC50Sは、マニュアルがDLできるのでそれで大体の機能を把握できると思います。
      https://renogy.jp/content/manual/RNG-200316-RBC50D1S-G1.pdf

      昇圧できればいいんですけど、カタログ上は14.4Vです。
      ただ、充電終止電圧が16Vとかになってまして、ウチのバッテリーとは合わないのでその辺の制御はBMSに頼らないと壊れますね。
      RS485で通信できるようなので、もしかするとカスタマイズできるのかな。。?と目論んでいます。
      あと、動画内でも触れてますがソーラーの最高入力電圧は25Vまでです。なのでパネルは車向けの18Vのものしか使えません。
      先日、到着しましたのでそのうち取り付けたいと思います。

      ドローンは表現の幅が広がるので面白いですよ!
      ドローン積んで撮影旅に行きたいです。はやくコロナ収まるといいですね。

  2. やす兄 より:

    ざきおさん
    リチウムバッテリーはうなぎさんの投稿で見ていたんですね…
    私のロデオは後部に130F51の鉛バッテリーを積んでましたがその後ディープバッテリーに変えたりしてますが中々充電が上手く行って無い様で現在は105A×2並列で200Wソーラーパネル、イ・105A走行充電に接続、ロ・105Aは84Wソーラーに繋がってます。
    天気の悪い日とか冬は発電機を回して走行中に100Vの充電器で充電をしてます。
    何か自分でも無駄な事をしてると思ってます。
    だからリチウムバッテリーには凄く興味が有ります。こらからも使用のリポートを楽しみにしてます。
    インバーターのリモコンには凄く興味を持ちました。リモコン用で無くても今度やって見ようと思ってます。
    ドローンはdobbyを持ってますがバッテリーが直ぐに無くなって全然飛ばしていませんがこちらの方でもよろしくお願いします。

    • okaoo1976 より:

      やす兄さん
      すみません、返信遅くなりました。
      そうですね。lifepo4にしたいと思ってググったら必ず出てくると思います。うなぎさん(笑)
      以前、ドローンの充電用としてデリカSGにディープサイクルのサブバッテリーを組んだのでイメージは出来ていたのですが、lifepo4の電圧管理やマネジメントについてとても参考になりました。
      皆同じ事言うと思いますが、一度リチウム使ったら戻れません(笑)
      自分的にはソーラーと走行充電を統合管理するRENOGYの充電器を使ったのも正解だったと思います。
      スペース的に厳しくても200Ahシステムなら今と同様のスペースに積めると思いますし、200Ahでもおそらく体感的には3~4倍に感じられると思います。
      是非おススメします!

      インバーターのリモコンは、リレー作動時の逆起電力を気にしないで良い方法は?と考えた時に、本体のスイッチ側なら大丈夫ではないか?と思ってやっただけです(笑)
      参考になれば幸いです!

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名前 : 岡崎 慎一

5歳でトイラジに出会い、それ以来ブランクはあれどずっとラジコン好き。
とあるアーティストのMV撮影でDJI INSPIREでの撮影を目の当たりにしてドローン空撮を志す。現在はそのMV撮影時に飛ばしていた人に師事。

ドローンの他、登山とマラソンとロードバイクと天体撮影とラジコンと音楽とデリカスペースギアとPCとカレーが好き。 これら全部を活かして、旅をしながら稼げるバックパッカーとなり世界一周に憧れてます!
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