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リン酸鉄リチウムイオン 長期保管について

投稿日:2021年3月3日 更新日:

ハイパーエボリューションシステム

ナッツさんからリチウム搭載車が発表されたそうで。その名もハイパーエボリューションシステム

これからは各社リチウムが標準になっていくであろうとは、既に皆さん感じておられる事でしょう。必然です。

で、以前取付けさせてもらったオーナーさんに勧められて、一応Youtubeを見てみたわけです。リンクはしないでおきます。

動画では、リチウムイオンバッテリーの種類(リン酸鉄か?それ以外か?)は触れられていませんでしたが、教えてくれたオーナーさんからのカタログ画像がありまして(載せないけど)それによるとリン酸鉄採用だそうです。

で、Youtube見た感じはRENOGYなどと同様に100Ahの組みバッテリーを4並列で400Ahということで。となるとバッテリー内部は一番シンプルな最小構成でも3.2V100Ah4直列なので、4並列だと最小でも4S4Pの16セル構成です。

ちなみに組みバッテリーと生セルの違いについてはこちら。

RENOGYのようにLANケーブルでリンクさせてる感じは見て取れませんでした。

あと、ウリとしては充電を100%までするか?80%でやめとくか?のスイッチがありまして、切り替える事で80%で充電をやめておく「いたわり充電」というのがあります。長期保管時は80%でやめておくという主張?思想?からの機能です。

他にも、モニタリングは出来るのかな?とか、やっぱり結構なお値段。。とかありますが、それはこの際どうでもいいんです。

ただ一個だけ「え?」って思う事があったので書いています。

リン酸鉄リチウムの長期保管は80%という主張ってどうなん?

気になったのはココなんです。

上で紹介した「いたわり充電」について、動画の中で説明されているナッツの方が「長期間保管する場合、容量80%に抑える事で寿命を図っている」と発言されており、そのコメントで「リチウムの保管は80%って初めて知りました。勉強になります」「そうなんですよ。気を付けないとですね!」という流れになっちゃってます。

いやいや待って?と。

よっぽどソコのコメントに横から入ろうかと思ったけど。。今のところやってない。だってなんか皆ナッツがリチウム出した!!って喜んでるのに悪くて。なので、自分のスペースに書いてます。暗いっすw

で、まず、動画で説明してたナッツの方は「長期間保管する場合、容量80%に抑える事で寿命を図っている」と発言されてます。編集されてて聞き取れなかったけどおそらく「長寿命を図っている」という事かと。

それに対し、その時のテロップで「80%の保管がベスト」となっており、コメントで上記の通りの会話により「80%がベスト」という事に「飛躍して確定」してしまってるんです。結論変わっちゃってます。

これが怖いというか。伝言ゲーム的な。噂の始まり的な。ちょっと待って?と。

実際どうなのか?

ナッツの方がおっしゃった「長期間保管する場合、容量80%に抑える事で(長)寿命を図っている」は、間違ってはいません。ただ、別に「80%がベスト」って事はないんです。100%で放置よりは良いってだけ。ココ重要。

ソースはここです。

最後の方の15ページに「実験まとめ」が書いてるのでそこだけ読んでも良いと思います。

資料の中の、バッテリー種類の違いについて。

NMC:三元系。バッテリーの正極にニッケルマンガンコバルト(NMC)酸リチウムを使用したバッテリーです。ハイブリッドやEV等に使われる高性能バッテリー。リン酸鉄よりエネルギー密度は高いです。定格電圧は3.6-3.7V。

LFPがリン酸鉄系です。定格はおなじみ3.2V。

実験結果はLFPの各項目を読んでもらえばいいです。

これによると、「保存試験」結果は

800日経過時点容量は、100%SOC(State of chargeの略。充電率の事)で85%、80%SOCで87%、50%SOCで88%、20%SOCで92%となり、SOCが少ないほど劣化が進みにくい。また正極がNMCの場合より容量減少が進みにくい。

とあります。「100%満充電で800日放置したら、容量が85%に減ってた」って事です。加えて

温度が20℃の場合400日経過で100%の容量を維持しているが、40℃で94%、60℃で80%以下と電池容量が減少しやすくなる

とあります。このデータ的には「保管するなら高温多湿を避けて20℃程度で。SOCは低めで」が正解なんです。

感覚的な話

僕は以前からリン酸鉄リチウムについて

  • 満充電状態での長期保管は痛める。ただしすぐ使うなら満充電でもOK
  • 長期保管は50%付近がベスト
  • 放電末期状態で長期間放置するのが一番NG

と主張してきました。お客さんに聞かれてもそう答えてましたし。

まず長期保管ってどれくらい?って話なんですが、1か月以上単位での話だと考えてます。1週間とかは問題無い。

ちなみに何度も書いてますがDJIドローンのバッテリーは長期間(日数は設定できる)経つと自己放電機能が働き、ほんのり暖かくなって数日かけてエネルギーを熱に変えて50%付近まで放電します。その事からも、50%付近がベストと感じていました。

で、100%満充電状態での長期保管は痛める(劣化を早める)という点は上記の資料を見ても裏付けられてます。

残るは、「過放電状態で長期保存するのが一番NG」って事なんですが、意外や意外。SOC低い状態で保管した方が容量減少が少ないんですね。じゃあなぜダメなのか?と言えば、「自己放電するから」って事なんです。

リン酸鉄の自己放電率は3-5%/月ってとこでしょうか。SOCが20%とか少ない状態で保管したら、数か月で完全放電になる=大幅に劣化します。もっと言うと、放電曲線ってのがありまして。放電末期は常用域よりもストーンて落ちるんですね。

なので、実際はもっと早く完全放電になる。

リチウムで一番避けるべきは満充電よりもこの「完全放電」状態です。再充電出来なくなることもあります。

iPhone等のスマホや、何カ月も使わなかったワイヤレスイヤホンとかで経験した事ある人もいると思うんですが、例えばスマホを機種変して、前の端末を長期間放置。で、久々に起動させようと思って充電したら充電出来なくなってて起動できなかったり、起動できてもバッテリーがヘタってたり。充電ケーブル抜いたら即シャットダウンしちゃう。。なんて経験無いでしょうか?無いかな?(笑)

スマホってバッテリー残量が%で表示されますよね。あれってBMSのお陰です。で、0%になると強制シャットダウンしますが、その時点でもすぐに充電すればバッテリーがダメージ負わない程度にまだ電気は残ってるんです。iPhoneが残り1%からやたら持つのもそのお陰(笑) で、強制シャットダウン後にスイッチ押すと「充電してね」的な画像が出ます。BMSも極小の電気使って動いてるのかも?知らんけど。とにかくまだ少しは残ってる。

その状態で長期間保管するとやがて完全放電に行きつきます。そうなるとリチウムはモノによっては再充電すらできなくなるくらいに死ぬんです。

なので、放電末期状態での長期保管はNGだよって事です。

というわけで、実際、うちに届く生セルも定格3.2V(50%の電圧目安)より少し上。3.27Vくらいで届きます。これが普通です。

80%保管がベストって事は…無いですぜ(`・ω・´)キリッ

以上の事を踏まえると、↑このような結論になります。

ナッツさんのハイパーエボリューションに新設されている、充電量を100%/80%で切り替えるスイッチってのはまぁ有効ではあると思います。

100%満充電で保管するよりは、80%で保管する方が「いたわってる」感じはします。上の実験結果では2%しか変わらないが。。w 

新しいものに対する不安感を払拭して「何となく安心」できる効果もあるかと。

ただ、80%がベストって事は無いです。

乗らない期間が1か月~数か月に及ぶなら完全放電しない範囲で低く抑えた方がベスト。てか、上の実験結果を見る限りはあまり変わらない(笑)

事実としては、流通時は50%程度で送られる。

逆に毎週乗るようなら100%だろうが80%だろうがそこまで気にする事ないと思います。データがそう言ってます。

ていうか。。

本当に100%まで充電してるのか?

って事も関係してくるわけです。どこまで充電して100%って事にしてるのか?ってこと。

リン酸鉄の最大充電電圧上限。カットオフ電圧は3.65V~3.7Vです。知る限り、Winstonのリン酸鉄だけ4Vを謳ってる。過充電耐性が高いって事だと思います。ここでは最も一般的だと思われる3.65Vで書きます。それが4直列だと14.6V。充電していくにつれてバッテリー電圧は上がっていく。

充電器の充電電圧は14.2~14.6Vが多い。参考までRENOGYの「lifepo4」設定の時の充電電圧設定はデフォルトで14.4V。

組み立て済みBMS内蔵バッテリーの満充電電圧は少しだけマージン持たせて14.0~14.2Vくらいになってるのが多いと思います。その電圧になるとBMSが充電止める、または充電器が電流絞る方が先かも。

とにかくそこが運用上の「100%」。上の基準。14.2Vならセル電圧は3.55V。14.0Vならセル3.5V。その辺りです。

で、どこを100%としてるのか?=何Vまで入れてるのか?って事で、話は変わってくるわけです。

例えば「いたわり充電」のスイッチが100%でも13.4Vとか、少し低めで満充電って事にしている=「本当の満充電」手前でやめておいてるとすれば、この「いたわりスイッチ」すら要らない。例えばですよ。実際はもっと上まで入れてるはず。

まず、100%とする「満充電電圧」は何Vなんですか?ってのが分からないと。


■追記他のプレゼン動画で、「充電停止電圧は14.6V」と言及していました。これはハイパーエボリューションユニットなるユニットで停止され、万が一こいつがトラブった場合、「バッテリーのBMSで15.6Vで停止」するそうな。結構攻めに攻めた設定でした。追記終わり。


で、それに対して80%に抑えるという事は、80%の時のセル電圧を何回もテストしてはじき出し、その電圧になったら止めるようにしてるのか?もしくは電流と電圧を積算してSOCを算出し、SOC80%まで充電したら止めるのか?どっちかかなー?と。

おそらく電圧でかな。。?と思うのですが実際見てないのでこれは単なる推測です。間違ってたらごめんなさい。なんせハイパーでエボリューションなシステムなので他の方法使ってるのかも。

とにかく「80%」とみなすところで止めてるわけですね。充電状態でなら。。13.45Vとか13.5Vとかその辺かなぁ? 


■追記充電停止電圧が14.6Vとかそんなに高いなら、80%とする電圧ももう少し高いかも。電圧で遮断してるか?も知らんけど。それにしてもリン酸鉄系にしては充電停止電圧(14.6V)とBMSの保護電圧(15.6V)って他より高いですね。過充電耐性の高いバッテリーって事なのかな?これだとなんか「専用システム」って感じですな。他との汎用性は。。?バッテリーも「ナッツ専用バッテリー」とかにになっちゃうのでは??  

それよりなにより、満充電14.6Vまで入れるのなら「そりゃ80%にするスイッチ入れた方が良いわ」って感じします。 追記終わり


スマートBMSなら自由自在なんです

ちなみに。宣伝するようでなんかちょっとアレですが、スマートBMSは充電停止電圧を自由自在に変えられます。

当方ではご依頼いただいてリチウム取り付ける際、同じく最大充電電圧がセル3.65V/4直列で14.6Vの生セルを使い、スマートBMSの設定で13.6-13.8Vあたりの範囲で満充電と「みなす」ように設定しています。幅があるのは車の充電パワーによって調節してるからです。引き渡しの前に、その設定の意味をご理解いただけるように結構時間とってご説明してます。設定の意味をご理解いただいたうえで、14Vくらいまでは設定上げてもOKとも伝えます。

自分のデュカトは13.6V設定です。この電圧でBMSにより有無を言わさず充電遮断します。放電は出来ます。充電だけ遮断。

これは一般のBMS内蔵組みバッテリーの満充電電圧よりも更に低い数値です。充電器で言うとまだバルクの段階です。低くしてる狙いはまさにナッツさんと同じで「満充電の手前でやめておく」ためです。少しだけ上に余裕を持たせてる。「いたわり充電」です(笑) かなり優しい使い方なの分かってもらえますかね?

ナッツさんの充電停止電圧は、この図の100%である14.6V。過充電保護は15.6Vとの事。

上記の実験結果をふまえれば、「長期保管」は1か月以上とかそういうスパンだし、そんなに乗らない事は僕は無いので14Vくらいまで入れてもいいんですが、長期間(長くても2週間くらい)乗らない事もあるし、いちいち設定変えるの面倒だし。満充電での長期間放置で劣化が早まるのは確かだし。乗らない間も620Wのソーラーは充電するし。なので、多少なりともそれを避けるために「本当の満充電」の手前でやめといて、13.6Vを100%と「みなす」設定にしてるという事です。そこは僕も気分の問題で。わかっちゃいるけど念のため。自己矛盾です(笑)

ちなみに、この記事で紹介してますが、うちはソーラー充電については自作のユニットで13.6Vよりさらに手前の13.5Vでソーラーを自動でカットしています。BMSでも13.6Vになればカットするけど、冗長性を持たせるというか。2重で保護してるつもり。

13.6Vは実際のSOCに換算すれば90-95%くらいかと。なぜならBMSの満充電電圧設定値を14Vまで上げると、BMSの積算上であと10%近くは入るから。が、今の状態でも容量の80%以上の放電容量は確保できているので別にいいかと思いそうしてます。夏場にもっと容量使いたい場合は満充電電圧を14Vくらいまで上げるのもアリとは思う。多分やらないけど。

逆に、例えば「50%程度で保管したいなー」なんて思った時は(そんな事思わないけどw)、定格電圧である12.8%を満充電と「みなす」設定にする。80%に抑えたいなーと思ったらそれなりの電圧に設定することで、それ以上は充電されません。

この辺が自由自在に設定できる点で、スマートBMSはやはり優れていると思う。

まとめ

というわけで「リチウムの保管は80%がベスト」って事は無いですよ?と、お伝えしたかったです。

ていうか、上に書いた通り、そもそもナッツさんは「80%がベスト」って断言したわけでもないです。「ウチはそういう考えで80%で切れるスイッチを付けた」って事だと思うんですね。

しかしながら、もちろん動画の主さんもコメントされた方も全く悪気がないのはわかりますが、結果として「80%がベスト」って結論に飛躍してしまっていた。

その結論は違うし、今後またこういう「新しい噂」が独り歩きして「長期保管は80%が常識!」とか広まってしまうのもなんだかな。。と思いましたので。

だって、例えばそのいたわり充電スイッチを80%にし忘れて家に帰って100%になってたとしたら、わざわざ「ヤバイ!20%放電させなきゃ!」なんて事になりかねないでしょう? 

保管時は80%がベスト!そうじゃないと劣化するからダメだ!的な伝説が出来ても面倒だし。

バッテリー自体自己放電もするし。キャンカーってメインスイッチオフでも凍結防止弁やら、BMS自体やらでも微小ではあるが放電してるし。

サイクル回数にしても、サイクル回数=充電回数ではないし。継ぎ足し充電もOKだし。バッテリーのカタログスペックはDOD(放電率)80%で2000回なのに対し、僕は1年使ってまだ20サイクルだし。

というわけで、100%での長期保管は確かに良くないが、80%がベスト!って事は無いですという事で書いてみたのでした。大事な事なので2回書いたよ。

蛇足ですが、上の実験結果資料を見ても分かる通り、リン酸鉄リチウムイオンは他のNMCなどに比べてエネルギー密度が低いために他よりも大きく重いものの、劣化耐性の面では他よりも強い。「おだやかな特性」のバッテリーだというのは言えると思います。

この辺もどうぞ。勝手リンクごめんなさい。

 

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執筆者:


  1. 剣流星 より:

    楽しみに今回は読ませていただきました。

    オープンにしたデータが全てだと思います。それをどの様に理解したのかは個人の感覚でしょう。

    まだまだ奥が深い?のかわかりませんが、自分で使って良いものは広めていくことは、素晴らしいことだと思います。

    まだまだリチウムバッテリ、発展する楽しみがありますね!

  2. ZAKIO より:

    コメントありがとうございます。
    記事にも書いた通り、ナッツさんは「80%がベスト」とは言ってませんでした。「ウチはこういうシステムにした」って事かと。
    しかし、受け取る側が誤解されてしまい、それが広まって
    80%がベスト!という新たな都市伝説が出来てしまうかもしれない。
    それは良くない事だと思いましたので、そこは否定しつつリチウムの長期保管という大きなくくりで書きました。
    他の記事でも書いたんですが「リチウムは充電しながら使えない」とか「走行充電できない」とか、間違えた噂って良くないと思うんですよね。
    影響力のある大きい会社が言うほど信じてしまう人もいると思いますし。(今回ナッツは言っていないが)
    恣意的なものかどうか?わからないけど、事実に反して、あるいは誇張されて、歪んでだまま広まってしまう事がある。

    事実は事実として提示して、それをどのように捉えて判断するか?は個人の選択で良いと思うんですけど、その判断基準となる情報が歪んでたらダメだと思います。

    と言いつつ、自分も歪んだ情報を出してる可能性もあるので、出来るだけ正確に伝えたいとは思うのですが。

  3. たか より:

    はじめまして。
    リチウムイオンバッテリーについて調べていて、このサイトに辿り着きました。
    深い内容で勉強になりました。ありがとうございます。

    そしてアドバイスを頂きたいことがあり、コメントさせていただきました。

    私は今現在ハイエースのサブバッテリーシステムとして、リン酸鉄リチウムイオンバッテリー(100Ah)を積んでて、走行充電器とソーラーパネルも装備しています。

    ただキャンプなどに行く機会は少ないので、普段は街乗りです。
    ですので、普段は余りサブバッテリーを使っていません。
    使っても停車中にカーナビでテレビを見たり、たまに買い物帰りに冷蔵庫のスイッチを入れるぐらいです。

    充電しなければ、サブバッテリーの減りも100%状態から、2~3週間かけて残量が60%~70%まで減るぐらいのペースです。
    (走行充電器とソーラーパネル、どちらにもキルスイッチを入れているので、両方とも充電OFFにして)

    このような普段使いのときに下記の2つの充電方法で悩んでいます。

    ①上記の普段使いのようにサブバッテリーをほとんど使ってなくても、キルスイッチは充電ONの状態で、ちょこちょこ充電されて、常に満充電状態にある。

    ②キルスイッチで充電をOFFにして、2~3週間でバッテリー残量が60%や70%など、ある程度消費してからキルスイッチで充電ONにして充電する。

    この2通りだとどちらの方がバッテリーの寿命に良いでしょうか?

    もしくはどちらも大差ないとか。

    ご意見を頂けるとうれしいです。

    • ZAKIO より:

      コメントありがとうございます。
      記事内で引用したデータによれば、残量少ないほど劣化(容量減)の進み具合は低いそうなので、厳密に言えば2の方ではないでしょうか。

      あとは満充電電圧による違いもあるかと。
      うちはBMSの設定によって13.6vで充電止めてしまうのでそもそも「本当の満充電」にしていません。
      残量減っててもソーラーで勝手に回復するので、13.6v上限の状態で停車されています。

      もし14.2とか14.4くらいまで入れているなら、13.6に比べて劣化度は早いと思われます。ごく僅かかもですが笑

      そもそも長期保存のスパンは数週間とかよりももっと長いので、「どっちも変わらない」とも言えると思います。
      上で挙げたデータによると、リン酸鉄系は他の3.7vタイプのリチウムと比べて劣化の度合いが比較的少ないですし。

      実使用で劣化を感じとるにはかなりの期間が必要と思われるので、あまり気にしない方がいいのでは。。笑

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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。
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