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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 リチウムイオン バッテリー 取付け その4 最強か?400Ah×12セル!15kWhのモンスターを組んだ

投稿日:

最強?lifepo4  400Ah×12セル=15kWhのモンスターキャンパーを組んだった

ええ。タイトルの通りです。組んできました(笑)

依頼者様は北海道にお住いの方です。機材費・作業料の他、道民の翼 AirDoでの羽田~千歳往復と、3泊分の宿泊費をアシマクラとして頂きましたが、実際はルームメイトちゃんとデリカスペースギアで大洗~苫小牧のフェリーで伺いました。デリカにしたのは、キャンカー故障中だから!(泣)これについてはまたの機会に書きます。で、ホテルは5泊分取って、取付後は2-3日、北海道で遊ぶ計画です。ホテル代は2人で5泊で2万でした。一人2000円/泊です。民泊かよw GoTo対象期間より前でこれです。宿泊業の方は本当に大変だろうなぁ。。

なんでも、115Ahの鉛を12個。ソーラー200Wを6枚積んだモンスターキャンパーだそうですw 

最初に言っておきます。車種は内緒です。国産キャブコンです。カムロードベース。写真も内装はOKだけど、外装はNGです。

内緒にしても鉛12個積んだキャンパーなんて限られると思うが。。(笑)秘密は守ります。

そんな、スペック上モンスターな車ですが、オーナーさんはかなりご不満な様子です。既にリタイヤされている方で、1年のうち7~8カ月はキャンカーで放浪しているそうです。ホントにいるんですね。そういう方が。憧れますねぇ。

交換前のスペック詳細

鉛バッテリー12個。320kg。16kWh。

こんな感じです。

鉛ディープサイクル12個ですよ。ACデルコのM31MFです。重量はバッテリーだけで約320kg(笑) 容量は定格12V/115Ahとして、既に16.5kWじゃないか。一体何の不満があるのか?と思うのですが、さっぱり持たないんだそうです。ヘタってるのか?なんなのか?

6個ずつ並列で1バンクとして、それを2バンク。それぞれのバンクは並列にはなっていないとのこと。

走行充電器はCTEK

走行充電器はCTEKです。D250SE+SMARTPASS120S のセットです。

2つで最大140Aだぜ!と謳われてる、日本においては人気商品ですよね。CTEK自体は世界でも人気かw 僕にとっては初めてのCTEK積んだ車です。

でもね、「140A」は「流せるよ」ってだけで、「出るよ」って事ではないのですよ。なので、ウワサのCTEKがどんくらい出てるのか?見ものでした。

ソーラーは200W3枚ずつ2セット使用

ソーラーは200Wが6枚乗ってるそうですが、そんな大電力に対応するソーラーチャージャーは無く、200W3枚=600Wずつソーラーチャージャーを繋ぎ、片バンクずつに入れているそうです。

外装NGなので写真はありません。

残量計もインバーターも外部充電器もとにかく全部2個。あと発電機

バッテリー残量計も2個。高価なボトロニックが2個付いてます。片バンクずつ見れます。

インバーターも充電器も片側ずつに2個。インバーターはMEAN WELLの1500Wとどこぞの300W。用途によって分けているそうな。

外部充電器も2個。60Aと55A。60AのがMEAN WELLのPB-1000-12/55AのがIOTAのDLS-55 でした。同時使用だと115A。充電器の効率考えると、入力はもっと食うので、たぶん一般の家庭用コンセントだとブレーカーが飛ぶ容量です。

発電機はトラベラーです。2.2kwくらい。これなら同時充電も可能かな?

こんな感じで、シート下に所狭しと付いています。1500Wインバーターが高床式になっています。

で、それを持ち上げると下に300Wインバーターと2個の外部充電器が見えます。

かなーり、特殊な仕様なのわかりますかね?

電装品

テレビやらポンプを除き、消費電力の大きそうな電装品はそんなになかったんですよねぇ。KMEのDCインバーターエアコンが付いていました。写真は無いです。ごめんなさい。

あと冷蔵庫か。24時間付けっぱなしをご希望。7Aくらい消費すると言ってました。24時間で単純計算なら170Aか。でも。。どちらのバンクを使うとしても115Ah6個片バンク=780Ahですぜ?数日は持つんじゃないのかなぁ??

オーナーさんの不満

相談は主にメールよりも電話で行いました。すごい長電話を何回もしました。恋人かw

これだけ積んでても持たないんだそうです。すぐに電圧が12V割るくらいに下がるそうです。あと気になるのが、ボトロニックの電流計を見てると、使っていないはずのバンクから電気が流れてるそうです。それによって片バンクを温存することが出来ないと。並列にはなっておらず、出力経路は2系統で別になってるはずなのになんでー?と悩んでおられました。

いろいろ聞くとピンときました。走行充電器であるCTEKは1つです。それで2つのバンクを充電しています。てことは走行充電器で並列に繋がっている可能性が高い  のではないか?と。実際、そうでした。オーナーさん、目ウロコでした。自分、ちょっと得意げです。

走行充電を1個の充電器=並列で行う以上、走行充電中は2つのバンクを接続し、停止中は遮断するような仕組み(ACCに連動したリレーだが)が無いと、放電経路が2系統であっても結局バッテリー同士は充電器で並列になるわけです。今、思い出して書いてても紛らわしい。。。w

オーナーさんの要望 400Ah 12セル搭載に決定

最初、オーナーさんは400Ahを8個注文されました。400Ahを2系統にするおつもりでした。しかし、輸送中にトラブルが起きました。到着前の破損です。そこで、当方でサプライヤーと交渉し、無料でもう1セット(4個)+破損分を。ただし送料はこちら負担で送ってもらう事になりました。計12個になります。オーナーさんは12個全部積みたいと(笑)

そこで、400Ah2並列=800Ah(8セル)で1系統と、普通の400Ah(4セル)1系統で12個積むことになりました。ただし、現場で「やっぱり入らなかった」となった場合には、当初の予定通り8セルにする条件付きです。入ってしまいましたw

リチウムイオンバッテリーの並列接続について

並列使用は本当にNGなのか?

基本的に、直列にしたユニットをさらに並列にする使い方は避けるべきだとネットには書かれていることが多いです。

なぜか?並列される複数の電池(この場合、4S1ユニット×2)の電圧差によって「循環電流」が発生し、バッテリーを使っていなくてもお互いに充放電しあってバッテリーを痛める。

ってのが最大の理由らしいです。使ってなくても減っていくと。

なので、並列にしなくていいように様々な容量のバッテリーが売られているんだぞと。

「循環電流 バッテリー」でググると、おそらくトップに出てくる方は「循環電流防止装置」なるものを開発しており、DIYキャンパーやソーラー発電家(?)から高評価を得ているようです。こういう人って本当にすごいよねぇ。。尊敬。電圧降下を容認するならダイオード入れて逆流防止するのもありです。

オーナーさんの車も、ダイオードは見当たらなかったし、それで12並列になってたわけで「持たない」原因の一つとしてこの「循環電流」があるかもですね。

けど待って?ここからは並列肯定意見。電動チャリや、日本では謎の道交法によって「原チャリ」に分類されてさっぱり普及しない(怒)、電動キックスクーターなどのバッテリーは18650や21700などの単セルを直列して、それを並列することで容量稼いでるバッテリーが沢山あります。容量4-5Ahの単セル3.6~3.7V。それを10直列(10S)で36Vにして、それを4並列にして定格36V容量20Ahとか。ザラにある。10S4Pと書きます。Sは直列(シリーズ)。Pは並列(パラレル)の意味ね。

モノによっては結構普通の事でもあると思うんだけどなぁ。。? 充電時も放電時も、どれかバランスの悪いセルに引っ張られるので、たしかにセル数が増えるほど寿命は縮むかもですけど。

しかも「ロットの揃った新しい物なら並列も問題ないかも知れないが・・」とか書いてある。何回も使用した中古と新品を一緒に使うのはNGなのは想像できるが、揃ってれば「良い」んだと。

要は、全部のセル電圧を揃えればいいんだろ?じゃあアクティブバランサーの出番でしょう?って事になるわけです。

4S2P ? 2P4S ? 並列化の方法について

2通りあります。

※2P4S、4S2Pの呼び方について、下記と逆に説明している所も散見しますが、ここではJIS規格 C 8715-1に習いました。

4S2P:4直列したものを1バンクとし、それを2つ作ってバンク毎に並列にする 

メリット:BMSは4S1バンクごとに2枚必要になるが、全てのセルの電圧が確認できる。

デメリット:BMSが2枚なので、表示は実際の電力の半分になる。例えば100Wを使っていても、2つのバンクから50Wずつとなる。理論値であり、実際は2つのバンクは同じにはならない。

2P4S:先に2つのセルを並列にして「1セル」とし、それを4直列にする。

メリット:BMSは1枚で済む。充放電電力量も実際の値が表示される。

デメリット:2セルずつ並列になっているので、8セル全ての電圧は計れない。が、アクティブバランサーによってバランスされるので、そこまで神経質になる事もない。。?

オーナーさんは8セル全ての電圧をお知りになりたいそうでして、今回は4S2Pとしました。

バランサーについて

文字通り、セル電圧をバランスする(揃える)モノです。

パッシブ型とアクティブ型があります。ググってもらうと解説がいくつも出るので超簡単に書くと、

  • パッシブバランサー:電圧が飛び出たセルがあれば、その分を熱として消費させ、他のセルが追い付くのを待つ。
  • アクティブバランサー:電圧が飛び出たセルがあれば、その分を他のセルに分け与える。

ってことです。アクティブ型の方が効率良いのはなんとなく想像できますよね。実際、良いんです。だってエネルギーを熱として捨てないから。いつも使う中華BMSにもバランシング機能はあります。しかしバランス電流が小さすぎて役立たずなのです。

ですので、今回は計8セルをバランスさせるため、アクティブバランサーを使いました。

4S用ですが、上の図のようにA・Bのケーブルでバランサー同士を接続することにより8S、12S…と対応します。BMSとは関係なく、これ単体で動作します。

バランス電流は定格6A/最大10Aです。

カタログ値であり、実際はそんなに流れません。電圧差が1Vでやっと3-4A程度です。

並列にする以上、循環電流を100%抑えるのは無理だと思います。それこそ上に書いたような防止装置付けるか、ダイオード噛ますかです。しかし2つの4Sバンク間で電圧差がゼロに近くなるほど循環電流は少なくなる。このバランサーでそれを狙おうって事です。使用後はセル間の電圧差10mA以内に抑えると謳っています。

ちなみに自分もずっと前から手持ちとして持ってはいました。今まで自分のに使っていなかったのは、4S1バンクならバランサーが無くても1晩もすると勝手に揃うから。とはいえ、充放電末期と大電力使用時にはやっぱりセル電圧はズレますし、そのズレを瞬時に補正する事までは出来ないと思うから。半分「おまじない」程度にしか考えていなかったんです。でも、並列にする以上はセル間はもちろん、バンク間の電圧を常に合わせる活動(?)は重要だと思い、これを導入しました。セルを合わせれば自ずとバンクも合うんだけどね。

あ、ちなみにですが、オーナーさんの車は4S2P=800+普通の4S(400Ah)なのですが、普通の4Sの方にもバランサー付けてくれました(笑)

膨大な配線作業

今回の鬼門:謎の切り替えスイッチ

そうそう。この車にはこのように切り替えスイッチがありまして。

オーナーさんは、これを回すと「バンクを切り替えられる」と仰っていました。

「切り替えられる」ってことはですよ? 2つのバンクからプラス線が1本ずつ、2本来てて、出力は1本の構造の3極スイッチなのだろう。それなら、このスイッチの出力線は全ての電装品の大元になるのだから、バッテリー交換してBMS付けて、この切り替えスイッチにバッテリーのプラス線2本を繋ぐだけで、このスイッチの先の車両側は何もすること無くていいんじゃね?ラッキー♪ラクそうじゃーん!と軽く考えておりました。。。。実は違ったんだけどねw 

だって、今思えばですけど「バンクごとに放電が別系統なのに出力が線1本なワケないやん。。そしたらもう片バンク分動かないやん。。」て事なんですよ。

実際には、このスイッチの電極は2つしかなく、両方のバンクからのプラスが来てた。てことはどう見ても「2つのバンクを並列接続にするスイッチ」でした。。。orz

しかし、北海道に行く前は上に書いたみたく安易に考えていたもので、現場でそうじゃない事を知り、愕然としました。考えてた配線プランもブっ飛び、アタマは混乱。。現場ではいろんなことがありますね。だって都内近郊で下見に行った場合以外はいつもほぼ初見なんだもの。。

結局、このスイッチは廃止しましたっ 要らん!(笑)

「放電経路は2系統に分かれている」というのは事実のようでしたので、以下のようにしました。

  • 放電は800と400のバンクそれぞれを別系統の放電系に接続。
  • CTEKの走行充電は、ACCに連動させた大容量リレーを新設してエンジンがかかってる時だけ両バンクを接続。エンジン停止後は切断することで常時並列化を防ぐ。
  • インバーターは300Wは下ろす。1500Wは800Ahバンクへ接続。
  • ソーラーは最初と同じ。200W×3枚の出力を片バンクずつに入れる。
  • 外部充電はIOTAは充電電圧が足りないので下ろす。代わりに、持参した中華製70A充電器を800Ahバンクに。既設の60A充電器は400Ahのバンクに。70A充電器にはON/OFFスイッチが無いためブレーカーを設置。(60A充電器には最初からスイッチが付いている)
  • BMSは400Ahバンクごとに1枚。計3枚。

です。他にもボトロニックの残量計のシャントとか、後付けの電圧計とか… もう、感覚的には、ほぼイチからの電源構築作業です。「バッテリー入れ替えるだけ~ あとは北海道で遊ぶ~」とか考えてたのに(笑)

作業日数3日。完成の図

こんな感じです。汚くてすまん。重量にして150kg近く軽量化されてます。

オーナーさんの元部下の方(FRP職人さん)がいろいろ手伝ってくれて本当に助かりました。特に、BMSの土台です。写真のBMSのところ、BMSが2段重ねになっていて、その下に並列化された両バンクからの+・-の端子台があります。

その端子台の上に、BMSを2段重ねにするやぐらをFRPでワンオフで作ってくれました。マジで神。俺なら木だったよw ありがとうございます!!

走行充電 CTEKはしょぼかった

いつも、最初からお伝えしています。僕はキャンパー部分のみで車両側の配線は触らないので、走行充電はどのくらい出るかわかりません。と。

ましてや今回は最初からCTEKが付いてたので、本当に触ってない。

と、言いつつ、最初見た時、配線がマニュアルと違ってて、電装品を直接動かすための出力端子にバッテリーが繋がってのでそれだけ直したけど。あと、CTEKには「バッテリーセレクトケーブル」なる線があり、その線を未接続・アースに接続・プラスに接続いずれかにすることにより、バッテリー種類を判別させて出力電圧と制御が変わるので、そこも直した。

で、エンジンかけたところ。。。

  • 800Ah バンク1 7Ah
  • 800Ah バンク2 6.8Ah
  • 400Ah バンク 7Ah

みたいな感じで、合計約20Ah出力しか出ていなかった。

250SEは単体だと出力20Ahなので、それだけが働いており、SMARTPASS120Sの方は働いていない様子。それぞれについているLEDインジケーターで動作状況がわかるのだが、インジケーターを見てもやはりSMARTPASS120Sが働いていない。

マニュアルを読んでも動作条件が書いていない。CTEKに「いったいいつSMARTPASS120Sは働くのか?動作条件を教えてください」とメールしてから、この記事を書いてる時点で2週間近く経っているがいまだに返答が無い。

充電器への経路やケーブル太さ、オルタネーター容量などにもよるだろうし、もしかするとバッテリー電圧が下がれば働くのか?もしれんが、動作条件がわからないんじゃあどーしよーもないよね CTEKさん。

最大140A!と謳っていても、「140A流せるよ」ってだけで「140A出る」「140A引き出す」という事ではないのです。

それにしても20Aは少ない。。他の充電器を試してみたくなる。

ソーラーは絶好調

ソーラーは200W×6枚。CTEKにもソーラー入力端子はありますが、300Wまでなのでとても耐えきれないので、別でソーラーチャージャー2台付いてます。写真は無いです。すみません。出力電圧や充電停止電圧をユーザー設定できるタイプだったので、充電電圧14.4V、停止13.5V(BMSよりも0.1V下)で設定した。

僕が滞在している間はあまり晴れ間が出なかったが、曇り空でも200W程度出ていた。

外部充電はブレーカーが飛ぶ容量 w

外部充電は60A(for 400) と 70A(for 800)です。どっちもきっちりとそれに近い値を出しています。それぞれスイッチが付いていて、単体なら使えます。70Aの方にクランプメーター付けて消費を計ってみると、やはり13A(1300W)くらい使っている。60Aも1000W以上は使ってるはず。

一般のコンセントは大抵15A(1500W)までなので、普通のコンセントで両方使おうものならブレーカーが飛ぶと思う。さすがモンスター。

ちなみにすべての100V入力(発電機もインバーターも外部も)はRVランドの自動セレクターを経由しているが、これは30A(3000W)までなので大丈夫っぽいかな?

発電機も2つ同時に耐えるはずだが、壊れたら嫌だよねって言って試さなかった(笑)外部充電器は2つとも普段はオフで、充電する時だけオンにします(笑)

並列の結果は?

これもスクショが無くて申し訳ないですが、並列の結果。

電力消費はやはり正確に半分にはなりません。例えば100Wなら53Wと47Wとか。電子レンジ1500Wなら、800と700とか。そんな感じです。

そして、そうなれば当然、循環電流も発生します。

僕が確認したのは多いときで10~12Ah(150W)くらいでした。循環電流がある時は、片バンクが放電・もう片っぽが充電で表示されます。これを見れるのは4S2P=BMS2枚の恩恵でしょう。2P4Sじゃ見れないし。

しかし、両バンクの電圧が揃うと循環電流はゼロになります。BMS上で、両バンクともゼロになるんです。アクティブバランサーの力というよりは、両バンク間でバランスしてるって事かと。

BMS上の残量パーセンテージ的には同じか1%程度のずれで収まっているようです。

仮に循環電流がずーーーっと。常に流れると、おそらくバッテリーサイクル数の増え方が普通よりも速くなるんだと思います。が、10月アタマに施工して一カ月。まだ数回なようです。たぶん、循環電流がしばらくしてゼロになるという事は、ズレの大きさだけ気にしていればそんなに心配するほどでもないかな~?とは思っています。楽観的かな?これからも継続的に聞いてみます。

まとめ。そしてオーナーさんは長い旅へ…

作業量が多かったです。3バンク&2系統ですからね。さすがに追加料金を頂戴しましたm(_ _)m

オーナーさんは鉛12個で苦労していた事もあり、15kW以上のリチウムを積んでも減りを気にしていました。僕からするとそれがとても可笑しくて…w だって、普通「あーこれである程度安心だー」ってなるのに。。w

「一回使ってみてください!」と何度言ったか分かりません(笑)

数日北海道で遊び、フェリーで帰りました。北海道は仕事で何度も行きましたが、やっと・・・「北の国から」の石の家を見る事が出来ました! 

最近、コロナ禍の中でアウトドアやキャンピングカーが注目され、働き方も変わりつつあり、「個」の時代とか言われる中、北の国からのコンセプトとか、五郎さんの生き方(架空だが)って、元祖というか。もともと好きだったですが、行ってみると改めて、いろいろ考えました。この先の人生の事とか。

そして、オーナーさんは7-8カ月の長旅へ。。いいなぁ。本州にいるようですので、近々お会いして使用感などを聞きつつYoutubeも撮ってきます!

 

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執筆者:


  1. ラムボク より:

     Zakioさんが4月頃youtubeで生セル+中華製BMSでLIFEPO4バッテリを実現したのを見て、ウチも2バンク目のLiイオンを安く設置できました。このBMSの情報が無かったら生セルを使うのは躊躇してたので本当に感謝です。お礼代わりに拙ブログでZakioさんのHPで電池一式購入できる旨宣伝いたしました(問題あれば削除します)。
    http://cogiehiacecamp.blog.fc2.com/blog-entry-412.html
     情報のお返しもできず申し訳ないですが、今回、UKの走行充電器で80A超えの充電ができたので、興味あれば拙ブログをご笑覧ください。

    • ZAKIO より:

      コメントと宣伝ありがとうございます!お役に立てていれば嬉しいです。

      それよりも。。「STERLING POWER」お試しになったんですね!!!
      超有益レビューじゃないですか!ありがとうございます。
      僕も知ってはおりまして、取付の依頼者様に人柱的にお勧めしたこともあるのですが、実機レビューは初めて見ました。たぶん日本初?ですね(笑)
      説明書きに書いてある、あの「だます」機能は本当だったんですね。すげーー!

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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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