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

リン酸鉄バッテリー lifepo4 でポータブル電源を自作した

投稿日:

モンスター級と呼ばれるポータブル電源を作ってみたくなった

最近はYoutubeばっかりでブログ更新まで手が回らず、久々の更新です。

まず、お礼です。Youtubeの再生回数が自分にしては伸びまくってまして。このブログにもYoutubeから飛んできてくれた方もいることでしょう。見て下さりありがとうございます。

そして驚いてます。ポータブル電源って人気あるんですね。コロナ禍でアウトドア熱が高まっていることもあるのかな? 3密を避けてアウトドア熱が高まる→車中泊旅する人も増える→電源不足を実感。特に夏と冬はそれが顕著。って感じなのかな?

SUAOKIとかEFDELTAとかJackeryとか。10万円越えのポータブル電源がYoutubeで案件含めて(笑)ガンガン紹介され、売れまくってるっぽいです。

弱小Youtuberな僕としては(笑)、そしてキャンピングカーにlifepo4をDIYで積んだ僕としては、そんな状況に風穴を開けるべく、自作してみたいな~と思っていたら、コロナで仕事がヒマになってしまい、普通のミニバンで車中泊旅に行くことにハマった友人から製作依頼を受けました。こりゃ作るしかないでしょうw

ポータブル電源の利点

サイズの違いこそあれ、ポータブル電源の利点としては以下があります

  • 文字通りポータブル。持ち運べる。
  • バッテリーの進化により、持ち運べるエネルギー量が格段に増えた。
  • 普段はキャンプや車中泊で楽しく使い、災害時などのいざという時にとても頼りになる。

とくに3つ目は安全を好む日本人にはウケてる事でしょう。

目指せEFDELTA越え

このブログはドローンのブログでもあるわけです。一応。最近はキャンピングカーネタばっかだけどw

ドローンの世界シェアトップは中国のDJI社です。世界シェア7割。テレビの旅番組やバラエティの空撮も、土木・測量の世界でもほとんどDJIのドローンが使われています。

で、日本で人気のEFDELTAは、そのDJIの元エンジニアが立ち上げた「ECOFLOW社」の製品です。DJI機でドローン空撮する自分としては、こいつをリスペクトしつつ、一部でも性能で上回れる物を作りたいと思ったのでした。

EFDELTAを知り、作戦を練る。

リスペクトするEFDELTAのスペックを参考にしつつ、仕様を決めていきます。

ネーミング

ぜんっぜん話が違いますが、その昔「Winny」という世の中を騒がせたソフトがありました。

開発者は2ちゃんでは「47氏」と呼ばれ、神とあがめられた金子勇さん。心筋梗塞で42歳の若さで亡くなられた既に故人です。

当時、Winnyは違法ダウンロードソフトの代表格とされ、開発者として金子さんは逮捕され、裁判にかけられました。

金子さんの取り調べの時の主張は以下の通り。

「インターネットが普及した現在、デジタルコンテンツが違法にやり取りされるのは仕方ない。新たなビジネススタイルを模索せず、警察の取り締まりで、現体制を維持させているのはおかしい」

まさにいま、金子氏の言った通りの世の中になっています。新たなビジネスモデルが模索され、AppleMusic、Youtube、Amazonプライム、ネトフリ、Spotifyなど、無料・または定額で合法的にストリーミング配信が楽しめる世の中になりましたよね。

が、当時はそんな事、一切無かったんです。

音楽業界は既得権益である(当時はミリオンセールスが今よりも多かった。が、CD売り上げが減り始めてきた頃)CD販売に固執し、違法DLはもちろん、技術として出始めていた「CD-R」すら自分らの商売を脅かすものとして敵対視していたと思います。

しかし今となってはそんな不便な事マニアを除いてだーれもしません。CD買うよりデータ落としたほうが楽だし早いし安いんだから。

結果、Winny裁判は最高裁までもつれ込み、最高裁で

「適法にも違法にも利用できるWinnyを中立価値のソフトだ」

とされ、金子氏には無罪判決が言い渡されました。警察・検察ざまあみろw

その数年後、金子氏は亡くなってしまいますが、このWinny事件は、日本の閉鎖性、排他性、保守性に風穴を開けることだった。当時のバカ警察やバカ音楽業界は固定概念に凝り固まるあまり「天才」を理解できなかったため、天才を悲劇…として、僕の記憶に残っています。

で、金子氏がなぜ「Winny」という名前を付けたか?というと、その前に「WinMX」というP2Pでダウンロードするソフトがあったんですよ。使ってましたけどw 

「WinMXの次だから」という意味で、MXの次の文字であるNYを当てて、Winnyになったんです。僕的にはものすごく痛快なセンスでした。

というわけで、僕の自作ポータブル電源はEFDELTA(三角)を参考にした四角いのってことで「ZAKIO SQUARE」とします。あー無駄に長々と事書いてしまったw

メインとなるパーツ選定

メインとなるパーツは以下5つです。

  • バッテリー
  • BMS
  • 充電器
  • インバーター
  • ソーラーチャージャー

バッテリー容量は1536Wh!

まず、一番簡単に上回れるのはバッテリー容量ですw

EFDELTAは1260Wh。モンスター級とか呼ばれてます。じゃあこっちは1.5kwにしてやろうw 

120Ahのバッテリーを使うと、定格12.8Vとして1536Wh になります。これでいく。モンスター級と言えるだろ。

バッテリー種類と重量。重量は敵わない。

次はバッテリーの種類です。持論ですが、自作するならリン酸鉄リチウムイオン一択です。なぜか?安全だから。

使ってる電池の種類が違う

EFDELTAやSUAOKIなどの既製品ポータブルバッテリーは、バッテリーに18650や21700と呼ばれる単三電池みたいなのを何十個もつなげて使っています。

対して、僕が使っている角柱タイプ(プリズマティックタイプと言います)のlifepo4の中身はシート状のが何層も入っています。単三電池を開いて平べったくして大きくしたイメージでしょうかね。

あまり分解動画が無いですが、Youtubeで何個か見れます。 

※ちなみに、18650タイプのlifepo4もあります。

↓プリズマティックタイプのバッテリー分解動画

で、この18650を何十、何百と並列・直列で組み合わせる方式は、海外で大人気の電動キックボードや電動チャリ、ラジコン、ドローン用のバッテリーなど、ありとあらゆるところで使われてます。電気自動車(EV)で有名な初代テスラは、パナソニック製の18650を1台につき7000本近く使っていて、納期に間に合わすためにイーロンマスク自らが手で詰めていたという逸話もありますw

決して「危険」とか、劣っている方式ではないのですが、一般的に機械というのは部品や接続部分の数が増えるほど故障率が上がります。例えば、絶対安全が求められる飛行機の配線はコネクターから出てから目的地まで、繋ぎなく1本のケーブルでつながってるそうです。接続部が増えるほど故障率が上がるからです。なので、接続部が少ないであろうプリズマティックタイプのがいいかな。。と。

エネルギー密度が違う

EFDELTAやSUAOKIなどのポータブル電源は、小型・軽量が求められます。同じサイズで小型・軽量ということは、言い換えると「エネルギー密度が高い」という事です。

既製品で使われているバッテリーの多くは定格電圧3.7V。対してリン酸鉄リチウムイオンは3.2Vです。リン酸鉄リチウムイオンはエネルギー密度が低いため、電圧3.7Vの他タイプと比べると重いのです。

※ちなみに「他タイプ」の具体的な種類を明言していないのは、3.7Vリチウムイオン電池の中にも三元系とかコバルト系とかいろんなタイプがあるからです。

で、エネルギー密度が低いという事は「重い」というデメリットもありますが、エネルギー密度が高いものと比べて安全性が高いという事が言えます。さらに、前も書いた通りリン酸鉄リチウムイオンはその原子の結びつきに酸素原子が離脱しにくい→発火しません。発火させたことないのでわかりませんがw 他タイプと比べ、「化学」的に燃えにくく安全ってことは間違いありません。

なので「軽さ」の面では負けますが、「安全性」の部分では勝ちます。

18650のセルを繋いでバッテリー自作するのはラジコン好き(僕もですが)の間では行われているので、超ハードル高いわけではないのですが、やっぱし素人がDIYでポータブル電源自作するなら部品点数が少なく、化学に裏打ちされて安全性の高いプリズマティック(角柱型)のリン酸鉄リチウムイオンが向いていると僕は思います。

結果、EFDELTAの重量は14㎏。対してZAKIO SQUAREは20㎏になりました。

寿命は圧勝

エネルギー密度の違いからか?化学的性質の違いからか?知りませんが、リン酸鉄リチウムイオンはEFDELTAや他のポータブル電源で使われるバッテリーよりも寿命が長いです。

EFDELTAのサイクル寿命はDOD60%で800回です。

DOD60%てのは「全容量の60%を使った場合」って意味です。数字が増えるほどバッテリーには負担になり、サイクル寿命は減っていきます。

EFDELTAの場合、容量1260Whなので、その60%てことは756Whですよ?たったの!鉛バッテリーかよ(笑) 756Wh使うという設定で寿命は800回。

それに対し、リン酸鉄リチウムイオンはDOD80%で2000回です。

計算してみましょう。

EFDELTAが寿命を迎えるまでに使えるエネルギー総量はDOD60%で800回。計算すると、0.756×800=604.8kWhです。

対して「ZAKIO SQUARE」はDOD80%で2000回なので

(1536×0.8)×2000=2456.6kWh

実に4倍以上です。EFDELTAを4個買ったらいくらよ?これはもう完全にウチの圧勝です!

BMSはいつものやつ

BMSはスマートBMSにします。 いつものこれを使います。うちのお店でも販売しております。マニュアル付きで。

充放電とも150Aまで。定格12.8Vとして1920Wまで対応してます。実際、キャンカーで電子レンジとルーフエアコンを同時に使ってしまい、2300Wくらいになりましたが、保護機能がしっかり働きました。優秀だと思う。でかいのがネックなんですけどね。。

でかいので、こっちの小さいタイプもあるんですよ。

実はこっちが使えれば。。と思い、どんなもんか?と一枚買いました。

ところが、ウチの環境ではBluetoothの通信がうまく出来なくてボツになりました。繋がるけどデータが飛んでこない。当たり外れあるのかな? この小さい方でちゃんと動いてる方いたら教えてください。

充電時間

EFDELTAは市販されているポータブル電源の中で最速の充電時間を誇ります。

0%~80%まで1時間ですって。はっや!満充電も1.6時間だそうです。1時間36分て書けよw

リン酸鉄リチウムイオンも1C(1時間で満充電にする電流)充電は可能です。バッテリー容量は120Ahですので、120Ah 出力の充電器使えばいい。しかし、120Ah出力の充電器なんてすごく重いわけです。しかも、別に1時間で満充電しなくてもいいじゃん(笑)2-3時間で満充電になればよくね?

なんかちょっと蓮舫さんの「2番じゃだめなんでしょうか?」的な発言ですがw

でもいいよ。そんな無理しないわ。充電時間最速の座は譲るよ。

というわけで、40Ah出力の充電器にしました。

これは僕が使ったのとは違うやつです。とても似ています。同じかも。僕が使ったやつは品切れか?アリエクからすでに消えてました…

計算上、120Ahのバッテリーならゼロ→100%まで3時間。DOD80%なら2時間半です。十分でしょう。

インバーターは1500W

インバーターは車でルーフエアコンを回すときにも使ったCNSWIPOWER製のこれにしました。

家庭用エアコンはそのままで動かせます。電子レンジは動かせません。電子レンジが動かせないのは、パワー不足というより電圧が合っていないからな気がします。バラして電圧を調整すればいけるかもしれません。そのうちやってみようと思いますが、今日オーナーに渡しちゃった。2号機で試します。

ここまでで、カタログスペックを合計した重量は以下の通り。

バッテリー11.4㎏、BMS 0.5kg、インバーター3.2㎏、充電器3.5㎏。合計18.6㎏。板とケースとで20~21㎏ですね。

ソーラーチャージャー

オーナーは贅沢にもソーラー充電もしたいと申しております。家には僕が騙されて買った80Wソーラーパネルが1枚余っています。これが使えればいいか。

と、いうわけで、このパネルに一緒に付いてきたAmazonでも売られている一番やすっちいソーラーチャージコントローラーを使う事にしました。MPPTではなくPWM方式です。簡単に言うと、MPPTは常に最大電力となるよう追随して出力を調節するのに対し、PWMは高速スイッチングで出力を調節しています。高速でスイッチングしてる時の「オフ」の時はエネルギーは捨ててます。MPPTのほうが効率がいいのです。しかし大きくて高価です。今回はこれで勘弁してもらう。でも、80Wパネルでテストしたら35Wしか出なかった。50Wくらい出るものなのに。あちゃー(笑) 

2号機はMPPTにしますかねぇ。小型のMPPTチャージャーを物色中です。

ケースは頑丈なほうがいい。重いから

僕は機材が全部そろった後でレイアウトを考え、その大きさを計って、収まるサイズのケースをネットで探しました。

どうせなら軍用のアンモ缶(弾薬入れ)みたいなケースに入れたかったけど全然小さい。しかもミリタリーものって放出品とかだとめちゃ高い。

工具箱やおしゃれ収納ケースもかなり物色しましたが、大きすぎたり、下から上にかけてテーパー上になってたりするのが多い。テーパー状になっていると機材の組付けがしにくいので、出来るだけ垂直に立っている、文字通り「Square」な感じの箱を探しました。

で、行きついたのが、いつも現場とかで見るプラケw サイズは43L。僕はカインズホームオリジナルのオールブラックのにしました。

強度的にはぎりぎりかな。内部に板を入れてネジ止めする事で、その板が「サブフレーム」的な役目をして「ダブルデッキ構造」になり、強度を増しています。これが無いとバッテリーの重さに負けてちょっとフニャフニャしてましたね。

あとは小物類

あとは

製作・充電・放電の様子はこちら

既にYoutubeにあげています。たぶんこの記事を読んでいる方は皆さん既に見ているでしょう。なぜならYoutubeにリンク張ってるから。あと、グーグル検索ではまだ引っかからないからw

製作・仮組編

充電編 

0→90%分の充電時間2時間50分でしたね。計算通り!

放電編 

家庭用エアコンとテレビと扇風機と任天堂Switchを1時間40分稼働!

皆様、見て下さりありがとうございます。

完成スペック

  • 機材名:ZAKIO SQUARE beta0
  • バッテリータイプ:リン酸鉄リチウムイオン 120Ah
  • 容量:1536Wh 
  • 出力:定格1500W/瞬間3000W(インバーター出力による)
  • 充電時間:2時間30分~3時間以下
  • 充電方法:AC100V・ソーラー(ただしソーラーは現実的ではないw要200Wパネル)
  • 出力:AC 110V 6口・USB 8口
  • 使用可能電力:80~90% 最大1360Wh 
  • サイクル寿命:2000回(DOD80%)
  • 冷却:温度センサーによるファンコントロール。40℃で開始→38℃で停止
  • 重量:約20㎏

結局、容量と安全性は勝っていて、寿命だけは圧勝で、重量とかサイズは負けてるけど、まぁまぁ実用ってとこですかね。インバーターと充電器の耐久性はこれからです。

そして、気になるコストはEFDELTAの約半分です!

課題と、今後

この記事を書いている時点ですでにオーナーに引き渡しています。

オーナーが早く欲しがったからですw

課題としては冷却面ですね。エアフローの作りが少しいい加減すぎて、Youtubeでもさんざんご指摘を受けました。もうわかったよ。必要な時に穴開けるから。許してくれw

あとソーラーをMPPTにしたかったです。ソーラー充電もしたいと言っていた割に、MPPTチャージャーの到着を待てないオーナーさんでしたw 

とりあえず車中泊で一晩余裕で扇風機を回せることにいたく感動しておりました。お役に立ててよかったです。

そして、別な方から2号機のオーダーを受けております。2号機は走行充電もしたいとの事なので、RENOGYの充電器を使う予定でおります。ケースももう少し頑丈なのにしようかと。仕方ないからテーパー型であっても丈夫なRVケースとか使って作ろうと思います。

こういうのが自作で作れるのも、この分野では日本よりも中国のほうが開発と大量生産と普及が進んでいるからだという事は、いくら中国嫌いな人であっても事実として認めざるを得ないと思います。日本製品だけじゃとても作れません。日本製Amazonで売ってんのか?って話です。18650とかはあるけどね。

日本で大人気のEFDELTAもSUAOKIもジャックリーも全部中国企業だし、中身は中華バッテリーです。キャンピングカー用のリチウムイオンもそう。全部は知らんけど。WinstonやSinopolyのlifepo4が使われてます。それなのに「中国製」を嫌うって意味がわからん(笑)

僕は別に親中ってわけじゃないですが、日本ではなかなか手に入らない品物が大量に売られているところは中国すごいと思います。資源があるからねぇ。

何度も書いてますが、確かに安かろう悪かろうな製品もあるのかもしれない。あまり当たったことはないが。

でも、技術的な面だけじゃなく、コストと性能と生産量を比べたときに、明らかに日本「なんか」よりも優れた製品が既に数多くあるのは事実です。事実は事実。曲げられないし、認めるべき。

「中国だから」と頭ごなしに否定するのは単に視野が狭いだけだと思います。できるだけ先入観無く、ニュートラルな視点で製品を評価する事が大事だと思うのでした。

引き続きYoutubeとお店共々よろしくお願いいたします。

 

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


  1. ラムボク より:

    リチウムイオンの導入、参考にしており、遂にCALB社の200Ah(すでに1バンク目の200Ahはあり)を購入したところです。
     上記の120AのBMS,ヤフオクの方によるとブルーツースで動いているようですので参考まで。
    https://page.auctions.yahoo.co.jp/jp/auction/p787535008

    • ZAKIO より:

      コメントありがとうございます。
      小さい方は僕も1枚持っています。
      最初は同じように使えていたのですが、使っているとデータが飛んでこなくなってしまいました。
      別な方で同じ症状の方もおりました。Bluetoothモジュールを替えてみてもダメなんです。
      なので、在庫してあった大きい方を使いました。本当はポータブル電源に使うにはスペース的に小さい物の方がいいんですけどねぇ。
      また機会があれば試してみます。

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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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