鉛蓄電池のシリーズ接続使用について

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　鉛蓄電池を4個シリーズ接続で使用しています(というより、使用し始めました)。

　6Vを4個シリーズにして使用し、24Vで使用しています。
　さて、使用して行くと電圧が減りますが(当然！)、1個だけ減りが早いのです。

・例として、無以下の如く。

　使用しているものの定格は、4.5Ahです。

　充電終了時、4個とも無負荷端子電圧 = 6.75V
　ちょっと使った後の端子電圧：無負荷 = 5.81V(3個) / =4.96V(1個だけ)

　そのちょっと使ったのに、500mA程度の負荷をかけると、以下の如くなる。

　端子電圧：500mA = 5.75V(3個) / =4.2Vくらいからぐんぐん低下(1個だけ)

　こんな感じの動作です。
　減りが早いのは、必ず4個シリーズのうち最も高電位側にあるものです。
　4つが均等に減るように改善する方法はありますか？まあ無さそうですが・・・
　こうなった原因として、何か疑わしい事はございますか？

　充電器は自作で、最初はシリーズで充電していましたが、後にパラレルに変更しました。

　モノは↓↓↓↓↓です。

https://ps.gs-yuasa.com/products/pb/small/np_pe. …

　その他アドバイス等ございましたらお願いします。

　以上

質問者からの補足コメント

• 

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  　使用形態は以下です。
  
  [当該鉛蓄電池] → [シリーズ安定化電源] → [無線機]
  
  ・シリーズ安定化電源 は自作で降圧型、出力電圧は13.8V±3V程度です
  ・電流は送信時の最大で14A程度、無線機の出力電力は50Wです。

    補足日時：2021/11/14 11:13

• [無線機(メーカ製)]の仕様
  
  　入力電圧範囲　　13.8V±15% (即ち、11.73～15.87V)
  　消費電流　　　　受信時最低600mA、送信時最大14A
  
  
  [シリーズ安定化電源(自作)]の仕様
  
  　出力電圧範囲　　13.8±3V程度 (即ち、無線機の入力電圧範囲に合わせて設定)
  　出力容量　　　　20A程度は楽に行けると思う
  　入力電圧範囲　　20～35V程度

    補足日時：2021/11/14 13:59

• シリーズ電源の出力電圧範囲、13.8±3V程度の「±3V」は、変動や誤差範囲ではなく、設定範囲です。微調整とでも云えましょうか？
  　VRでその程度電圧を上下可能にしています。

    補足日時：2021/11/14 14:46

No.6 ベストアンサー 回答者： yucco_chan 回答日時： 2021/11/14 17:51

>4.5Ah なら、4.5Aで3,600Sec.使える。

鉛蓄電池は奥が深いです。
４．５Ahの意味は、２２５ｍA（4.5/20）の電流で20時間使える、
という事です。
20時間率と言って、20時間使える電流を流した時の容量を意味します。
で、放電電流を大きくすると容量は小さくなります。
そして、カタログには１３．５Aの電流で使った時の容量は、
概ね１．３５Aｈになると書いてあります。
だから、送信は約６分しかできない。

充電電圧は了解しました。
考え方は合ってます。
但し、充電開始時の電流は、１．１２５A以下に抑える必要があります。
>最終的には6.8Vになりました(多分)。

６．８Vになった時は約８０％の充電状態です。
更に充電を続けて１０～１５時間程度で満タンになるのですが、
それ以上の長い充電をする事で、
No２さんが言われた「セルの死にかけ」を防止することができ、
程度が軽ければ手当てになって回復させる事ができます。

また、６．８Vに達した後１時間程度7.2～7.5Vで充電すると、
「セルの死にかけ」を防止することができ、
程度が軽ければ手当てになって回復させる事ができます。

あと、多少でも放電した状態で放置するとバッテリーは劣化します。
この劣化は温度が高いほど激しいので、使わない時は、
できるだけ涼しいところで保管してください。
寿命を考えるとフロート充電をして、常に満タン状態にする方が良いです。

この回答へのお礼

yucco_chan さん、更に更にありがとうございます。

＞>4.5Ah なら、4.5Aで3,600Sec.使える。
＞鉛蓄電池は奥が深いです。
＞４．５Ahの意味は、２２５ｍA（4.5/20）の電流で20時間使える、
＞という事です。
＞20時間率と言って・・・・・

　この～～時間率の数値の扱い方が、少々調べても解らなかったのですが、これで解ってしまいました、感謝いたします。

＞充電電圧は了解しました。
＞考え方は合ってます。

　良かった！

＞>最終的には6.8Vになりました(多分)。
＞６．８Vになった時は約８０％の充電状態です。

　yucco_chan さんが書いていただいたこの No.6 の回答を拝読させていただいたあと、4シリーズをばらしてパラに接続し直して数時間放置し、4つのそれぞれの起電力(単にテスターで当たって見ただけ)が同一になってから、パラで充電を開始しました。
　4つのうちの一つは、最初の充電後ちょっと使ってから、500mA程度流すと、

＞端子電圧 = 4.2Vくらいからぐんぐん低下(1個だけ)

　と書きましたが、ぐんぐん低下して2Vくらいまで落ちました。
　3セルシリーズで2Vなら完全に放電終止電圧違反でNGなので、再充電再使用は無理があるかなと思いましたが、まあ発火や爆発の危険は無いと思って試してみました。

　再充電の前にパラで数時間放置して4つの起電力を均一化したのは、起電力の高いものから低いものへ充電したというイメージです。

　それで充電開始後約36時間後の今、電池への印加電圧は 6.8V、流入電流は 14mAとなっておりました。

　次に、充電接続を外して各起電力を測定すると、全て6.8Vに揃っていました。
　ひとつだけ極端に低下した個体も含めてです。

＞更に充電を続けて１０～１５時間程度で満タンになるのですが、
＞～～～
＞程度が軽ければ手当てになって回復させる事ができます。

　もうちょっと充電を続け、こうなる事を期待していますが、まあ私の都合の良いように事は運びますでしょうか！？

＞あと、多少でも放電・・・・・寿命を考えるとフロート充電をして、常に満タン状態にする方が良いです。

　こちらも嬉しい情報です。

　有り難うございました。

　以上

お礼日時：2021/11/16 07:28

No.10 回答者： xs200 回答日時： 2021/11/23 21:10

#9のオリジナルはTAICO(

https://taicopower.com/products/battery-equalize …です。

alibabaで3828円+送料です。
https://www.alibaba.com/product-detail/TAICO-Pat …

電圧計の付いてるのもあって4118円+送料なのですが最低5個からなのです。
https://www.alibaba.com/product-detail/BE48-48V- …

amazonで買うなら#9より安いのがあります。OEMなので同じものです。他にも違うロゴで複数の製品がありますが、中国からの輸入ですからどれも納期はかかるでしょう。
https://www.amazon.co.jp/dp/B09BL1SS3H/


使用する人が少なくレビューがないので信頼性は?

この回答へのお礼

xs200 さん、再び有り難うございます

　こんなに調べていただきまして、誠に誠に有り難うございます。

　No.9の書き込みを見ると、確かにOEMっぽいが、メーカのページにはたどり着けませんでした。

＞使用する人が少なくレビューがないので信頼性は?

　そこですよね、設計仕様は良くても一回使ったら壊れて終うようではだめですが、自作するための参考にするには良いかもしれませんね。

　ありがとうございました。

お礼日時：2021/11/29 06:38

No.9 回答者： どんどんどんくん 回答日時： 2021/11/23 14:32

物としてはAmazonではこのようなものがありました↓

ご参考にどうぞ。　6Vの4直列でいけそうです。
hobbyant BE48 48Vバッテリーイコライザーソーラーシステムバランサー、逆接続保護エネルギー供給付き

https://www.amazon.co.jp/hobbyant-LZL1782292-BE4 …

この回答へのお礼

どんどんどんくん さん、再びありがとうございます。

　xs200 さんの紹介してくれたICがあるなら、それを使用した製品があるのはまあ当然ですかな。
　とにかく私の今後の対応に関して、一つ選択肢が増えました。

　ありがとうございました。

お礼日時：2021/11/26 07:09

No.8 回答者： xs200 回答日時： 2021/11/20 17:56

鉛蓄電池用のバランサーはあります。

6 Vでも12 Vでも4個までのスタックが可能です。充電中でもバランスを取ってくれます。このICをスタックすることでバッテリーの個数をさらに増やすこともできます。バランスを取らないと充電できないバッテリーは充電できないくせに、満充電のバッテリーにはさらに電流を流すことになり過充電となってしまい、結局はすべてのバッテリーの寿命を縮めることになります。

データ
https://www.analog.com/jp/products/ltc3305.html
評価ボードを買うのが簡単ですが$110もします。

ICは2000円くらいです。
https://www.digikey.jp/ja/product-highlight/l/li …

この回答へのお礼

xs200 さん、ありがとうございます。

　なるほど、良いのがあるのですね。
　リニアテクノロジーだと、ltspice でシミュレーションがかけられますね。
　といっても、電池のへたりのシミュレーションはかなり難しいでしょうね。

　ありがとうございました。

お礼日時：2021/11/21 08:23

No.7 回答者： どんどんどんくん 回答日時： 2021/11/19 19:39

まず、鉛バッテリーは常に満充電にしとかないと、どんどん劣化してしまいます。

しかも、高電流の充放電を繰り返すほど、セル電圧バラツキが起きやすく、結果、電圧が低下したセルは満充電できずにどんどん劣化してしまいます。なので、シリーズ接続を本気でやる場合は、バッテリーマネジメントシステムを組んで、全てのセルが同じ電圧になるようなセルバランサー回路を追加する必要があります。
鉛電池は、ゆっくり浅い充放電で留めて運用すると長持ちします。尚、直列回路ではどの部位でも電流は同じ値になるため、上位電位側のセルが劣化したのはたまたまです。

この回答へのお礼

どんどんどんくん さん、有り難うございます。

＞結果、電圧が低下したセルは満充電できずにどんどん劣化してしまいます。

　最初は、使用も充電もシリーズで、と考えておりまして1度シリーズで充電しました。
　然し使用してアンバランスに減ったところでシリアルで充電すると、アンバランスが増幅されるような気がしたため、その後の充電はパラレルで行っております。
　パラレルで充電したのは、今日の時点で4回目くらいですが、1回ごとに少しずつではありますが、まともに使えている時間が長くなっている様です。

＞程度が軽ければ手当てになって回復させる事ができます。

　yucco_chan さんが No.6 で以上の如く書いてくれておりますが、その通りになっているような気がします。

＞全てのセルが同じ電圧になるようなセルバランサー回路を追加する必要があります。

　その回路、試してみたいです。
　調べようと考えていますが、参考になるページでもご紹介いただけると幸いです。

　有り難うございました。

　以上

お礼日時：2021/11/19 23:36

No.5 回答者： yucco_chan 回答日時： 2021/11/14 15:34

あぁすみません。

誤読していました。
自作のシリーズレギュレータで充電していると誤読しました。
どんな充電方法なのでしょうか？
充電は２４時間以上行ってますか？

それと、送信は６分程度で電池の容量を使い切ります。
この使い方だと、１０回程度の充放電で電池の寿命がつきます。
それ以上は過放電になりもっと早く寿命を短くします。
>4.2Vくらいからぐんぐん低下

完全な過放電です。

バッテリーを複数直列にして使うと、高電位側のバッテリーの方が
早く劣化します。
だから、時々直列の順番を変えるように繋ぎなおすと良いです。

この回答へのお礼

yucco_chan さん、再びありがとうございます。

　そうか、計算してみれば良いのですね。

　4.5Ah なら、4.5Aで3,600Sec.使える。
　使える電気量：Qは、

　　　Q = 4.5C/Sec.×3600Sec. = 16,200C

　で、送信時の電流は、14Aだから、使える時間T[Sec.]は、

　　　T = 16,200C ÷ 14C/Sec. = 1157.1Sec.

　T[Min.]にすると以下と出ます。

　　　T = 19.3[Min.]

　 yucco_chan さんは6分程度と書いていただいており、それより長いですが、yucco_chan さんはもっと難しい要素を加味されて算出しておられるのでしょうね。

＞どんな充電方法なのでしょうか？

　バッテリーの充電仕様に、スタンバイユースでの充電電圧仕様(フロート充電設定電圧とも)が2.275±0.025V/セルとありましたので、×3で、6.825±0.075V。
　なので、無負荷時出力6.8Vの電源(自作充電器)に接続して充電しました。
　充電初期は、6.8Vよりぐっと下がりますが、時間が経つと徐々に上昇してゆき、最終的には6.8Vになりました(多分)。

　私の使用方法はスタンバイユースではありません。
　然し、スタンバイユースでの電圧値に設定した理由は、過充電で壊すことを恐れたためです。
　サイクルユース時の充電電圧は、7.2～7.5Vでかつ、
「必ず過充電防止対策を実施ください、充電タイマー等」
　とあります。
　この設計は面倒だったので、6.825±0.075Vで充分しっ放しで逃げようとしたのです。

　これが「充電が不十分な状態」を引き起こしたのでしょうか？

＞充電は２４時間以上行ってますか？

　今回は72時間以上でした。
　8時間程度でフル充電になったな、と認識していましたが、忙しくてすぐに取り掛かれなかったので放ったらかしにしていたので。

＞>4.2Vくらいからぐんぐん低下
＞完全な過放電です。

　有り難うございます、了解です。

＞バッテリーを複数直列にして使うと、
＞高電位側のバッテリーの方が早く劣化します。
＞だから、時々直列の順番を変えるように繋ぎなおすと良いです。

　そうなんですか！
　勉強になりました、有り難うございました。

お礼日時：2021/11/14 16:52

No.4 回答者： yucco_chan 回答日時： 2021/11/14 11:37

>出力電圧は13.8V±3V程度です

±0.3Vの誤記だとは思いますが、その設定が正しくないと言ってます。
一年とかそれ以上充電したままで使用（放電しない）時の設定です。
頻繁に使用（放電）するなら、使用頻度に応じて
０．５V～１V程度充電電圧を上げてください。

４直の２４V系ではなく、２直２パラの１２V系なのですね。
情報は正確でないと、誤報（誤回答）を誘発します。

また、使用電流（消費電流）に対して、バッテリーの容量が小さすぎます。
その用途なら、最低でも５倍、可能なら１０倍以上のバッテリーを使用してください。

No.3 回答者： yucco_chan 回答日時： 2021/11/14 11:06

文面の数値からの判断では、

充電が不十分な状態で使用し続けた結果、
バッテリーが劣化した（寿命を迎えた）と考えられます。

バッテリーを新品にして、
カタログなどを見て、正しい（正常な）充電をしてから使用してください。

この回答へのお礼

yucco_chan さん、ありがとうございます。

　充電が不充分で使用すると、劣化しますか？

　フル充電からある程度使用し、一旦使用をやめたが、まだ残っている。
　この状態は不充分に充電したのと同じことなので、そこでは再び使用してはまずいですか？もう一度フル充電し直さないとダメなのでしょうか？

お礼日時：2021/11/14 14:55

No.2 回答者： Bunbuk803 回答日時： 2021/11/14 10:51

プロファイルの様な年寄です。

ある大手輸送機メーカで、電気自動車・ハイブリッド車の研究開発プログラムに居たことがあります。

直列にした電池の不揃いには泣かされました。
疑わしいのはバッテリのセルのできそこないです。
６Vの電池も、鉛蓄電池ならもとはと言えば２Vのセルの３直です。
たぶん、そのうちの１セルが死にかけでしょう。
直列使いだとそのセルでの損失も出てきてしまいます。

充電の問題ではないと思います。
面倒な電子回路の世話にならないのであれば、できることはそのまま我慢して使うか、問題のバッテリだけ交換です。

もし電子回路を使う気があるなら、電圧コンバーターを作って見かけ上の定電圧源にすることです。

バッテリはともかくバラツキがあり、信頼性が低いものです。
ショットキーダイオードの様な低損失ダイオードを電池に直列にし、それを並列につないで昇圧コンバーターで所望の電圧にあげます。
これだと出来の悪いバッテリに引きずられることはなくなります。

ただ、出来の悪いバッテリがあればトータルで供給できる電力は低下するのはしょうがないですけどね。

この回答へのお礼

Bunbuk803 さん、ありがとうございます。

＞直列にした電池の不揃いには泣かされました。
＞疑わしいのはバッテリのセルのできそこないです。

　成程、バッテリーのシリーズ接続は難しいのですね。

＞６Vの電池も、鉛蓄電池ならもとはと言えば２Vのセルの３直です。

　すると、3×4 = 12 セルですから、12個のうち1個NGでもシステムとしてのNGとなる、シリーズ数が多いほどトラブルが発生する可能性が高くなるのですね。

＞充電の問題ではないと思います。
＞面倒な電子回路の世話にならないのであれば、
＞できることはそのまま我慢して使うか、
＞問題のバッテリだけ交換です。

　一度交換しているのですよ、実は。
　最初は1個だけ入手して、自作充電器の試験等の目的で充電の実験をさんざんやって、後に3個入手して試したら質問文の如くの現象が発生しました。ヘたったのは、最初に入手してさんざん実験に使用した個体です。よってそれは充電の実験時に、放電終止電圧以上に放電させたりしていてダメになっていると判断して、別に新品を新たに1個入手しました。
　新しい1個は、残った3個と同じロットでした。
　それで試してみたところ同様の現象が発生したので、混乱してここに質問させていただきました。

　No.1の方へのお礼でも書きましたが、6V×4にした経緯は、最初6V×3=18Vであったのを6V×4=24Vにしたためであり、24Vを得るためには、12V×2で良く、シリーズ数が減って質問に書いたようなトラブル発生の可能性は下げられますね。
　既に買ってしまった6Vのバッテリーはもったいないけど。

　有り難うございました。

お礼日時：2021/11/14 13:38

No.1 回答者： isoworld 回答日時： 2021/11/14 10:42

バッテリーには当たり外れがあり、早く下手るものがあります（とくに鉛蓄電池は）。

４個の鉛蓄電池を直列に接続して使うと、全体の特性はいちばん弱っている鉛蓄電池に左右されます。
「減りが早いのは、必ず4個シリーズのうち最も高電位側にあるものです」は関係ありません。たまたまです。

4つが均等に減るように改善する方法はありません。新しく買い直すときは、４個同時に取り替えてください（同一製造ロットの鉛蓄電池を買うことです）。

この回答へのお礼

isoworld さん 有り難うございます。

　どうもどうも、有り難うございます。

＞バッテリーには当たり外れがあり、
＞早く下手るものがあります
＞（とくに鉛蓄電池は）。

　そんなもんなのですね。
　今後の方向性が見えてきました。

　必要なのは24V、それを6V×4 としたのは、最初は18Vで充分と考えていたためです。
　最初は 6V×3 = 18V それを13.8Vに降圧して使用する予定でした。
　然し18Vでは、必要な電流に於いて安定した13.8Vを得るには低すぎたので、1つ増やして 6V×4 = 24V としたのです。

　なので対応策の1つとして、6V×4 =24V をやめて、12V×2=24Vとする方法もありますね。
　12V×2 = 24V とすれば、こういったトラブルの発生確率も低下すると思われますので良いと考えます。

　今後の見通しが明るくなり、かつ勉強になりました。
　有り難うございました。

　以上

お礼日時：2021/11/14 13:16