QUCC製トランスフィードバック方式10Aアクティブセルバランサーを導入してみた

2021年12月20日 1,984 views ガジェット修理, ガジェット製作, キャンプギア製作, ソーラー発電, 家庭用蓄電, 家電メンテナンス, 災害対策

先日製作した、激安セルを利用したリン酸鉄リチウムバッテリー。今のところ安定して、我が家の冷蔵庫をベランダソーラーパワーで駆動してくれています。しかし各セルの電圧バランスが取れる範囲が約12V〜13.8Vとやたら狭いので、容量の8割ほどしか活用できていません。

そこで、電圧の高いセルから低いセルへ電力を分け与える「アクティブセルバランサー」を導入してバランスを整え、実質容量のアップを図ってみたいと思います。

さらに今回は、YouTube等でよく見るコンデンサ方式の5Aタイプのものではなく、まだあまり情報のないトランスフィードバック方式の10Aタイプの物を敢えて選んでみることにしました。

さぁその効果や如何に？

セルバランサーの必要性
アクティブセルバランサーの選定
届いた品物を確認
バッテリーセルへの取り付け
効果検証
結論
YouTube動画

セルバランサーの必要性

ウチで運用しているのは、半年前にアリエクスプレスで100Ah4本2万円チョイで販売されていた激安LiFePo4セルです。当時CATLやEVEのような大手メーカーAグレード品の供給価格は4万円前後でした。つまり相場の半額、送料を考慮するともっと安く販売されていたことになります。ちなみにAグレード品とは、EV向け大量生産品の品質基準を満たしているものの事です。

工業製品には歩留まりというものがあり、特にLiFePo4セルは品質基準を満たさないいわゆるハネ品が大量に発生しやすいと言われています。ハネ品と言っても全く使えないワケではなくて、少し容量が少なかったり、他セルと特性が少しズレてたりするだけだったりします。基準がシビアなEV向けには出荷できないものの、家庭用蓄電で利用する分には充分です。これらを全量廃棄処分するとなると産廃費がとんでもないことになってAグレード品のコスト競争力も下がってしまいます。そこで他業者が買い取って、低めの公称値を謳ってAliexpressで個人向けに激安販売しているのが実情と思われます。

ウチがAliexpressで購入した激安セルの容量公称値は100Ahで、スペック上は満充電電圧3.65V、枯渇電圧2.5Vの間で運用できることになっています。放電特性が極端に劣っていたセルは不良交換してもらいましたが、それでも4本直列の定格12.8Vバッテリーとして利用した場合の電圧特性は以下の通りどうしてもズレが出てきます。

まずは満充電域。スペック上は１本あたり3.65Vまで充電できることになっているので、理論上は４本合計で14.6Vになるまでは充電できることになっています。でも実際は3.65Vまで充電させると寿命が縮んでしまうので、余裕を持って3.55Vで入力を遮断するようにBMSを設定しています。

上の写真は、充電中にBMSが作動してバッテリー入力が遮断された瞬間の写真です。4番セルだけが電圧急上昇を始め3.55Vを超えましたが、他のセルはまだ約3.4Vしかありません。全体では14.6Vどころか約13.8Vくらいまでしか充電できないことがわかります。

次に枯渇域。スペック上は１本あたり2.5Vまで使えることになっているので、理論上は４本合計で10Vになるまでは使えることになっています。でも実際は2.5Vまで枯渇させると寿命が縮んでしまうので、余裕を持って2.8Vで出力を遮断するようにBMSを設定しています。

上の写真は、朝起きたらBMSが作動してバッテリー出力が停止していたときの写真です。4番セルだけが2.8Vを下回っていますが、他のセルはまだ3V以上あります。全体では10Vどころか約12Vくらいまでしか使えないことがわかります。4番セルだけが不良品とかそういうことでもなく、充放電を繰り返しているうちに4番セルの電圧が揃って今度は1番セルや2番セルの電圧が狂い出す事もあります。

このようにLiFePo4バッテリーセルには、3.4V以上または3.1V以下になるとセルバランスが著しく崩れる特性があります。これをなるべく揃えてバッテリー全体の実質充電可能容量を増やしてくれるのが、セルバランサーって訳です。

アクティブセルバランサーの選定

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↑以前は、LiFePo4セル用アクティブセルバランサーと言えばこの手のものしか見かけませんでした。内部構造や動作原理は不明。キャンピングカーに設置するような400Ah級のLiFePo4セルに取り付けられている実績を目にします。ちょっと高額ですね。

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Jarhit

↑最近のYouTubeやBlogでよく見るのはコンデンサー方式の5Aタイプ。数ある検証動画を見る限り劇的に改善する訳では無さそうですが、まぁそこそこ効果はあるようです。とても安価です。

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Aliexpress

↑一方、最近Aliexpressで売れ筋ぽいのがこのトランスフィードバック方式の10Aタイプ。バランス電流公称値と価格を勘案すると、2021年秋時点ではこのタイプのものが一番コスパが良さそうでした。

出回り始めなので、ネットを検索しても導入検証記事やレビュー動画は全くヒットしませんでした。が、今回は人柱となってこれを導入し、効果を検証してみたいと思います。

届いた品物を確認

Aliexpressで注文して12日で届きました。早いですね。

説明書は付属していませんでしたが、ケーブルが1本付属していました。

付属のケーブルはシリコン被覆っぽい手触りの長さ2.5m、芯線の太さ18AWGのものでした。

恐らくこれを５等分に切り分けてバランスケーブルとして使用しろということみたいです。有り合わせの細いビニール線でも使われて燃えてクレームになったらたまったモンじゃないということでしょうか。

フタは簡単にパカッと開きました。中心には大きめのインダクタ、手前にコンデンサ、奥には小さなトランスが見えます。思ったより随分シンプルな構造です。

手前右側には「B」〜「B4」と書かれた緑色の端子台があり、BMSの電圧測定線と同じ要領でマイナス側から番号順に繋げば良いのかな？という予想はなんとなく付きます。端子台は引っ張れば本体からスポッと抜けました。

謎なのは左手前のセレクタースイッチ。「1-0-2」と書かれているので、何やら動作モードを３段階で切り替えられるようになっているのですが何も説明がありません。到着時は「2」の位置になっていたので、とりあえず何だか解らないうちは触らないことにしました。

2021年12月22日追記

15. Three adjustable balance modes:
1: When the battery voltage is lower than 3V, automatically turn off the balance and sleep.
0：NA
2: active balance is always on and does not sleep
Aliexpress商品説明

その後アリエクスプレスの商品説明表示が更新されて、謎セレクタースイッチの動作モード説明が追加されました。

1.セル電圧が3Vを下回ったら、自動的にバランス動作をオフにしてスリープ

0.何も動作しない

2.常にバランス動作を続けてスリープしない

・・・ということみたいです。