リチウム電池と鉛蓄電池を安全に混用できますか？

リチウム電池と鉛蓄電池を同じバッテリーバンク内で直接混合してはいけません。これには、直接並列配線、直接直列配線、保護されていないDCバスの共有、または1つの標準的な鉛蓄電池充電経路を介した両方の充電が含まれます。リチウム電池と鉛蓄電池は、DC-DC充電器、バッテリーアイソレーター、独立した充電コントローラー、または切替スイッチなどの適切な機器で各バッテリータイプが分離および管理されている場合にのみ、同じシステム内に存在できます。

その理由は、リチウム電池が新しいからというだけではありません。リチウム電池と鉛蓄電池は、電圧特性、充電プロファイル、使用可能容量、放電応答、保護ロジックが異なります。

リチウム電池と鉛蓄電池を混ぜて使用できますか？

リチウム電池と鉛蓄電池は、全体的な電力システム内で一緒に使用できますが、それらを1つの共有バッテリーバンクとして扱うべきではありません。

共有バッテリーバンクとは、両方のバッテリータイプが一緒に充電され、一緒に放電され、あたかも同じバッテリーであるかのように同じ充電器、インバーター、コントローラー、または負荷に応答することを意味します。リチウム電池と鉛蓄電池は、そのようにうまく一致しません。それらの電圧曲線、内部抵抗、充電制限、および放電制限は、不均一な電流の流れと信頼性の低い容量を生み出します。

分離されたシステムは異なります。鉛蓄電池は始動バッテリーとして機能し、LiFePO4リチウム電池は照明、冷蔵庫、水ポンプ、電子機器、インバーターなどの家庭用負荷に電力を供給できます。両方のバッテリーは同じ車両または電力システム内に存在する可能性がありますが、1つの制御されていないバッテリーバンクとして配線されているわけではありません。

なぜ人々はリチウム電池と鉛蓄電池の混合を検討するのか

ほとんどのユーザーは、コスト、容量、または古いシステムに関する実際の問題を解決しようとしているため、リチウム電池と鉛蓄電池の混合を検討します。

• アップグレードコストの削減：完全な鉛蓄電池からリチウム電池へのアップグレードは、一度に1つのバッテリーを交換するよりも初期費用が高くなる場合があります。既存の鉛蓄電池バンクに1つのリチウム電池を追加することは安価に聞こえるかもしれませんが、追加のアイソレーター、充電器、配線、ヒューズ、およびトラブルシューティングにより、その節約はすぐに減少する可能性があります。
• 古い鉛蓄電池はまだ機能する：一連の鉛蓄電池はまだ充電を保持している可能性があります。これらのバッテリーを別個のバックアップ回路として保持することは、リチウム電池と同じバッテリーバンクに配線するよりも通常安全です。
• より多くの使用可能容量：RV、オフグリッド、およびバックアップ電源のユーザーは、多くの場合、より長い稼働時間を必要とします。100Ahの鉛蓄電池と100Ahのリチウム電池を組み合わせても、安定した200Ahの混合バッテリーバンクにはなりません。これは、2つのバッテリーが異なる使用可能容量と放電特性を持っているためです。
• 段階的なアップグレード計画：ユーザーは、バッテリーバンク全体を交換する前に、1つのリチウム電池をテストしたいと考えるかもしれません。これは別のリチウムバッテリーバンクを介して行うことができますが、リチウム電池を古い鉛蓄電池バンクにそのまま投入するべきではありません。
• 異なるバッテリーの役割：ボートやRVでは、鉛蓄電池がエンジンの始動を処理し、LiFePO4リチウム電池が照明、冷蔵庫、水ポンプ、電子機器、インバーターなどの家庭用負荷に電力を供給する場合があります。充電および放電経路が適切に分離されている場合、そのレイアウトは機能します。

人々がバッテリーブランドを混ぜてよいかと尋ねる場合も同じ注意が必要です。同じ化学物質内であっても、ブランド、年数、容量、BMS設計が混在すると、不均衡が生じる可能性があります。リチウム電池と鉛蓄電池の混合は、不適合の別の層を追加します。

リチウム電池と鉛蓄電池を直接接続してはいけない理由

不適合は、充電、放電、および負荷の変化時に現れます。「12V」や「100Ah」のようなラベルは、実際の使用下で各バッテリーがどのように動作するかを示していません。

異なる休止電圧と電圧曲線

12Vの鉛蓄電池と12.8VのLiFePO4電池は同じ一般的な電圧クラスに属しますが、電圧曲線は異なります。

これらの数値は、「両方とも12V」では不十分な理由を説明しています。LiFePO4リチウム電池はより長い時間平坦な電圧を保持しますが、鉛蓄電池の電圧は放電するにつれてより顕著に低下します。2つのバッテリーが直接接続されている場合、電流は負荷にのみ流れるのではなく、高電圧のバッテリーから低電圧のバッテリーに移動する可能性があります。

基本的なバッテリーモニターや充電コントローラーも、充電状態を誤読する可能性があります。リチウム電池はまだ健全な電圧を示しているかもしれませんが、鉛蓄電池はすでに使用可能容量がはるかに低くなっている可能性があります。

異なる充電プロファイル

鉛蓄電池は一般的に、バルク、吸収、フロートの段階を使用します。密閉型鉛蓄電池は、一部のシステムで均等化も使用する場合があります。LiFePO4電池はリチウム充電プロファイルを必要とし、通常は同じ長時間のフロート動作なしで、制御された定電流および定電圧充電に基づいています。

鉛蓄電池充電器はLiFePO4電池を完全に充電できない場合があります。別の鉛蓄電池充電器は、リチウム電池に適さないフロートまたは均等化設定を使用する場合があります。リチウム充電器も鉛蓄電池に安全であると仮定すべきではありません。電圧、電流、終端動作、および均等化設定はすべて重要です。

異なる内部抵抗と電流共有

リチウム電池は通常、鉛蓄電池よりも内部抵抗が低いです。負荷要求により迅速に応答し、電流をより効率的に供給できます。

混合バッテリーバンクでは、リチウム電池がほとんどの仕事をする傾向があります。鉛蓄電池は期待よりも少ない貢献しかせず、電圧が低下するとすぐに急速に低下する可能性があります。2つのバッテリーは、自然にバランスの取れた方法で電流を共有しません。

その不均一な電流共有はバッテリー寿命を短くする可能性があります。また、システムが100%充電時、70%充電時、40%充電時で異なる動作をする可能性があるため、トラブルシューティングを困難にします。

異なる放電深度制限

リチウム電池と鉛蓄電池は、長期的な寿命を損なうことなくどれだけの容量を使用できるかという点でも異なります。

100Ahの鉛蓄電池は、通常推奨される使用可能容量が約50Ahしか提供しない場合があります。100AhのLiFePO4電池は、システム設定と電池設計によっては80Ahから100Ahの使用可能容量を提供する場合があります。これら2つの電池が混合されると、総容量は明確または予測可能ではありません。

異なる保護ロジック

リチウム電池には通常、バッテリー管理システム（BMS）が搭載されています。鉛蓄電池は同じようには動作しません。

BMSは、リチウム電池が保護制限に達すると充電または放電を停止できます。Vatrerリチウム電池には、過充電、過放電、過電流、高温、および低温遮断に対するBMS保護が含まれています。低温保護は重要です。なぜなら、リチウム電池は適切な加熱または充電管理なしでは氷点下で充電すべきではないからです。

鉛蓄電池には、電池自体に同じ電子的な意思決定機能が組み込まれていません。鉛蓄電池は、不健康な方法で充電を受け入れ続けたり、過充電中にガスを放出したりする可能性があります。混合バッテリーバンク内でリチウム電池のBMSがシャットダウンした場合、インバーター、モーターコントローラー、またはDC負荷が突然のシステム変化を経験する可能性があります。

異なる安全行動

鉛蓄電池は、充電中、特に過充電または換気が悪い場合に水素ガスを放出する可能性があります。リチウム電池は、電子保護と適切な充電制限に依存しています。

直接混合すると、いくつかの安全上の問題が発生する可能性があります。

• 熱の蓄積：電圧レベルが一致しない場合、バッテリー間で電流が移動する可能性があります。
• 鉛蓄電池のガス発生：誤った充電により、鉛蓄電池が水素を放出する可能性があります。
• BMSの中断：リチウム電池が自己保護のためにシャットダウンし、突然システムが変化する可能性があります。
• 配線ストレス：小型のケーブル、緩んだ端子、またはヒューズの欠落は、バッテリーの不一致を配線問題に変える可能性があります。

直接混合されたバッテリーバンクは一時的に機能するように見えるかもしれませんが、設計は信頼性の高い長期使用には十分安定していません。

リチウム電池と鉛蓄電池を並列または直列に接続できますか？

並列および直列配線は、バッテリーバンクを構築するための一般的な方法です。どちらの方法も、一致するバッテリーを必要とします。リチウム電池と鉛蓄電池は、どちらのレイアウトでも直接組み合わせてはいけません。

並列配線は不均一な電流共有を引き起こします

並列配線は、容量を増やしながら電圧を同じに保ちます。これは、すべてのバッテリーが同じ化学物質、電圧、容量、年数、および状態である場合に最適に機能します。リチウム電池と鉛蓄電池は、これらのマッチング要件を満たしません。

直接並列接続は、次の原因となる可能性があります。

• 不均一な電流共有：リチウム電池は内部抵抗が低いため、ほとんどの電流を供給する可能性があります。
• バッテリー間の逆給電：電圧レベルが変化すると、リチウム電池から鉛蓄電池へ、またはその逆に電流が流れる可能性があります。
• 不正確なSOC測定値：2つの電圧曲線が一致しないため、モニターが容量を推定するのに苦労する可能性があります。
• 不安定な稼働時間：システムは以前よりも長く稼働するかもしれませんが、予測可能またはバランスの取れた方法ではありません。
• バッテリー寿命の短縮：リチウム電池、鉛蓄電池、またはその両方が、好ましい動作範囲外でより多くの時間を過ごす可能性があります。

直列配線は最も弱いバッテリーにストリングを制御させます

直列配線は電圧を加算します。36Vまたは48Vのシステムでは、ストリング内に複数の鉛蓄電池を使用する場合があります。そのストリング内のすべてのバッテリーは同じ電流を流すため、1つの不一致バッテリーがシステム全体を制限する可能性があります。

直列混合はより大きな問題を引き起こします。

• 不一致の遮断点：鉛蓄電池は、リチウム電池よりも早く低電圧状態に達する可能性があります。
• BMSシャットダウンのリスク：リチウム電池のBMSが切断され、ストリング全体が中断される可能性があります。
• 充電の不一致：1つの充電器では、1つのストリング内の両方の化学物質を正しく充電できません。
• コントローラーの不安定性：モーター、インバーター、コントローラーが突然の電圧変化を経験する可能性があります。
• バランス不良：ストリングは化学物質の違いを自己修正できません。

ゴルフカートは明確な例です。36V、48V、または72Vのゴルフカートバッテリーシステムは、一部鉛蓄電池と一部リチウム電池で構築すべきではありません。カートは、加速と上り坂のために安定した大電流出力を必要とします。混合バッテリーは、稼働時間、コントローラーの動作、および充電に影響を与える可能性があります。一致するリチウムゴルフカートバッテリーは、よりクリーンなアップグレードパスです。

とにかくリチウム電池と鉛蓄電池を混合するとどうなりますか？

混合バッテリーバンクは、最初は機能するように見えるかもしれません。ライトが点灯します。インバーターが起動します。電圧計は正常に見える数値を表示するかもしれません。問題は通常、繰り返し充電、より深い放電、重い負荷、または温度変化の後に現れます。

最も一般的な問題は、不均一な動作、熱、迷惑なシャットダウン、および寿命の短縮です。

• 予期しない場所に電流が流れる：リチウム電池と鉛蓄電池は互いに充電または放電する可能性があります。
• 稼働時間の予測が困難になる：混合バッテリーバンクは、期待した追加容量を提供しない可能性があります。
• リチウム電池がほとんどの仕事をする：内部抵抗が低いため、リチウム電池がより多くの電流を流す可能性があります。
• 鉛蓄電池にストレスがかかる：鉛蓄電池は深すぎる放電をしたり、充電をうまく受け入れなかったりする可能性があります。
• 充電器が混乱する：混合電圧曲線により、満充電の検出が不正確になる可能性があります。

BMSがシャットダウンする可能性がある

• ：リチウム電池の保護遮断により、ほとんど警告なしにシステムが中断される可能性があります。
• 鉛蓄電池が発熱またはガスを発生する可能性がある：誤った充電は、換気と安全上の懸念を高めます。
• 電子機器が奇妙に動作する可能性がある：インバーター、ソーラーコントローラー、およびモーターコントローラーは、安定した電圧挙動に依存しています。

リチウム電池と鉛蓄電池の混合は、容量を追加するクリーンな方法であることはめったにありません。100Ahリチウム電池と100Ah鉛蓄電池は、安定した200Ahバッテリーバンクと同じではありません。リチウム電池は80Ahから100Ahの使用可能容量を提供するかもしれませんが、鉛蓄電池は通常、約50Ahの使用可能容量に制限されている方が良いです。それらの放電曲線はきれいに一致しません。

リチウム電池と鉛蓄電池を安全に使用する方法

安全な混合化学レイアウトは、実際には隔離されたレイアウトです。バッテリー間の機器が電圧、電流、充電動作、および負荷共有を制御します。

2つの個別のバッテリーバンクを維持する

2つの個別のバッテリーバンクにより、各化学物質が独自のルールで動作できます。リチウム電池はリチウム充電プロファイルを使用します。鉛蓄電池は鉛蓄電池充電プロファイルを使用します。負荷は優先度または回路タイプによって分割できます。

このアプローチは、古い鉛蓄電池がまだ有用な寿命を持っているが、アップグレードされたリチウムバッテリーシステムの一部として信頼すべきではない場合にうまく機能します。

DC-DC充電器を使用する

DC-DC充電器は、RVシステムや船舶システムにとって最も有用なツールの1つです。オルタネーターまたは鉛蓄電池のスターターバッテリー側から電力を取り込み、リチウムハウスバッテリーに制御された充電を行うことができます。

適切に選択されたDC-DC充電器は、次の点で役立ちます。

• 電圧調整: リチウムバッテリーに適切な充電電圧を供給します。
• 電流制限: オルタネーターと配線を過剰な電流引き込みから保護します。
• バッテリー分離: 異なる化学的性質を持つバッテリー間の制御されない電流の流れを防ぎます。
• 充電プロファイル制御: サポートされている場合、LiFePO4設定を提供できます。

これは、単にケーブルでバッテリーを接続するのとは大きく異なります。

バッテリーアイソレーターを使用する

バッテリーアイソレーターは、鉛蓄電池のスターターバッテリーとリチウムハウスバッテリーがお互いを消耗するのを防ぐことができます。スターターバッテリーとハウスバッテリーのレイアウトで役立ちます。

アイソレーターは、リチウムバッテリーに対する完全な充電ソリューションであるとは限りません。逆流を停止することはできますが、適切なリチウム充電プロファイルを自動的に作成するわけではありません。特にオルタネーター充電が関係する場合、多くのシステムでは依然としてDC-DC充電器が必要です。

個別のソーラー充電コントローラーを使用する

2つのバッテリーバンクが稼働状態にある場合、個別のソーラー充電コントローラーは理にかなっています。各コントローラーは、適切なバッテリータイプに合わせてプログラムできます。

リチウムバッテリーバンクはLiFePO4充電設定を使用できます。鉛蓄電池バンクはバルク、吸収、フロートの動作を維持できます。バッテリーは同じ充電経路を共有する必要はありません。

ACカップリングまたは転送スイッチを使用する

ACカップリングは、DC側でバッテリーシステムを分離し、AC側を介して相互作用させます。これは、大規模なソーラーシステムやバックアップシステムでは機能しますが、簡単な週末の配線作業ではありません。

転送スイッチは、2つのシステム間で負荷を割り当てることもできます。リチウムバッテリーシステムが選択された負荷パネルに電力を供給し、鉛蓄電池システムが別の回路を処理するか、切り替えられたときに引き継ぎます。欠点はコストと複雑さです。ここでは通常、専門家による設計が価値があります。

結論

リチウムバッテリーと鉛蓄電池を同じバッテリーバンクに直接混ぜてはいけません。より安全なシステムは、2つの化学物質を分離するか、古い鉛蓄電池バンクを適合するリチウムバッテリーシステムに置き換えることです。

鉛蓄電池のスターターバッテリーとリチウムハウスバッテリーは、DC-DC充電器、アイソレーター、または適切な充電システムがそれらの間に設置されていれば、連携して機能します。

稼働時間の延長、軽量化、充電時間の短縮、メンテナンスの軽減が目標である場合、古い鉛蓄電池と新しいリチウムバッテリーを混合するよりも、適合したLiFePO4バッテリーシステムの方が長期的な解決策として優れています。