12V を作るには 3.7V バッテリーがいくつ必要ですか?

LED用の小型12V電源、ルーターのバックアップ、Arduinoプロジェクト、カメラリグ、小型モーター、その他のDIY電子機器のセットアップを構築している場合、3.7Vリチウム電池がいくつ必要か疑問に思うかもしれません。簡単な答えは次のとおりです。12Vタイプのリチウムパックには通常、3つのセルを直列に接続する必要があります。電圧を正確に12Vに調整する予定がある場合は、4つのセルを直列に接続します。

最初は混乱するかもしれませんが、これは1つの重要な詳細に集約されます。3.7Vリチウムイオン電池は公称電圧で評価されており、固定電圧ではありません。単一の3.7Vセルは、完全に充電されているときは通常約4.2Vで、ほとんど空のときははるかに低くなります。したがって、最適なセットアップは、デバイスが変化する電圧範囲を処理できるか、安定した12V出力が必要かによって異なります。

Q&A：バッテリーは3個または4個？

ほとんどのDIYバッテリーパックの計算では、実用的な答えは次のとおりです。

お使いのデバイスが「12V」と表示されていても、10Vから14Vのような電圧を受け入れることができる場合、3Sリチウムイオンパックが機能する可能性があります。お使いのデバイスがクリーンで安定した12Vを必要とする場合、電圧レギュレーター付きの4Sパックがより良いアプローチとなることがよくあります。デバイスが安全に16.8Vまで処理できることがわかっている場合を除き、4Sパックを標準の12V電子機器に直接接続しないでください。

3.7Vバッテリー電圧を理解する

3.7Vバッテリーは通常、リチウムイオンまたはリチウムポリマーセルです。3.7Vという定格は公称電圧であり、放電中の平均動作電圧を意味します。常に3.7Vを維持するわけではありません。

一般的な3.7Vリチウムイオンセルの電圧範囲は次のとおりです。

• 満充電時：約4.2V
• 公称電圧：約3.6V〜3.7V
• 低電圧カットオフ：セルとBMSによって異なるが、通常2.5V〜3.0V前後

このため、計算は12を3.7で割って切り上げるほど単純ではありません。満充電電圧、最小電圧、およびデバイスが安全に受け入れられる電圧を考慮する必要があります。

直列配線による電圧の増加

電圧を上げるには、バッテリーを直列に接続します。直列接続では、一方のセルの正極が次のセルの負極に接続されます。電圧は加算されますが、アンペア時容量は同じままです。

直列電圧 = セル電圧 × セル数

したがって、3.7V定格のリチウムイオンセルを3個使用する場合：

3.7V × 3 = 11.1V (公称)

4個のセルを使用する場合：

3.7V × 4 = 14.8V (公称)

これが、3セルパックが3S、4セルパックが4Sと呼ばれる理由です。

「12V」リチウムパックに3個のバッテリーがよく使われる理由

3Sリチウムイオンパックは、12Vバッテリーに近いものを求める際によく使用されます。公称電圧11.1V、満充電時12.6Vを提供します。多くの12Vデバイスは、特に自動車スタイルの電子機器、LEDライト、小型ファン、ホビーギアなど、さまざまな電圧範囲に対応できるように設計されています。

しかし、3Sパックは完璧な12V電源ではありません。放電が進むと、電圧が一部のデバイスが必要とする値よりも低くなることがあります。たとえば、デバイスが11V以下でシャットオフする場合、3Sパックからフルに使える容量が得られない可能性があります。

安定した12V出力には4個のバッテリーが良い理由

4Sリチウムイオンパックは、公称電圧14.8V、満充電時16.8Vを提供します。これは、直接接続すると多くの12Vデバイスには高すぎます。しかし、電圧を安定した12Vに降圧する降圧コンバーターと組み合わせるとうまく機能します。

このセットアップは、プロジェクトが満充電から低充電まで信頼性の高い12V出力を必要とする場合に役立ちます。コンバーターが電圧を調整するため、デバイスは変化するバッテリー電圧ではなく安定した12Vを認識します。

重要なルールは単純です。ほとんどの12V電子機器には、4Sリチウムイオンには電圧調整が必要です。

3S vs 4S: どちらを選ぶべきか？

BMSを忘れてはいけません

バッテリー管理システム（BMS）は、リチウムバッテリーパックを構築する際にオプションではありません。BMSは、セルの過充電、過放電、過電流、短絡、およびセル間の不均衡から保護するのに役立ちます。

3Sパックには3S BMSを使用します。4Sパックには4S BMSを使用します。これらを混同しないでください。BMSは、直列セル数とデバイスが消費する電流に適合している必要があります。

容量: 直列接続では稼働時間は増加しません

セルを直列に接続すると電圧は増加しますが、アンペア時容量は増加しません。たとえば、3.7V 3000mAhのセルを3個直列に接続した場合、パックは公称11.1Vになりますが、容量は依然として3000mAhです。

より長い稼働時間が必要な場合は、複数の直列ストリングを並列に接続する必要があります。たとえば、3S2Pパックは合計6個のセルを使用します。3個を直列に、2個を並列グループにします。これにより、公称電圧は11.1Vのままですが、1つの3Sストリングと比較して容量が2倍になります。

パックを構築する前の安全上のヒント

• 一致するセルを使用する：可能な限り、同じ化学的性質、容量、ブランド、使用年数、状態のセルを使用してください。
• 古いセルと新しいセルを混ぜない：混合するとセルが不均一に放電し、危険になる可能性があります。
BMSを使用する：直列数と電流のニーズに合ったBMSを選択してください。
• ヒューズを追加する：ヒューズは、問題が発生した場合に回路を保護するのに役立ちます。
• 適切な配線を使用する：細いワイヤーは高電流で過熱する可能性があります。
• すべての接続を絶縁する：リチウムセルは短絡した場合、大電流を供給する可能性があります。
• 正しい充電器を使用する：3Sパックには12.6Vリチウム充電器が必要です。4Sパックには、保護された充電システムを使用しない限り、16.8Vリチウム充電器が必要です。

既製12Vバッテリーがより良い選択である場合

RVアクセサリー、魚群探知機、トローリングモーター、キャンプ用品、ソーラー蓄電、緊急バックアップデバイス、またはより高価な電子機器への電力供給が目的の場合、既製の12V LiFePO4バッテリーは、3.7Vのバラのセルからパックを構築するよりも通常、安全で簡単です。

12V LiFePO4バッテリーは、通常公称12.8Vで、BMSが内蔵されています。従来の12Vバッテリーのように機能するように設計されているため、多くの実際の12Vアプリケーションにとってより良い選択肢となります。

よくある質問

12Vにするには3.7Vバッテリーが何個必要ですか？

通常、公称11.1Vで満充電時に12.6Vになるパックには、3個のバッテリーを直列に接続する必要があります。安定した12V出力が必要な場合は、降圧コンバーターと4個のバッテリーを直列に接続してください。

リチウムイオンセルを4個、12Vデバイスに直接使用できますか？

通常はできません。3.7Vのセルを4個直列に接続すると、満充電時に16.8Vに達する可能性があり、標準の12V電子機器がその入力範囲に対応していない場合、損傷する可能性があります。

バッテリーを直列に接続するとアンペア時は増加しますか？

いいえ。直列配線は電圧を増加させます。アンペア時と稼働時間を増加させるには、並列配線が必要です。

3.7VリチウムバッテリーパックにはBMSが必要ですか？

はい。過充電、過放電、不均衡、短絡の問題を防ぐのに役立つため、リチウムパックにはBMSが強く推奨されます。

最後に

3.7Vリチウムセルから12Vタイプのバッテリーパックを作る場合、最も一般的な選択肢は直列3セルで、公称11.1V、満充電時12.6Vです。プロジェクトが安定した12V出力を必要とする場合は、降圧コンバーターと直列4セルを使用しますが、満充電時16.8Vのパックが標準の12Vデバイスに安全であると決して仮定しないでください。

シンプルなDIY電子機器の場合、3Sと4Sの違いを理解していれば、正しい方向を選択するのに十分です。より高出力または長期的な使用の場合、内蔵保護機能付きの適切な12V LiFePO4バッテリーが、多くの場合、より安全で信頼性の高い選択肢となります。