バッテリーの電圧と放電深度/寿命/充電電圧

バッテリーは生き物のようだと言われます。それは、バッテリーの電圧です。充電状態、放電状態で電圧は変化します。

バッテリーの電圧からバッテリーの残容量がわかると使える家電製品と時間がわかるのでとても有効です。

バッテリーは使い方でバッテリーの寿命が大きく変わります。放電深度によってサイクル数が変化します。

私の使っているバッテリー

2種類のバッテリーを使用しています。

バッテリー

AZ Industrial Batteryで12V58AHです。

満充電状態(100%)は12.9V、0%で11.6Vと購入サイト(Looop)ではなっていますが満充電は13.1Vくらいのようです。
夜間の充電、放電していない状態での電圧です。

ACデルコボイジャーM31MFで12V115Ahです。

12V58AHに容量不足を感じて12V115AHを購入しています。


バッテリーの電圧と放電深度/残量

鉛ディープサイクルバッテリーの電圧/放電深度/残量を下記の表に示しました。

AZ Industrial BatteryもLooopのサイトに電圧と残容量の記載があったのですが使用してみると違うようです。なので「蓄電システム.COM」のサイトにあった「バッテリーの電圧と放電深度」に残容量を加えて表を作成しています。

表1 充電も放電もしていない状態でのバッテリーの電圧と放電深度

バッテリー電圧 放電深度 残容量(W)
12V115AH
残容量(W)
12V55AH
13.0以上 0
満充電
1380w 660w
12.8以上 10 1242w 594w
12.5 20 1104w 528w
12.3 30 966w 462w
12.0 50 690w 330w
11.5 60 552w 264w
11.0 70 414w 198w
10.5 80
インバータ遮断
276w 132w

鉛ディープサイクルバッテリーの一般的な状態です。

でも、バッテリーの電圧値は使用している状態によってバッテリー値が上下に変化します。

(1)バッテリーの放電状態の電圧

バッテリーにインバータを接続してテレビなどに利用するとバッテリー電圧が下がります。利用を停止するとをバッテリー電圧が上がります。
これは、上下する電圧は使用する電化製品の消費電力によって変わります。消費電力が大きいほどバッテリー電圧は下がります。

ソーラ発電していない状態で消費電力60Wの電化製品を利用すると
12.6V→12.2Vに電圧が下がりました。0.4Vの電圧低下です。

(2)バッテリーの充電状態の電圧

昼間のソーラ発電を行っている時のバッテリー電圧は高く見えます。日射量が多い11時頃から14時頃はかなり高く見えます。
夕方になると放電していないのに電圧が下がってきます。

(3)バッテリーの充電/放電中の電圧

ソーラパネルの発電量、消費電力量の大小によってバッテリー電圧が高く見えたり、低く見えたりします。これは、ソーラパネルの発電量、消費電力量が同じであればバッテリー容量の大きいほうが差が少なくなります。

(4)バッテリー電圧の正しい値の測定方法

充電中/放電中/両者によってバッテリー電圧は変化して見えるので夜間のテレビなどで利用していない状態の時に電圧測定する方法になります。しかも、放電/充電が終わって1時間くらい待って電圧が安定してから測定します。

バッテリーの寿命

バッテリーの寿命は放電深度とサイクル数によって決まります。

バッテリーのサイクル数とはバッテリー容量が0%の状態から100%(満充電)状態にして放電を行い容量が0%の状態になった。
これが1サイクルです。

バッテリー容量が50%の状態から100%(満充電)状態にして放電を行い容量が50%の状態になった。
これは0.5サイクルです。

バッテリーのサイクル数は放電深度によって変化します。

販売サイトのHPグラフなどで確認した放電深度とサイクル数を次に示します。
・AZ Industrial Battery(12V58AH)の場合
 80%  700回
 50% 1200回
 20% 3500回
・ACデルコボイジャー(12V115AH)の場合
 70% 300回
 50% 400回
 30% 500回

放電深度が深くなるとサイクル数は少なく、放電深度が浅くなるとサイクル数が多くなります。
つまり、バッテリーの電圧が高い状態で家電製品などを使うようにすると寿命が伸びることになります。

バッテリーの価格はサイクル数によって大きく変わるようです。

・AZ Industrial Battery(12V58AH)は13000円
・AZ Industrial Battery(12V120AH)は34000円
・ACデルコボイジャー(12V115AH)は17000円です。

バッテリーの容量単価からみるとほぼ2倍の差がでて来ますがサイクル数が多いことから利用できる電力量は3倍を超えるようです。
まだ、バッテリー交換になってないので実態はわかりません。

また、当然ですが同じバッテリーの種類でも容量によって価格が変わります。

どちらを選ぶは個人で決めることになります。
私は「AZ Industrial Battery(12V120AH):34000円」と「ACデルコボイジャー(12V115AH):17000円」の比較で悩んだのですがACデルコボイジャーに値段で決めました。

バッテリーの使用時の電圧

バッテリーを使用している時のバッテリー電圧はどれくらいが望ましいか?ですが電圧が高い状態で使用するのが良いようです。
バッテリー販売サイトでも深放電は避ける。深放電をしたらすみやかに充電すると記載されています。

具体的なバッテリー電圧値は12V以上が良いようです。停電の場合はそんなこと言ってられないですが・・・。
根拠は下記のとおりです。

根拠➀

ACデルコボイジャーM31MFのバッテリーのインジケータ

ACデルコボイジャーM31MFのバッテリーの上面にインジケータがあり50%(12V)以下要充電となっており「赤い表示」になります。

根拠②

チャージコントローラPV-1212D1Aの状態ランプ

チャージコントローラPV-1212D1Aの状態ランプは使用中にバッテリーの電圧が12V以下になると赤ランプが点灯します。

根拠③

チャージコントローラ(Solar Amp B)の低電圧保護で
・警告11.8V(オレンジランプ点滅)
・エラー11.5V(オレンジランプ点灯:負荷接続端子の遮断)
となっています。

バッテリーへの充電電圧

バッテリーへの充電はチャージコントローラが行います。
チャージコントローラにはPWM制御方式とMPPT制御方式があります。
PWM制御方式はパルス制御方式とも呼ばれています。
一般的に安価(数千円)で流通しておりソーラ発電に良く利用されています。

MPPT制御方式は最大電力点追従制御方式とも呼ばれています。
PWM制御方式に比べ30%、実際の変換効率で計算すると97%という高効率で発電します。バッテリーの電圧値、ソーラパネルの電圧値をもとに最適な電圧・電流値で充電するようです。でも高価です。

バッテリーへの充電はバッテリー種類によって最大充電電圧が決まっています。充電電流も最大があるはずですが仕様書に記載されていないものが多いようです。

バッテリーへの充電は三段階に分かれており、バルク充電、アブソープ充電、フロート充電がありバルク電圧値(充電するときの最大電圧値)、フロート電圧値(満充電状態を維持するための電圧)があります。

鉛ディープサイクルバッテリーの
バルク電圧値は14.2V~14.5V、
フロート電圧値は13.6Vから13.7Vの範囲になる。
バッテリー説明書には記載はありませんが該当バッテリーの充電器やソーラ発電セットで販売されているチャージコントローラの設定値で確認するのが良いです。

チャージコントローラ(PV-1212D1A/PV-1230D1A)の充電電圧値の設定を別ページにまとめています。充電方法はソーラパネルの電圧値をバッテリーの電圧値の0.1V-0.2V高い電圧値に変換して電流値を最大にしてバルク充電を行っているように見えます。

チャージコントローラ(PV-1212D1A/PV-1230D1A)の充電電圧値の設定のページへ

バッテリーの満充電とは

満充電とはフロート充電を一定時間すれば満充電になると思っていますがそうでもないようです。

上記の図はフロート充電状態に負荷60Wを与えた時のバッテリー電圧の遷移です。

フロート充電時間は3時間を越えているので満充電状態と判断しました。負荷60Wを与えると電圧は12.7Vを示して20分くらいで0.1Vくらいずつ下がります。でも、12Vを示したところで1時間、11.9Vでは1時間を越えての時間になっています。11.8Vは途中で測定を中止しています。

ACデルコボイジャーM31MF(12V115AH)なので60Wなら20時間くらい使えるかなと思って始めた結果です。

結論はでていませんが、一定の負荷を与えれば一定時間間隔で電圧が下がるようではないようです。もう一度、挑戦します。

バッテリーの放電特性の調査は別ページで継続します。