産業機器、電気自動車、またはバックアップ電源システムの交換用電源を購入したことがある方は、「48V リチウムイオン バッテリー パック」や「12V 鉛酸バッテリー パック」などの仕様が記載されているのを見たことがあるでしょう。そして、その数字は一体何を意味するのだろうかと疑問に思ったことがあるでしょう。小規模の建設会社から大規模なデータ センターに至るまで、さまざまな顧客からのこの質問に毎日対応しているバッテリー パック サプライヤーとして、私はここでバッテリー パックの電圧を教科書的な科学だけでなく、現実世界のわかりやすい言葉で分析します。アプリケーションにとって重要なコンテキスト。
本質的に、バッテリー パックは相互に配線された個々の電気化学セルの集合であり、電圧はそのアセンブリ全体の正端子と負端子の間の電位差の尺度です。電圧はパイプ内の水圧のようなものだと考えてください。電圧が高いほど、回路内に電流を流すための「推進力」が大きくなり、まさにデバイス、モーター、ツールに電力を供給することになります。個々のセルには公称電圧があります。参考までに、一般的な電圧はリン酸鉄リチウム (LFP) セルの場合は 3.2 V、標準のリチウムイオン (NMC) セルの場合は 3.7 V、浸漬鉛蓄電池の場合は 2 V、ニッケル水素 (NiMH) セルの場合は 1.2 V です。必要なパック電圧を得るために、メーカーはセルを直列に配線し、個々の電圧を加算します。たとえば、48V リチウムイオン パックは、直列に接続された 15 個の 3.2V LFP セル (15 * 3.2 = 48) を使用しますが、12V 鉛蓄電池パックは、直列に接続された 6 個の 2V フラッディング セル (6 * 2 = 12) を使用します。これが基本的な計算ですが、実際の製品の電圧がどのように機能するかについては、さらに微妙な点があります。
新しい顧客が犯す最も一般的な間違いの 1 つは、公称電圧と実際の動作電圧を混同することです。公称電圧は標準負荷下でパックが供給する平均電圧であり、仕様書に記載されていますが、実際の電圧はパックの充電と放電に応じて変動します。たとえば、48V LFP パックは、完全充電時には約 51.2V に留まり、完全放電時には約 40V に低下します (寿命を延ばすために、それ以下に放電しないことをお勧めします。これについては後で説明します)。鉛酸の場合、12V の浸水パックは 12.8V まで充電され、完全に放電すると 11.8V まで低下する可能性があります。公称電圧のみでパックを選択する場合は、それがデバイスの必要な動作範囲内にあることを確認する必要があります。電圧が高すぎると電子機器が故障する可能性があり、電圧が低すぎると作業中に機器の電力が不足したままになります。
では、これが業務にとってなぜ重要なのでしょうか?電圧は、電力と容量という 2 つの重要な指標に直接関係します。電力は、エネルギーの使用率 (ワット、W で測定) であり、電圧と電流 (アンペア、A) を乗算して計算されます: 電力 = ボルト * アンペア。したがって、1,000W 電動フォークリフトに電力を供給する必要がある場合は、24V パックで約 42A、48V パックで約 21A、または 80V パックで約 12.5A で実現できます。電圧が高くなると、同じ電力に対する電流が小さくなり、ワイヤやコネクタの熱の蓄積が軽減されます。これは、何時間も連続して稼働する重工業機器にとって、少なからぬメリットがあります。アンペア時 (Ah) またはワット時 (Wh) で測定される容量は、パックが蓄えることができる総エネルギーであり、直列配線によって変化しませんが、電圧はパック サイズ間での比較に役立ちます。48V 100Ah パックは 4,800Wh のエネルギーを保持しますが、12V 100Ah パックは 1,200Wh しか保持できません。再充電せずに一日中実行する必要があるアプリケーションにとって、これは大きな違いです。
私はバッテリー パックのサプライヤーとして、適切な使用例に電圧を適合させることがプロジェクトの成否を左右することを直接見てきました。これを説明するために、最も人気のある 3 つの製品ラインを取り上げてみましょう。まず、私たちの長寿命電源バッテリーパック-これらは、何年にもわたって一貫した長期持続電力を必要とする遠隔監視システムやオフグリッド太陽光発電システム向けに設計されています。当社では、公称電圧 12V および 24V で提供しており、標準的な鉛酸パックの 500 ～ 1,000 サイクルをはるかに上回る 10,000 サイクル以上の寿命にわたって安定した電圧を維持する LFP 化学と組み合わせています。遠隔気象観測所を設置する小規模農場には 80V の電力は必要ないため、10 年間持続し、シンプルなセンサーの電圧範囲内に収まる 12V パックが最適です。
次に、より多くの実行時間を必要とするアプリケーションの場合、長時間給電バッテリーパック48V と 72V で利用可能なシリーズは、電動ゴルフ カート、多目的地形走行車 (UTV)、および小型商用電気トラック向けに設計されています。これらのパックは、長距離ドライブ中のエネルギー損失を削減する高電圧に加えて、必要な全航続距離を得る大容量を組み合わせており、ラウンドの途中や作業ルートの途中で充電するために停止する必要はありません。当社が供給するゴルフコースは最近、鉛酸カートを当社の 48V ロングタイムパックに交換しました。 LFP が深放電サイクルをうまく処理するため、1 回の充電あたりのホール数が 18 ホールから 36 ホールに増え、バッテリー交換のコストが数千ドル節約されました。
さらに、産業用制御システムの緊急バックアップ電源などの特殊な使用例もあります。私たちのIFF電源バッテリーパック公称電圧 24V および 36V で提供されるこのラインは、停電時に信頼性が高く、迅速に応答する電力を必要とするミッションクリティカルなシステム向けに特別に構築されています。電圧は標準的な産業用制御パネルに適合するように校正されているため、互換性の問題はありません。また、動作を継続する必要がある屋外または暖房のない施設向けに、極端な温度 (-20 °C ～ 60 °C) にも耐えられるように定格されています。
もう 1 つのよくある質問に答えたいと思います。ニーズに合った適切な電圧をどのように選択しますか?最初のステップは、デバイスの元の仕様を確認することです。アップグレードする場合は、消費電力を計算します。ほとんどの機器には必要な電圧範囲が記載されていますが、損傷を避けるためにその範囲内で使用してください。カスタム システムを構築している場合は、実行時間を長くするかどうかなど、優先順位を考えてください。高電圧、大容量。充電が速くなりますか？多くの急速充電器は、ワイヤを過熱することなくより多くの電力を供給できるため、高電圧パックで動作します。また、重量とスペースも考慮してください。低電圧パックと同じ容量を持つ高電圧パックの方が軽い可能性があり、これは電動工具や UTV などのモバイル機器にとっては大きな問題です。
私が新規のお客様にいつも伝えているのは、バッテリー パックの電圧は万能の数値ではないということです。初めて購入する人の多くは「48V」を見て、その方が良いと考えますが、デバイスが 24V しか必要としない場合、より高い電圧のパックはまったく動作しないか、デバイスの保証が無効になる可能性があります。以前、24V しか必要としない倉庫用の小型エレベーター用に 72V パックを注文したお客様がいました。プラグを差し込んでみたところ、10 分以内にエレベーターのコントロール パネルが故障してしまいました。そのため、お客様から連絡があった場合には、義務なしで無料の互換性チェックを常に提供しています。
結局のところ、電圧はパズルの 1 ピースにすぎませんが、バッテリー パックが意図したとおりに動作するための基礎です。遠隔地用の小型センサーに電力を供給する場合でも、電気自動車のフリートに電力を供給する場合でも、電圧を適切に設定することで、時間、コスト、手間を節約できます。電源システムの交換またはアップグレードをご検討の場合は、お気軽にお問い合わせください。標準ラインの 1 つであっても、お客様の正確なニーズに合わせたカスタム ソリューションであっても、適切なパックの選択をお手伝いいたします。今すぐ当社のチームに連絡して要件について話し合い、予算と運用ニーズに合った見積もりを取得してください。
参考文献
- リンデン、D.、レディ、TB (2002)。電池ハンドブック (第 3 版)。マグロウヒル教育。
- 「バッテリー電圧 101: 公称電圧、動作電圧、およびカットオフ電圧について理解する。」バッテリー大学。 2024 年にアクセス。 https://batteryuniversity.com/article/bu-101-basics-of-battery-voltage-and-capacity
- ジャケッティ、RE (2018)。 「バッテリーパックの直列および並列セル配線: 設計上の考慮事項」ジャーナル オブ パワー ソース、vol. 396、752-760ページ。
