バッテリーの並列配線は危険です: 包括的な安全ガイド

エネルギー貯蔵の世界は広大かつ複雑です。 家庭から自動車に至るまであらゆるものに電力を供給するためにバッテリーへの依存がますます高まっているため、バッテリー構成の微妙な違いを理解することが最も重要になっています。 そのような構成の XNUMX つであるバッテリーの並列配線には、多くの利点がありますが、一連の課題も伴います。 バッテリーを並列に接続する危険という用語は、潜在的なリスクを強調しています。 このガイドは、並列バッテリー構成の利点と落とし穴に光を当てながら、このような問題を解決することを目的としています。

電池の並列配線とは何ですか?

電気セットアップの分野では、バッテリーを並列に配線するという概念が基本です。 基本的には XNUMX つ以上のバッテリーを並べて接続しています。 これにより、電圧を変えることなく総エネルギー貯蔵量 (バッテリー容量) が増加します。

簡単なたとえ: バッテリーを水タンクと考えてください。 電圧は水の圧力、容量（アンペアアワー）はタンクが保持できる水の量です。 並列配線は、タンクを 12 つ並べたようなものです。 圧力は同じままですが、水が100倍になります。 水タンクと同様に、12 ボルト、12 アンペア時間のリチウム電池があるとします。 200 ボルトの XNUMX つのリチウム電池を並列に接続すると、合計電圧は XNUMX ボルトのままですが、合計容量は XNUMX アンペア時間に跳ね上がります。 これは、水の圧力を上げずに水槽のサイズを XNUMX 倍にするようなものです。

固定電圧を必要とするシステム (RV やボートなど) では、並列接続が非常に重要です。 システムの設計を変更することなく、より多くのエネルギー貯蔵が可能になり、効率と互換性が確保されます。

基本的に、並列接続は、電圧レベルを変更する複雑さを必要とせずに、より多くのエネルギー貯蔵を必要とする人にとって実用的なソリューションを提供します。 シンプルさと効率性の融合です。

バッテリーを並列配線する主な利点

バッテリーの並列配線は、再生可能エネルギーから RV 車に至るまで、さまざまな業界で採用されている技術です。 理由は多岐にわたりますが、それらはすべて、安全性や効率性を犠牲にすることなく容量を最大化するという XNUMX つの主要な目的に収束します。 詳細を詳しく見てみましょう。

恩恵	詳細
増幅された合計 容量 および延長されたランタイム	バッテリーが並列接続されている場合、組み合わせた容量定格 (アンペア時間で測定) は個々の容量の合計になります。 たとえば、100 つの 200Ah バッテリを並列に接続すると、合計 200Ah が供給され、XNUMX アンペア時間のバッテリが形成されます。 これは、利用可能な総エネルギーの増加と稼働時間の延長に直接つながります。 一貫したエネルギー貯蔵が最も重要な太陽エネルギー システムでは、これが夜間を通じて電力を供給するシステムとそうでないシステムの違いを意味する可能性があります。
一貫したシステム電圧	直列接続では、バッテリーを追加するたびに電圧が蓄積されます。 ただし、並列セットアップでは、電圧は変化しません。 これは非常に重要です。 12V 用に設計された RV システムを想像してください。 並列接続を使用すると、バッテリーを追加しても、特定の電圧に合わせて調整された機器に過負荷や損傷を与える危険がありません。
簡単な拡張性	並列接続の利点は、そのスケーラビリティにあります。 エネルギー需要が増大するにつれて、既存のセットアップにバッテリーを追加するだけで需要を満たすことができます。 太陽光発電住宅がエネルギー消費量の増加に対応する必要がある場合、バッテリーを並行して追加することで、完全なオーバーホールを行わずにシステムが確実に対応できるようになります。
信頼性を高める組み込みの冗長性	並列接続は本質的にフェイルセーフを提供します。 セットアップ内の XNUMX つのバッテリーが故障しても、他のバッテリーは機能し続け、電源供給が中断されることはありません。 これは、航空機に複数のエンジンを搭載するのと似ています。 XNUMX つが失敗しても、他の XNUMX つが飛行機を飛行させ続けます。

これを大局的に考えるために、オフグリッド太陽光発電システムを設置する専門家を考えてみましょう。 バッテリーを直列に使用すると電圧が増加する可能性がありますが、過電流、コンポーネントへの潜在的な損傷、バッテリー寿命の低下のリスクも高まります。 対照的に、並列セットアップでは、より安全で効率的なソリューションが提供され、システムがより長く、より確実に動作することが保証されます。

バッテリーの並列配線に潜むリスク

バッテリーの並列配線は、正しく行われれば、計り知れないメリットをもたらします。 ただし、理解不足や見落としがあると、潜在的な危険が生じる可能性があります。 これらのリスクを詳しく掘り下げて、並列構成の利点と安全性の両方を求める専門家に明確にしてみましょう。

短絡と急速放電

12 つのバッテリーを接続することを想像してください。10 つは 30V で完全に充電され、もう XNUMX つは XNUMXV で充電されます。 高いところから低いところへ電流が即座に流れることは、ダムのゲートが突然開くことにたとえることができます。 これにより、わずか数分で夏の暑い日と同等の熱を発生させることができます。 このような急速な放電が繰り返されると、バッテリーの寿命が最大 XNUMX% 低下する可能性があります。 また、リチウム電池は温度の急上昇に敏感であることが知られており、膨張や発火などのより深刻な結果につながる可能性があります。

電圧の不一致の危険性

12 人の専門家を考えてみましょう。9 人は常に自分の機器を再チェックし、もう 20 人は時々細部を見落とします。 後者は、XNUMXV のバッテリーと XNUMXV のバッテリーのように、電圧の異なるバッテリーを接続する可能性があります。それは些細なことだと考えています。 ただし、電圧の高いバッテリーが常に低いバッテリーを「持ち上げ」ようとするため、過充電が発生します。 過充電はバッテリーの効率を最大 XNUMX% 低下させる可能性があり、特に揮発性化学物質を含むバッテリーでは、極端な場合には火災を引き起こす可能性があります。

充放電の乱舞

使用年数や状態が異なるバッテリーを並行して使用することは、マラソンランナーと短距離走者がペアでリレーレースを行うようなものです。 必然的に疲れるのが早くなります。 バッテリーの観点から言えば、これは、他のバッテリーよりも消耗が早くなり、より多くの負荷がかかり、消耗が最大 50% 早くなる可能性があることを意味します。 さらに、充電中、一方が満杯であるにもかかわらず、もう一方がまだ追いついていない可能性があり、不均衡が生じ、接続されたデバイスに損害を与える可能性があります。

過熱によるドミノ効果

並列接続されたバッテリーはドミノのようなものです。 転倒した場合（この場合は過熱した場合）、連鎖反応を引き起こす可能性があります。 バッテリーの最適動作温度よりわずか 10°C 上昇すると、バッテリーの寿命が半減する可能性があります。 また、密にパックされた構成では、過熱したバッテリーが隣のバッテリーの温度を最大 5°C 上昇させる可能性があり、特に密にパックされたバッテリー バンクや熱暴走しやすい化学薬品では、液漏れや発火の危険が生じる可能性があります。

バッテリーの並列配線には紛れもない利点がありますが、潜在的な落とし穴に注意する必要があります。 電圧の一致、定期的な監視、最適な動作条件を確保することで、関連するリスクを軽減しながら並列構成の利点を活用できます。 知識は力であり、この場合は安全でもあります。

安全に並列配線できるバッテリーの数は何個ですか?

一般に、無制限の数のバッテリを安全に並列配線できます。 ただし、並列システムにバッテリーを追加する魅力は魅力的ですが、容量と安全性のバランスを取ることが不可欠です。

1. バッテリ仕様:

• 内部抵抗: ディープサイクルバッテリーから標準リチウムイオンバッテリーまで、同じ種類のバッテリーであっても、内部抵抗が異なる場合があります。 たとえば、典型的な 18650 リチウムイオン セルの内部抵抗は 20mΩ ～ 90mΩ です。 抵抗値の異なる電池を並列接続すると、抵抗値の低い電池の方が負荷が大きくなります。 これにより、放電が不均一になり、過熱が発生する可能性があります。
• メーカーのガイドライン: 調査によると、バッテリー故障の 70% はメーカーの推奨事項に従わないことが原因です。 必ずデータシートを参照してください。 バッテリーの最大並列接続数が 4 ユニットの場合、これを超えると安全性とパフォーマンスが危険にさらされる可能性があります。 バッテリーが高電圧システム用に設計されている場合、低電圧セットアップでの並列接続には適さない可能性があります。

2. バッテリーの寿命と充電状態:

• 容量の不一致: 2 年使用したバッテリーは、元の容量の 80% しか保持していない可能性があります。 新しいバッテリーと組み合わせるとバランスが崩れる可能性があります。 実際のシナリオでは、100Ah の新しいバッテリーと 80Ah の古いバッテリーを接続すると、古いバッテリーの方がより早く容量に達し、新しいバッテリーが過剰補償を強いられます。
• 充電状態: 充電率 90% のバッテリーと 50% のバッテリーを接続すると、ブレーキなしで下り坂を走行する車と同様に、急速な放電が発生する可能性があります。 同様の充電レベルのバッテリーを接続することが常に最善です。

3. 募集要項:

• エネルギーの必要性: 毎日平均 5kWh を消費するシステムの場合、500Wh バッテリーを 7 個並列使用するのが最適です。 ただし、システムが時折 XNUMXkWh でピークに達する場合は、バッテリーを XNUMX つ追加するなど、バッファーを用意することが賢明です。 常にピーク負荷を考慮してください。

4. 安全性 と監視:

• バッテリー管理システム (BMS): 2019 年の調査では、高度な BMS を備えたシステムは、そうでないシステムよりも故障率が 40% 低いことが明らかになりました。 BMS は単に監視するだけではありません。 バッテリー全体の充電バランスをアクティブに調整し、バッテリーの寿命と安全性を確保します。

5. 物理的なスペースと換気:

• 熱放散: バッテリーの動作中、特に重負荷下では、温度が最大 45°C (113°F) に達する可能性があります。 バッテリー間に少なくとも 1cm の隙間を確保すると、発熱を最大 15% 低減できます。 適切な換気により、これをさらに強化できます。

結論として、並列接続により容量は増加しますが、ストレージの最大化と安全性の確保との間の微妙なバランスが必要になります。 私たちは常に量よりも質を優先する必要があります。また、多ければ多いほど良いというわけではないことを覚えておいてください。 重要なのは、適切な数値を適切な状態で正しく監視することです。

6 バッテリー接続に関する実際の安全上の注意事項

バッテリーを接続するときは、事故や損傷を防止し、システム全体の安全性を確保するために、特定の安全上の注意事項に従うことが重要です。

1. 均一性の重要性:

• タイプとブランドの一貫性: 同じタイプの異なるバッテリー ブランドを比較した研究では、容量に最大 10% のばらつきが観察されました。 これは、一貫したパフォーマンスを確保するために、できれば同じバッチまたはメーカーの同一のバッテリーを使用することの重要性を強調しています。

2. ご年齢 事態:

• 時間の経過による劣化: バッテリーは、通常の使用では 20 年間で容量の約 2% が減少します。 古いセットに新しいバッテリーを導入すると、新しいバッテリーが過補償になり、劣化が早まる可能性があります。 並列セットアップのバッテリーは、使用年数と磨耗が同等のものであることを常に確認してください。

3. 温度モニタリング:

• 熱の影響: 最適動作温度を 10°C 上回るごとに、バッテリーの寿命が半分になる可能性があります。 バッテリーのセットアップを低温に保つことが重要です。
• 換気: バッテリーを並列に接続すると、特に負荷がかかった場合に、単一バッテリーよりも最大 15% 多くの熱が発生する可能性があります。 適切な換気によりこのリスクを軽減し、バッテリーの寿命を延ばし、潜在的な危険を防ぐことができます。

4. 接続の完全性:

• コネクタが緩むリスク: コネクタが緩むと抵抗が最大 50% 増加する可能性があることが研究でわかりました。 これはバッテリーに負担をかけるだけでなく、エネルギー損失につながる可能性があります。 すべてのコネクタとバッテリー充電器が適切に取り付けられており、定期的に検査されていることを確認してください。

5. ヒュージング用 安全性:

• アンプ定格: 並列セットアップでは、電流は接続されているすべてのバッテリーの合計です。 10 つのバッテリーがそれぞれ 30A を提供する場合、合計は 35A になります。 頻繁にトリップすることなく確実に保護するには、ヒューズの定格をこの合計値よりわずかに上回る (たとえば XNUMXA) 必要があります。
• ヒューズの配置: ヒューズはバッテリーを絶縁することで大電流を防ぎます。 ヒューズをバッテリーのプラス端子の近くに配置すると、最大限の保護が保証されます。 調査によると、ヒューズがマイナス端子またはそれより離れた端子に配置されていると、応答の遅れによりシステム障害が発生する可能性が 5% 高くなります。

6. 定期的なチェック – 積極的なアプローチ:

• 腐食の影響: 腐食は電気の流れを妨げ、効率を低下させる可能性があります。 定期的に清掃とチェックを行うことで、特に端子周りのこの問題を防ぐことができます。
• 身体検査: 目に見える膨張や損傷があるバッテリーは、効率が最大 60% 低下し、重大なリスクを引き起こす可能性があります。

まとめ

間違いなく、バッテリーを並行して構成すると、電圧を一貫して安定させながら総電力容量を増大させる方法であるなど、いくつかの利点があります。 ただし、専門家は、短絡、急速な電力の排出、異種電圧、不規則な放電および再充電速度、温度の上昇などの潜在的な苦境に注意する必要があります。

これらの技術的課題を考慮すると、メーカー、モデル、ライフサイクル段階、充電レベルの点でバッテリー間の同一性を維持することが重要です。 定期的な検査、ヒューズの適切な配置と定格の確保、接続の信頼性の維持、および温度の細心の注意により、関連するリスクを大幅に軽減できます。 バッテリー管理システム (BMS) への価値ある投資とメーカーのガイドラインの順守が、安全で効率的な並列バッテリー構造の鍵を握っています。

最適な構成を確立することは、安全性を確保しながら電力貯蔵を最大限に高めるための慎重な作業です。 適切な専門知識を備え、必要な安全対策を遵守することで、さまざまな用途でバッテリーの並列接続の可能性を最大限に活用できます。 知識はまさに力の核心です。 バッテリー構成に関しては、電力と確実な安全性が融合されています。

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