はじめに
告白から始めよう：私は、認めたくないほど多くのバッテリーを壊してきた。90年代の初期の実験用プロトタイプから太陽光発電所の高電圧システムまで、私はリチウム電池が泡立ち、ニッケル水素パックが膨張し、鉛蓄電池が怒ったやかんのようにヒューヒュー鳴るのを見てきた： 電圧.
バッテリーの電圧は単なるラベル上の数字ではありません。エネルギーフローの門番であり、パフォーマンスと災害を隔てる目に見えない境界線なのだ。しかし、過電圧は最も深刻な問題のひとつです。 過小評価された殺人者 今日、バッテリー・システムではほとんどの人は深放電に注目し、電圧不足が本当の敵だと考えている。しかし信じてほしい。電圧が高すぎるということは、空気圧ゲージのないタイヤを膨らませすぎるようなものだ。
電圧不足とは異なり、一時的にシステムを停止させるだけであることが多い、 過電圧は、不可逆的な化学的および熱的損傷を引き起こす可能性があります。.このガイドは、一般的な「充電安全性」のパンフレットではありません。電圧が一線を越えると実際に何が起こるのか、なぜ起こるのか、そしてバッテリーが発火する（あるいはさらに悪化する）前にそれを防ぐにはどうすればいいのか。
12Vリチウム電池メーカー
バッテリー電圧が重要な理由：その背後にある科学
電圧というのは厄介なものだ。技術的には、2つの端子間の電位差のことだ。しかし、バッテリーの世界では エネルギー状態の代理化学的な相挙動、熱的なリスク、これらすべてがひとつにまとまっている。
各電池化学には電圧の「コンフォートゾーン」があり、それを超えると副反応が支配的になります。簡単なリファレンスはこちら：
| バッテリー化学 | 公称V/セル | 最大充電V/セル | 過電圧のリスク |
|---|
| リチウムイオン（NMC） | 3.7 V | 4.20 V | > 4.25 V |
| LiFePO₄（リフェポ | 3.2-3.3 V | 3.65 V | > 3.65-3.70 V |
| ニッケル水素 | 1.2 V | ~1.45 V | > 1.50 V |
| 鉛蓄電池 | 2.0 V | ~2.40 V | > 2.45 V |
偶数 0.05Vオーバー 時間が経てば悲惨なことになりかねない。私は以前、これらの数値をガイドラインとして扱っていました。その後、肥大化したLiFePO₄パックを交換し、電解液漏れを掃除するようになりました。電圧制限は推奨値ではありません。
航空業界ではパイロットのことをこう呼ぶ："棺桶コーナー"。遅すぎても速すぎても墜落を意味する狭いゾーンのことだ。過電圧は 電池世界の棺桶コーナー.
バッテリーシステムにおける過電圧の一般的な原因
ほとんどの過電圧事故は、次のような原因で発生する。 設計ミス, 充電制御の失敗あるいは 過酷なシステム条件.いつもの容疑者たちだ：
- バッテリー・マネージメント・システム（BMS）の不備または欠落
- MPPTまたはソーラーチャージャーの調整不良
- 異なる化学物質や充電状態のセルを混合する。
- 電流制限回路の故障
- フルパックに電流を供給するEVのリジェンブレーキ
回生ブレーキ特に、「リジェネ電流制限」は賞賛に値する。適切な回生電流制限のないEVでは、 急減速時にモーターから発生する逆起電力は、パックの定格電圧を超えることがある。特にパックがすでにフル充電されている場合は。すでに満杯の風船にさらに水を詰め込もうとするようなものだ。
電圧が高すぎると物理的、化学的に何が起こるのか？
ここがラバーと道路の接点であり、むしろ電解液と火花の接点である。
過電圧はダメージの連鎖を引き起こす：
- 電解液の分解 ECやDMCのような溶剤は分解し、ガスと圧力を発生させる。
- リチウムめっき 負極表面に金属リチウムが析出する。 低温そこでイオンインターカレーションが遅くなる。
- ガスの蓄積と腫れ 密封されたパックは枕のように膨らむことがある。ストーブの上のジフィーポップのようにパックが弾けるのを見たことがある。
- 内部ショーツ リチウムめっきによるデンドライトは、セパレーターに穴を開ける可能性がある。
- 熱暴走 十分な熱が溜まればゲームオーバーだ。連鎖反応によって可燃性電解液に引火する。
LiFePO₄のようないわゆる "安全な化学物質 "でさえ、乱用とは無縁ではない。 より寛容無敵ではない。
異なるバッテリータイプへの影響
LiFePO₄ (LFP)
- リン酸塩化学の安定性により、他のリチウムイオンバリアントよりも安全。
- それでもだ、 3.65V/セル以上ガスが発生し、膨張する。
- 長期間の酷使は、容量の衰えや内部損傷につながる。
リチウムイオン（NMC、LCO）
- 過電圧に極めて敏感。
- 4.25V/セルを超えると、電解液破壊、ガス、リチウムめっき、そして 潜在的火災.
- 数年前、悪名高い「ホバーボード火災」はここから生まれた。
ニッケル水素
- 過充電の原因 ガスと圧力の上昇.
- ケーシングを破裂させる可能性はあるが、通常、水性電解液のため引火することはない。
- 優れたBMSと温度センサーが軽減に役立つ。
注：ニッケル水素はリチウムイオンのような熱暴走は起こしませんが それでも激しく発散することがある 過充電を繰り返した場合。
鉛蓄電池
- 過電圧駆動 水電解水素と酸素を放出する。
- これは電解液を消耗させ、プレートを劣化させ、密閉型では劣化させる、 爆発リスク ベントに失敗した場合。
過電圧の実際の症状と警告サイン
もしこれらに該当するものがあれば すぐに充電を止める:
- 電池ケーシングの膨張または膨らみ
- 充電中または充電後の異常な熱
- 化学薬品や焦げた臭い
- 端子付近の漏れや残留物
- OV」または「高電圧」を示すディスプレイ
- 予期しないBMS遮断またはインバーターエラーコード
高度なBMSシステムはしばしば ログDTC（診断トラブルコード） CANまたはUARTインターフェイス上で、これらを無視しないでください。これらは単なる「不具合」ではなく、赤信号なのです。
接続機器とシステムの安全性への影響
過電圧はバッテリーを痛めるだけではない。過電圧は システム全体 危険にさらされている：
- PCBトレース、レギュレーター、コンデンサーの損傷
- ソーラーインバータの過電圧保護(OVP)がトリガーとなり、システムシャットダウンを引き起こす。
- DC結合セットアップでは、1つのパックの故障がバス全体にカスケードする可能性がある。
ある太陽光発電所プロジェクトでは、MPPTの設定が不十分だったため、96Vのリチウムイオンパックが100V以上に上昇してしまった。その結果は？バッテリーが膨張しただけでなく インバーターは入力段を揚げた.これは5桁の大間違いだ。
バッテリーシステムの過電圧を防ぐ方法
しっかりとした設計とベストプラクティスによって、このような事態を避けることができる：
- を使用する。 信頼性の高いBMS 細胞レベルのモニタリング
- セット 上限電圧 MPPT、インバーター、充電器において
- 異なるSoC、年代、化学組成のセルの混合を避ける。
- 含む 温度センサー-寒冷条件下での耐電圧低下
- 用途 プリチャージ回路 大型パックを接続する場合
真面目な話、私が現場で見たほとんどの大惨事は、次のようなものだった。 スマートBMSで回避.
過電圧が疑われる場合の対処法（ステップバイステップ）
- 直ちに充電を停止する。
- パックを冷ます ベントが発生している場合は、ファンを使用しないでください。
- 端子電圧の測定 そしてセルごとの異常をチェックする。
- パックの検査 腫れ、ヒスノイズ、残留物がないか。
- BMSまたはインバータのコードを記録する。
- パックに物理的な損傷が見られる場合、 適切に廃棄またはリサイクルする.
膨張やガス抜きが見られるリチウムイオンセルは、決して再充電や再利用を試みないでください。
結論
過電圧は常に即座に花火を引き起こすわけではないが、それは 時限爆弾.太陽光発電所でもフォークリフトでも、電圧管理はオプションではありません。ミッション・クリティカルです。
賢く部品を選びましょう。ケミストリーを充電器に合わせましょう。そして何よりも電圧を尊重する。
よくあるご質問
Q1：バッテリーの電圧が定格を少し上回ると危険ですか？
そうだ。でも 0.05V/セル時間が経てば経つほど、劣化は加速する。重要なのは一過性のスパイクではない。 累積被曝.
Q2: 12V LiFePO₄バッテリーの電圧が高すぎるとは？
通常、14.6Vが絶対的な充電限界（3.65V×4セル）である。それ以上は 14.7Vのリスク ガス発生と膨張.
Q3: 過電圧でバッテリーが爆発することはありますか？
特にリチウムイオンの場合はそうだ。しかし、電圧だけではありません。 連鎖反応を引き起こすガス→熱→破裂→火災。
スマートBMSシステム（Daly、JBDなど）、Victronバッテリーモニター、シャントベースの以下のようなソリューションがある。 レノジー・バッテリーモニター すべて助けてくれる。
Q5: ヒスノイズが聞こえたり、腫れが見えたりしたら、充電を止めるべきですか？
もちろんだ。これを見たり聞いたりする頃には ダメージはすでに起こっている.すぐにプラグを抜いて点検してください。