エンジニアや調達担当者としては、スペックシートには次のようなことが書かれている。 200Ahバッテリーしかし、プレッシャーは大きい。アンダースペックだと高価な故障のリスクがあり、オーバースペックだと予算が吹っ飛ぶ。難しいところだ。
200Ahバッテリーの寿命はどのくらいか」という質問は、簡単なようで、最も重要な質問のひとつです。生産ラインを止めたり、重要なデータを失ったりする可能性があるからだ。
このような産業用電力システムの設計に15年以上携わってきた私は、ただひとつの数字を示すつもりはない。次のような答えを出すための枠組みをお見せします。 あなたの 特定のアプリケーションについて説明します。本当に必要なフォーミュラ、ランタイムを50%以上変化させる重要な要素、そして投資を最大限に活用するためのプロのヒントをご紹介します。
12V 200ah lifepo4 バッテリー
12V 200ah ナトリウムイオンバッテリー
200Ahバッテリーに期待すること
さて、早速本題に入ろう。手っ取り早く計画を立てるために知っておくべきことは以下の通りだ：
健康的な 12V 200Ah lifepo4バッテリー で、約2400ワット時の使用可能エネルギーが得られる。これが重要な数字だ。つまり、100ワットの負荷（数個のセンサーとモデムを備えた産業用監視システムなど）におよそ24時間電力を供給できるということだ。
従来の12V 200Ahの鉛バッテリーと比較してみよう。運がよければその半分の12時間程度で済むだろう。なぜこんなに差があるのか？鉛蓄電池の場合、深刻で永久的なダメージを与えることなく安全に使用できるのは、規定容量の50%程度だからだ。化学の性質なのだ。
しかし、これは大きな問題で、完璧な世界での計算なのだ。フィールドで実際に目にする真のランタイムは、他にもいくつかの要因に左右される。
4つの簡単なステップでランタイムを自分で計算する方法
電気工学の学位は必要ない。数学を説明しよう。とても簡単だ。
ステップ1：バッテリーの使用可能エネルギー（ワット時）を求める
まず最初に、アンペア時間からワット時へ変換する必要がある。アンペア時で十分だが、ワット時では貯蔵されたエネルギーの総量がわかる。
計算式はこうだ： ワット時＝電圧（V）×アンペア時（Ah）×放電深度（DoD）
- 電圧（V）： バッテリーの公称電圧。通常は12V、24V、何であれ。
- アンペア時（Ah）： ラベルに記載されている定格容量。つまり200Ah。
- 放電の深さ（DoD）： これは、人々がつまずく部分である。バッテリーを傷めずに実際に使用できる総容量のことです。LiFePO4の場合、それは通常90%か100%です。鉛蓄電池の場合、バッテリーの寿命をまともに保ちたいのであれば、わずか50%です。
ステップ2：合計負荷（ワット）を計算する
次に、バッテリーが動作するために必要なすべてのものの消費電力を合計します。各コンポーネントのデータプレートか取扱説明書を確認してください。ワット数はたいていそこに印刷されている。
そこで、小さなコントロールパネルがあるとしよう：
- PLCコントローラ（15W）
- HMIスクリーン（25W）
- LED表示灯（10W）
- 総負荷＝50ワット
ステップ3：インバータの非効率を考慮する（隠れたドレイン）
これはいつも忘れがちなステップだ。直流バッテリーからインバーターを通して交流機器に電力を供給する場合、インバーター自体が熱として消費するエネルギーを考慮しなければなりません。100%効率のインバーターはありません。産業用の優れたユニットであれば、効率は85～90%程度でしょう。
そのため、バッテリーが実際に何を扱っているかを知るには、負荷をその効率定格で割ればいい。
例 50W AC負荷 / 0.85 効率 = ~59 ワット バッテリーから引き出される。余分な9ワットは "変換コスト "に過ぎない。AC電源を得るために支払わなければならない税金なのだ。
ステップ4：最終計算
さて、あなたはそれをまとめるだけだ。
ランタイム（時間）＝総使用可能ワット時／最終負荷（ワット時）
59Wの負荷と並べてみよう：
- 12V 200Ah LiFePO4バッテリー：
- 使用可能エネルギー：12V x 200Ah x 0.95 (DoD) = 2280 Wh
- ランタイム：2280Wh/59W ~38.6時間
- 12V 200Ah AGM鉛蓄電池：
- 使用可能エネルギー：12V×200Ah×0.50（DoD）＝1200Wh
- ランタイム：1200Wh/59W ~20.3時間
その差は歴然でしょう？ラベル上の容量が同じでも、リチウム・バッテリーは稼働時間をほぼ2倍にしてくれます。これは、どのようなシステム設計においても大きな要素です。
バッテリーの駆動時間を劇的に左右する5つの要因
公式は素晴らしい出発点を与えてくれる。しかし、現実の世界には常に別の計画がある。私たちが現場で目にするのは、この5つの要素が理論的なスペックと現実がぶつかり合う場所だということだ。
1.バッテリーの化学LiFePO4と鉛酸の比較（そしてナトリウムイオンについて）
使用可能な容量が最大の差別化要因であることを見たばかりだ。しかし、話はこれだけでは終わらない。電圧降下とサイクル寿命だ。
鉛バッテリーに高負荷をかけると、その電圧はかなり「垂れる」。そうなると、まだ電力が残っていても、敏感な電子機器が早期にシャットダウンしてしまう可能性がある。LiFePO4バッテリーは？放電曲線が非常に平坦なので、ほぼ空になるまで安定した電圧を維持します。次にサイクル寿命です。LiFePO4バッテリーは3,000～6,000サイクル、場合によってはそれ以上持つこともあります。AGMバッテリーは50% DoDで300-700サイクルしか持たないかもしれません。毎日サイクルを繰り返すような用途では、LiFePO4の総所有コストは非常に低く、公平な戦いですらありません。
そして最近は、ナトリウムイオンバッテリーについての質問が多くなっている。LiFePO4は現在、成熟した実証済みの技術です。エネルギー密度が高く、サプライチェーンもしっかりしている。しかし、ナトリウムイオンバッテリーパックは、本当に魅力的な新興技術です。その主な利点は、将来的にコストが下がる可能性があることと、極端な温度、特に寒冷地で優れた性能を発揮することだ。トレードオフは、現在のところエネルギー密度が低いことだ。そのため、200AhのNaイオンパックは大きく重くなる。特に、スペースがそれほど重視されない定置型エネルギー貯蔵用としては、注目すべきものであることは間違いない。
2.負荷サイズとCレート（鉛蓄電池のピューカートの法則）
Cレートとは、バッテリーのサイズに対してどれくらいの速さで消耗しているかを測定する方法です。200Ahのバッテリーで1Cレートということは、200アンペアを消費しているということです。単純なことだ。
覚えておくべきことは、鉛蓄電池の場合、次のような厄介なルールがあるということだ。 ピーカートの法則 が効いてくる。放電が早ければ早いほど、実際に得られる総容量は少なくなる。私は真剣だ。200Ahの鉛バッテリーを20時間以上使っても、1時間で放電すれば130Ahしか使えないかもしれません。LiFePO4バッテリーはこの影響をほとんど受けません。LiFePO4バッテリーは、1Cの高い放電レートでもほぼフル容量を供給します。これは、モーターを始動させるような大きな突入電流を伴う用途には非常に重要です。
バッテリーは化学装置である。結局のところ、電池の性能は温度に左右される。まさに物理学だ。
- 寒い。 寒い倉庫や冬の屋外では、バッテリーの容量が大幅に低下することがあります。LiFePO4の性能は寒さで落ちますが、鉛酸化学は基本的に止まってしまいます。良いニュースは、最近のLiFePO4バッテリーの多くは、氷点下の天候でも信頼性の高い充電を可能にするヒーターエレメントを内蔵していることです。
- 暑さだ。 一方、日光の当たる通気性の悪い箱の中のような高い周囲温度は、バッテリーの劣化を早め、寿命を永久に縮めます。ほとんどの化学物質のスイートスポットは、20～25℃（68～77°F）程度です。
4.バッテリーの年齢と健康状態（State of Health - SOH）
バッテリーは消耗品であり、永久的なものではありません。健康状態（SOH）とは、新品時と比較した現在の容量のことです。つまり、SOHが90%の5年前のバッテリーは、実用上は180Ahのバッテリーということになります。ミッションクリティカルな信頼性を確保したいのであれば、メンテナンスや交換計画にSOHを考慮しなければなりません。これはバッテリーを使用する上での現実です。
5.システムの非効率性（配線と接続）
これは小さいが、累積的な消耗である。サイズの小さいケーブルや長いワイヤー、あるいは端子の接続が少し緩んでいるだけで、電気抵抗が生じます。その抵抗は貴重な蓄積エネルギーを無駄な熱に変えるだけで、もちろん稼働時間を削る。よく設計されたシステムであれば、このようなことは最小限に抑えられるはずだが、雑なシステムでは、驚くほどのパワーロスの原因となる。バッテリー不良」の問題を、端子の圧着不良やナットの緩みに何度突き止めたことか。
200Ahバッテリーは実際に何に使えるのか？
以下の例では、一般的なRVのセットアップを使用しています。 原則 混合負荷エネルギー予算の計算方法は、どのような産業用途でも同じです。セキュリティートレーラー、オフグリッドポンプジャッキ、その他どのようなものでも、この正確な方法で電力を仕様化することができます。
シナリオ RV／バンでの典型的な週末 前提条件 を使用している。 12V 200Ah LiFePO4バッテリー (2400Wh使用可能）。
| 家電製品 | パワー（ワット） | 見積もり1日の使用時間 | 1日のエネルギー（Wh） |
|---|
| LEDライト（x4） | 20W | 5 | 100 Wh |
| 12V冷蔵庫/クーラー | 50W（サイクリング） | 8（24時間オン、33%デューティ） | 400 Wh |
| ノートパソコンの充電 | 65W | 3 | 195 Wh |
| 電話充電 (x2) | 15W | 2 | 30 Wh |
| 水ポンプ | 40W | 0.5 | 20 Wh |
| マックスエアファン（低） | 25W | 10 | 250 Wh |
| 1日の総需要 | | | 995 Wh |
この1日の使用量約995Whに基づくと、2400Whの200Ahリチウム電池の寿命は次のようになる。 2.4日 充電不要。工業的な仕事では マリンバックアップパワー システムの場合、VHFラジオ（25W）、GPS（10W）、ナビゲーション・ライト（15W）が作動しているかもしれない。これは50Wの負荷で、私たちの2400Whのバッテリーなら、48時間しっかり稼働させることができる。
200Ahバッテリーのランタイムと寿命を最大限に延ばす方法
- ハイサイクル用途にはLiFePO4を指定する。 初期費用が高くても、総所有コストを考えれば、ほとんどの場合、その価値はある。使用可能な容量が多く、サイクル寿命が長いのだから。
- 高品質のBMSを要求する。 バッテリー・マネージメント・システム（BMS）は、すべての動作の頭脳である。優れたものは、過充電、過放電、短絡など、あらゆるものからセルを保護します。産業用システムの場合、BMSが通信できることを確認してください（CANバスやRS485など）。
- 負荷を最適化する。 できる限り、高効率の直流機器を使用すること。インバーターの使用によるエネルギーロスは、できる限り避けたい。
- 正しい充電プロファイルを導入する。 バッテリーの化学的性質に特化した充電器を使用してください。鉛バッテリーを慢性的に充電不足にすると死んでしまいますし、間違った電圧を使うとリチウムバッテリーにダメージを与えます。
- シャントベースのモニターを統合する。 充電状態を推測するために電圧だけに頼ってはいけません。スマート・シャントは実際の燃料計のように機能し、バッテリーに出入りするすべてのエネルギーを正確に追跡します。正直なところ、本格的なシステムには必須アイテムだ。
200Ahバッテリーは適切か？
- どんな人に最適か 低～中電力アプリケーション。遠隔監視ステーション、通信塔のバックアップ電源、小型船舶、小型無人搬送車やユーティリティ・カートのフリートなどが考えられます。
- もっと必要な場合（例えば400Ah以上）： クラス3のような大きな動力負荷に電力を供給する場合 フォークリフト用バッテリーあるいは、消費電力が大きい業務用機器の運転や、1日以上の自立運転が必要な業務用蓄電システム（ESS）の設計などである。
- 使用量を少なくできる場合（例えば100Ah）： 基本的なバックアップシステム、個々のセンサーへの電力供給、または重量とスペースが最優先されるアプリケーション向け。
よくあるご質問
200Ahのバッテリーは、どのような産業機器に確実に電力を供給できますか？
12Vの200Ah LiFePO4バッテリーは、約2400Whを供給し、100～300Wの範囲の連続的な電力を必要とするシステムに最適です。これは、マルチセンサー環境モニタリング・ステーション、DVR付きセキュリティ・カメラ・システム、重要な制御パネルのバックアップ電源、あるいはオフグリッド外構の照明や制御装置などをカバーします。
200Ahのバッテリーをフル充電するのにかかる時間は？
それは充電器のアンペア数に完全に依存します。計算式は単純で 時間 = アンペア時 / 充電器アンペア.200Ahのバッテリーを40Aの工業用充電器で充電すると5時間かかる。100Aの充電器なら2時間で済む。ただ、充電率がバッテリーの指定限度内であることを常に確認してください。
100Ahのバッテリーを2つ並列につないで200Ahにできますか？
ええ、絶対にできます。12Vの100Ahバッテリーを2つ並列につなげば、12Vの200Ahバッテリーバンクが完成する。コツは、同じ化学組成、ブランド、容量、年式の同じバッテリーを2個使うことです。不一致だと、充電と放電のバランスが悪くなり、バンク全体の性能と寿命が低下する。
24Vや48Vなど、より高い電圧が必要な場合は？
まったく問題ない。バッテリーを直列につないで電圧を上げるだけだ。例えば、12V 200Ahのバッテリーを2個直列につなげば、24V 200Ahのバンクになる。それを4つ直列につなげば、48Vの200Ahバンクになる。総電力量は変わりませんが（48V x 200Ah = 9600Wh、12V 200Ahバッテリー4個と同じ）、電圧が高い方が大きなモーターに効率的で、より細いゲージの配線を使うことができます。
結論
では、その期間はどのくらいなのか。 200Ahバッテリー 最後の？結局のところ、唯一の数値はありません。本当の答えは、バッテリーの化学的性質、稼働中の正確な負荷、そしてシステム全体の健康状態に基づいた動的な計算です。
鉛バッテリーが20時間持つか、LiFePO4バッテリーが同じ負荷で40時間近く持つかの違いは、些細なことではありません。このフレームワークを使用し、今回お話した重要な要素を理解することで、銘板の定格を越えて、重要なアプリケーションに適切な電源を指定することができるようになります。
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