近年のすべての市場でリチウムイオン電池注目を集めています。初心者にとっては、単にアンペアアワー（Ah）定格を見れば、AGM（吸収ガラスマット）などのVRLA（弁規制鉛酸）技術の高価な代替手段としてリチウムイオンを簡単に却下できます。これは私が数年前に犯した最初の間違いでした。深く掘り下げると、アプリケーションに最適なバッテリーを選択する際に、Ahの評価よりもはるかに多くの考慮事項があることが明らかになりました。

以下の比較では、ゲル電池が示されていますが、高放電電流では有効容量が低くなります。 2 Vの長寿命ゲルセルとは対照的に、両方のタイプがモノブロックであると仮定すると、AGMとほぼ同じコストになります。言及されているウェットセルまたは浸水鉛酸（FLA）バッテリーは、主に海洋環境でのメンテナンスと安全性の考慮のため、この特定の比較の核心には考慮されません。もちろんこれは他の市場には当てはまらないかもしれません。

使用可能なエネルギーとコスト

AGMバッテリーの最も経済的で実用的な放電深度（DOD）は50％です。主流のリチウムイオン電池タイプの中で最も安全なリン酸鉄リチウム（LiFePO4またはLFP）には、80％DODが使用されます。

これは現実の世界でどのように機能しますか？ 2つの24Vバッテリーの例を取り上げて、小型ヨットで使用可能なエネルギーを比較しましょう。
1 xリチウムイオン24 V 180 Ah

LFPセルの公称電圧は3.3 Vです。この26.4 V LFPバッテリーは、180 Ah定格で直列に接続された8つのセルで構成されています。利用可能なエネルギーは26.4 x 180 = 4です。75kWh。使用可能なエネルギーは26.4 x 180 x 0.80 = 3.8 kWhです。
2 x AGM 12 V 220 Ah

鉛蓄電池の公称電圧は2.0 V /セルです。各12 Vモノブロックバッテリーは、220 Ah定格の直列に接続された6つのセルで構成されています。 2 x 12 V 220 Ahバッテリーを直列に接続して24Vおよび220 Ahを供給する場合、利用可能なエネルギーは24.0 x 220 = 5.28 kWhです。使用可能なエネルギーは24 x 220 x 0.50 = 2.64 kWhです。

これは、AGMバッテリーのどのAh定格がリチウムイオンバッテリーの3.8 kWhの使用可能エネルギーに相当するかという疑問を招きます。 AGMバッテリーから3.8 kWhの使用可能エネルギーを得るには、50％DODエコノミールール、つまり3.8 x 2 = 7.6 kWhのため、最初にそのサイズの2倍にする必要があります。 24Vでは、7,600 / 24を意味し、バッテリー定格は316.66 Ahになります。これは、リチウムイオン24 V 180 Ahの定格容量の2倍に近づいています。これは、バッテリーの経年劣化、温度ディレーティング、または高負荷の影響を考慮していないことに注意してください。 AGMバッテリーの場合、負荷が高いほどリチウムよりも効果が大きくなります。以下のセクション「使用可能エネルギー：異なる負荷での放電容量と電圧への影響」を参照してください。このすべてに基づいて、AGMバッテリーはリチウム電池のAh定格の2倍である必要があると言うのは理にかなっています。

重量

バッテリーの種類に関係なく、ほとんどのAh定格は20時間レートで指定されています。これは軽負荷の時代には問題ありませんでしたが、負荷の数と負荷のサイズが時間とともに増加するにつれて、さまざまなタイプの機器の高短期負荷、中長期負荷にも注目する必要があります。これは、大きなバッテリーパックを意味する場合があります。極端な場合、10 kWを使用して10時間空調を実行する場合がありますが、その時間で100ワットを使用するLEDライトとは異なります。これらの異なる要件とその間のすべての負荷のバランスを取ることが重要になります。これを実現するために以下に示すような大きなパックを使用すると、リチウムと比較して鉛酸がどれだけ重いかが明らかになります。 1360/336 = 4倍重い。

使用可能エネルギー：異なる負荷での放電容量と電圧への影響

前述のように、ほとんどのバッテリーAh定格は20時間レートで見積もられています。鉛蓄電池の次の画像では、20時間のレートで100 Ahのバッテリーであれば、0.05Cはバッテリーが完全に平らになるまで100 x 0.05 = 20時間で5アンペア= 100 Ahであることがわかります。バッテリーの50％しか使用していないので、10時間にわたって5アンペアの負荷に対して電圧が50％DODで24 Vのままなので、50 Ahを消費していることがわかります。

消費電流を増やすと（下のグラフが示すように）、使用可能なエネルギーとバッテリー電圧に影響を与える可能性があります。評価のこの効果的な収縮は、プーケルトの効果として知られています。鉛酸を使用すると、負荷が高くなるほど、バッテリーのAh容量を増やしてこれを軽減する必要があります。ただし、リチウムでは、0.5Cで10倍の負荷でも、バッテリーのAh定格を上げることなく、80％DOD / 20％SOCで24Vの端子電圧を維持できます。これが、リチウムを高負荷に特に適したものにしている理由です。

注：下のグラフには、放電容量と端子電圧が示されています。通常、AGMグラフは放電時間対端子電圧として表示されます。 （放電時間ではなく）放電容量をプロットする理由は、リチウムがAGMよりも高く安定した端子電圧を持っているため、放電容量を考慮して曲線をプロットすると、化学のより正確な比較が得られ、リチウムが使用可能なエネルギーを増加させることを示しています端子電圧が高く安定しているため、負荷が高い場合。これは灰色の領域と見なすこともできますが（一部はバッテリーの内部抵抗の違いも原因です）、おそらく技術を比較する唯一の真の方法です。これは、グラフの下の画像でさらに実証されています。

リチウム–放電容量と端子電圧


鉛酸–放電容量と端子電圧

使用可能エネルギー（鉛酸）

使用可能エネルギー（リチウム）

充電効率

放電プロセスで見たことの多くは、充電の逆プロセスでも当てはまります。このブログではさまざまなシナリオを示しているだけなので、以下に示す大きな発電機サイズに惑わされないでください。ソリューションは原則としてスケーラブルです。最初に、充電サイクル全体で、左側の鉛酸と右側のリチウムの充電効率を比較します。鉛酸技術のバッテリーの最後の20％を充電するのは、リチウムと比較すると常に遅く、非効率的です。これは、画像の燃料コスト（または使用する充電ソース）で裏付けられています。充電時間の違いにも注意してください。

注：充電率
大型AGMバッテリーの推奨充電率は0.2Cです。つまり、並列200Ahブロックで構成される600Aバッテリーの場合は120Aです。
より高い充電レートはバッテリーを加熱します（熱暴走を防ぐために、このような場合には温度補償、電圧検知、および良好な換気が絶対に必要です）、そして内部抵抗により、バッテリーがわずか60％で充電されると吸収電圧に達しますバッテリーを完全に充電するために必要な吸収時間が長くなります。
したがって、高速充電でも、鉛蓄電池の充電時間を大幅に短縮することはありません。
比較すると、200Ahのリチウム電池は最大500Aで充電できますが、最大サイクル寿命の推奨充電率は100A（0.5C）以下です。繰り返しますが、これは放電と充電の両方でリチウムが優れていることを示しています。

バッテリーの選択、市場、サイクル寿命

バッテリーの扱い方によっては、DODおよびバッテリーバンクが負荷に対して適切なサイズに設定されることを条件として、以下のサイクル範囲を合理的に予想できます。動作温度も影響します。バッテリーが高温になるほど、バッテリーの寿命は短くなります。バッテリー容量も周囲温度とともに減少します。温度による変動のベースラインは摂氏25度です。

結論

明らかに、AGMバッテリーはリチウムよりも頻繁に交換する必要があります。これには時間、設置、輸送コストが伴うため、これを覚えておく価値があります。これは、リチウムの再充電の低コストと同様に、リチウムの初期資本コストの増加をさらに打ち消します。

どのようなバッテリーを選択しても、最初は資本コストと技術的リスクの両方があります。あなたがリチウムのより高い初期費用のための資本を持っている立場にいるなら、あなたは人生がより簡単であり、その選択が時間の経過とともに費用対効果の高いものであることに気付くかもしれません。これの多くは、オペレーターの知識とバッテリーシステムの取り扱い方法に依存します。バッテリーは死なず、殺されるという古い言葉があります。適切な管理慣行は、使用されているテクノロジーに関係なく、早期障害に対する保険です。

リチウムイオンvs AGM？選択はあなた次第です。海洋産業におけるリチウムを、費用対効果が高く、信頼性があり、高性能なソリューションと見なすのは適切です。自尊心のある電気自動車メーカーは、今日でも鉛酸ベースのバッテリー技術を使用していません。海洋産業が追いつく時？