2500円ホットマットでリチウムイオンサブバッテリー低温対策

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低温に弱いリン酸リチウムイオンバッテリー

鉛蓄電池と比べると高出力・大容量で圧倒的に使いやすいリン酸リチウムイオンバッテリーですが、ほぼ唯一負けているのが低温特性です。

下記の表はRenogyのスマートリン酸リチウムイオン電池の仕様ですが、放電はマイナス20℃までOKなものの、充電は0℃までという制約があります。

renogyリン酸鉄リチウムイオンバッテリー 使用温度

Renogyのバッテリーは、Bluetooth経由でデータを取得することができるのですが、概ね10℃以下になると充電低温警告が表示されます。(0℃以上なら充電はできます)

スマホの画面に充電低温警告が出る

昨年後半にRenogyから下記のヒーター付きリン酸鉄リチウムイオンバッテリーが発売されました。しかし、わたしが使っているのは以前購入したヒーターなしのもの。

ヒーター付きのrenogyリン酸鉄リチウムイオンバッテリー

そこで、冬でもバッテリーの充放電ができるよう対策を考えることにしました。

冬のサブバッテリーはどのくらいまで冷えるのか?

わたしはサブバッテリーを荷台に設置したベッドキットの下に格納しています。この床下がどのくらい冷えるかというと、明け方の外気温が-10℃程度まで下がった場合でもマイナス5℃くらいにしかなりません。ベッドキットがあるために外気が流れ込まない「地下室」のような状態になっていることと、ハイエースの後席暖房は床面に向けて温風が吹き付けてベッド下が温まりやすいため思われます。

冬の北海道では外気温マイナス10℃くらいなら頻繁に遭遇しますが、昨今それ以下は意図的に寒い場所を狙って行かなければあまりお目にかからなくなっています。従って、床下温度がマイナス5℃程度まで冷えた状態を想定して対策すればまあ良かろうと判断しました。

温める方法を調べてみる

ホットカーペットが良さそうですが、バッテリーの重量に耐えられない恐れがあるためもう少し頑丈そうなものがないかと探してみました。

すると、一見良さそうなものがありました。爬虫類ヒーター。ペット用のヒーターで、温度は45℃固定。ただ、頑丈かどうかは現物を見ないと判断できません。そして用途から想像するに、恐らくこのままでは10キロを超えるバッテリーの重量には耐えられないと思われました。

爬虫類用ヒーター

次に見つけたのがこれです。最近何故か価格がアップしていますが、ついこの間まで2500円で売られていました。これもバッテリーの重量には耐えられないと思いますが、どうせ対策が必要なら価格が安い方が良い。(その後、さらに値上がりし、アイリスオーヤマの直販サイトでは品切れ。アマゾン価格のグラフを見ると、例年春から夏にかけては品切れになるようです)

アイリスオーヤマホットマット

ところが、よく見ると昔これを買ったという表示が・・・。

調べると、数年前 妻用にクリスマスプレゼントか何かで購入していたのでした。そして現在妻は全く使っていないと。嬉しいような悲しいような話ですが、まずはこれを使ってテストしてみることにしました。

ホットマットでバッテリーを温めるテスト

テスト状況

車両が自宅駐車場に停車した状態でテストしました。

荷台に設置したベッドマットを取り払い、写真のようにRenogyバッテリーの下にホットマットを敷きました。重量でホットマットが破損しないよう、ホットマットとバッテリーの間に樹脂の板を挟んでいます。ホットマットへの電力は上に乗ってるRenogyバッテリーで供給しています。

また、こちらの記事で紹介しているBluetooth温度計を三台配置しました。ご覧の通り、床の上、マットの上、バッテリーの上に配置しています。

ホットマットをしたに敷いてバッテリーを温める

なお、このホットマットの取説には下記のような注意事項が書かれていますので、実際にやってみようという方はくれぐれもご注意ください。

  • かたくて重いものを載せない
  • シワや折り目が付いたままで使用しない
  • 柔らかいものの上で使用しない
  • 凹凸のある床で使用しない(ヒーターが傷む)

テスト方法

2022年1月6日、19:30にホットマットのスイッチを入れ、各部の温度変化を記録しました。写真の温度計のほか、Renogyのスマホアプリで取得できるバッテリーステータスのスクリーンショットを撮り、こちらの温度変化とバッテリー残量もデータを残しました。

バッテリーの残電力と温度表示画面

テスト結果

バッテリーの上の温度計はほとんど上がらない

ホットマットの上(赤い線のグラフ)、とはいっても樹脂板がはねているのでホットマットからかなり浮き上がっていますが、ここの温度が最高で17くらい。このホットマットの加熱はかなり控えめなのでスイッチを入れてから数時間、何回か触ってみましたが生暖かい程度とこの用途には好ましい温まり方です。

床の上(水色の線のグラフ)の温度は外気温の低下に伴ってどんどん低下し、明け方には2℃を切っています。それにつれてバッテリーの上(オレンジ色のグラフ)の温度も4℃くらいまで低下。これがそのままバッテリーの温度だったらこの方法は十分な効果はない、ということになります。

各部の温度変化グラフ

しかしバッテリー内部の温度はバッテリーの上より10℃くらい高かった

一方Bluetooth接続したアプリに表示されるバッテリー内部温度(オレンジ色の○)は順調に上昇し、床上の温度が2℃を切った午前6時においても14℃以上と充放電に問題ない状態を維持することができました。

バッテリーの低温警告はこのバッテリー内部温度を基準に出ているはずですから、バッテリーの表面温度は上がっていなくても内部が上がっているのでこれで十分です。

バッテリー上面の温度があまり上がらなかったのは、実際に表面温度が上がらなかったことと合わせ、この温度計がバッテリー表面温度ではなくバッテリー付近の気温を測っているため、バッテリーの温度変化をほとんど反映していなかったものと思われます。

この間の消費電力は?

バッテリーステータスのスクリーンショットを確認すると、22:40から翌朝5:30の間で77.65%から67.86%へ、9.79%減少しています。

一時間あたりに換算すると、 約1.4%/hr ということになります。

これを電力に換算します。

フル充電の電力 (2個並列で使っているので) 200AH×13.3V=2660Wh

よって、一時間あたりの消費電力は、 1.4%分の電力=2660×0.014=37Wh ということになります。

実際の運用

放電はマイナス20℃までOKですのでこれが問題になることはまずありません。

一方、さらにテストした結果、朝からの太陽光充電に間に合うよう温めようと思うと、午前4時頃にホットマットの電源を入れて4時間ほど加熱すれば十分なことが分かりました。

まとめ

  • Renogyリン酸リチウムイオンバッテリー2個を、ホットマットを使って0℃前後から低温警告の出ない10℃以上に温めることができる
  • そのために必要な電力は、40W×4時間=160Wh程度
  • 重量物を乗せることによるホットマットの破損を避けるため樹脂板を敷くなどの対策を取る必要がある

以上、読んで下さりありがとうございます

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