リチウムイオン電池の直列接続

質問

リチウムイオン電池の直列接続で困っています。(ちなみに電気回路初心者です)

(充電時)
例えばTP4056というコントローラーにリチウムイオン電池18650をつないだ物を3セット用意します。その3セットを直列接続します。それにDC15Vをつないで充電すると、自分の知識では１セット毎に均等に5Vが分圧されて充電できるのだと思ってましたが、実際に行なうと3セットのうち、どれかが11Vぐらい、残り2つが2Vぐらいの分圧になります。充電前はどのリチウムイオン電池も3.6Vぐらいでした。

(放電時)
充電時と同様にリチウムイオン電池18650を3つ直列接続します。それを電源として、しばらくDC機器を稼働させると、３つのリチウムイオン電池のうち1つが1V以下まで下がり、残り2つは殆ど下がっていない状況になります。放電前の電圧は0.3Vぐらいのばらつきがありました。

以上の状況で困っています。充電時も放電時も"どれが"と言うのは特定できず、"どれか"がそんな状態になります。

今は充電は1セット単位で行なっていますが、面倒です。放電では直列接続しないと必要な電圧に達しないのでとても困っています(並列接続してアップコンバートするのは、かなり面倒)。

何故こういう状況になるのか、お分かりなる方、ご教授ください。

回答No.1

noname#232424 · ベストアンサー

二次電池を「ばかでかいコンデンサ」と考えます。直列接続したコンデンサの容量がみなおなじなら，電圧は電源の１／３ずつかかるでしょう。しかし，実際には容量に大・中・小と差があったとします。このときの各コンデンサ両端の電圧は，逆に小・中・大の順になるはずです。こういう現象ではありませんか。

なお，あなたが１個として扱っている二次電池パッケージは，たぶん定格3.6ボルトだろうと思います。リチウムイオン二次電池の起電力は1.2ボルトですから，１つのパッケージには３個のセルが入っているはずです。じつは，長く充放電を繰り返すと，このセルのあいだにも差が生じてきて，うまく充電できなくなります。以前ぼくは，こういうパッケージをいくつもばらして，セルごとに充放電特性を計測して，似たものを3個組み合わせたり，ばかなことをしていました。この質問でふと思い出しました　笑。

お礼

ご回答ありがとうございます。
でも答えがない。充電はともかく、放電時の現象は何とかしたいです。

あと、確かリチウムイオン電池なし(要はコントローラTP4056のみ)を直列接続してテストした時も同様で均等に分圧されなかったと思います。

回答No.4

Donotrely

電池に逆電圧をかけて充電するのでしょうか？

それで充電できるかどうかは知りませんが
単純に考えても電池には

残存起電力
内部抵抗

があり、それらが同じとは限りません。
直列接続し逆電圧をかけた時、バラバラの電圧になること自体は全然不思議じゃないですね。
特に劣化状況が違ったり、特性が違ったりする電池では顕著になるでしょう。

並列にして使う場合も、
内部抵抗が違えば、減り方は不均一になります。
劣化の仕方で、起電力も違って来ます。
電圧が高く内部抵抗の小さいものから先に放電して行くでしょう。

だからで電池はたいてい、並列にして使う場合、
一次電池なら、同じ品種で、全部新品から使い始める(残存容量を揃える)、
二次電池でも、同じ品種で、同時に使い始め、同じ条件で使い続ける、
よう推奨されています。

リチウムイオン電池は発火し易く、場合によっては爆発するします。
指定された方法以外での充電は勧められません。

回答No.3

noname#232424

ご返事ありがとうございます。

＞充電はともかく

充電時も対処方法はないわけではありません。十分に電流容量のある15ボルト電源を用意し，二次電池それぞれにブリーダ抵抗器を並列にかませ，電圧分布を補正するやりかたはあります。しかし，「初心者」と断ってありましたので，へたをすると事故になる方法は書かなかったのです。

＞放電時の現象は何とかしたいです。

不特定のパッケージが1ボルトにも下がるというのは，すべてのパッケージがすでにへたっているか，あるいは配線に「電解液がついて漏電している」などの問題がありそうです。ふつう定格3.6ボルトが1ボルトまで下がれば，なにかそうとうに無茶をしています。

＞(要はコントローラTP4056のみ)を直列接続してテストした時も同様で均等に分圧されなかったと思います。

すみませんが，TP4056の機能も回路も，まったくぼくは知りません。なんともわかりません。

回答No.2

mdmp2

充電器で3本の電池を充電し、それを装置に付け替えて使用するのは面倒です。私もなんとかならないものかと思っています。だから、TP4056というコントローラー（3セット直列接続)、それぞれのコントローラに電池を接続し、電池側も3本直列に接続した状態で使いたいということですね？

個々の電池の性能の違いや、電池の残り容量の違いにより、同じ充電器につないでも充電電流が違います。それに応じて、充電器の入力電流に違いが生じます。その状態を、充電器の入力側から見た抵抗値が違うと見ることができます。
異なる値の抵抗3本を直列につなぎ、電圧をかけると、値の大きい抵抗に大きい電圧が配分されます。同じように、抵抗値の大きい「充電器-電池」に高い電圧が配分され、抵抗値の小さい「充電器-電池」には低い電圧が配分されます。
電池の違いにより、それぞれの充電器の入力電圧の配分が違ってくるのは、それで説明できます。

しかし、配分が極端に違うので、それだけではないような気がします。
TP4056というコントローラーの入力側のマイナス端子と、電池側のマイナス端子の間に導通がある（回路の中で直結または直結ではないが、多少の抵抗をもってつながっている）のではありませんか？
テスターで二つの端子間の抵抗を図ってみてください。テスター棒の赤・黒を入れ替えてもう一度測ってください。
TP4056というコントローラーの入力側のマイナス端子と、電池側のマイナス端子の間に導通なければ配分の違いは電池の違いによるもの以外考えられません。（個々のコントローラの特性の違いも多少影響すると思います。）

現状で充電しても、入力電圧が2V くらいのコントローラは正常に動作しません。（コントローラの入力電圧の範囲は4Vから8V) 入力電圧が11V のコントローラは壊れる恐れがあります。
テスターで電池に流れる電流を測ってみれば分かりますが、正常な充電が行われていないと思います。

5V 電源（AC アダプタ)を3個用意して、それぞれのコントローラに個別に給電するのが簡単な解決方法だと思います。
アップコンバートも↓このあたりを使えば簡単かつ安価(980円）でできます。
http://akizukidenshi.com/catalog/g/gK-07728/