Dyness Knowledge | 家庭用蓄電池の一般的な不具合とメンテナンス方法（1）

エネルギー貯蔵業界で最もシンプルで便利な製品として、多くの顧客がリチウムイオン電池を愛用し、信頼しています。しかし、日常の設置や使用過程でいくつかの障害が発生することがあります。製造品質、輸送、保管の影響に加えて、そのほとんどは不適切なメンテナンスに起因します。本稿では、一般的な障害の特徴、原因、および保守方法について簡単に紹介します。

熱的障害 – 動作環境

1. 熱管理の必要性

リチウム電池の充放電プロセス中、化学エネルギーまたは電気エネルギーの一部が熱エネルギーに変換されます。エネルギー貯蔵システムの放熱効果が良くない場合、熱暴走を引き起こす可能性があり、これがバッテリーの短絡、膨張、火炎問題を引き起こし、最終的に火災や爆発などの安全事故につながる可能性があります。

2021年4月16日、北京の大紅門エネルギー貯蔵発電所での火災と爆発により、当直の電気技師1名が死亡、消防士2名が死亡、消防士1名が負傷しました。

2022年2月13日、カリフォルニア州のVistra Energyが所有する世界最大のモスランディングリチウムイオンエネルギー貯蔵所施設で、10個のバッテリーパックが完全に溶融し、火災警報が作動しました。

2. 熱管理ソリューション対策

空冷技術：空冷式熱管理システムには多くの異なる構造設計スキームがあります。空調の構造には、床置き一体型、天井埋込一体型、セパレート型などがあります。送風方式には、天井送風、背面送風、底面送風などがあります。

液冷技術：液冷ソリューションは、エネルギー貯蔵システムの安全性と放熱効率を確保する上で、明確な総合的な利点を持っています。液冷方式では、水、エタノール、シリコーンオイルなどの冷却液を使用し、液冷プレートに均一に配置されたガイド溝とバッテリーセルとの間接的な接触を通じて放熱します。

電気的障害 – 過充電または過放電

1. バッテリーの過充電と過放電の危険性

過充電：過充電とは、リチウムイオン電池が過充電されると、充電電圧が設定電圧（例えば、バッテリーの定格電圧が3.7Vで、満充電電圧が4.2±0.05V）を超えることを指します。つまり、最高電圧は4.25Vであり、4.25Vを超えると過充電と呼ばれます。過充電時には、分極の増加に伴ってバッテリー電圧が急速に上昇し、正極活物質の構造に不可逆的な変化と電解質の分解を引き起こし、大量のガスが発生し、大量の熱が放出され、バッテリーの温度と内部圧力が急激に上昇します。セパレーターが溶融または収縮し、正極材料と負極材料が接触して短絡し、爆発や燃焼などの危険が生じます。

過放電：過放電とは、放電電圧が定格電圧に達した後も放電を続けることを指します。例えば、三元系リチウムイオン電池の定格放電電圧は3.2Vです。3.2Vを下回っても放電を続けると過放電となります。バッテリーが内部に蓄えられた電力を放出し、電圧がある値に達した後も放電を続けると過放電を引き起こします。バッテリーの過放電はバッテリーに壊滅的な結果をもたらす可能性があります。一般的に、過放電はバッテリーの内部圧力を上昇させ、正極・負極活物質の可逆性を破壊し、電解質を分解し、負極にリチウムを析出させ、抵抗を増加させます。たとえ充電しても部分的にしか回復できず、容量も大幅に低下します。

2. 過充電と過放電の予防策

1) BMS管理システムを備えたリチウムイオン電池を使用すると、保護基板がバッテリーを過充電や過放電から保護し、インバーターと通信して正しい充放電パラメータ値を自動設定できるため、バッテリーをより適切に保護できます。

2) バッテリーパラメータに従って、インバーターの急速充電電圧、フロート充電電圧、カットオフ電圧を正しく設定します。

3) バッテリー電圧が保護基板の設定電圧に達すると、保護基板は電源を遮断してバッテリーを保護しますが、リチウムイオン電池は電圧が戻り、保護基板の設定電圧より少し高くなります。この時点で、それ以上使用することはできません。繰り返し使用すると、バッテリーに不可逆的な損傷を引き起こします。

機械的障害 – 設置環境

エネルギー貯蔵用リチウム電池を設置および使用する前に、製品の技術マニュアルと設置図を注意深く読み、指示に従って設置する必要があります。設置時には、特に次の点に注意する必要があります：

1) 設置計画は、場所、面積、周囲環境（地面荷重、換気環境、日射、機械室のレイアウト、保守の容易さなど）に応じて設計する必要があります。屋外に設置するバッテリーの場合は、防水、日よけ、防塵などの客観的要因に特に注意する必要があります。

2) 異なるタイプのバッテリーまたは異なる容量のバッテリーは、設置時に混合してはなりません。

3) 設置前にバッテリーの外観を点検します。点検項目は、漏れの有無、カバーの損傷の有無、開放電圧が正常かどうかです。バッテリーを運搬する際は、衝突させないように注意し、保護をしっかり行ってください。

4) バッテリーは充電された状態で工場から出荷されるため、短絡を避けるために慎重に取り扱う必要があります。設置時には、感電を防ぐために絶縁工具と絶縁手袋を使用する必要があります。

5) 設置および使用前のバッテリーは、-20～40℃で保管する必要があります。保管期間は6ヶ月（バッテリーの出荷日から計算）です。6ヶ月を超えた場合は、3.25V（温度）で定電圧・定電流0.1C10Aで5時間充電する必要があります。

6) 設置図に従って、列間、層間、パネル端子間のバッテリーケーブルを接続します。端子のプラス・マイナスコネクタを取り付け、システム全体に通電する前に、プラス・マイナスを注意深く確認し、システム電圧を測定し、同時にデバイスのバッテリーパラメータ設定を設定する必要があります。接続が完了したら、端子と接続銅バーの保護スリーブを覆い、短絡を防止するように注意してください。

7) エネルギー貯蔵用リチウム電池を接続する際は、ネジをしっかりと締める必要がありますが、過度の締め付け力によってポスト埋込銅部品やリード端子を損傷しないようにすることも必要です。設置の終了時に、システム電圧とバッテリーのプラス・マイナス方向を再度確認し、バッテリーが正しく設置されていることを確認します。

8) 設置後、清潔な乾いた柔らかい布でバッテリーケース、カバー、パネル、接続線を清掃します。有機溶剤を使用して清掃しないでください。バッテリーケースカバーなどのコンポーネントを腐食させる恐れがあります。同時に、バッテリーを設置する周囲の環境を清掃し、換気、防塵、防水に注意してください。

モジュール間の差による容量損失 – 高電圧システムの直列接続

新旧のリチウム電池が混在する家庭用低圧エネルギー貯蔵システムでは、電池の内部抵抗のばらつきが大きく、循環電流が発生しやすく、バッテリーの温度が上昇し、新しいバッテリーの老化が加速されます。

家庭用高電圧エネルギー貯蔵システムの場合、新旧のバッテリーモジュールが直列に混在します。バケツ効果により、新しいバッテリーモジュールは古いバッテリーモジュールの容量しか使用できず、バッテリークラスターは深刻な容量不一致を起こします。

バッテリーSOC異常

① 定期的なメンテナンスとして、バッテリーパックのSOCキャリブレーション、容量キャリブレーション、または主回路の点検を実施する必要があります。

② バッテリーモジュールが異常な場合、従来のリチウム電池には自動均等化機能がありません。保守担当者は現場に出向いて手動で充電する必要があり、顧客のニーズに迅速に対応できません。