リン酸鉄リチウム（LiFePO4）電池ってどうなの？

　お盆も最終日。お暇な人なので、お暇な人向けのブログを。
　お暇な方向けの内容ですので、駄文・長文・蛇足付きです。基本的にはよほど興味がある人以外は他のブログを読んだ方が幸せになる確率が高いと思われます。
　また、内容については私が調べた範囲であり、GJアテンザByディーゼルエンジンでのお話になりますので、その他車種への適応等についてはまったく保証できませんのでメーカ、他HP等を参考の上、自身で確認してからご利用下さい。

　さて、固形電池についてはFDKから発売されましたが、自動車の分野にメインバッテリーとして出てきたワケではないのでソコは割愛するとして、通常のバッテリーでは現時点において鉛バッテリーと双璧となる（予定の）リン酸鉄リチウム電池（LiFePO4、リン酸鉄リチウムイオン電池という表記もある）でどの程度違うのか？をチェックしてみました。
※国内でのリン酸鉄リチウム電池は大変消極的な製造になりますので、購入する場合は大半が海外製電池（というか大半は赤い隣国製）を利用して生産ですから、安全に利用するには多少危険を承知する必要があると考えています。

　現時点でAmazon等で販売されているリン酸鉄リチウム電池（以下単にリチウム電池と称する）で、車用のモノがありますので、そのまま互換性があるように見えます。
　しかしながら・・・リチウム電池である以上、温度差に敏感なハズであり、特に低温/高温に弱いハズ？
　さらにはセルの大量生産国として赤い隣国というのが・・・イマイチです（使えなくても売れればそれで良いという判断をしているメーカが半分を占める）。
　結論からいえば、「まだまだ」購入するには至らない電池ですが、その過程を。

１）常温の範囲が安定して使えるが、温度特性を外した部分（低温や高温）では充放電率そのものが悪くなり、結果としてサイクル寿命が短くなるんじゃないの？
→はい、その通り。結構制約があります。

２）同様に低温時における放電はその容量が減ってしまうという問題は解決しているの？（無理やり大容量の電流を取り出すと劣化がすごく進むハズ）
最近暑くなりつつある夏、そして氷点下になる可能性がまだある冬、年中を通して使えるのか？
→いいえ、解決していません。逆に制御基板で制御するのが基本であって高温時には充放電が、低温時には充電が出来ません。高級機種には電池の温度が一定以上/以下にならないように制御する、加温装置や排熱装置が組み込まれるのが常識となっています。

３）充電制御は大丈夫なの？（リチウム電池である以上、一定量の電流と電圧が各セルに対して必要でその対策ってどうなってる？）
→BMS（電池セル調整モジュール）等、あれこれ制御は行っている。コレをしないと電池から火が出る事は珍しくない模様（さすが！）。つまり、何もしないのに容量が減る事もあります、と。

４）その他・・・はひとまずおいておこう（笑）

　まず、リチウム電池と鉛電池についてですが、ざっくりと殆どの性能は似通っているのです。つまりそのまま車載しても問題ないという理屈で車載用に販売されているという事です。

　寿命も理論上はほぼ同じ程度（リン酸鉄リチウムが深度放電２～５０００回充放電OKで長寿命とされている（軽深度放電なら１～２万回程度）が、実際は鉛電池もほぼ同じで軽深度放電だと軽く１～２万回を超えるので寿命としては同じと扱って問題ないとされている。
　が、それは実験室レベルのお話であって実際には、エンジンルーム内の温度特性が良い鉛電池の方が充放電寿命は長いと思われる（但し、ディープサイクルバッテリーでは違う結果が出る事もある。アテンザの場合は準ディープサイクルバッテリーのため、バッテリーそのものの寿命は短めで高額。ならばリン酸鉄リチウムでも同じなのか？というのが本当は検討開始した内容だったりします）。
　理由はエンジンルームの温度はずっと走行してるなら問題は少ないように感じますが、日本国内の一般道においては信号ストップが１５分もあればほぼあるといっていい程に発生すると考えて良く、信号でストップしている最中は最新のDPF燃焼（ECU最終モデル）では一定の条件下で停止する事になっていますので、温度は上がらないとは思われますが、それでも夏なら軽く６０度程度になってきます（実計測ではありますが、バッテリー外部の温度であって液体温度ではない）。
　特にバッテリーはターボチャージャーの隣に位置しますので結構な熱がやってくるようです（実際には走行中であれば問題ない程度だとは思われます）。
　リチウム電池が通常利用されているのは国内ではガソリン車が対象だと思われるのでガソリン車で大量の熱を発生するのは過給機がついているヤツくらいなので、そういう熱が多い車以外に利用するなら、問題が少ないと思います。
※一定の条件とは、恐らくDPFが前回において焼き切れていると判断されている状態です。

　そして、数年経過して劣化すると低温時にエンジンスタートしない例がいくつか散見されますので、特に寒い地域でのリチウム電池というのにはやはり推奨出来ない、という実情なのかな？と考えられます。
※お昼前とか、暖かくなるとエンジンが掛かるというのが多い（みたい）。報告例が少なくて、参考にならない？

　さらに実際に利用した人の実績（アップされている件数が非常に少ないのでこれも参考にはならないかも）が２~５年で寿命だと記載されているのを散見するので寿命としてはアテンザの純正バッテリーと同じだと考えて差支えないと思います。
※充放電が早くなる分、充放電特性としては良くなる部分はあって、その分良くなる部分もあるのですが、初期投資が２倍近いのに対して良くなる部分というのは燃費程度しか見えず、おそらく５万円分≒５００ℓ≒7500km分余分に走行できるというワケではないと思われる。（燃費が１０％程度アップする場面もあるようですが・・・あくまで場面がある、という理解をしています。）

　その理由としては、充放電の特性を純正バッテリーでとらえるなら、１３Vを切るまでは充電しないので、放電が続きます。おそらくはセルあたり3.4程度×４＝13.6V程度でフル充電だとして放電末期で12.6V前後で充電開始のような印象を受けるので、それだと１セル3.15Vという理屈で、同じ重量ならば電気容積はリチウム電池の方が大きいので放電の区間が長くなる事になります。（電気容量が同じなら多分変わらない。但し充電区間は短いハズ。）
　充電中、14.2～14.6V程度と記憶していますので、このリチウム電池の充電14.5Vを満たしていると勝手に判断しています。但し１～２C充電（おおよそ４～８A程度）だとは思うのですが、入電については鉛バッテリーの方が下なので問題ないと思います（低アンペア充電の方が時間はかかるが発熱が少なかったり、期待寿命が減りにくいという長所があるが、リチウムなので要求電圧が鉛バッテリーより高く、対応電流が高い＝充電が早いという特徴もある。もちろん電流も電圧も低すぎるとまったく充電できないという問題もある）。
　つまり、充電が早く、放電が長いため、補器にかかるエネルギーロスが少なくて済む≒燃費が良くなるという図式が成り立つワケです。

　さらにお安いリチウム電池にはセル単位での充放電チェックはついていると思っているのですが、温度管理は適当だというのをよく見かけます。つまり、本当なら低温時に充電しないという制御がされてないようです。（車用なので低温だから充電されないのはそれなりに問題ですが、一定レベルの温度に達しない条件で充電するとサイクル寿命が極端に悪くなったり、他の問題が発生したりする。）
※それって寒冷地での車に対してどうなの？という理解で良く、つまり特に雪が積もる寒冷地での利用は電池の寿命をかなり短くする、又は使えない、という理解で良いと思います。（但し、氷点下になったとしてバッテリー全体が氷点下になる事がよろしくないという事であって使えないというレベルになるためには、もっと低くなる地域ですが、その辺りだと最初から検討に入らないと思います。）

　　純正でこの電池を搭載してくる場合、（車ではないですが）必ずウォーマーを搭載しており、一定以上冷えていると温めてからエンジンセルを回すという構造になるらしく、そういう構造になっていない一般的なリチウム電池の場合は、冬場に周辺が凍る事がないという前提なら長寿命を期待できると考えられます。
※プリウスやPHEV等は、室内、または別室で温度管理もある程度されているようです。寒冷地での販売はあまり推奨されていないハズで、その理由は

　と、いう事で、リチウム電池をアテンザ純正バッテリーの代わりに利用するのは「まだまだ」という事になりました。
（補器類として搭載するのは良い事だと思っているので、補器としてこの電池システムとソーラー電池と合わせて搭載する予定です。携帯の充電をしたり、パソコンを利用したりするには車のエンジンOffの時でも出来るので、利点があると考えています。ただ、やはり６００Whでは容量が小さいので最小限といった範疇を超えません。1500Wh程度以上にならないと一般家電は使えませんし、実用するなら5000Wh以上でないとお話にすらならないレベルです。エアコン１日使えば起動で1500Whが冷えるまで、冷えた後は４～800W程度だと思われますので１２時間使えば）

※軽くなるというメリットに惹かれるのであれば、お値段は倍以上ですがメリットはあると思います。自作するなら同額くらいで入手は可能です。（１セル１万円以下で購入できますし、セル制御基板（＋温度制御）は別途購入は必要ですが以降もずっと使えると思いますので、そういうのを自作出来るならオススメも出来ると思います。

結論的には、もう少し先に出てくる固体電池や次世代（第5世代電池）を待つ事になるのかなぁ？と。待たなくても現状の安いモノを購入して利用して特性を理解した方が良いのかもしれない。

ただ、一般的な仕様だと下記の表のような仕様（スペック）です。