3.7V 18650 バッテリーを使用したゴルフカートバッテリーの構築

1. はじめに

ゴルフカートのバッテリー要件の概要

ゴルフ カートは、ゴルフ コースからゲート コミュニティまで、さまざまな場所で欠かせない交通手段となっています。ゴルフ カートの性能は、電動モーターに電力を供給するバッテリー システムに大きく依存しています。従来は、手頃な価格で入手しやすいことから鉛蓄電池が使用されてきました。しかし、バッテリー技術の進歩により、エネルギー密度が高く、寿命が長く、重量が軽いリチウムイオン バッテリーなどの代替品が登場しました。

3.7V 18650 バッテリーを使用する利点

公称電圧 3.7V の 18650 リチウムイオン電池は、エネルギー密度、信頼性、可用性が高いため、カスタム バッテリー パックの構築によく使用されます。これらの電池は、ラップトップ、電動工具、電気自動車でよく使用されます。ゴルフ カートに 18650 電池を使用すると、効率が向上し、メンテナンスが軽減され、走行距離が延びる可能性があります。さらに、18650 セルはモジュール式であるため、特定の電力と容量のニーズに合わせて電池構成をカスタマイズできます。

2. 18650バッテリーについて

仕様と特徴

18650 バッテリーは、直径 18 mm、長さ 65 mm の標準サイズの円筒形のリチウムイオン セルです。メーカーや特定のモデルによって異なりますが、通常は 1800 mAh から 3500 mAh の範囲の容量があります。これらのセルの公称電圧は 3.7 V で、完全に充電された電圧は約 4.2 V です。18650 バッテリーの主な特徴は次のとおりです。

• 高エネルギー密度: エネルギー対重量比が高いため、重量が問題となる用途に最適です。

• 長いサイクル寿命: 18650 セルは、使用条件に応じて、数百から数千回の充放電サイクルに耐えることができます。

• 低い自己放電率: これらのバッテリーは長期間にわたって充電状態を維持し、使用していないときに容量がわずかに失われるだけです。

安全に関する考慮事項

18650 バッテリーには多くの利点がありますが、潜在的な安全上のリスクがあるため、取り扱いには注意が必要です。過充電、ショート、または物理的損傷は熱暴走を引き起こし、火災や爆発につながる可能性があります。これらのリスクを軽減するには、充電および放電プロセスを監視および制御するバッテリー管理システム (BMS) を使用することが重要です。さらに、極端な温度や物理的ストレスへの曝露を避けるなど、適切な保管および取り扱い方法も安全を確保するために不可欠です。

3. バッテリー構築の計画

必要な電圧と容量の決定

バッテリー パックを組み立てる前に、ゴルフ カートの電圧と容量の要件を決定することが重要です。ほとんどのゴルフ カートは 36V または 48V システムで動作します。必要な電圧を得るには、複数の 18650 セルを直列に接続する必要があります。たとえば、48V システムでは、約 13 個のセルを直列に接続する必要があります (13 x 3.7V = 48.1V)。

バッテリー パックの容量はアンペア時間 (Ah) で測定され、ゴルフ カートの走行距離を決定します。必要な容量を計算するには、ゴルフ カートのエネルギー消費量と希望する走行距離を考慮してください。たとえば、ゴルフ カートが 48V で 50A を消費し、希望する走行距離が 2 時間の場合、少なくとも 100Ah の容量を持つバッテリー パックが必要です。

必要なセル数の計算

必要な 18650 セルの総数を計算するには、直列構成と並列構成の両方を考慮します。直列構成では電圧が決まり、並列構成では容量が決まります。48V、100Ah のバッテリー パックの場合、次のものが必要になります。

• 直列構成: 48V の場合は 13 個のセル直列。

• 並列構成: 100Ah を達成するには、希望する容量を単一セルの容量で割ります。各セルの容量が 2500mAh (2.5Ah) の場合、40 個の並列グループが必要になります (100Ah / 2.5Ah = 40)。

したがって、必要なセルの合計数は、13 (直列) x 40 (並列) = 520 セルになります。

4. バッテリーパックの組み立て

直列および並列構成

直列構成では、1 つのセルの正極端子が次のセルの負極端子に接続され、同じ容量を維持しながら電圧が増加します。並列構成では、すべての正極端子が一緒に接続され、すべての負極端子が一緒に接続され、同じ電圧を維持しながら容量が増加します。

必要なツールと材料

バッテリー パックを組み立てるには、次のツールと材料が必要です。

• 18650 リチウムイオンセル

• セル接続用ニッケルストリップ

• 接続部を固定するためのスポット溶接機

• バッテリー管理システム (BMS)

• 断熱材（例：熱収縮チューブ）

• はんだごてとはんだ

• テスト用マルチメーター

• 保護具（手袋、ゴーグル）

ステップバイステップの組み立てプロセス

1. レイアウトの設計: 直列および並列構成に基づいてセルのレイアウトを計画します。設計により、効率的な熱放散とメンテナンスのための容易なアクセスが実現されることを確認します。

2. セルを直列に接続します。ニッケルストリップとスポット溶接機を使用してセルを直列に接続します。接続が確実であり、短絡の危険がないことを確認します。

3. セルを並列に接続します。直列接続が完了したら、追加のニッケルストリップを使用して並列グループを接続します。

4. BMS をインストールする: BMS をバッテリー パックに取り付けます。BMS は各セル グループの電圧と電流を監視し、充電のバランスを取り、過充電と過放電を防ぎます。

5. 絶縁と固定: 露出した接続部を覆い、ショートを防ぐために、熱収縮チューブなどの絶縁材を使用します。物理的な損傷を防ぐために、バッテリー パックを保護ケース内に固定します。

5. 安全対策

取り扱いおよび保管上の注意

• 過充電を避ける: リチウムイオン電池に対応し、過充電保護機能を備えた充電器を使用してください。

• 短絡を防止する: すべての接続が絶縁され、安全であることを確認します。

• 適切に保管してください: バッテリーは直射日光や可燃性物質から離れた涼しく乾燥した場所に保管してください。

火災および爆発の危険

熱暴走が発生した場合は、火災安全対策を講じることが重要です。クラス D 消火器を近くに置いておき、バッテリー パックが耐火性の筐体に収納されていることを確認してください。

6. テストとインストール

バッテリーパックのテスト

バッテリー パックをゴルフ カートに取り付ける前に、その性能と安全性を確認するために徹底的なテストを実施してください。マルチメーターを使用してパックの電圧と容量を確認します。負荷テストを実行してゴルフ カートのエネルギー消費をシミュレートし、バッテリーが必要な電流を維持できることを確認します。

ゴルフカートへの取り付け

テストが完了したら、バッテリー パックをゴルフ カートに取り付けます。モーターとコントローラーへの接続が確実に行われ、BMS が正しく機能していることを確認します。さまざまな条件下でゴルフ カートをテストし、バッテリー パックが期待どおりの性能を発揮していることを確認します。

7. メンテナンスとトラブルシューティング

定期的なメンテナンスのヒント

• 充電レベルを監視する: 定期的に充電レベルを確認し、必要に応じてセルのバランスを調整します。

• 接続部の検査: 接続部に摩耗や腐食の兆候がないか定期的に検査します。

• 端子を清潔に保つ: バッテリー端子を清潔に保ち、ゴミが付着しないようにします。

よくある問題と解決策

• セルのバランスが不均一: セルのバランスが取れていない場合は、BMS を使用して充電を均等化します。

• 容量の低下: 時間の経過とともに、バッテリー パックの容量が低下する可能性があります。必要に応じて、個々のセルを交換することを検討してください。

• 過熱: 過熱を防ぐために、十分な換気と冷却を確保してください。

8. 結論

メリットと課題のまとめ

3.7V 18650 バッテリーを使用してゴルフカートのバッテリーを構築すると、エネルギー効率の向上、重量の軽減、カスタマイズ可能な構成など、多くの利点が得られます。ただし、安全性の確保や組み立ての複雑さの管理などの課題もあります。

バッテリーアップグレードの将来的な検討

バッテリー技術は進化し続けており、将来のアップグレードには、より大容量のセル、改善された BMS 技術、強化された安全機能が含まれる可能性があります。リチウムイオン技術の進歩に関する情報を入手しておくことで、ユーザーはゴルフカートのバッテリー システムを最適化し、パフォーマンスと寿命を向上させることができます。