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蓄電池を長持ちさせたい!家庭用蓄電池に優しい充電方法と寿命を解説

蓄電池 2021年07月27日更新

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蓄電池を長持ちさせたい!家庭用蓄電池に優しい充電方法と寿命を解説

家庭用蓄電池に優しい充電方法しっかり知っていますか?

家庭用蓄電池の設置を検討している方既に設置を済ませて毎日利用されている方も、せっかく導入した蓄電池はできるだけ長い期間使っていきたいところですね。

 

家庭用蓄電池は10年ほどの寿命がある製品のため、すぐに劣化させて寿命を短くさせてしまうのは避けたいところ。

 

ということで、今回は蓄電池を長持ちさせるために知っておきたい充電方法と蓄電池の種類、本体寿命について解説していきます。

わかりやすく解説!蓄電池の種類4つと放電・充電の仕組み

蓄電池に使用される化学電池は一次電池と二次電池でカテゴライズされており、放電と充電がくり返しできる蓄電池は二次電池のカテゴリーに入ります。

 

使い切ったら終わりの通常の乾電池(一次電池)とは違い、二次電池である蓄電池はある一定のサイクルを目安に放電と充電を繰り返すことができます。

 

そんな蓄電池ですが、本体に使われている電池部分には大まかにそれぞれ以下の4つの種類があります。

 

  • リチウムイオン電池
  • 鉛蓄電池
  • ニッケル水素電池
  • ナトリウム硫黄(NAS)電池

 

それぞれ順番に解説します。

 

リチウムイオン電池

リチウムイオン電池は私たちの生活で欠かせないスマートフォンやノートパソコンなどさまざまな電子機器に使用されており、持ち運びができるポータブル式蓄電池や大容量の家庭用蓄電池のほとんどがリチウムイオン電池を採用しています。

 

リチウムイオン電池は正極にリチウム含有金属酸化物、負極に炭素、電解液に有機電解液が使われており、環境への負荷が大きい材料を使用していないため環境に優しい電池種類となっています。

 

ほかにもリチウムイオン電池には、

 

  • 小さいバッテリーから多くの電気を取り出せる
  • 高い電圧で出力できる
  • 小型・軽量でも容量が大きい
  • 長期間使用することができる

 

という特徴があります。

 

そのため、ほかの電池に比べてコストが高いですが、大量の電気を高電圧で出力する必要のある蓄電池に適した化学電池となっています。

 

鉛蓄電池

鉛蓄電池は二次電池の中でも歴史の長い電池で、主に自動車のバッテリーやバックアップ電源に用いられています。

 

鉛蓄電池には正極に二酸化鉛、負極に鉛、電解液に希硫酸が使用されています。

電池の特徴としては、

 

  • リサイクル可能な材料を使っているためコストが安価
  • 開発の歴史が長く安定性がある
  • サイズが大きく重量は重い
  • 電解液が強酸のため破損時は危険

 

が挙げられます。

 

このような特徴からモバイル機器ではなく自動車や産業用途に適した電池となっています。

 

ニッケル水素電池

ニッケル水素電池は充電式乾電池やハイブリットカーに使用されている化学電池で、より大容量の電力を蓄電できるリチウムイオン電池が登場するまで幅広いモバイル機器の電源として用いられていました。

 

ニッケル水素電池の構造としては、正極にオキシ水酸化ニッケル、負極に水素吸蔵合金、電解液にアルカリ水溶液がそれぞれ使用されています。

 

このタイプの電池はメリット、デメリットも含め、

 

  • 過充電・過放電に強い
  • 急速充放電が可能
  • 寿命が短い
  • 自己放電(放置しているだけでも電気が減ること)が大きい

 

が特徴として見られます。

 

リチウムイオン電池と比べるとコストが安価ということもあり、単3・単4充電池として活躍しています。

 

ナトリウム硫黄(NAS)電池

ナトリウム硫黄(NAS)電池は日本ガイシ株式会社が世界で初めて開発したメガワット級の蓄電池で、大規模な電力貯蔵システムや非常用電源兼用システムとして採用されています。

 

ナトリウム硫黄(NAS)電池という名前の通り、正極は硫黄、負極はナトリウム、電解質にはβ-アルミナが用いられています。

 

ナトリウム硫黄(NAS)電池はほかの電池種類と比べても独特で、以下の特徴を持っています。

 

  • エネルギー密度が高く、その差は鉛蓄電池の3倍
  • 充放電のロスが少なく、高効率
  • 鉛蓄電池に比べて低価格かつ寿命が長い
  • 作動温度である300℃を保たなければいけない

 

大規模の電力を扱う場面で使用されるため、家庭や身近な場面ではあまり見ないタイプの蓄電池となります。

 

蓄電池の放電・充電の仕組み

ここまでで4種類の蓄電池をそれぞれ見てきましたが、放電・充電の仕組み自体はどの蓄電池の種類も同じように機能します。

 

蓄電池内部は

 

  • 正極板
  • 負極板
  • セパレーター
  • 電解液

 

で構成されています。

 

正極板は電解液に溶けにくい金属が、負極板には電解液に溶けやすい金属が使われており、正極板と負極板はセパレーターでそれぞれ仕切られています。

 

電池ないの両電極板は電解液で浸っており、蓄電池を含めた電池は正極板・負極板・電解液の3つで起こる化学反応を利用して放電・充電をくり返しています。

 

放電は負極板の金属が電解液と化学反応を起こし、放出された電子が正極に移動すると同時に電流が負極側に流れることで反応します。

 

充電は放電の逆で正極板が電解液に溶けてイオン化し、発生した電子が負極側に、電流が正極側に流れることで電池を充電することができます。

 

家庭用蓄電池とポータブル式蓄電池の異なる充電方法

蓄電池の中にも大きく分けて

 

  • 家庭用蓄電池(据え置き型)
  • ポータブル式蓄電池

 

の2つタイプがあり、充電方法はそれぞれ異なります。

 

上記2つの蓄電池の充電方法をそれぞれ解説していきます。

 

家庭用蓄電池(据え置き型)の充電方法

据え置き型蓄電池は設置時に配線・電気工事が必要となっており、電気会社から供給される電気は分電盤から蓄電池に充電されます。

 

据え置き型蓄電池は基本的に特定の運転モードに設定しておけば自動で充放電をしてくれますが、充放電時間を手動で設定することもできます。

 

停電時は「自立運転モード」という停電に対応したモードに自動切り替えてくれる蓄電池もあれば、手動操作が必要となる蓄電池もあります。

 

いざとなったときにもすぐ電気を使えるよう、停電時に必要な操作は前もってチェックしておきましょう。

 

ポータブル式蓄電池の充電方法

持ち運びのできるポータブル式蓄電池は据え置き型蓄電池とは異なり工事は不要で、コンセントから電気を充電します。

 

コンセントから充電できる手ごろさによりポータブル式蓄電池も人気が高いですが、搭載されている出力ポートには3つの異なるタイプがあります。

 

  • AC出力ポート(家電製品対応)
  • DC出力ポート(シガーソケット)
  • USB出力ポート(スマホなどのモバイル端末)

 

ポータブル式蓄電池によって出力ポートのタイプや数がそれぞれ異なるため、蓄電池の使用目的に合わせて本体を選ぶ必要があります。

 

蓄電池の寿命はサイクル回数や使用期間で決まる【充電と寿命】

家庭用蓄電池の寿命はメーカーや蓄電池によりそれぞれ異なりますが、リチウムイオン電池の寿命である使用期間10年・サイクル回数4000回が大体の寿命の目安となります。

 

蓄電池の寿命は「サイクル回数」と「使用期間」のどちらかで表記されています。

 

サイクル回数とは充電100%の状態から0%になるまでを1サイクルとし、充電から放電して電気を使い切るサイクルを何回くり返すことができるかを表しています。

 

先ほど例として出したリチウムイオン電池の場合、充電100%から放電し切るサイクルを4000回すると電池寿命をむかえるという目安になります。

 

使用期間はサイクル回数よりもっとわかりやすく、10年など年数などの期間を寿命の目安にできます。

 

しかし、サイクル回数や使用期間の寿命に達したらいきなり使えなくなるというわけではありません。

 

蓄電池はスマートフォンやノートパソコン同様に、使用期間が長くなればなるほど劣化が進むため、蓄電池の充放電のしかたによっては劣化を遅くすることもできれば劣化が早く進むこともあります。

 

充電時に要注意!蓄電池の寿命を縮める充電方法と設置環境

蓄電池の多くはリチウムイオン電池が使われていますが、この電池の性質や弱点を理解していないと長い使用期間の中で寿命を縮めてしまうことにもなりかねません。

 

ということで、蓄電池の寿命を縮める原因となる充電方法と設置方法を以下で詳しく解説します。

 

寿命を縮める充電方法:過放電・過充電

蓄電池内部のリチウムイオン電池は過放電や過充電により急速に劣化が進んでしまいます。

 

過放電とは蓄電池内の電力残量が0%の状態からさらに放電することをいい、過充電は充電が満タンになった状態からさらに充電することを指します。

 

過放電と過充電は蓄電池内の電池構成に大きな負荷を与えるため、蓄電池の寿命の指数であるサイクル回数にも影響を与えてしまいます。

 

寿命を縮める蓄電池環境:高温多湿

蓄電池は高温多湿の環境で稼働させると劣化速度が早くなります。

 

その理由として、多くの蓄電池はリチウムイオン電池でできていますが、その最高許容周囲温度は約45℃ほどで、高温下では電池の劣化が進んでしまいます

 

それだけでなく、蓄電池は精密機械のため湿気や水はけの悪い場所に設置すると内部でさびが発生してしまいます。

 

このように電池劣化だけでなく、故障の原因にもなるので、設置場所を選ぶ際は直射日光に当たらず、風通しのいい場所にしましょう。

 

蓄電池を長持ちさせる充電方法【ひと手間で変わります】

蓄電池を長持ちさせるには充電方法にほんの少し手間をかけてあげることが大切です。

 

先ほど解説した通り、蓄電池は過放電・過充電した場合と設置環境が高温多湿であった場合に急速に劣化が進んでしまいます。

 

なので、設置環境を配慮した上で、こまめに充電することを心がけましょう。

 

蓄電池に使われているリチウムイオン電池には「メモリー効果」は発生しないため、継ぎ足し充電をしても急速に劣化が進むことはありません。

 

目安としては、定格の40%~85%程度の範囲で充放電するようにしましょう。

 

※メモリー効果とは電池を使い切らずに継ぎ足し充電をすることで、電池容量はあるのに電圧が一時的に下がり放電できなくなること

【まとめ】蓄電池構造を理解して長持ちする充電方法を心がけよう!

いかがでしたか?

 

家庭用蓄電池やポータブル式蓄電池を購入したら、できるだけ長い期間使っていきたいですよね。

 

蓄電池は大きな電力を扱う製品ですが、内部の仕組みは電池と同じように機能しています。

 

電池構造の仕組みや性能劣化・寿命について理解しておけば蓄電池に不必要な負荷をかけずに済むので、今回解説した充電方法でぜひ蓄電池を長持ちさせてくださいね。

 

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