Z3805A内部電源バックアップ電池再検討
寿命、耐熱性と容量増検討。
Z3805A(現用) のバッテリースペース:
前側右のD45xW80xH80mm内、又は、D45xW170xH80(但し前面パネルRF配線スペースは無くなる)
⇒NiMH-AAA、24V組電池パック(前回2013時点同等, 22S1P+19.5~+28V)、又は、Nai組電池パック、24V(8S1P, +19.5~30V) 予定。
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(AI(Gemini)検索・電池検討) 2026-6
“Z3805A に仕込む内部電池のNiMHからの変更用。現在は内部母線電圧+28V、電圧は変更できる。予定している充電回路は100Ω5Wのセメント固定抵抗のみ。放電側はSBDのみ。保護はポリスイッチ。
1. 100Ωの抵抗トリクルにおける両者の挙動
① LiFePO4 を「8S(8直列)」で組む場合(推奨)
- 満充電電圧(上限): 28.8 V(セルあたり3.6V)
- 親電源 +28.0V 時の挙動:
親電源が28.0Vの場合、セルあたり 3.50V までしか上昇しません。LiFePO4にとって3.50Vは「満充電(容量95%以上)かつ、過充電にならない最もストレスの少ない理想的なフロート電圧」です。 - 充電電流(100Ω抵抗):
電池が空(24V)のとき: 28.0V - 24.0V / 100Ω = 40mA
満充電付近(27.2V)のとき:28.0V - 27.2V / 100Ω = 8mA
評価: 電流が完全に自己収束(テーパーアウト)するため、BMS(保護基板)による遮断に頼ることなく、安全に永久トリクル充電が続けられます。
② Na-ion(ナトリウムイオン)を「9S(9直列)」で組む場合(難易度高)
- 満充電電圧(上限): 29.7 V〜31.5 V(セルあたり3.3V〜3.5V ※メーカーによる)
- 親電源 +28.0V 時の挙動:
セルあたり 3.11V になります。ナトリウムイオン電池の公称電圧は3.0V〜3.1Vのため、28.0Vの親電源では「ほぼ半分(50%〜60%)しか充電されない」 状態になります。 - 親電源を上げて満充電を狙う場合(例:+29.7Vに設定):
電池が満充電に近づいても、Na-ionはLiFePO4ほど急激に電圧が立ち上がらない特性(電圧カーブがなだらか)のセルがあります。そのため、100Ωの抵抗があっても微小電流がダラダラと流れ続け、過充電による微小なガス膨張を招くリスクがあります。
2. なぜLiFePO4が有利なのか?(電圧カーブの壁)
そのため、親電源の電圧を「3.50V × 直列数」に固定しておけば、電池側がその電圧に達した瞬間に、充電電流が自動的にほぼ「ゼロ(数mA)」になります。これが、抵抗1本でのフロート充電が安全に行える理由です。
3. Z3805Aに実装する際の構成案
- 親電源電圧: 27.6 V 〜 28.0 V に設定(セルあたり3.45V〜3.50V狙い)。
- BMS(必須): 抵抗トリクルとはいえ、万が一のセルバランス崩れを防ぐため、必ず 「8S用の充放電分離型(または共通ポート)BMS」 を電池パックに仕込んでください。
- 放電SBD: 順方向電圧(Vf)の低い大型のショットキーバリアダイオード(Vf ≒ 0.3〜0.4V)を使用することで、停電時の電圧ドロップを最小限に抑え、OCXOの連続動作を支えます。
“単純に18650用の汎用電池ケース、8S用アクティブBMSにて、Nai もLiFePo4のどちらでも使える様にする方向。電池スペースは d45xW90xh85mm以内にしないといけない。Na-ion で8Sの場合は ? なお、Z3805A(24Vタイプ)側の最低電圧は19.5V。
スペース制限(D45 × W90 × H85 mm)と、Z3805A側の最低動作電圧(19.5V)という明確なブレークダウン、結論から申し上げると、Na-ion(ナトリウムイオン電池)の「8S(8直列)」構成は、このシステムに完璧にマッチします。 物理サイズ、電気的特性(放電カットオフ)、抵抗充電のすべてにおいて極めて合理的な設計が可能です。
1. 物理サイズの検証(18650セルを想定)
- 配置: セルを縦(高さ方向85mm)に立てて配置します。
- 奥行き(D): 18mm × 2列 = 36mm (45mm以内に収まる:残9mmで配線・絶縁スペース)
- 幅(W): 18mm × 5列 = 90mm (90mmぴったり、または4列+隙間)
- 高さ(H): 65mm (85mm以内に収まる:残20mmでBMSやタブ溶接スペース)
- 結論: 2列 × 4列 = 計8本 を美しく敷き詰めることができ、8Sパックがぴったり収まります。
2. 電圧レンジの適合性(8Sの場合)
- 放電末期(カットオフ)の適合性:
19.8V ÷ 8S = 2.475 V / セル
ナトリウムイオン電池は、3.0Vから放電を始めて2.5V付近に達した段階で実用容量の約85〜90%を放電し尽くします。2.5V以下(〜1.5V)は電圧が垂直にドロップする領域のため、Z3805Aのハードウェア限界(19.5V)によって自動的にシャットダウンされるのは、セルを過放電から守りつつ容量を最大利用できる理想的なカットオフポイントとなります。 [1, 2, 3] - 満充電(親電源)の設定:
現在選定中のNa-ionセルの仕様に合わせて、親電源の電圧を以下のように調整します。- 充電上限が3.95V〜4.0Vのセル(主流の Prussan White / 層状酸化物系):
常時フロート充電の劣化を避けるため、満満充電ではなく「セルあたり3.60V〜3.65V」でトリクルを飽和させます。
👉 親電源を「28.8 V 〜 29.2 V」に設定。 [1, 4]
- 充電上限が3.95V〜4.0Vのセル(主流の Prussan White / 層状酸化物系):
3. 100Ω抵抗充電 + 8S Na-ion の挙動
- 停電復旧時(バッテリー空:約20Vのとき):
28.8V - 20.0V / 100Ω = 88mA の電流が流れます。18650のNa-ion(約1300〜1500mAh)にとって、88mA(約0.06C)は極めて愛護的な緩慢充電であり、発熱の心配は一切ありません。 [4, 5] - 満充電接近時(バッテリーが28.8Vに近づいたとき):
電位差がなくなるため、電流は数mAの完全なトリクル(自己放電補填)へと自動的にテーパーアウトします。
選定時の注意点
- BMS(保護基板)の厚み:
8S用の小型BMS(共通ポートタイプ)をパックの「上部(Hの残り20mmスペース)」か「側面(Dの残り9mmスペース)」のどちらに逃がすか、あらかじめ寸法計画を立ててください。 - セルの電圧仕様を確認する:
Na-ionは現在、メーカーによって公称電圧が「3.0V(満充電3.95V)」 のものと、「3.2V(満充電3.65V)」 のものが混在しています。購入前に必ずデータシートを確認し、「設定する親電源電圧 =(セルの推奨フロート電圧 × 8)」 になるようチューニングしてください。 [4, 6, 7]
1. 汎用18650電池ケースの注意点(接触抵抗)
- 問題点: 今回は100Ωの抵抗充電なので充電時は数mA〜80mA程度で全く問題ありませんが、停電してZ3805Aがバッテリー放電駆動に切り替わった瞬間、OCXOのヒーター(特に冷間起動時)等で数Aクラスの電流が流れる可能性があります。汎用ケースのスプリングは高電流が流れると発熱し、電圧ドロップ(Vfロス)を引き起こします。
- 対策: 可能な限りスプリング式ではなく、「リン青銅製の板バネ式コンタクト(高品質なもの)」 のケースを選ぶか、リード線を太いもの(AWG20以上)にハンダ付けし直してください。
2. アクティブBMSの設定と化学特性の切り替え
| 設定項目 | LiFePO4(リン酸鉄)設定値 | Na-ion(ナトリウム)設定値(目安) |
|---|---|---|
| 単セル過充電保護 (OVP) | 3.65 V | 3.95 V 〜 4.00 V |
| 単セル過充電解除 | 3.55 V | 3.80 V |
| 単セル過放電保護 (UVP) | 2.50 V | 2.00 V(※1) |
| アクティブバランス開始電圧 | 3.40 V 以上で開始 | 3.20 V 以上で開始 |
- (※1)Z3805A側のハード限界が19.5V(8S換算で1セル2.43V)のため、Na-ion本来の限界(1.5V〜2.0V)に達する前に本体側がシャットダウンします。そのため、BMS側の過放電カットオフは2.0V以下の低めの値(あるいは1.8V)に設定しておき、BMSが不意に遮断するのを防ぎます。 [2]
3. マルチ化学仕様における「親電源(+28V系)」の運用方法
① LiFePO4(8S)をセットして運用する場合
- 親電源の設定電圧:
27.6 V 〜 28.0 V - 理由: セルあたり3.45V〜3.50Vの「フロート充電(満充電の一歩手前)」の電圧で飽和させ、電流をゼロに近づけます。LiFePO4を長持ちさせる最高の電圧です。
② Na-ion(8S)をセットして運用する場合
- 親電源の設定電圧:
29.6 V 〜 30.4 V(※使用セルの満充電電圧が3.7Vか3.8Vかによる) - 理由: ナトリウムイオン電池は公称3.0V・満充電3.7V〜4.0V付近の仕様が多いため、LiFePO4用の28Vのままだと全く充電されません。親電源を「セルの推奨フロート電圧 × 8」まで昇圧させる必要があります。
結論:この方向性で進める場合のアドバイス
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“(...中略...)回路電圧28Vキメウチ、8S構成、単純なアクティブBMS(100mA品)追加の場合、電池は18650 NaI 又は LiPO4、それぞれ1500mAhの同一容量のセルを使った場合、NaI と LiFePo4 での有効容量や寿命はどうなりそう ? あと、隣にDOCXOがあるので、内部温度は40°C程度になる。あと瞬停電の確率は3ヶ月に1回、最大5分程度だと思われる
親電源の電圧を 28.0V固定(キメウチ)、8S構成、シンプルな100mAアクティブBMSという条件下で、1500mAhのセル(LiFePO4およびNa-ion)を比較した場合、有効容量、寿命、および40℃環境・3ヶ月に1回5分の瞬停という運用条件における評価は以下の通りになります。
1. 有効容量の比較(28.0V固定時の落とし穴)
① LiFePO4(リン酸鉄リチウム)
- 充電状態: 1セル3.50Vは、LiFePO4にとって「容量がほぼ95%以上詰まった満充電」の極めて良好な状態です。
- 放電時の挙動: 停電時、2.5V(8Sで20.0V、Z3805Aの限界19.5V手前)までほぼフラットな電圧(3.2V付近)を維持して放電し続けます。
- 有効容量: 約 1,400 〜 1,450 mAh (公称容量の約95%をフルに活用可能)
- 5分間放電時の余裕: 1500mAhあれば、5分間の停電(数A負荷だとしても数%の消費)など全く問題なく、余裕で耐えきります。
② Na-ion(ナトリウムイオン)
- 充電状態: 現在市場にある一般的な18650型Na-ionセルは、満充電電圧が3.7V〜4.0V、公称電圧が3.0V〜3.1Vです。1セル3.50Vまでしか電圧を上げられない場合、満充電の70%〜80%程度までしか充電されません。
- 放電時の挙動: Na-ionは放電が進むにつれて電圧が右肩下がりに落ちていく特性があります。さらに初期充電が3.50Vと低いため、放電開始直後から電圧が低めになります。
- 有効容量: 約 800 〜 1,000 mAh (充電不足と、放電中盤以降にZ3805Aの最低電圧19.5Vを割り込むのが早いため、本来の能力の6割程度しか使えません)
- 5分間放電時の余裕: 容量自体は減りますが、5分程度のバックアップであればこれでも十分足ります。
2. 寿命(サイクル・期待寿命)の予測
① LiFePO4(リン酸鉄リチウム)
- 期待寿命: 約 8 〜 10年以上
- 理由: 通常、リチウム系電池は40℃環境での常時満充電保存を嫌いますが、LiFePO4は元々の充電上限(3.65V)に対して「3.50V」という絶妙な寸止め状態でフロート維持されるため、化学的なストレスが極めて低く抑えられます。デンドライト(結晶)析出も起きないため、非常に長寿命が期待できます。
② Na-ion(ナトリウムイオン)
- 期待寿命: 約 10 〜 12年以上(理論上はLiFePO4以上)
- 理由: 構造的に高電圧ストレスに強く、さらに「腹八分目(3.50V)」での運用になるため、40℃というDOCXOの隣の環境下でも化学的劣化がほとんど進みません。自己放電補填の数mAのトリクルがダラダラ流れても、熱暴走の危険性は極めて低いです。
3. アクティブBMS(100mA品)とDOCXO熱への影響
- BMSのノイズとバランス挙動:
3ヶ月に1回の5分放電であれば、セル間のバランスが崩れる機会はほぼありません。100mAのアクティブBMSであれば、常時微小な電流でセル間を均らそうとしますが、セルの電圧差が極めて小さいため、BMSのスイッチング動作もほぼ休止状態(または極めて微弱)になります。すぐ隣にあるDOCXOへのパルスノイズの飛び込みリスクは最小限で済みます。 - 40℃環境への耐性:
BMSの基板自体やセルケースにとっても、40℃は工業用パーツの定格内(通常60℃〜85℃までOK)であるため、全く問題ありません。
結論:どちらを選ぶべきか?
Na-ionは安全面や40℃耐性でわずかに勝るものの、28V(1セル3.5V)という電圧の壁によって実効容量が大きく削られてしまい、本来のポテンシャルを発揮できません。LiFePO4の8S構成であれば、仕様に対してパズルのピースが綺麗にハマるような、理想的な「トリクル維持+高効率バックアップ」が実現できます。
“最近は夏が厳しい。隣のDOCXOの加熱で外部温度+45~50℃まで上昇する可能性がある、又、母線電圧+24~30Vに調整出来るとしたら ?
1. なぜ「高温+電圧調整可能」ならNa-ionなのか?
- LiFePO4 の弱点(45℃〜50℃のフロート維持):
LiFePO4は本来タフな電池ですが、45℃〜50℃という高温下で100%に近い満充電状態(セルあたり3.50V)を24時間365日維持し続けると、「カレンダー劣化」が急激に加速します。電解液の分解が進んでガスが発生し、数年でセルが膨張して寿命を迎えるリスク(最悪の場合は内部圧上昇によるBMS遮断)が跳ね上がります。 [4, 5, 6, 7] - Na-ion の強み(高温環境への圧倒的耐性):
ナトリウムイオン電池は、化学的に高温時の構造安定性が高いという最大のメリットを持っています。また、親電源の電圧を調整できるようになったため、Na-ionに最適な「腹八分目(容量85〜90%)」の電圧でピタッと固定する運用が可能になります。これにより、45℃〜50℃という過酷な環境でも劣化を極限まで抑え込み、10年以上の期待寿命を現実的なものにできます。 [1, 7, 8, 9]
2. Na-ion(8S構成)での最適な電圧チューニング案
① 充電時の挙動(親電源:29.2Vキメウチ)
- 1セルあたり: 29.2V ÷ 8S = 3.65 V
- 現在主流の18650型Na-ionセル(Prussian White系や層状酸化物系)の満充電電圧は 3.95V〜4.00V です。
- あえて上限より低い 3.65V でトリクル充電を飽和させることで、容量を約85%〜90%に抑えた「いたわり充電(フロート仕様)」になります。 [10]
- 100Ω抵抗を介しているため、電池が3.65Vに近づくと電流はほぼ完全にゼロ(数mA)になり、45℃〜50℃の熱が加わっても化学的な副反応(劣化ガス発生)がほとんど起きません。 [2, 9]
② 放電時の有効容量(3ヶ月に1回、5分間の瞬停)
- 有効容量: 電圧調整ができるようになったため、充電不足が解消され、1500mAhのセルのうち 約 1,200 〜 1,300 mAh をしっかり引き出せます。
- 5分間のバックアップ: 3ヶ月に1回、たった5分間の放電(容量の数%の消費)であれば、有効容量が1200mAhもあればお釣りが来るほど余裕です。DOCXOの温度が全く下がらないうちに(オーブンの再起動電流を要求されることなく)瞬時に停電から復帰できます。
3. 条件変更後の「有効容量・寿命」比較まとめ
| 評価項目(45〜50℃環境) [3, 5, 6, 11, 12] | LiFePO4(親電源:27.6V〜28.0V推奨) | Na-ion(親電源:29.2V推奨)★最適解 |
|---|---|---|
| 有効容量(実質) | 約 1,400 mAh (ほぼフル活用) | 約 1,200 〜 1,300 mAh (十分以上) |
| 高温時のカレンダー寿命 | 3 〜 5年で膨張・劣化の懸念あり | 10年以上(フロート電圧低下でさらに延命) |
| 3ヶ月に1回5分放電への適性 | 浅い充放電は得意だが、高温保存に弱い | 高温保存に極めて強く、浅い充放電も問題なし |
| 熱暴走・火災リスク | 低い(安全) | さらに低い(熱暴走開始温度が高い) |
設計への最終アドバイス
⚠️ 電圧調整テストにおける致命的な仕様制限
- 調整可能範囲:
22.8 V 〜 25.2 V(24Vの±5%) [1]
- OVP(過電圧保護回路)の作動: 24V用の過電圧保護が働き、電源が間欠動作(フリッカ)またはシャットダウンします。
- トランスの飽和やコンデンサの定格超過: せっかく交換されたコンデンサの耐圧(通常24V出力なら35V品が多いですが)や、回路全体の設計マージンを脅かします。
💡 25.2V(この電源の限界)で運用する場合のバッテリー選定
案①:LiFePO4(リン酸鉄リチウム)を「7S(7直列)」で組む
- 満充電電圧(上限): 25.55 V(セルあたり3.65V)
- 25.2V運用の時の挙動:
1セルあたり 3.60V になります。LiFePO4にとって非常に満充電に近く、かつ高温(45〜50℃)環境下でも「ほんの少しだけ上限を下げたフロート充電」になるため、カレンダー劣化をある程度抑えつつ、ほぼ100%の容量(1,400〜1,450mAh)を維持できます。 - Z3805A(最低動作19.5V)への適合:
19.5V ÷ 7S = 2.78 V / セル。LiFePO4の放電終了電圧(2.5V)の手前でZ3805Aがシャットダウンするため、セルの過放電保護としても完璧なマージンです。(但し、有効容量は減少)
案②:Na-ion(ナトリウムイオン)を「7S(7直列)」で組む
- 満充電電圧(上限): 25.2 V ÷ 7S = 3.60 V / セル
- 45℃〜50℃環境での挙動:
ナトリウムイオン電池(上限3.95V〜4.0V品)を、高温環境下で「1セル3.60V」という非常に低いフロート電圧で維持することになります。これは電池の化学的ストレスが「ほぼゼロ」に近い理想的な状態であり、膨張や劣化のリスクは完全に無視できるレベルまで安全性が高まります。 - Z3805A(最低動作19.5V)への適合:
19.5V ÷ 7S = 2.78 V / セル。Na-ion本来の限界(1.5V〜2.0V)より高いため有効容量は減りますが、3ヶ月に1回5分の瞬停バックアップ(数%しか使わない)であれば、1500mAhのセルがあれば確実に持ち堪えます。(合計有効容量は減少)
結論としてのおすすめ
- 高温(45〜50℃)での寿命・安全最優先なら: 7S Na-ion(25.2Vに調整)
- バックアップ時の電圧に余裕を持たせたいなら: 7S LiFePO4(25.2Vに調整)
電源電圧 28.0 V 時の「8S構成」最終ジャッジ
選択肢A:Na-ion(ナトリウムイオン電池)8S ★高温対策のベスト
- 1セルの電圧: 3.50 V(満充電3.95V〜4.0Vに対して約75〜80%の腹八分目充電)
- 有効容量: 本来の1500mAhのうち、約 1,000 〜 1,100 mAh 程度に抑えられます。
- 瞬停への適性: 5分間のバックアップであれば、1,000mAhもあれば確実にDOCXO(オーブン)の連続動作を支えきれます。
- 45℃〜50℃での寿命: 満充電ストレスが低く、かつ化学的に熱に強いため、45℃〜50℃の過酷な夏場でも膨張やガス化の心配がなく、10年以上の超長寿命が期待できます。今回の環境において最もメンテナンスフリーです。
選択肢B:LiFePO4(リン酸鉄リチウム)8S
- 1セルの電圧: 3.50 V(満充電3.65Vに対して約95%以上のほぼ満充電)
- 有効容量: 1500mAhの実力をほぼ100%(約1,400〜1,450mAh)引き出せます。
- 45℃〜50℃での寿命: LiFePO4にとって「45℃〜50℃環境下での常時満充電(3.50V維持)」はカレンダー劣化を加速させる条件です。安全性の高いLiFePO4ですが、数年(3〜5年)でセルが少しずつ膨張(ガス膨らみ)してくるリスクがあります。
設計のまとめ
- セル構成: 18650型の Na-ion(ナトリウムイオン電池)× 8本(8S)
- ケース: 18650用の汎用電池ケース(バネの接触抵抗に注意、板バネ式を推奨)
- BMS: 設定がシンプルな「100mAクラスのアクティブBMS」
1. ナトリウムイオン電池の主要トップブランド
① HiNa Battery(海钠微電子 / ハイナー・バッテリー) [2]
- 特徴: ご指摘の「Hinas」にあたる、中国の中科院物理研究所からスピンアウトしたナトリウムイオン電池の絶対的な筆頭リーディングカンパニーです。世界で初めてナトリウムイオン電池をEV(電気自動車)や大型蓄電所に実用化・量産化した実績を持ちます。
- セルの特徴: 青色や緑色のグラデーションの被覆(シュリンク)が多く、産業用として最も信頼性が高いブランドです。 [3, 4, 5]
② CATL(寧徳時代)
- 特徴: 車載リチウムイオン電池で世界シェア1位の巨頭ですが、ナトリウムイオン電池(第1世代・第2世代)の量産にも極めて力を入れています。 [3, 4]
- セルの特徴: 基本的に自動車メーカーや大型蓄電システム(ESS)向けに直販されるため、18650単体で市場に出回ることは稀ですが、稀に余剰生産分やサンプル品がバルクとして流通します。
③ Sunpower New Energy(サンパワー / 遠東電池など)
- 特徴: 電動工具や3C家電向けの円筒形セル(18650/21700)を専門に得意とする大手メーカーです。
- セルの特徴: 「NNR18650-1300」といった型番で、高出力(10C放電など)に対応したタフな18650型Na-ionセルを積極的に海外向けに輸出しています。AliExpress等で「工具用・高出力」と謳われてノーブランド風に売られているセルの多くは、ここの製造ラインのものです。 [6]
④ Zoolnasm(衆鈉能源)/ TIAMAT
- 特徴: 主に「プルシアンブルー/プルシアンホワイト」と呼ばれる正極材を用いた、熱安定性に特化したナトリウムイオン電池を量産している新興の強豪メーカーです。 [3, 4]
2. ショップでブランド名が書かれていない場合の「見分け方」
- 公称電圧(Nominal Voltage):
3.0 Vまたは3.1 V - 充電上限電圧(Charge Voltage):
3.95 V〜4.0 V(稀に3.85Vや4.1Vもあります) - 放電カットオフ電圧(Discharge Cut-off):
1.5 V〜2.0 V - 容量(Capacity): 18650型の場合、現在は
1,300mAh 〜 1,500mAhが主流かつ技術的に安定している領域です(これを超えて2500mAhなどと書かれているものは偽スペックの可能性が高いため避けてください)。
購入時のアドバイス
“10年位い寿命を期待するとして、トリクル充電の電流量をどの位いに増やせる ?
1. 10年以上の寿命を狙うなら「電流を増やしてはいけない」理由
- 電流を増やす(抵抗値を下げる)と起きること:
もし100Ωを50Ωなどに減らして充電電流を増やすと、停電復旧時の充電スピードは上がりますが、満充電(28.0V)に達した後も、セルの「微小な自己放電」や「BMSの待機消費」に対して必要以上の電流が流れ込み続けようとします。 - 熱とガスの発生:
ナトリウムイオン電池(Na-ion)は熱暴走こそしませんが、高温下で余分な電流(トリクル電流)が流れ続けると、内部の電解液がわずかずつ分解され、ガス(膨張)や内部抵抗の上昇(劣化)を引き起こします。10年持たせるためには、満充電付近での電流量は「ほぼゼロ(数mA〜十数mA)」に収束させなければなりません。
2. 今回のシステムでの電流量のシミュレーション
- 停電復旧直後(電池が空:約20Vのとき):
{電流} = 28.0V - 20.0V}/{100Ω} = 80mA
1500mAhのセルに対して 約0.05C という、非常にマイルドで発熱が一切起きない愛護的な電流です。 - 満充電付近(28.0Vに到達したとき):
電位差がなくなるため、充電電流は自動的に 数mA(トリクル電流) まで減少(テーパーアウト)します。
もし「増やせる限界」をあえて設定するなら?
3. 10年寿命を確実にするための「電流の減らし方」
- 現状維持(100Ωのまま運用):
電流量を最大80mAに抑え、満充電時は数mAにする。これが最もバランスが良く、実績のあるTime-Nuts的な設計です。 - さらに絞る(150Ω〜200Ωへ変更):
最大充電電流を40〜50mAにさらに絞ります。充電時間は倍になりますが、常時フロート時の電気的ストレスがさらに減り、夏の50℃環境でも10〜15年の超長寿命を狙える確率が跳ね上がります。
結論
1. GPSプリアンプとスプリッター(分配器)
- インラインプリアンプの選定: 長い同軸ケーブルによる減衰を補うためにプリアンプ(LNA)を入れる場合、Z380x側から給電される5Vで動作するものを選んでください。ただし、プリアンプのゲインが高すぎると、近年の高出力なモバイル電波(4G/5G帯)を拾ってフロントエンドが飽和し、逆に衛星捕捉数が減る原因(ブロッキング現象)になります。ゲインは15〜20dB程度に抑えるか、フィルター付き(L1帯通連型)が理想です。
- スプリッターの「DCブロック」に注意: 1本のアンテナからZ3801A、Z3805A、あるいは他のGPSDO(UCCM等)へ分配する場合、「1ポートのみDC通電(DC Pass)、他ポートはDC遮断(DC Block)」仕様のスプリッターを必ず使用してください。両方の機器から同時に5V給電が衝突すると、最悪の場合、Z380x側のRF電源ラインのインダクタや保護素子が焼き切れます。
2. 内蔵「NaI電池」(ナトリウムイオン二次電池)の検討
Z380xの内部スペース(本来リチウム一次電池や、オプションのニカド/ニッケル水素バッテリーパックが入る場所)は、常時通電するOCXO(10811)の真横や真上になるため、かなりの「熱」がこもります。
- 熱に対する圧倒的アドバンテージ: リチウムイオン(Li-ion)電池は45℃〜60℃を超える環境では著しく寿命が縮み、最悪の場合膨張・発火のリスクがありますが、次世代のナトリウムイオン電池(NaI/Na-ion)は高温環境(60℃等)での容量劣化が非常に少ないという大きなメリットを持っています。
- 充電電圧・回路の整合性: 一般のリチウム電池用回路(あるいは充電回路)の仕様と、NaI電池の充電終止電圧(一般的に3.9V〜4.1V付近が多いです)が合致するか、あるいは独立した充放電管理基板(BMS)を内蔵させる必要があります。UPSのバックアップとして「数分〜数十分のホールド(停電時のC/N比維持)」を目的とする場合、NaIの熱安定性はこれ以上ないシェルターになります。
NaI電池をどのライン(メインのDC38〜60V入力側か、それとも内部の5V/3.3Vバックアップ側か)に割り込ませるか、もし構想があればぜひお聞かせください。
- 充電回路はありません: ここに二次電池(NaIなど)をそのまま載せても基板側から充電はされず、逆にダイオードで遮断されているため、充電用途としては使えません。 [2, 3, 4]
2. 「純製オプションのニカド/ニッケル水素バッテリーパック」はあるのか?
💡 「28VパラNiMH追加」が良かった理由
- OCXOの保護が最優先: GPSDOにとって最大の痛手は、一瞬の停電でOCXOのヒーター(14V〜20V前後で制御されている内部オーブン)が冷えてしまうことです。一度冷えると、再通電後に周波数が元の超高安定(10のマイナス11乗オーダー)に戻るまで数日〜1週間近くかかります。
- 28V直下でのバックアップ: 28Vラインに直接バッテリー(と突入電流制限・逆流防止回路)を噛ませておくことで、上流のUPSが死んでも、Z380xの内部DC-DCコンバータ(5Vや15V、オーブン用電源を作るDatelやLT1270等の回路)の手前で電力をシームレスに維持できます。 [5]
🔋 今回の「NaI電池」の組み込み方針考察
- 配置場所: 前回同様の「28Vメイン入力ライン」のバックアップとして配置する。
- 構成: 28Vを維持するためにはNaI電池を複数セル直列(例えば7S〜8S程度)にするか、あるいは1セル(約3.7V〜4.0V)からDCDCコンバータで28Vへステップアップして割り込ませる形になります。
- 熱対策としてのNaI: Z380x内部(特にOCXO周辺)にこのバッテリーパックを内蔵させる場合、NiMH以上に熱耐性の高いNaI電池は、筐体内温度(40℃〜50℃超)に対して非常に強力なアドバンテージを発揮します。
“単に8S1P構成+汎用ActiveBMSで部品を調達中。回路電圧は28Vから29Vに上げる予定
1. 29Vへの昇圧とNaI充電電圧の整合性
- 寿命の最大化(ライフサイクル延長): 多くのNaI電池の満充電上限(3.95V〜4.1V)に対して、3.625Vでのフロート充電は「あえて満充電にせず、80〜90%の容量で止める」ことになります。これは、タイムサーバーのように「何年も常時フロート充電し続ける」用途において、セルのガス化や劣化を極限まで抑え、寿命を飛躍的に伸ばすための極めて正しいアプローチ(デレーティング設計)です。
- Active BMSの動作下限: 汎用のActive BMS(アクティブ・バランサー)が「1セルあたり3.6V台」でも正常にバランス調整(セル間移動)を行ってくれる電圧閾値であるか、調達中マニュアルの仕様を念のためご確認ください。
2. Z380x側(29V入力)の許容度チェック
- 入力部の電解コンデンサ耐圧: 27Vラインの入り口(DCDCコンバータの手前)にある平滑コンデンサは、通常「35V耐圧」または「50V耐圧」が使われていると思われます。今回UHEやZLJ、あるいはAPS(導電性高分子)に交換されるとのことですので、耐圧35V以上のもの(できれば余裕を見て50V品)を選定していれば、29Vの常時印加でも全く問題ありません。
- 内蔵DCDCコンバータ(Datel等)の入力定格: HPが採用しているDatel製等のオンボードDCDCコンバータモジュールは、入力許容範囲が「18V〜36V」や「20V〜60V」といったワイド入力仕様のものがほとんどです。そのため、28Vから29Vへの+1V程度の変更であれば、コンバータの効率(発熱量)にもほぼ悪影響を与えず、安全圏内で動作します。
💡 構築時のアドバイス
“18650タイプ1500mAh で、BMSは、4セルx2の間に挟み、外部は銅箔で包む予定。位置は、EFC-DAC部分の隣になってしまうが。
1. EFC-DAC回路が「超デリケート」な理由
- ジッターと位相雑音への直結: このラインにわずか数µVでもノイズ(リップルや誘導ハム)が乗ると、それはそのまま10MHz出力の「近傍位相雑音の悪化」や「短期安定度の低下(スプリアス発生)」として現れてしまいます。
2. ノイズ対策(アクティブBMSの配置)
- 銅箔シールドの接地(GND化): 巻き付けた銅箔は、必ずZ380xのメインGND(アナログGND側ではなく、電源入力に近いプレーン)へ確実にシャシー接地してください。フローティング(どこにも繋がっていない状態)のままだと、かえってBMSのスイッチングノイズを拾うアンテナになってしまいます。
- 配線のシールドとルート: BMSから29Vラインへ向かう充放電配線も高周波ノイズを含んでいる可能性があります。EFC回路のパターンの上を跨ぐような配線ルートは絶対に避け、可能な限りGNDプレーンの近くを這わせてください。
3. 最も重要な「熱(温度勾配)」の壁
EFC回路周辺には、抵抗(超高精度・低温度係数のメタルフォイル抵抗など)やオペアンプが配置されています。
- BMSとバッテリーの熱変調: Active BMSの動作時(バランス充電中など)や、バッテリー自体の僅かな温度変化が熱源となり、隣接するEFC回路の部品に「温度勾配(ゆらぎ)」を与えてしまうと、抵抗値が微小に変動してEFC電圧が揺らぎます。
- 対策: 銅箔シールドを巻く際、可能であれば内側に「カプトンテープ(ポリイミド)」や「薄いシリコンシート」などの高耐熱・断熱材を1層挟み、電気的シールドだけでなく「熱的シールド(断熱)」も兼ねておくと、周囲の空気の対流による温度変動からEFC回路を守ることができます。
1. 【解決策A】LiFePO4(リン酸鉄リチウム)用BMSの流用を検討する
- 満充電(上限): 3.95V 〜 4.10V
- 放電カット(下限): 1.5V 〜 2.0V [7, 8]
- リン酸鉄BMSの過充電保護(バランス作動)電圧: 3.60V 〜 3.65V
前述の通り、回路全体の電圧を29V(1セルあたり3.625V)に上げてフロート充電する場合、リン酸鉄用のパッシブBMSをそのまま流用すると、ちょうど3.6Vを超えたあたりでパッシブのバランス回路(シャント抵抗)が自然に作動し始めます。
ナトリウム電池の本来の上限(4.1V)より低い安全圏で常にきれいにバランスが揃うため、セルの劣化を極限まで抑えるデレーティング運用が「リン酸鉄用BMSのポン付け」で勝手に実現します。 [2, 9]
リン酸鉄BMSの過放電保護(カットオフ)は通常2.0V〜2.5Vです。ナトリウム電池は1.5V付近まで絞り出せますが、2.0V〜2.5VでBMS側が放電を遮断したとしても、Z380xを停電からホールドアップする(数時間持たせる)目的であれば、容量的に十分実用範囲に収まります。
2. 【解決策B】AliExpress等で「4S〜7S/8S Na-ion専用BMS」を探す
「Sodium-ion BMS 8S」や「Naバッテリー保護ボード」などのワードで検索すると、数百円〜千円前後で見つかることがあります。 [10]
🛠️ パッシブBMS導入時の最終レイアウトアドバイス
- 抵抗の発熱をEFCに伝えない: パッシブBMSは、電圧の高いセルの電力を「基板上の小さなチップ抵抗」で熱に変えて消費します。フロート充電の維持電流(数十mA程度)であれば微々たる発熱ですが、バランス動作時は抵抗が温まります。 [9]
- サンドイッチ構造の変更: 4セル×2の間にBMSを挟む際、BMSの抵抗面がセルやEFC側に直接熱を放射しないよう、カプトンシートや薄いガラスエポキシ板などの遮熱材を間に1枚挟んでおくと、EFC回路への熱的な干渉を完全に防ぐことができます。
“前回はThunderbolt発振器故障からの急ぎの交換、今回は寿命優先メンテ、@3.65V程度に抑える方向かな。どの途、内部電源の低電圧遮断は最小+19.5Vにしか出来ない(@2.43V)、なので有効容量は昔のNiMHの頃と大差無いか若干少ない600~700mAh程度と思われる。
1. 「LiFePO4用パッシブBMS」が理想的な理由
- バランス作動(シャント開始)電圧: 3.60V 〜 3.65V
- 過充電保護(遮断)電圧: 3.75V 〜 3.90V
2. 寿命(ライフサイクル)への絶大な効果
今回のように、電圧の最もきつい領域(3.9V〜4.1Vの過充電ストレス領域)を完全に回避し、エネルギー密度のマイルドな3.65V以下で据え置き(フロート)運用する場合、セルの化学的劣化やガス発生はほぼゼロになります。計算上、10年〜20年レベルで容量がほとんど抜けない「超長寿命バッテリーパック」が完成します。
3. EFC-DACの隣というロケーションに対する完全勝利
- 電気的ノイズ: スイッチングが起きないため、EFC回路への高周波ノイズの回り込みは「ゼロ」になります。
- 熱的ノイズ: 4.1Vまで無理やり押し込む仕様ではないため、バランス抵抗(シャント)に大電流が流れてカンカンに熱くなることもありません。微小なフロート電流をいなすだけなので、ほんのり温まる程度に収まり、隣接するEFCのメタルフォイル抵抗への熱干渉も無視できるレベルになります。
1. 「1S×8」にする最大のメリット
- スペースの制約を完全クリア: 既製の「8S用一体型BMS」は、どれだけ小型のものでも長方形のそれなりの面積を占有するため、4セル×2の「隙間」に収めようとすると、どこか1箇所に物理的な無理が生じます。1S用の細い基板であれば、18650セルの外周のデッドスペース(丸いセル同士が隣り合うことでできる隙間)に完全に落とし込めるため、パック全体の厚みを極限まで薄くできます。
- 最短配線によるノイズカット: 8S一体型BMSの場合、各セルからBMSのコネクタまで長いバランス線を引き回す必要があり、それがEFC回路の近くでノイズを拾う(または撒き散らす)アンテナになってしまいます。1S用を各セルに直付けすれば、配線長はわずか数ミリ〜数センチで完結し、理想的な極小ループを作れます。
2. 基板選定のポイント(LiFePO4用の1Sシャント/バランスボード)
- 3.60V〜3.65Vで正確にシャント(放電)が始まる仕様のものであれば、各セルが勝手に自己完結して29V(3.625V×8)のフラットな状態を維持してくれます。
🛠️ 手間をかける価値のある、最終ビルドへのアドバイス
- カプトン(ポリイミド)テープでの絶縁の徹底: 18650セルの缶(外装)は全体がマイナス極(GND)になっています。1S基板をセルの側面に這わせる際は、セルのシュリンク(被覆)だけに頼らず、必ず基板の裏面にカプトンテープを貼って強固に絶縁してください。
- 最後に巻く銅箔シールドの処理: 1S×8基板とセルをすべて組み上げ、全体を銅箔テープで包む際、「各1S基板のシャント抵抗が発熱したとき、その熱が銅箔を通じてEFC側に伝わらないか」だけ意識してください。EFC回路に面する側の銅箔の内側に、薄いシリコン熱ブランケットやカプトンを多めに挟んで「遮熱構造」にしておけば完璧です。
2026-6
Z3805A内部バックアップ電池再検討
寿命、耐熱性と容量増検討。
Z3805A(現用) のバッテリースペース:
前側右のD45xW80xH80mm内、又は、D45xW170xH80(但し前面パネルRF配線スペースは無くなる)
⇒NiMH-AAA、24V組電池パック(前回2013時点同等, 22S1P+19.5~+28V)、又は、Nai組電池パック、24V(8S1P, +19.5~30V) 予定。
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(AI(Gemini)検索・電池検討)
“Z3805A に仕込む内部電池のNiMHからの変更用。現在は母線電圧+28V、
電圧は変更できる。予定している充電回路は100Ω5Wのセメント固定抵抗のみ。放電側はSBDのみ。保護はポリスイッチ。
1. 100Ωの抵抗トリクルにおける両者の挙動
① LiFePO4 を「8S(8直列)」で組む場合(推奨)
- 満充電電圧(上限): 28.8 V(セルあたり3.6V)
- 親電源 +28.0V 時の挙動:
親電源が28.0Vの場合、セルあたり 3.50V までしか上昇しません。LiFePO4にとって3.50Vは「満充電(容量95%以上)かつ、過充電にならない最もストレスの少ない理想的なフロート電圧」です。 - 充電電流(100Ω抵抗):
電池が空(24V)のとき: 28.0V - 24.0V / 100Ω = 40mA
満充電付近(27.2V)のとき:28.0V - 27.2V / 100Ω = 8mA
評価: 電流が完全に自己収束(テーパーアウト)するため、BMS(保護基板)による遮断に頼ることなく、安全に永久トリクル充電が続けられます。
② Na-ion(ナトリウムイオン)を「9S(9直列)」で組む場合(難易度高)
- 満充電電圧(上限): 29.7 V〜31.5 V(セルあたり3.3V〜3.5V ※メーカーによる)
- 親電源 +28.0V 時の挙動:
セルあたり 3.11V になります。ナトリウムイオン電池の公称電圧は3.0V〜3.1Vのため、28.0Vの親電源では「ほぼ半分(50%〜60%)しか充電されない」 状態になります。 - 親電源を上げて満充電を狙う場合(例:+29.7Vに設定):
電池が満充電に近づいても、Na-ionはLiFePO4ほど急激に電圧が立ち上がらない特性(電圧カーブがなだらか)のセルがあります。そのため、100Ωの抵抗があっても微小電流がダラダラと流れ続け、過充電による微小なガス膨張を招くリスクがあります。
2. なぜLiFePO4が有利なのか?(電圧カーブの壁)
そのため、親電源の電圧を「3.50V × 直列数」に固定しておけば、電池側がその電圧に達した瞬間に、充電電流が自動的にほぼ「ゼロ(数mA)」になります。これが、抵抗1本でのフロート充電が安全に行える理由です。
3. Z3805Aに実装する際の構成案
- 親電源電圧: 27.6 V 〜 28.0 V に設定(セルあたり3.45V〜3.50V狙い)。
- BMS(必須): 抵抗トリクルとはいえ、万が一のセルバランス崩れを防ぐため、必ず 「8S用の充放電分離型(または共通ポート)BMS」 を電池パックに仕込んでください。
- 放電SBD: 順方向電圧(Vf)の低い大型のショットキーバリアダイオード(Vf ≒ 0.3〜0.4V)を使用することで、停電時の電圧ドロップを最小限に抑え、OCXOの連続動作を支えます。
“単純に18650用の汎用電池ケース、8S用アクティブBMSにて、Nai もLiFePo4のどちらでも使える様にする方向。電池スペースは d45xW90xh85mm以内にしないといけない。Na-ion で8Sの場合は ? なお、Z3805A(24Vタイプ)側の最低電圧は19.5V。
スペース制限(D45 × W90 × H85 mm)と、Z3805A側の最低動作電圧(19.5V)という明確なブレークダウン、結論から申し上げると、Na-ion(ナトリウムイオン電池)の「8S(8直列)」構成は、このシステムに完璧にマッチします。 物理サイズ、電気的特性(放電カットオフ)、抵抗充電のすべてにおいて極めて合理的な設計が可能です。
1. 物理サイズの検証(18650セルを想定)
- 配置: セルを縦(高さ方向85mm)に立てて配置します。
- 奥行き(D): 18mm × 2列 = 36mm (45mm以内に収まる:残9mmで配線・絶縁スペース)
- 幅(W): 18mm × 5列 = 90mm (90mmぴったり、または4列+隙間)
- 高さ(H): 65mm (85mm以内に収まる:残20mmでBMSやタブ溶接スペース)
- 結論: 2列 × 4列 = 計8本 を美しく敷き詰めることができ、8Sパックがぴったり収まります。
2. 電圧レンジの適合性(8Sの場合)
- 放電末期(カットオフ)の適合性:
19.8V ÷ 8S = 2.475 V / セル
ナトリウムイオン電池は、3.0Vから放電を始めて2.5V付近に達した段階で実用容量の約85〜90%を放電し尽くします。2.5V以下(〜1.5V)は電圧が垂直にドロップする領域のため、Z3805Aのハードウェア限界(19.5V)によって自動的にシャットダウンされるのは、セルを過放電から守りつつ容量を最大利用できる理想的なカットオフポイントとなります。 [1, 2, 3] - 満充電(親電源)の設定:
現在選定中のNa-ionセルの仕様に合わせて、親電源の電圧を以下のように調整します。- 充電上限が3.95V〜4.0Vのセル(主流の Prussan White / 層状酸化物系):
常時フロート充電の劣化を避けるため、満満充電ではなく「セルあたり3.60V〜3.65V」でトリクルを飽和させます。
👉 親電源を「28.8 V 〜 29.2 V」に設定。 [1, 4]
- 充電上限が3.95V〜4.0Vのセル(主流の Prussan White / 層状酸化物系):
3. 100Ω抵抗充電 + 8S Na-ion の挙動
- 停電復旧時(バッテリー空:約20Vのとき):
28.8V - 20.0V / 100Ω = 88mA の電流が流れます。18650のNa-ion(約1300〜1500mAh)にとって、88mA(約0.06C)は極めて愛護的な緩慢充電であり、発熱の心配は一切ありません。 [4, 5] - 満充電接近時(バッテリーが28.8Vに近づいたとき):
電位差がなくなるため、電流は数mAの完全なトリクル(自己放電補填)へと自動的にテーパーアウトします。
選定時の注意点
- BMS(保護基板)の厚み:
8S用の小型BMS(共通ポートタイプ)をパックの「上部(Hの残り20mmスペース)」か「側面(Dの残り9mmスペース)」のどちらに逃がすか、あらかじめ寸法計画を立ててください。 - セルの電圧仕様を確認する:
Na-ionは現在、メーカーによって公称電圧が「3.0V(満充電3.95V)」 のものと、「3.2V(満充電3.65V)」 のものが混在しています。購入前に必ずデータシートを確認し、「設定する親電源電圧 =(セルの推奨フロート電圧 × 8)」 になるようチューニングしてください。 [4, 6, 7]
1. 汎用18650電池ケースの注意点(接触抵抗)
- 問題点: 今回は100Ωの抵抗充電なので充電時は数mA〜80mA程度で全く問題ありませんが、停電してZ3805Aがバッテリー放電駆動に切り替わった瞬間、OCXOのヒーター(特に冷間起動時)等で数Aクラスの電流が流れる可能性があります。汎用ケースのスプリングは高電流が流れると発熱し、電圧ドロップ(Vfロス)を引き起こします。
- 対策: 可能な限りスプリング式ではなく、「リン青銅製の板バネ式コンタクト(高品質なもの)」 のケースを選ぶか、リード線を太いもの(AWG20以上)にハンダ付けし直してください。
2. アクティブBMSの設定と化学特性の切り替え
| 設定項目 | LiFePO4(リン酸鉄)設定値 | Na-ion(ナトリウム)設定値(目安) |
|---|---|---|
| 単セル過充電保護 (OVP) | 3.65 V | 3.95 V 〜 4.00 V |
| 単セル過充電解除 | 3.55 V | 3.80 V |
| 単セル過放電保護 (UVP) | 2.50 V | 2.00 V(※1) |
| アクティブバランス開始電圧 | 3.40 V 以上で開始 | 3.20 V 以上で開始 |
- (※1)Z3805A側のハード限界が19.5V(8S換算で1セル2.43V)のため、Na-ion本来の限界(1.5V〜2.0V)に達する前に本体側がシャットダウンします。そのため、BMS側の過放電カットオフは2.0V以下の低めの値(あるいは1.8V)に設定しておき、BMSが不意に遮断するのを防ぎます。 [2]
3. マルチ化学仕様における「親電源(+28V系)」の運用方法
① LiFePO4(8S)をセットして運用する場合
- 親電源の設定電圧:
27.6 V 〜 28.0 V - 理由: セルあたり3.45V〜3.50Vの「フロート充電(満充電の一歩手前)」の電圧で飽和させ、電流をゼロに近づけます。LiFePO4を長持ちさせる最高の電圧です。
② Na-ion(8S)をセットして運用する場合
- 親電源の設定電圧:
29.6 V 〜 30.4 V(※使用セルの満充電電圧が3.7Vか3.8Vかによる) - 理由: ナトリウムイオン電池は公称3.0V・満充電3.7V〜4.0V付近の仕様が多いため、LiFePO4用の28Vのままだと全く充電されません。親電源を「セルの推奨フロート電圧 × 8」まで昇圧させる必要があります。
結論:この方向性で進める場合のアドバイス
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“(...中略...)回路電圧28Vキメウチ、8S構成、単純なアクティブBMS(100mA品)追加の場合、電池は18650 NaI 又は LiPO4、それぞれ1500mAhの同一容量のセルを使った場合、NaI と LiFePo4 での有効容量や寿命はどうなりそう ? あと、隣にDOCXOがあるので、内部温度は40°C程度になる。あと瞬停電の確率は3ヶ月に1回、最大5分程度だと思われる
親電源の電圧を 28.0V固定(キメウチ)、8S構成、シンプルな100mAアクティブBMSという条件下で、1500mAhのセル(LiFePO4およびNa-ion)を比較した場合、有効容量、寿命、および40℃環境・3ヶ月に1回5分の瞬停という運用条件における評価は以下の通りになります。
1. 有効容量の比較(28.0V固定時の落とし穴)
① LiFePO4(リン酸鉄リチウム)
- 充電状態: 1セル3.50Vは、LiFePO4にとって「容量がほぼ95%以上詰まった満充電」の極めて良好な状態です。
- 放電時の挙動: 停電時、2.5V(8Sで20.0V、Z3805Aの限界19.5V手前)までほぼフラットな電圧(3.2V付近)を維持して放電し続けます。
- 有効容量: 約 1,400 〜 1,450 mAh (公称容量の約95%をフルに活用可能)
- 5分間放電時の余裕: 1500mAhあれば、5分間の停電(数A負荷だとしても数%の消費)など全く問題なく、余裕で耐えきります。
② Na-ion(ナトリウムイオン)
- 充電状態: 現在市場にある一般的な18650型Na-ionセルは、満充電電圧が3.7V〜4.0V、公称電圧が3.0V〜3.1Vです。1セル3.50Vまでしか電圧を上げられない場合、満充電の70%〜80%程度までしか充電されません。
- 放電時の挙動: Na-ionは放電が進むにつれて電圧が右肩下がりに落ちていく特性があります。さらに初期充電が3.50Vと低いため、放電開始直後から電圧が低めになります。
- 有効容量: 約 800 〜 1,000 mAh (充電不足と、放電中盤以降にZ3805Aの最低電圧19.5Vを割り込むのが早いため、本来の能力の6割程度しか使えません)
- 5分間放電時の余裕: 容量自体は減りますが、5分程度のバックアップであればこれでも十分足ります。
2. 寿命(サイクル・期待寿命)の予測
① LiFePO4(リン酸鉄リチウム)
- 期待寿命: 約 8 〜 10年以上
- 理由: 通常、リチウム系電池は40℃環境での常時満充電保存を嫌いますが、LiFePO4は元々の充電上限(3.65V)に対して「3.50V」という絶妙な寸止め状態でフロート維持されるため、化学的なストレスが極めて低く抑えられます。デンドライト(結晶)析出も起きないため、非常に長寿命が期待できます。
② Na-ion(ナトリウムイオン)
- 期待寿命: 約 10 〜 12年以上(理論上はLiFePO4以上)
- 理由: 構造的に高電圧ストレスに強く、さらに「腹八分目(3.50V)」での運用になるため、40℃というDOCXOの隣の環境下でも化学的劣化がほとんど進みません。自己放電補填の数mAのトリクルがダラダラ流れても、熱暴走の危険性は極めて低いです。
3. アクティブBMS(100mA品)とDOCXO熱への影響
- BMSのノイズとバランス挙動:
3ヶ月に1回の5分放電であれば、セル間のバランスが崩れる機会はほぼありません。100mAのアクティブBMSであれば、常時微小な電流でセル間を均らそうとしますが、セルの電圧差が極めて小さいため、BMSのスイッチング動作もほぼ休止状態(または極めて微弱)になります。すぐ隣にあるDOCXOへのパルスノイズの飛び込みリスクは最小限で済みます。 - 40℃環境への耐性:
BMSの基板自体やセルケースにとっても、40℃は工業用パーツの定格内(通常60℃〜85℃までOK)であるため、全く問題ありません。
結論:どちらを選ぶべきか?
Na-ionは安全面や40℃耐性でわずかに勝るものの、28V(1セル3.5V)という電圧の壁によって実効容量が大きく削られてしまい、本来のポテンシャルを発揮できません。LiFePO4の8S構成であれば、仕様に対してパズルのピースが綺麗にハマるような、理想的な「トリクル維持+高効率バックアップ」が実現できます。
“最近は夏が厳しい。隣のDOCXOの加熱で外部温度+45~50℃まで上昇する可能性がある、又、母線電圧+24~30Vに調整出来るとしたら ?
1. なぜ「高温+電圧調整可能」ならNa-ionなのか?
- LiFePO4 の弱点(45℃〜50℃のフロート維持):
LiFePO4は本来タフな電池ですが、45℃〜50℃という高温下で100%に近い満充電状態(セルあたり3.50V)を24時間365日維持し続けると、「カレンダー劣化」が急激に加速します。電解液の分解が進んでガスが発生し、数年でセルが膨張して寿命を迎えるリスク(最悪の場合は内部圧上昇によるBMS遮断)が跳ね上がります。 [4, 5, 6, 7] - Na-ion の強み(高温環境への圧倒的耐性):
ナトリウムイオン電池は、化学的に高温時の構造安定性が高いという最大のメリットを持っています。また、親電源の電圧を調整できるようになったため、Na-ionに最適な「腹八分目(容量85〜90%)」の電圧でピタッと固定する運用が可能になります。これにより、45℃〜50℃という過酷な環境でも劣化を極限まで抑え込み、10年以上の期待寿命を現実的なものにできます。 [1, 7, 8, 9]
2. Na-ion(8S構成)での最適な電圧チューニング案
① 充電時の挙動(親電源:29.2Vキメウチ)
- 1セルあたり: 29.2V ÷ 8S = 3.65 V
- 現在主流の18650型Na-ionセル(Prussian White系や層状酸化物系)の満充電電圧は 3.95V〜4.00V です。
- あえて上限より低い 3.65V でトリクル充電を飽和させることで、容量を約85%〜90%に抑えた「いたわり充電(フロート仕様)」になります。 [10]
- 100Ω抵抗を介しているため、電池が3.65Vに近づくと電流はほぼ完全にゼロ(数mA)になり、45℃〜50℃の熱が加わっても化学的な副反応(劣化ガス発生)がほとんど起きません。 [2, 9]
② 放電時の有効容量(3ヶ月に1回、5分間の瞬停)
- 有効容量: 電圧調整ができるようになったため、充電不足が解消され、1500mAhのセルのうち 約 1,200 〜 1,300 mAh をしっかり引き出せます。
- 5分間のバックアップ: 3ヶ月に1回、たった5分間の放電(容量の数%の消費)であれば、有効容量が1200mAhもあればお釣りが来るほど余裕です。DOCXOの温度が全く下がらないうちに(オーブンの再起動電流を要求されることなく)瞬時に停電から復帰できます。
3. 条件変更後の「有効容量・寿命」比較まとめ
| 評価項目(45〜50℃環境) [3, 5, 6, 11, 12] | LiFePO4(親電源:27.6V〜28.0V推奨) | Na-ion(親電源:29.2V推奨)★最適解 |
|---|---|---|
| 有効容量(実質) | 約 1,400 mAh (ほぼフル活用) | 約 1,200 〜 1,300 mAh (十分以上) |
| 高温時のカレンダー寿命 | 3 〜 5年で膨張・劣化の懸念あり | 10年以上(フロート電圧低下でさらに延命) |
| 3ヶ月に1回5分放電への適性 | 浅い充放電は得意だが、高温保存に弱い | 高温保存に極めて強く、浅い充放電も問題なし |
| 熱暴走・火災リスク | 低い(安全) | さらに低い(熱暴走開始温度が高い) |
設計への最終アドバイス
⚠️ 電圧調整テストにおける致命的な仕様制限
- 調整可能範囲:
22.8 V 〜 25.2 V(24Vの±5%) [1]
- OVP(過電圧保護回路)の作動: 24V用の過電圧保護が働き、電源が間欠動作(フリッカ)またはシャットダウンします。
- トランスの飽和やコンデンサの定格超過: せっかく交換されたコンデンサの耐圧(通常24V出力なら35V品が多いですが)や、回路全体の設計マージンを脅かします。
💡 25.2V(この電源の限界)で運用する場合のバッテリー選定
案①:LiFePO4(リン酸鉄リチウム)を「7S(7直列)」で組む
- 満充電電圧(上限): 25.55 V(セルあたり3.65V)
- 25.2V運用の時の挙動:
1セルあたり 3.60V になります。LiFePO4にとって非常に満充電に近く、かつ高温(45〜50℃)環境下でも「ほんの少しだけ上限を下げたフロート充電」になるため、カレンダー劣化をある程度抑えつつ、ほぼ100%の容量(1,400〜1,450mAh)を維持できます。 - Z3805A(最低動作19.5V)への適合:
19.5V ÷ 7S = 2.78 V / セル。LiFePO4の放電終了電圧(2.5V)の手前でZ3805Aがシャットダウンするため、セルの過放電保護としても完璧なマージンです。(但し、有効容量は減少)
案②:Na-ion(ナトリウムイオン)を「7S(7直列)」で組む
- 満充電電圧(上限): 25.2 V ÷ 7S = 3.60 V / セル
- 45℃〜50℃環境での挙動:
ナトリウムイオン電池(上限3.95V〜4.0V品)を、高温環境下で「1セル3.60V」という非常に低いフロート電圧で維持することになります。これは電池の化学的ストレスが「ほぼゼロ」に近い理想的な状態であり、膨張や劣化のリスクは完全に無視できるレベルまで安全性が高まります。 - Z3805A(最低動作19.5V)への適合:
19.5V ÷ 7S = 2.78 V / セル。Na-ion本来の限界(1.5V〜2.0V)より高いため有効容量は減りますが、3ヶ月に1回5分の瞬停バックアップ(数%しか使わない)であれば、1500mAhのセルがあれば確実に持ち堪えます。(合計有効容量は減少)
結論としてのおすすめ
- 高温(45〜50℃)での寿命・安全最優先なら: 7S Na-ion(25.2Vに調整)
- バックアップ時の電圧に余裕を持たせたいなら: 7S LiFePO4(25.2Vに調整)
電源電圧 28.0 V 時の「8S構成」最終ジャッジ
選択肢A:Na-ion(ナトリウムイオン電池)8S ★高温対策のベスト
- 1セルの電圧: 3.50 V(満充電3.95V〜4.0Vに対して約75〜80%の腹八分目充電)
- 有効容量: 本来の1500mAhのうち、約 1,000 〜 1,100 mAh 程度に抑えられます。
- 瞬停への適性: 5分間のバックアップであれば、1,000mAhもあれば確実にDOCXO(オーブン)の連続動作を支えきれます。
- 45℃〜50℃での寿命: 満充電ストレスが低く、かつ化学的に熱に強いため、45℃〜50℃の過酷な夏場でも膨張やガス化の心配がなく、10年以上の超長寿命が期待できます。今回の環境において最もメンテナンスフリーです。
選択肢B:LiFePO4(リン酸鉄リチウム)8S
- 1セルの電圧: 3.50 V(満充電3.65Vに対して約95%以上のほぼ満充電)
- 有効容量: 1500mAhの実力をほぼ100%(約1,400〜1,450mAh)引き出せます。
- 45℃〜50℃での寿命: LiFePO4にとって「45℃〜50℃環境下での常時満充電(3.50V維持)」はカレンダー劣化を加速させる条件です。安全性の高いLiFePO4ですが、数年(3〜5年)でセルが少しずつ膨張(ガス膨らみ)してくるリスクがあります。
設計のまとめ
- セル構成: 18650型の Na-ion(ナトリウムイオン電池)× 8本(8S)
- ケース: 18650用の汎用電池ケース(バネの接触抵抗に注意、板バネ式を推奨)
- BMS: 設定がシンプルな「100mAクラスのアクティブBMS」
1. ナトリウムイオン電池の主要トップブランド
① HiNa Battery(海钠微電子 / ハイナー・バッテリー) [2]
- 特徴: ご指摘の「Hinas」にあたる、中国の中科院物理研究所からスピンアウトしたナトリウムイオン電池の絶対的な筆頭リーディングカンパニーです。世界で初めてナトリウムイオン電池をEV(電気自動車)や大型蓄電所に実用化・量産化した実績を持ちます。
- セルの特徴: 青色や緑色のグラデーションの被覆(シュリンク)が多く、産業用として最も信頼性が高いブランドです。 [3, 4, 5]
② CATL(寧徳時代)
- 特徴: 車載リチウムイオン電池で世界シェア1位の巨頭ですが、ナトリウムイオン電池(第1世代・第2世代)の量産にも極めて力を入れています。 [3, 4]
- セルの特徴: 基本的に自動車メーカーや大型蓄電システム(ESS)向けに直販されるため、18650単体で市場に出回ることは稀ですが、稀に余剰生産分やサンプル品がバルクとして流通します。
③ Sunpower New Energy(サンパワー / 遠東電池など)
- 特徴: 電動工具や3C家電向けの円筒形セル(18650/21700)を専門に得意とする大手メーカーです。
- セルの特徴: 「NNR18650-1300」といった型番で、高出力(10C放電など)に対応したタフな18650型Na-ionセルを積極的に海外向けに輸出しています。AliExpress等で「工具用・高出力」と謳われてノーブランド風に売られているセルの多くは、ここの製造ラインのものです。 [6]
④ Zoolnasm(衆鈉能源)/ TIAMAT
- 特徴: 主に「プルシアンブルー/プルシアンホワイト」と呼ばれる正極材を用いた、熱安定性に特化したナトリウムイオン電池を量産している新興の強豪メーカーです。 [3, 4]
2. ショップでブランド名が書かれていない場合の「見分け方」
- 公称電圧(Nominal Voltage):
3.0 Vまたは3.1 V - 充電上限電圧(Charge Voltage):
3.95 V〜4.0 V(稀に3.85Vや4.1Vもあります) - 放電カットオフ電圧(Discharge Cut-off):
1.5 V〜2.0 V - 容量(Capacity): 18650型の場合、現在は
1,300mAh 〜 1,500mAhが主流かつ技術的に安定している領域です(これを超えて2500mAhなどと書かれているものは偽スペックの可能性が高いため避けてください)。
購入時のアドバイス
“10年位い寿命を期待するとして、トリクル充電の電流量をどの位いに増やせる ?
1. 10年以上の寿命を狙うなら「電流を増やしてはいけない」理由
- 電流を増やす(抵抗値を下げる)と起きること:
もし100Ωを50Ωなどに減らして充電電流を増やすと、停電復旧時の充電スピードは上がりますが、満充電(28.0V)に達した後も、セルの「微小な自己放電」や「BMSの待機消費」に対して必要以上の電流が流れ込み続けようとします。 - 熱とガスの発生:
ナトリウムイオン電池(Na-ion)は熱暴走こそしませんが、高温下で余分な電流(トリクル電流)が流れ続けると、内部の電解液がわずかずつ分解され、ガス(膨張)や内部抵抗の上昇(劣化)を引き起こします。10年持たせるためには、満充電付近での電流量は「ほぼゼロ(数mA〜十数mA)」に収束させなければなりません。
2. 今回のシステムでの電流量のシミュレーション
- 停電復旧直後(電池が空:約20Vのとき):
{電流} = 28.0V - 20.0V}/{100Ω} = 80mA
1500mAhのセルに対して 約0.05C という、非常にマイルドで発熱が一切起きない愛護的な電流です。 - 満充電付近(28.0Vに到達したとき):
電位差がなくなるため、充電電流は自動的に 数mA(トリクル電流) まで減少(テーパーアウト)します。
もし「増やせる限界」をあえて設定するなら?
3. 10年寿命を確実にするための「電流の減らし方」
- 現状維持(100Ωのまま運用):
電流量を最大80mAに抑え、満充電時は数mAにする。これが最もバランスが良く、実績のあるTime-Nuts的な設計です。 - さらに絞る(150Ω〜200Ωへ変更):
最大充電電流を40〜50mAにさらに絞ります。充電時間は倍になりますが、常時フロート時の電気的ストレスがさらに減り、夏の50℃環境でも10〜15年の超長寿命を狙える確率が跳ね上がります。
結論
1. GPSプリアンプとスプリッター(分配器)
- インラインプリアンプの選定: 長い同軸ケーブルによる減衰を補うためにプリアンプ(LNA)を入れる場合、Z380x側から給電される5Vで動作するものを選んでください。ただし、プリアンプのゲインが高すぎると、近年の高出力なモバイル電波(4G/5G帯)を拾ってフロントエンドが飽和し、逆に衛星捕捉数が減る原因(ブロッキング現象)になります。ゲインは15〜20dB程度に抑えるか、フィルター付き(L1帯通連型)が理想です。
- スプリッターの「DCブロック」に注意: 1本のアンテナからZ3801A、Z3805A、あるいは他のGPSDO(UCCM等)へ分配する場合、「1ポートのみDC通電(DC Pass)、他ポートはDC遮断(DC Block)」仕様のスプリッターを必ず使用してください。両方の機器から同時に5V給電が衝突すると、最悪の場合、Z380x側のRF電源ラインのインダクタや保護素子が焼き切れます。
2. 内蔵「NaI電池」(ナトリウムイオン二次電池)の検討
Z380xの内部スペース(本来リチウム一次電池や、オプションのニカド/ニッケル水素バッテリーパックが入る場所)は、常時通電するOCXO(10811)の真横や真上になるため、かなりの「熱」がこもります。
- 熱に対する圧倒的アドバンテージ: リチウムイオン(Li-ion)電池は45℃〜60℃を超える環境では著しく寿命が縮み、最悪の場合膨張・発火のリスクがありますが、次世代のナトリウムイオン電池(NaI/Na-ion)は高温環境(60℃等)での容量劣化が非常に少ないという大きなメリットを持っています。
- 充電電圧・回路の整合性: 一般のリチウム電池用回路(あるいは充電回路)の仕様と、NaI電池の充電終止電圧(一般的に3.9V〜4.1V付近が多いです)が合致するか、あるいは独立した充放電管理基板(BMS)を内蔵させる必要があります。UPSのバックアップとして「数分〜数十分のホールド(停電時のC/N比維持)」を目的とする場合、NaIの熱安定性はこれ以上ないシェルターになります。
NaI電池をどのライン(メインのDC38〜60V入力側か、それとも内部の5V/3.3Vバックアップ側か)に割り込ませるか、もし構想があればぜひお聞かせください。
- 充電回路はありません: ここに二次電池(NaIなど)をそのまま載せても基板側から充電はされず、逆にダイオードで遮断されているため、充電用途としては使えません。 [2, 3, 4]
2. 「純製オプションのニカド/ニッケル水素バッテリーパック」はあるのか?
💡 「28VパラNiMH追加」が良かった理由
- OCXOの保護が最優先: GPSDOにとって最大の痛手は、一瞬の停電でOCXOのヒーター(14V〜20V前後で制御されている内部オーブン)が冷えてしまうことです。一度冷えると、再通電後に周波数が元の超高安定(10のマイナス11乗オーダー)に戻るまで数日〜1週間近くかかります。
- 28V直下でのバックアップ: 28Vラインに直接バッテリー(と突入電流制限・逆流防止回路)を噛ませておくことで、上流のUPSが死んでも、Z380xの内部DC-DCコンバータ(5Vや15V、オーブン用電源を作るDatelやLT1270等の回路)の手前で電力をシームレスに維持できます。 [5]
🔋 今回の「NaI電池」の組み込み方針考察
- 配置場所: 前回同様の「28Vメイン入力ライン」のバックアップとして配置する。
- 構成: 28Vを維持するためにはNaI電池を複数セル直列(例えば7S〜8S程度)にするか、あるいは1セル(約3.7V〜4.0V)からDCDCコンバータで28Vへステップアップして割り込ませる形になります。
- 熱対策としてのNaI: Z380x内部(特にOCXO周辺)にこのバッテリーパックを内蔵させる場合、NiMH以上に熱耐性の高いNaI電池は、筐体内温度(40℃〜50℃超)に対して非常に強力なアドバンテージを発揮します。
“単に8S1P構成+汎用ActiveBMSで部品を調達中。回路電圧は28Vから29Vに上げる予定
1. 29Vへの昇圧とNaI充電電圧の整合性
- 寿命の最大化(ライフサイクル延長): 多くのNaI電池の満充電上限(3.95V〜4.1V)に対して、3.625Vでのフロート充電は「あえて満充電にせず、80〜90%の容量で止める」ことになります。これは、タイムサーバーのように「何年も常時フロート充電し続ける」用途において、セルのガス化や劣化を極限まで抑え、寿命を飛躍的に伸ばすための極めて正しいアプローチ(デレーティング設計)です。
- Active BMSの動作下限: 汎用のActive BMS(アクティブ・バランサー)が「1セルあたり3.6V台」でも正常にバランス調整(セル間移動)を行ってくれる電圧閾値であるか、調達中マニュアルの仕様を念のためご確認ください。
2. Z380x側(29V入力)の許容度チェック
- 入力部の電解コンデンサ耐圧: 27Vラインの入り口(DCDCコンバータの手前)にある平滑コンデンサは、通常「35V耐圧」または「50V耐圧」が使われていると思われます。今回UHEやZLJ、あるいはAPS(導電性高分子)に交換されるとのことですので、耐圧35V以上のもの(できれば余裕を見て50V品)を選定していれば、29Vの常時印加でも全く問題ありません。
- 内蔵DCDCコンバータ(Datel等)の入力定格: HPが採用しているDatel製等のオンボードDCDCコンバータモジュールは、入力許容範囲が「18V〜36V」や「20V〜60V」といったワイド入力仕様のものがほとんどです。そのため、28Vから29Vへの+1V程度の変更であれば、コンバータの効率(発熱量)にもほぼ悪影響を与えず、安全圏内で動作します。
💡 構築時のアドバイス
“18650タイプ1500mAh で、BMSは、4セルx2の間に挟み、外部は銅箔で包む予定。位置は、EFC-DAC部分の隣になってしまうが。
1. EFC-DAC回路が「超デリケート」な理由
- ジッターと位相雑音への直結: このラインにわずか数µVでもノイズ(リップルや誘導ハム)が乗ると、それはそのまま10MHz出力の「近傍位相雑音の悪化」や「短期安定度の低下(スプリアス発生)」として現れてしまいます。
2. ノイズ対策(アクティブBMSの配置)
- 銅箔シールドの接地(GND化): 巻き付けた銅箔は、必ずZ380xのメインGND(アナログGND側ではなく、電源入力に近いプレーン)へ確実にシャシー接地してください。フローティング(どこにも繋がっていない状態)のままだと、かえってBMSのスイッチングノイズを拾うアンテナになってしまいます。
- 配線のシールドとルート: BMSから29Vラインへ向かう充放電配線も高周波ノイズを含んでいる可能性があります。EFC回路のパターンの上を跨ぐような配線ルートは絶対に避け、可能な限りGNDプレーンの近くを這わせてください。
3. 最も重要な「熱(温度勾配)」の壁
EFC回路周辺には、抵抗(超高精度・低温度係数のメタルフォイル抵抗など)やオペアンプが配置されています。
- BMSとバッテリーの熱変調: Active BMSの動作時(バランス充電中など)や、バッテリー自体の僅かな温度変化が熱源となり、隣接するEFC回路の部品に「温度勾配(ゆらぎ)」を与えてしまうと、抵抗値が微小に変動してEFC電圧が揺らぎます。
- 対策: 銅箔シールドを巻く際、可能であれば内側に「カプトンテープ(ポリイミド)」や「薄いシリコンシート」などの高耐熱・断熱材を1層挟み、電気的シールドだけでなく「熱的シールド(断熱)」も兼ねておくと、周囲の空気の対流による温度変動からEFC回路を守ることができます。
1. 【解決策A】LiFePO4(リン酸鉄リチウム)用BMSの流用を検討する
- 満充電(上限): 3.95V 〜 4.10V
- 放電カット(下限): 1.5V 〜 2.0V [7, 8]
- リン酸鉄BMSの過充電保護(バランス作動)電圧: 3.60V 〜 3.65V
前述の通り、回路全体の電圧を29V(1セルあたり3.625V)に上げてフロート充電する場合、リン酸鉄用のパッシブBMSをそのまま流用すると、ちょうど3.6Vを超えたあたりでパッシブのバランス回路(シャント抵抗)が自然に作動し始めます。
ナトリウム電池の本来の上限(4.1V)より低い安全圏で常にきれいにバランスが揃うため、セルの劣化を極限まで抑えるデレーティング運用が「リン酸鉄用BMSのポン付け」で勝手に実現します。 [2, 9]
リン酸鉄BMSの過放電保護(カットオフ)は通常2.0V〜2.5Vです。ナトリウム電池は1.5V付近まで絞り出せますが、2.0V〜2.5VでBMS側が放電を遮断したとしても、Z380xを停電からホールドアップする(数時間持たせる)目的であれば、容量的に十分実用範囲に収まります。
2. 【解決策B】AliExpress等で「4S〜7S/8S Na-ion専用BMS」を探す
「Sodium-ion BMS 8S」や「Naバッテリー保護ボード」などのワードで検索すると、数百円〜千円前後で見つかることがあります。 [10]
🛠️ パッシブBMS導入時の最終レイアウトアドバイス
- 抵抗の発熱をEFCに伝えない: パッシブBMSは、電圧の高いセルの電力を「基板上の小さなチップ抵抗」で熱に変えて消費します。フロート充電の維持電流(数十mA程度)であれば微々たる発熱ですが、バランス動作時は抵抗が温まります。 [9]
- サンドイッチ構造の変更: 4セル×2の間にBMSを挟む際、BMSの抵抗面がセルやEFC側に直接熱を放射しないよう、カプトンシートや薄いガラスエポキシ板などの遮熱材を間に1枚挟んでおくと、EFC回路への熱的な干渉を完全に防ぐことができます。
“前回はThunderbolt発振器故障からの急ぎの交換、今回は寿命優先メンテ、@3.65V程度に抑える方向かな。どの途、内部電源の低電圧遮断は最小+19.5Vにしか出来ない(@2.43V)、なので有効容量は昔のNiMHの頃と大差無いか若干少ない600~700mAh程度と思われる。
1. 「LiFePO4用パッシブBMS」が理想的な理由
- バランス作動(シャント開始)電圧: 3.60V 〜 3.65V
- 過充電保護(遮断)電圧: 3.75V 〜 3.90V
2. 寿命(ライフサイクル)への絶大な効果
今回のように、電圧の最もきつい領域(3.9V〜4.1Vの過充電ストレス領域)を完全に回避し、エネルギー密度のマイルドな3.65V以下で据え置き(フロート)運用する場合、セルの化学的劣化やガス発生はほぼゼロになります。計算上、10年〜20年レベルで容量がほとんど抜けない「超長寿命バッテリーパック」が完成します。
3. EFC-DACの隣というロケーションに対する完全勝利
- 電気的ノイズ: スイッチングが起きないため、EFC回路への高周波ノイズの回り込みは「ゼロ」になります。
- 熱的ノイズ: 4.1Vまで無理やり押し込む仕様ではないため、バランス抵抗(シャント)に大電流が流れてカンカンに熱くなることもありません。微小なフロート電流をいなすだけなので、ほんのり温まる程度に収まり、隣接するEFCのメタルフォイル抵抗への熱干渉も無視できるレベルになります。
1. 「1S×8」にする最大のメリット
- スペースの制約を完全クリア: 既製の「8S用一体型BMS」は、どれだけ小型のものでも長方形のそれなりの面積を占有するため、4セル×2の「隙間」に収めようとすると、どこか1箇所に物理的な無理が生じます。1S用の細い基板であれば、18650セルの外周のデッドスペース(丸いセル同士が隣り合うことでできる隙間)に完全に落とし込めるため、パック全体の厚みを極限まで薄くできます。
- 最短配線によるノイズカット: 8S一体型BMSの場合、各セルからBMSのコネクタまで長いバランス線を引き回す必要があり、それがEFC回路の近くでノイズを拾う(または撒き散らす)アンテナになってしまいます。1S用を各セルに直付けすれば、配線長はわずか数ミリ〜数センチで完結し、理想的な極小ループを作れます。
2. 基板選定のポイント(LiFePO4用の1Sシャント/バランスボード)
- 3.60V〜3.65Vで正確にシャント(放電)が始まる仕様のものであれば、各セルが勝手に自己完結して29V(3.625V×8)のフラットな状態を維持してくれます。
🛠️ 手間をかける価値のある、最終ビルドへのアドバイス
- カプトン(ポリイミド)テープでの絶縁の徹底: 18650セルの缶(外装)は全体がマイナス極(GND)になっています。1S基板をセルの側面に這わせる際は、セルのシュリンク(被覆)だけに頼らず、必ず基板の裏面にカプトンテープを貼って強固に絶縁してください。
- 最後に巻く銅箔シールドの処理: 1S×8基板とセルをすべて組み上げ、全体を銅箔テープで包む際、「各1S基板のシャント抵抗が発熱したとき、その熱が銅箔を通じてEFC側に伝わらないか」だけ意識してください。EFC回路に面する側の銅箔の内側に、薄いシリコン熱ブランケットやカプトンを多めに挟んで「遮熱構造」にしておけば完璧です。
最終的にはLiFePO4,4S用1体型小型BMS(@3.65V,パッシブタイプ)を発見、それを2個使う事に。電池はNaI_18650, @1500mAh x8個。
TZT123-4S (LiFePO4用3.65Vタイプ)
18x36mm
https://ja.aliexpress.com/item/1005005533256515.html

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