リチウムイオン電池に交換（効果検証）

　さて、補機電池のリチウムイオン電池Warriorへの交換による効果を検証してみます。期待される効果としては、

1. 軽量化
2. 起動安定化
3. バッテリ上がり防止
4. 燃費改善

が挙げられます。では、これらについて順に検証していきます。

　まず軽量化については、当然、鉛電池との重量の差分が軽量化分となります。軽量化は絶対正義です。鉛電池とWarriorのそれぞれの重量を計測しました。


Warriorは4.2kgで鉛電池は12.8kgでした。その差は8.6kgとなりました。補機電池を交換するだけでこれだけの軽量化効果が得られます。その結果、後輪サスペンションの沈み込み量がかわるのでこれを比較してみました。
交換前：フェンダー上端地上高64.3cm

交換後：フェンダー上端地上高64.6cm

うーん、正直、あまり違いが出ませんでしたね。ついでに大きさ比較の写真も載せておきます。


　次に、起動安定化とバッテリ上がり防止ですが、冬の間も特に問題なく始動できました。交換前の鉛電池では、気温が低いときに始動するとインパネの表示が暗くなったりちらついたり、一回では起動できずに何度か始動ボタンを押すことになったりしましたが、交換後はそんなことはまったくありませんでした。この点は狙い通りの効果で大満足です。

　最後の燃費改善についてですが、Warriorの発売元のプロテクタさんでは主にこの効果を謳っています。ただ、これは通常のガソリン車での話で、そのままHVにも当てはまるかはわかりません。そこで、一ヶ月ほど走って実燃費を測ってみました。燃費計測は気温や走行距離で左右され厳密に実施するのは難しいのですが、今回は実走行データをもとに温度補正を加えて27℃相当に換算してなるべく公平に比較できるようにしてプロットしました。トリップとは一回の使用開始から終了までの走行を指します。

これを見る限り、明確な燃費の違いは無さそうです。プリウスは普通のガソリン車と違ってオルタネータではなくDC/DCコンバータで補機電池への定電圧充電を行っています。オルタネータの方がエンジン負荷に直接影響が出やすいのかもしれません。軽量化による燃費改善もありますが、8kg程度では変化は少ないでしょう。

　もう一つ、心配な点があってそれは長期放置したときに電圧が維持できるか、と言うことです。最近の自動車ではスマートキーやセキュリティ機器等が増加しており駐車中でも消費する電流が増えております。そのため補機電池が弱ってくると、駐車中に電圧が低下して起動できなくなることがあります。
　リチウム電池で鉛電池に等価の容量といっているのは、エンジンのクランキング時に必要な電流を供給できるかどうかで決まっています。リチウム電池は鉛電池に比べて大電流放電特性が良いのでより小さい容量で同じ電池電流を供給でき、鉛電池のおおよそ3倍の容量に相当します。つまりリチウム電池は実容量が3分の1しかないということです。ところが、長期放置では微小電流が流れつづけるのでほぼ実容量で効いてくることになり、リチウム電池は不利と思われます。
　で、実際に一週間ほど放置してみましたが、この程度ではまったく問題ないようです。ということで、特に短いということもなく安心して使えそうです。

　以上、リチウムイオン電池Warriorへの交換とその検証でした。まとめると、少々高価ではありますがプリウスの場合は標準の鉛電池も、もともと高価なので差額は相対的に小さくなります。そして、電圧が高めになるので総じて動作が安定になります。一般的にはオーディオの音質が向上するとか言われてますが、僕には？です。軽量化は確かですが、量的にはわずかです。燃費改善の効果も今のところ明確ではありませんでした。あとは、長寿命で交換頻度が減ることが期待できます。
　強くお勧めとは言えませんが、寒冷地ユーザー等でバッテリ上がりを回避したい人は検討してみてはいかがでしょうか？

リチウムイオン電池に交換（交換作業）

　前回入手した12V鉛電池互換のリチウムイオン電池「Warrior」を今回いよいよ交換・車載します。

！！注意！！　このブログは改造を推奨するものではありません。改造を行う場合は各自の責任において行ってください。改造により損失を被ってもブログ著者またはブログプロバイダは一切責任を負いません。

　補機電池の交換を行う上で気をつけないといけないのは、補機電源が遮断されることで制御装置に記憶されているいろいろな情報がリセットされてしまうということです。オーディオのチャネル設定からパワーウィンドウの当たりまでです。できればリセットされないようしたいですね。人によっては、システムREADY状態で作業することを提案していることもありますが、作業中にエンジンがかかったりするのであまりお勧めしません。その代わりにバッテリ充電器を利用をお勧めします。ホームセンターとかで売ってる普通の奴で充分です。では、他に、Tレンチやスパナを用意して作業スタート！

　まず、充電器のケーブルをフロントのエンジンルーム内の救援用ジャンプケーブル端子に接続します。



救援用端子はエンジンルームの右手奥のヒューズボックス内にあります。この写真は蓋を開けたところ。



赤いのが救援端子のカバー。これを開けると中に端子があります。ここに正端子の赤いクリップを噛ませます。



負端子側はボディのどこかにつないでおきます。一般的にまず正端子をつないでそれから負端子側をつなぐのが正しい手順とされていますが、これは直接補機電池の端子につなぐ場合を想定してのことなのでプリウスの救援端子に限って言えば気にする必要はありません。

　今回は充電器を利用しましたが、なければ別の車の補機電池とつないだり、余ってる補機電池単体を使ってもできます。記憶のバックアップだけなので大して電流は使いません。

　では、作業に入ります。まずはリヤの荷室のフロア板、物入れトレイ、補機電池の上のカバーをすべて取り外します。すると補機電池が見えて取り出せるようになります。



ここから、電池の取り外しを始めます。写真は正端子の赤いカバーはすでに外してます。



正端子を外します。外した端子は短絡しないように気をつけましょう。ボディーに触れると短絡します。正式には絶縁テープを巻きますが、簡単に、厚手の紙袋等をかぶせて抜けないように口を縛っておいても良いです。



ステーを外すのにボルトを外さないといけないのですが、これの位置が深いのでちょっと困ります。長いTレンチがあればいいのですが、あいにく僕は持ってませんでした。仕方なく手前の邪魔なブレーキコントロールユニットを外します。



これで、無理せずにステーを外せます。



やっと外せました。



ちゃんとスペースに収まりました。アース線はあらかじめ端子に取り付けておきます。その方が楽でしょ。プラスとマイナスを間違えるなよ。



プラス端子は、ステーに固定しないといけないので、プラス端子とステーの距離をあらかじめ合わしておかないといけません。



ダクトも元に戻してできあがり。もちろん、外した内張りも元に戻します。

これで、作業は完了です。

交換後の感想は次回に。

リチウムイオン電池に交換（購入）

　さて、前回は補機電池を鉛電池からリチウムイオン電池に変えようということで、現在、市販されている鉛電池互換リチウムイオン電池の情報収集を行いました。そして、それぞれ比較した結果、Warriorを選定しました。

　そもそもなぜ補機電池の交換を行うのか再度確認します。僕の動機としては下記になります。

1. 使用中の補機電池が弱ってきた
2. 補機電池の強化をしたい
3. 車体の軽量化をしたい

それでは、購入するところから説明していこうと思います。

　Warriorは、プロテクタさんで取り扱ってます。通販でも買えますがリアル店舗も行けない距離ではなかったので、直接お店にお邪魔して購入することにしました。



青い看板が目印です。このお店はカーセキュリティ関連で独自の製品を販売しており注目されています。



店舗は愛知環状線大門駅のすぐそばにあります。

　事前に連絡しておいてあらかじめ準備していただいていたので、購入はスムーズに運びました。それだけでなく、特別に中身を見せていただきました。社長と少しお話させて頂いていて、中身の構造に興味があると申し上げたら、蓋を開けて見せて下さり、写真も撮らせてくれました。社長さん有難うございました。そもそもこのWarriorはセルや基板が故障した時は故障部品を交換することで修理ができるとのことです。また、端子の正負の位置も使用する車に合わせて入れ替えられるそうです。そのために蓋が開くようになっています。普段は蓋にシールがしてあり、このシールを切ると保証対象外になります。



青いのが電池セルで8本内蔵されてます。セルはリン酸鉄系のリチウムイオン電池なので、定格電圧は3.3V程度になります。これを4直すると13.2Vとなり、ちょうど12V付近になります。さらにこれを2パラにして容量を増やしています。



この制御基盤で、充電ばらつき緩和、過放電時回路遮断とリセット動作を管理しています。6個並んだFET（黒い四角いネジ留めされた部品）が並列になって回路遮断しているようです。

　今回は自分で交換したかったので、現物を持って帰りました。もちろん希望すれば、お店で交換作業もしてもらえます（と思います）。



持ち帰ったWarriorの外箱です。



外箱のラベルです。台湾製だと分かります。



Warriorの外観です。紫のトップが派手ですね。



本体トップのラベルです。外箱のラベルと同じですね。
端子は真鍮製です。正端子と負端子にそれぞれ「＋」と「－」の刻印があります。



電圧を測ってみました。購入時に満充電してくれたとのことですので、ほぼ満充電状態だと思います。15Vなので、普通の鉛電池よりはやや高めですね。

長くなったので、交換作業は次回へ。

リチウムイオン電池に交換（調査・選定）

　今回、新しいプロジェクトを起動します。それは、「プリウスの電池をリチウムイオン電池に交換」です。

　電池って、駆動用のNiMH電池ではなくて…。12Vの鉛電池、いわゆる補機電池の方です。気を持たせる書き方をしてしまって、ごめんなさい、ごめんなさい。あ、でも、きっと興味深い内容だと思いますので、ぜひ続きも読んでいってください。

　さて、プリウスにおいて補機電池は、システム起動時のコントローラの電源、そして通常時のオーディオや灯火類の電源として使われています。そして、READY時にはDC/DCコンバータを介して駆動用高圧電池から充電されています。ちなみに、普通のガソリンエンジン車ではエンジン始動のクランキングに使われ、エンジンで駆動されるオルタネータにより充電されます。プリウスではエンジンの始動は駆動用高圧電池で発電機を使って始動するので、補機電池の負荷は少ないと思われます。とは言え、補機電池が放電しきってしまうとシステム起動ができなくなるので、動けなくなると言う点ではプリウスもガソリン車も変わりません。

　エンジンのクランキングはありませんが、電動パワステやブレーキブースタ等の高負荷のものが多くあるので、冬場のシステム起動では失敗することがあります。こんなことが頻発するようになると補機電池の替え時でしょう。

　プリウスユーザの多くは補機電池を交換しようとして大抵驚きます。電池の代金が3から4万円ぐらい、工賃入れると高いところで6万円程度の見積りが出てくるからです。普通、電池代金は1万円前後が相場ですからこれはビックリして当然でしょう。これは、プリウスの補機電池が特殊な構造で高価なのが理由です。ではなぜ特殊なのかというと、補機電池の設置場所に理由があります。歴代のプリウスはリヤのラゲッジスペースの床下に設置されています。ここはエンジンルームとは違い、室内と同じ扱いになります。そうすると、電池からのガス発生を避けなければいけません。しかし、鉛電池は原理的に水素ガスの発生が避けられません。そこで、電池にガス抜き穴を設け、そこにチューブをつないで発生ガスを直接車外に放出する構造になっています。この構造は一般の車両用の電池にはありません。というわけで、プリウス専用となり価格が高くなるのですね。

　で、高額な見積りに驚いたプリウスユーザは他の手段を検討します。たとえば、

1. ネット通販でプリウス専用バッテリを安く購入して自分で交換する。
2. 一般車向けの安い電池で済ませる。
3. 高性能電池に変える。

こんなとこでしょうか？これらのうち、1.は、一番真っ当ですね。ただし、正しい手順を踏まないと電池を短絡したり、車両情報が初期化されたりして不都合が生じる恐れがありますので、よく分からないで手を出すと困ったことになるかもしれません。2.はあまりよくありません。滅多にないとは言えガス発生の危険があるので、安いからと言って安易に一般車用を流用するのはやめましょう。で、最後の3.ですが、どうせ高額を支払うなら、と高性能の互換補機電池を選ぶという道もあるでしょう。今回はこれの検討をしてみようということです。

　では、世の中のプリウスユーザはどんな高性能電池に交換しているのか？ということで、大々的調査を慣行しました（Googleで検索しただけです）。すると、数は多くないけど、オプティマバッテリやオデッセイバッテリに交換した例が見つかりました。調べてみると、こういった事例では交換する動機としてはオーディオの増強、音質の改善を狙ったもののようです。

　さて、僕はオーディオの強化より純粋に補機電池の強化と軽量化に興味があります。オプティマもオデッセイも高性能ですが鉛電池なので、軽量化の効果はありません。それどころか、電池の能力強化のためにより重量のある電池を選択している例が多いです。
　軽量化にはリチウムイオン電池を採用するのが良いと思われます。調べてみると12V鉛電池互換のリチウム電池がいくつか発売されていることがわかりました。現時点で国内で入手可能なものを調べて表にまとめてみました。だいたいプリウス標準バッテリに近い仕様で、交換できそうなものを選びました。
2013年10月の時点での調査結果です。情報は変化する場合がありますので、必要に応じて各自調べて下さい。

名称	容量	重量	サイズ（WxDxH）mm	BMS	対象	価格	その他特徴
プリウス標準バッテリ	36AH	12.8kg	240x129x203	なし	プリウス専用	29000円
バリスティック	28AH	1.6kg	115x115x112	なし	二輪車	38000円
Skyrich	21AH	2.15kg	179x167x73	あり	二輪車	33900円	インジケータ付
アンチグラビティ	20AH	1.6kg	115x80x125	なし	二輪車	52500円
アリアント	55.2AH	3.24kg	148x134x140	あり	二輪車	114000円	自動車用端子付属
SHORAIバッテリ	36AH	2.19kg	166x86x155	なし	二輪車	37800円	自動車用端子別売
Warrior	70AH	4.5kg	189x128x225	あり	自動車	60000円	過放電防止回路&リセットスイッチ付
ブラエル	36AH	1.7kg	147x86x108	あり	自動車	114400円

※BMS：Battery Managiment System。充電管理回路。
※容量は鉛電池換算で、鉛電池の定格容量の3倍。
※URLは正規国内販売店。無い場合は製造元を提示。

これらの中から、総合的に判断してWarriorを購入することにしました。

　次回以降、プリウスの補機電池交換を実施した様子を書こうと思います。