LiPo安全マニュアル

2006年10月11日  Hiro, ep-plane.com

LiPoバッテリーの発火や爆発などの事故が報告されている事から、LiPoが非常に軽くてパワフルなバッテリーである事を知っていながらも導入には躊躇されている方が多いのではないかと思います。

また、既にLiPoを使われている方の中には

「充放電時の電流さえきちんと守っていれば発火するような事は絶対に無いだろう」

と考えられている方もいらっしゃるかと思いますが、この１年半程の間に３０種類あまりの色々なLiPoバッテリー製品を使ってきた私の経験から言わせて頂きますと、この考え方は危険です。
例え充放電時の電圧や電流を正しく守っていても、LiPoバッテリーパックはコンディションの悪い状態のままで充放電してしまいますと、一部のセルに負担が集中してそのセルが膨らんでしまいます。　場合によっては発火する事もあるのではないかと思います。

しかし少しの手間をかけてあげるだけで、LiPoが異常な状態になっている事を充電や放電を行う前に発見して発火という最悪の事態を予防する事が可能だと思います。
その手法を皆さんに知って頂きLiPoによる事故を防いで頂こうというのが本マニュアル作成の主眼であります。

あくまで私個人の方法論ですので、「これが完璧でこれがすべて」 という訳ではないと思いますが、特に技術を要するような難しい作業は何も無いと思いますので、LiPo初心者の方などはこのマニュアルをプリントアウトして充電時やフライト時など、LiPoに触れる際には繰り返し参照し、実行されると良いのではないかと思います。

このマニュアルが皆様のLiPoを使ったパワフル＆セーフティフライトのお役に立てれば幸いです。

改訂履歴：
2005/1/23	初版
2005/2/18	満充電保管への注意を追加
2005/7/24	間違いを修正: 「表４ フライト後のLiPo電圧」の２セル推奨値が8.4Vとなっておりました。 正しくは7.4Vです。
2005/9/1	1C未満の低い電流での充電についての記述を訂正
2006/10/11	LiPoバッテリー専用の電圧計 CellMeter-4 を開発。 発売開始しました。

　

免責：

このマニュアルに書かれている手順に従ってLiPoを扱った結果、人災や物品破損等の事故が発生したとしても Hiro　及び ep-plane.com はそれらの事故に対して何らの責任も負いません。 その旨承諾された方のみ、マニュアル内の手順を実践して下さい。

　

LiPo販売メーカー様、ショップ様へ：

本来ならばこの様な利用マニュアルは、私の様な単なる１ユーザーからではなく、LiPo製品の販売メーカーやＲＣショップなどが提供すべきものであると考えます。　もし最初からそのようにして頂いたならば、過去の発火事故も防げたものがあったのではないかとも思います。 もし本マニュアルの内容がLiPoの事故防止の為に有用であると判断して頂いた場合には、商用かどうかを問わず、本マニュアルの一部あるいは全部をコピーし、掲載あるいは商品への添付等を行って頂いて構いません。　ただしその際には今後の内容訂正や追記の可能性を考え、    http://www.ep-plane.com/  のURL表記、及び上記の免責事項を含めて下さい。

例えば以下の様な充電器を流用する事は不可能です。

NiCd（ニッカド）やNiMH（ニッケル水素）用などの充電器

リチウム系２次バッテリー（LiPo（リチウムイオンポリマー）／LiIo（リチウムイオン））と、ニッケル系２次バッテリーでは、満充電の検知方法がまったく異なります。　もしニッケル用の充電器でLiPoを充電してしまいますと満充電をまったく検知できず必ず過充電となり、最悪の場合は発火／爆発します。

ラジコン用ではないLiPo充電器

パソコン用や携帯端末用、あるいはビデオカメラ用の充電器などは、例えLiPo専用であっても使用できません。
通常、ラジコン用途以外のLiPoバッテリーパックには電圧監視回路が内蔵されており、多くの場合LiPoの充電器機能はそのパック内の回路側に含まれています。
充電器側は「充電器」とは言っても単なるＡＣアダプタとしての機能しか持っていない事が多く、もしこれで電圧監視回路が内蔵されていないラジコン用のLiPoを充電してしまいますと過充電となり、最悪の場合は発火／爆発します。

LiPo専用充電器の価格は安く、３千円くらいからあります。
コンピュータやLCD画面が内蔵されている高価な充電器でも、まるでＡＣアダプターの様な安価な簡易式充電器でも、充電器としての基本性能に大差はありません。　NiCd/NiMHと違い、高価な充電器で充電したからといって、フライト時に大きなパワーを出せたりですとか、バッテリーの寿命が延びたりですとか、その様な違いは出ません。

ただし、充電中の電圧や電流、充電された積算電流量が画面で確認できるものとできないものでは、バッテリー管理のしやすさや安全性の面で差が出てくると思います。　少し値が張りますが、私は画面付きの充電器を使われる事をお勧め致します。

LiPo対応充電器の例

デジタル式のテスターは、安い物では￥１，０００くらいから売られていますが、それらで十分です。
アナログ式のテスターは、校正がきちんと行われている高級品でない限りはお勧めいたしません。
デジタル式でも購入してから数年以上経過したもので校正を行っていないものは誤差が大きくなっている可能性があります。LiPoは０．０１Ｖ単位で電圧を確認する必用がありますので、古いものをお持ちの方は校正に出すか、あるいはLiPo専用に安い新品を買ってしまった方が良いかと思います。

\1,000〜\2,000程度の安いテスターの例：
こんな安物で十分ですので、もし持っていない方はLiPo導入と同時に買ってしまいましょう。

プロペラやギア比などを自分で変更した場合などは、フルスロットル時にどれだけの電流が流れるかを実際に測定して確認する必用があります。　もし最大許容電流を越えた電流で動作させようとしますと、モーターやアンプやバッテリーがオーバーヒートで壊れしまったり、あるいは最悪の場合は出火する事もあります。

多くのテスターにも電流計機能が備わっていますが、最大電流がミリアンペア単位だったり、あるいは多少大きな電流が測れるものでも電流計の内部抵抗が大きいために実際のフライト時よりも少ない電流が表示されてまうといった場合がほとんどです。　従って一般的なテスターは電流計としては流用できませんので、少し値が張りますが現実的には下記のいずれかが必用となってきます。

• ＤＣクランプメーター（直流用非接触電流計）
  
  
  共立電気計器 キューメイト2000/2001 など
  
  
  
  使用例：　バッテリーとアンプの間の電線のどちらか一本を挟むだけで電流が測れます。
  （電気が流れると必ず磁力が発生します（フレミングの左手の法則）ので、その磁力の大きさを検出して電流値として表示しています）
  
  
  
• ラジコン用途向け多機能メーター
  

  AstroFlight Super Watt Meter

  RC Electronics Watt's Up

  
  使用例： バッテリーとアンプの間の電線に電気的に挿入する事で、電圧、電流、積算電流量、電力などを同時に表示してくれます。

左側の大きなケースはカイロと一緒に入れてLiPoを保温しておく為のもの。
右側のいくつかのケースは各LiPoのサイズに合わせてこの素材を切り張りして自作したもので、この中にLiPoを入れてから機体に搭載ます。 冬場に３セル以上のパックを裸で機体に搭載してしまいますと、外側のセルと中央セルの温度差のためにセルのバランスが大きく崩れてしまい、飛行中に外側セルだけ膨らんでしまう事もあります。

もしLiPoの開放電圧が表１の範囲内に無い場合は、LiPoになんらかのトラブルが発生している可能性があります。　

絶対にそのまま充電せずに、LiPoの扱いに詳しい方や販売メーカーなどに相談して下さい。

表１ LiPoの正常な電圧範囲

セル数 電圧範囲 単セル 3.30V〜4.22V ２セルパック 6.60V〜8.44V ３セルパック 9.90V〜12.65V ４セルパック 13.20V〜16.85V

何故電圧が低い時に充電を開始してはいけないのかと言いますと、もし電圧が表１の下限よりも低くなってしまっている場合、その原因は単なる過放電である事よりも、むしろパック内の一部のセルが故障してしまっている為である可能性の方が大きいからです。

仮に電圧が低い原因が単なる軽い過放電であり、バッテリーパックに含まれているすべてのセルが同じくらいの電圧で一様に低いのであれば問題ありません。　通常通り充電しても良いと思います。
しかし私の経験上、バッテリーパックの電圧が表１の下限よりも低い場合には、パックのうちの１個、あるいは数個のセルだけが極度の過放電状態になっていたり、あるいは内部抵抗が極端に上がってしまっていたり、容量が目減りしてしまっていたり、もしくは完全に壊れてしまっているといった事の方が多い様に思います。

バランスが取れたまま過放電になっているのか、あるいはアンバランス状態なのか、LiPoがどちらの状態になっているかを見極めるには、それなりの経験と測定機材が必用ですし、セル間タップを持っていないパックでは、パックを一旦分解しない限り、例えベテランでも見極める事はできません。 　NiCd/NiMHバッテリーの様に、0.1Cの弱い電流で十数時間充電し続けてすべてのセルを満充電状態にするという手法も、自己放電しないLiPoバッテリーではまったく通用しません（もしやってしまいますと必ず過充電となり、最後は膨らんで発火します）。

もし大きくバランスが崩れたセルを含むパックを通常と同じ様に充電してしまった場合、満充電になるタイミングはセルごとに異なってしまいますので、充電器がパックの電圧を調べて満充電であると判断して充電を完了させる前に、既に一部のセルが過充電になってしまいます。
この過充電の度合が酷いとそのセルは膨らみ始め、最後には発火／爆発する場合もあると思います。 その時は膨らまない場合でも、過充電は確実にセルを劣化させていますので、以後パワーが弱くなってしまったり、ある日のフライト中に突然膨らんだりする事もあると思います。

「充電設定を間違えていないにも関わらず、LiPoが膨張／出火した・・・」という事例の原因のほとんどは、極度のセルアンバランス状態のパックを、パックのまま充電してしまったからではないかと思います。

よって、充電器の設定の間違いを無くす事と、セルアンバランスによる異常な低電圧状態を捕まえる事、この２点がLiPo充電時の出火事故を防ぐ最大のポイントになっていると思います。

逆に電圧が高い場合は充電器が故障しているか、前回充電時にバッテリー種やセル数の選択を誤ってしまっていた可能性が大きいです。　電圧が高くなってしまった原因が確認できるまで、そのLiPoと充電器を使用するのは中止して下さい。


電圧が表１の範囲内だった場合は、更に保管前の開放電圧（後述）と比べて大きく落ちていない事も確認します。
保管日数や保管温度にもよりますが、保管時から0.5V以上も落ちてしまっているような場合は、LiPoが劣化している可能性があります。自己放電が極端に増えてしまったLiPoは利用を中止した方が良いでしょう。

1. 充電器のバッテリー種類の設定がLiPo（あるいはLiIo）になっている事
   
   
2. 充電器のセル数や公称電圧の設定が充電しようとしているバッテリーパックと合致している事
   
   
3. 充電電流が１Ｃ（バッテリーの容量と同じ数値）、あるいはそれ以下になっている事
   

毎回この３点を必ず確認してからバッテリーを充電器に接続して下さい。
特に1と2を間違えた場合には過充電で爆発する恐れがあります。
報告されているLiPoの発火事故のほとんどは、使用者による充電器の設定ミスのようです。
充電器のセル数自動判断機能や、あるいは間違ったセル数を設定した時の警告機能をあてにしてはいけません。　例えば、過放電状態の３セルパックと満充電状態の２セルパックでは同じくらいの開放電圧になります。 充電器の自動判断機能がこれらを取り間違える事があるのは容易に想像できます。

充電開始から一息ついた後、再度充電器の表示を確認し、バッテリー種とセル数が間違っていない事を確認して下さい。

もし設定を間違えていても充電開始から数分以内に中止する事ができれば、発火にまで至る事はまずないと思います。

もし電圧が表１の範囲内を越えて高くなっていたり、いつまで経っても電圧が初期値のままで上がっていかなかったり、あるいは電流が１Ｃより高くなってしまっている場合、もしくは積算電流量がバッテリーの総容量を２割も３割も超えてしまっている場合は、充電器の設定ミスか故障です。すぐに充電を中止して下さい。

更に、最低でも５分に１回くらいはLiPoバッテリーの状態を目視で確認して下さい。
多くの場合、LiPoは発火する前には焼き餅のようにぷっくりと膨らみます。
膨らみ始めた初期の段階で充電を中止すれば、恐らく発火にまでは至らないと思います。

 重 要 ！
 もし不幸にもLiPoが膨らんでしまった場合は、絶対に放り投げないで下さい。
床や地面にたたき付けられた衝撃でパッケージが破れ、内部のガスが一気に大気中の酸素と結合して爆発します。 
充電器から慎重にバッテリーを外し、絶対に衝撃を与えないようにしながら出火しても問題の無い場所まで運んで下さい。　以後の処置はLiPoバッテリーメーカーにお問い合わせ下さい。

また充電された積算電流量が確認できる場合は、表２を参考にして充電前の電圧と充電された積算電流量が概ね一致しているかどうかを確認して下さい。

2006/10/11 CellMeter-4を使えば残量がすぐに判ります

表３ フライト前（満充電時）のLiPoの正常な電圧

セル数 電圧範囲 単セル 4.15V〜4.22V ２セルパック 8.30V〜8.44V ３セルパック 12.45V〜12.65V ４セルパック 16.60V〜16.85V

LiPoを機体に接続したままアンプの電源スイッチを切っただけの状態で放置しますと、アンプによっては待機電流によりLiPoを過放電にしてしまいます。

LiPoを機体から取り出した際には、LiPoの表面温度を確認します。
もしLiPoの表面温度が５０度よりも高い場合にはセッティングが過負荷気味ですので、プロペラや飛行中のスロットル加減などを見直しましょう。

LiPoを機体から取り外した後は、LiPoの表面温度が人肌以下になるまで１０分〜１５分間ほど、万が一燃え出しても火災にならない場所に置いて冷まします。

人肌以下にまで温度が落ちたら、テスターでLiPoの開放電圧を測ります。
もし電圧が表４の最低電圧よりも低い場合には明らかに過放電（＝長時間飛ばしすぎ）です。

表４ フライト後のLiPo電圧

セル数 最低電圧 推奨電圧 単セル 3.3V 3.7V以上 ２セルパック 6.6V 7.4V以上 ３セルパック 9.9V 11.1V以上 ４セルパック 13.2V 14.8V以上

軽い過放電でも繰り返してしまいますとLiPoが次第に傷んでいきます。
また、表４の最低電圧を大きく下回ってしまっているような強い過放電は、一発でLiPoを傷めます。
できるだけ推奨電圧を下回らない様に、余裕を持って着陸させましょう。

フライト時間と負荷の関係ですが、最適な負荷に設定された飛行機ならば通常７分〜１２分くらいのフライト時間になると思います。　例えば５分しか飛んでいないのに過放電気味になってしまうような場合はセッティングが過負荷です。
この様な場合はフライト時間ではなくて、セッティングの方を見直す必用があります。　

セッティングがLiPoにとって過負荷になっていないかどうは、こちらの方法で確認する事ができます。

逆に冬場はあまりLiPoを冷やし過ぎないように注意しましょう。　冷たくなってしまったLiPoは内部抵抗が上昇し、充電中にはやはり電圧だけが早く上がってしまって完全に満充電にできない場合があります。

LiPoを保管場所に格納する前に、テスターでLiPoの開放電圧を測ります。
もし電圧が表４の推奨電圧よりも低い場合には、１Ｃで１０分〜２０分くらいの間、補充電を行ってから保管した方が良いと思います。　
本来LiPoはほとんど自己放電しませんが、使い込んだLiPoや劣化しているLiPoでは自己放電量が大きくなる場合がありますし、３０度Ｃ以上の場所での保存では健全なLiPoでも自己放電量が増加する様です。
あまり空に近い状態で長期保存してしまいますと自己放電によって過放電状態となり、使えなくなってしまいます。

電圧が低かった為に１０分〜２０分間ほど補充電した場合には、充電器から外してから更に３０分ほど待って再度テスターで電圧を測り、表４の推奨電圧以上になっている事を確認して下さい。　もし補充電したにも関わらず電圧が上がらない（充電器から外すと電圧が落ちてしまう）場合にはLiPoが傷んでいる可能性があります。

空に近い状態とは逆に、満充電状態のまま長期保管しても劣化が早まってしまう様です。 状況によっては保管中に電圧が勝手に上昇し、膨らんで使えなくなってしまう事もあるようです。　充電したけれどフライトに使用しなかったLiPoは、２０％〜３０％ほどは放電してから保管するようにした方が安全だと思います。

最後に、保管直前に測った開放電圧をメモやパソコンに記録しておきましょう。
次回の充電前に開放電圧を測った際、保管前の電圧と比べる事でLiPoが異常な自己放電を起こしていないかどうかを確認できます。