ポータブル電源の仕組みと自作する方法【いざという時に役立つポータブル電源】

釣りやキャンプや車中泊など、海や山などのアウトドアを楽しむ方が多くなってきました。

アウトドアで重宝するもといえば、ポータブル電源です。

ポータブル電源は、アウトドアだけでなく停電などのときにも非常に役立ちます。

ポータブル電源があれば、スマホの充電やテレビ、扇風機など消費電力の少ない家電を動かすことができます。

この記事では、ポータブル電源の仕組みと自作する方法について説明します。

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バッテリー容量は「1280Wh」ありますので、たいていの電気製品を動かすことができます。

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目次

想定するポータブル電源の使用方法

放電の方法

充電済のポータブル電源をインバーターにつないで、100V(ボルト)の電気製品を使用する。

充電の方法

AC充電器を使って、直接バッテリーを充電する。

という使い方を想定します。

ポータブル電源に表示される単位の見方

電気に詳しくない方のために、電気の単位について簡単に説明します。

単位読み意味
電圧(V)V(ボルト)電圧の高さ
電流(A)A(アンペア)電流の大きさ
電力(W)W(ワット)W=V×Aで消費電力
電力量(Wh)Wh(ワットアワー)電気製品などの消費電力量
AhAh(アンペアアワー)バッテリーの容量
W(ワット)とは

電気製品などの消費電力(単に電力ともい言う)を示します。
たとえば、このテレビの消費電力は「100W」などと言う。

消費電力=電圧×電流
つまり、「W=V×A」です。

たとえば、消費電力「100W」のテレビは
100V(電圧)×1A(電流)で
コンセントに「1A」の電流が、流れていることになります。

Wh(ワットアワー)とは

電力量を表し、「電力と時間」を掛け算したものです

たとえば、100Whの場合には
「100ワットの電力(電気)を、1時間使える」
「50ワットの電力(電気)を、2時間使える」

と言うことです。

ポータブル電源の容量はWhで見るとわかりやすい。

Ah(アンペアー)とは

バッテリーの容量を見る単位です。

たとえば、バッテリー容量が100Ahの場合には
「1時間に100Aの電流を取り出せる容量」
「2時間に50Aの電流を取り出せる容量」

と言うことになります。

ポータブル電源の仕組み

ポータブル電源とは

ポータブル電源とは、バッテリー(蓄電池)の直流の電気を交流の電気に変換して使用する電源です。

「直流12V」から、家庭のコンセントに来ている電気と同じ「交流100V」を作ります。

交流100Vの電気にすることで、テレビなどの電気製品を使用する事ができるようになります。

ポータブル電源に必要なものは

  • バッテリー
  • インバーター
  • 充電器

が必要です。

ポータブル電源の配線図

図は、ポータブル電源の配線図です。

バッテリーとインバーターを、電線で接続した回路です。

配線方法
  1. バッテリーのプラス端子とインバーター入力のプラス端子を接続する。
  2. バッテリーのプラス端子とインバーター入力のマイナス端子を接続する。

以上です。

配線自体は非常に簡単です。

注意点は、プラスとマイナスの端子の接続に注意することです。

インバーターから交流100Vを使うには
  • インバーターのスイッチを入れます。
  • 出力端子に電気製品を接続すれば、電気製品を使用することができます。

バッテリー(蓄電池)

ポータブル電源のバッテリーとして、最適なバッテリーはリン酸鉄リチウムイオンバッテリーです。

リン酸鉄リチウムイオンバッテリーの特徴

リチウムイオンバッテリーの中で、最も安全性が高いことです。

熱安定性が高く、衝撃などにも強い。

充放電サイクル回数が、数千回と非常に長く使える。

原材料が安価なため、安く製造できる。

使用温度も、-25℃の低温下でも使用可能です。

蓄電池は使用していなくても、自己放電で電池の容量が減ります。

リン酸鉄リチウムイオンバッテリーの、自己放電率は月に1%程度と少ない。

そのため、長期間放置しても十分な電気を使用することができる。

鉛蓄電池などは、自己放電率が月に20%程度とされています。

デメリット

他のリチウムイオンバッテリーと比べて、エネルギー密度が低いこと。

最近のポータブル電源のバッテリーの傾向

以前は、三元系リチウムイオンバッテリーを、使用するポータブル電源が主流でした。

現在はリン酸鉄リチウムイオンバッテリーを使用する、ポータブルバッテリーが主流になっています。

その理由は

消費者が、安全性を重視する傾向にあります。

過去に一部のスマホの発火事故や、EV(電気自動車)の火災などの例が見られます。

そのため、安全性が最も高い、リン酸鉄リチウムイオンバッテリーが使用されています。

インバーターの説明

インバーターは、直流から交流を作る装置です。

直流から家庭のコンセントに、来ている電気と同じ交流100Vに変換します。

インバーターの選び方

インバーターの種類は多く、価格や性能が製品によって様々です。

インバーターを選ぶときは、次のポイントを見て選ぶことです。

  • 正弦波(サインウェーブ)の製品。
    純正弦波と表示される製品もある。
  • 疑似正弦波のものは避ける。
  • 周波数(周波数切替のあるもの、または、使用する電気製品に合ったもの)
  • インバーター容量は、大きめなものを選ぶ。

正弦波(サインウェーブ)

インバーターが出力する交流の電気の種類は、正弦波を選びましょう。

正弦波(サインウェーブ)は、家庭のコンセントに来ている電気と同じ種類の交流の電気です。

正弦波は純正弦波と、表示される場合もあります。

この波形の交流の電気は、家庭のコンセントに来ている電気と同じなので、電気製品に使用しても安全です。

疑似正弦波

疑似正弦波は、交流の波形に似せた交流になっています。

家庭のコンセントに来ている電気とは、違います。

疑似正弦波の波形の交流の電気は、電気製品に使うと壊れる場合がありますので注意が必要です。

疑似正弦波で使用することができるのは、電気製品の回路に電子部品が使用されていないものに限られます。

たとえば、熱を出すだけのニクロム線の電熱器などです。

テレビや扇風機などに使用すると、壊れてしまうことがあります。

周波数

インバーターの周波数は、50Hz(ヘルツ)と60Hzがあります。

使用する地域に合った周波数を選ぶ必要があります。

東日本は50Hzで、西日本は60Hzです。

ただし、現在の電気製品の多くが、50Hzと60Hzの両方に対応しています。

インバーターに、50Hzと60Hzの周波数切替ができるものもあります。

インバーターの容量はどれ位必要か?

電気製品の使用する電力は、スイッチを入れた時と時間が経って電力が安定した時では、まったく違ってきます。

電気製品のスイッチを入れた時の電力
起動時に数倍、数十倍の電力を消費する電気製品があります。

電気製品の消費電力を500W程度と想定する時

インバーターの容量は、800W以上が必要

電気製品の消費電力を1000W程度と想定する時

インバーターの容量は、1500W以上が必要

というように、インバーターの容量は多めに見た方が無難です。

容量1280Whのポータブル電源を作る

既製品の「BigBlue Cellpowa500 ポータブル電源 リン酸鉄リチウムイオン電池 ( LiFePO4)」を持っています。

500Whの電力量がありますが、電気製品を使うのには不足気味です。
テレビや扇風機などは動作します。

どうせ作るなら、1000Whクラスのポータブル電源がほしい!

ポータブル電源の自作に必要なもの

  • バッテリー
  • インバーター
  • 充電器

の3つです。

おすすめのバッテリー

安全性を重視して、リン酸鉄リチウムイオンバッテリーの一択です。

12V 100Ah で 1280Wh のバッテリーを使います。

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バッテリー容量は「1280Wh」ありますので、たいていの電気製品を動かすことができます。

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AmperetimeはLitime にメーカー名が変更されました。

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おすすめのインバーター

インバーターを選ぶポイント

  • 純正弦波のインバーターであること
  • 1000W(ピーク時 2000W)あるいは、1500W(ピーク時 3000W)のもの
  • 使用している電気製品の周波数と合っているインバーター
  • 各種保護回路やPSE認証があること
あると便利な機能

液晶ディスプレイで、電圧や電力などが表示できるもの。

周波数切替があるもの。

インバーター

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作成手順

作成手順と言っても、バッテリーとインバーターを電線で接続するだけです。

  1. バッテリーのプラス端子に、赤色の電線を接続しボルトで締め付けます。
    絶縁キャップをボルトにかぶせます。
  2. 赤色の電線のもう一方を、インバーターのプラス端子に接続してナットで締め付けます。
  3. バッテリーのマイナス端子に、黒色の電線を接続しボルトで締め付けます。
    絶縁キャップをボルトにかぶせます。
  4. 黒色の電線のもう一方を、インバーターのマイナス端子に接続してナットで締め付けます。
  5. インバーターのマイナス端子に、電線を接続するときに「火花」が出ます。
    これは、インバーターのコンデンサに、電気が流れるためです。
    異常なことではありません。

電気回路の配線は
一般的に
プラスに赤色の電線を使い
マイナスに黒色の電線を使います。

ポータブル電源を自作するときの注意点

ポータブル電源を自作するときの注意点は、バッテリーとインバーターを接続する電線の太さが重要です。

電線の太さが重要

電線の太さは、許容電流(電線に流せる電流の量)の大きさに関係します。

バッテリーの容量が電圧12V 100Ah の場合

バッテリーとインバーターを接続する電線には、100A(アンペア)近くの電流が流れます。

細い電線では、熱を持ったり、焼き切れてしまうこともあります。

許容電流に十分な余裕がある、太さの電線を使うようにすることが重要です。

バッテリーとインバーターの接続の注意点

バッテリーとインバーターの端子接続には、圧着端子を使った電線でしっかり接続することが大切です。

接続端子の止め方

接続端子の止め方のポイント

バッテリーやインバーターの端子の近くに、電線を止めること。

端子から遠くなる順に止めると、それだけ抵抗が大きくなることが考えられます。

大電流が流れる回路では、抵抗の大きさが非常に重要です。

電流の2乗に比例して、損失が大きくなります。

ポータブル電源の充電

ポータブル電源に充電するには、専用の充電器を使うのが簡単です。

14.6V 電圧で「10A 充電器、20A 充電器、40A 充電器」などがあります。

12V 100Ah リン酸鉄リチウムイオンバッテリーを充電する場合

10A 充電器で約10時間

20A 充電器で約5時間

40A 充電器で約2.5時間 という目安になります。

電池の直列と並列つなぎの基本的なことについては、次の記事が参考になります。

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