鉛蓄電池は、製造工程、用途、電池容量に関わらず、単体の定格電圧は通常2Vです。そのため、定格電圧（24V、48Vなど）のバッテリーパックは、複数の単体電池を直列に接続して構成する必要があります。
バッテリーの容量は、電気機器の使用要件に応じて、数アンペア時間から数千アンペア時間、あるいは数万アンペア時間まで決定されます。しかし、製造、輸送、取り扱い、設置、接続といった様々な理由から、バッテリーを非常に大型化することは不可能です。そのため、必要な定格容量と動作電圧は、個々のバッテリーの接続組み合わせから解決する必要があります。
直列接続（電圧を上げる）
バッテリーパックの直列接続方式は、複数のバッテリーの正極（+）と負極（-）を順に接続し、始端と終端を合計出力とします。この接続方式では、合計電圧＝単セル電圧×バッテリー数、合計容量＝単セル容量（変化なし）となります。例えば、12V 100Ahのバッテリーを4個直列に接続すると、合計電圧は12V×4＝48Vとなり、合計容量は100Ah（単セルと同じ）となります。
これは最も一般的な接続方法です。必要なバッテリー容量とバッテリーパックの電圧が決まると、容量が1000Ah未満の場合は、通常、単セルを直列に接続してバッテリーパックを形成します。この方法は、バッテリーパックの設置、接続、メンテナンス、修理において、より直感的で便利です。バッテリーパックの実際の容量は、バッテリーパック内の最小の単セル容量を見つけることで算出できます。
直列接続は、電気自動車、太陽光発電システム、産業機器など、高電圧を必要とする機器に適しています。ただし、電力の不均衡による過充電や過放電を防ぐため、直列接続するバッテリーはすべて同じモデル、容量、使用年数である必要があります。また、安全性とバッテリー寿命を確保するために、充電時には電圧が一致する充電器（48V充電器など）を使用する必要があります。
並列接続（容量増加）
バッテリーパックの並列接続方式は、すべてのバッテリーの正極と負極を接続し、並列グループの両端から合計出力を引き出す方法です。この接続方式では、合計電圧＝単セル電圧（変化なし）、合計容量＝単セル容量×バッテリー数となります。例えば、12V 100Ahのバッテリーを4個並列接続すると、合計電圧は12Vのままですが、合計容量は100Ah×4＝400Ahに増加します。
この方法は動作電圧とは関係なく、容量のみを拡大します。一般的には、単一セルを直列に接続した独立した2つのバッテリーパックを並列で使用します。この方法により、2つのバッテリーパックは個別にメンテナンスや修理が可能になり、バッテリーパックを並列運転すると、1つのバッテリーパックの放電電流が減少します。そのため、同じ終止電圧下における2つの並列バッテリーパックの実際の放電容量は、各バッテリーパックの定格容量の合計よりも大きくなります。
並列接続は、RVエネルギー貯蔵システム、UPS電源など、大容量と長寿命のバッテリーを必要とするデバイスに適しています。ただし、並列接続するバッテリーの電圧は厳密に一致している必要がある（差は0.1V以下が望ましい）ため、特別な注意が必要です。そうでないと、電圧差によって電流が逆流し、バッテリーが損傷する可能性があります。安全で安定した動作を確保するため、バッテリーバランサーを使用するか、ダイオードを追加してバッテリー間の電流循環の問題を防ぐことをお勧めします。
ハイブリッド（直列・並列、電圧と容量の両方を考慮）
バッテリーパックのハイブリッド（直並列）接続方式は、まず直列接続して電圧を高め、次に並列接続して容量を高める（またはその逆）ことで、電圧と容量の同時最適化を実現します。この接続方式では、総電圧は1つの直列グループの電圧に等しく、総容量は1つの並列グループの容量に並列グループの数を掛けたものに等しくなります。
12V 100Ah のバッテリー 8 個を 2 直列、4 並列に接続する例: 最初に 2 個のバッテリーを直列に接続してグループを形成し (12V×2 = 24V、容量は 100Ah のまま)、次にこのような直列バッテリーの 4 つのグループを並列に接続すると、最終的なシステム出力は 24V 400Ah (100Ah×4) になります。
このハイブリッド方式は、大型エネルギー貯蔵発電所、電気船、その他の産業用途など、高電圧と大容量の両方の要件を満たす必要がある用途に特に適しています。実際の運用では、バッテリーパラメータの一貫性を厳密に管理する必要があり、各直列バッテリーグループの性能パラメータを高度に一致させる必要があり、並列グループ間の電圧差は0.2Vを超えてはなりません。
複雑なハイブリッド システムの場合、システムの安定した効率的な動作を確保するために、リアルタイム監視、バランス管理、安全保護を実現する専門的なバッテリー管理システム (BMS) を構成することを強くお勧めします。
以下の重要な点に注意してください。
バッテリーを混在させる場合（つまり、直列と並列を組み合わせる場合）、システムの安全性と安定性を確保するために、次の重要な問題に特別な注意を払う必要があります。
バッテリーの安定性
すべてのバッテリーは、同一モデル、同一容量、そして同一製造年数のバッテリーパックを使用し、各バッテリー間の電圧差が0.1Vを超えないようにする必要があります。バッテリーの性能が一定でない場合、高出力のバッテリーが低出力のバッテリーを逆充電し、バッテリーの過熱や損傷を引き起こす可能性があり、システムの寿命と安全性に重大な影響を与えます。
ワイヤーとコネクタの選択
ラインインピーダンスを低減するために、十分な断面積を持つ低インピーダンスの銅ケーブル（例えば、25mm²の電線は100Aの電流に対応可能）の使用を推奨します。さらに、接続端子は鉛酸腐食を防ぎ、長期にわたる安定した電気接続を確保するために、錫メッキまたは銀メッキを施す必要があります。
安全保護対策
各直列回路には、過電流による損傷を防ぐため、適切な仕様（定格電流の1.25倍など）のヒューズを設置する必要があります。並列接続を使用する場合は、ダイオードアイソレーションまたはバッテリーバランサーを使用してバッテリー間の電流の循環を防ぎ、エネルギー損失と過熱リスクを軽減することをお勧めします。
充電管理
充電器はハイブリッドシステム全体の電圧に適合している必要があります（例えば、24Vのバッテリーパックには24Vの充電器が適しています）。条件が許せば、直列バッテリーの各グループに独立した充電ポートを設定することで、バランスの取れた充電を実現し、バッテリー寿命を延ばすことができます。
上記の注意事項に従うことで、ハイブリッド バッテリー システムの信頼性と安全性が効果的に向上し、潜在的なリスクを回避できます。
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