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リチウムイオンバッテリーを長持ちさせる充電方法

ざっくりまとめると●バッテリーは必ず劣化して寿命がくる
●掃除機のリチウムイオンバッテリーは高額
●正しく使えばバッテリーは長持ちする

現在、マキタ、日立工機、リョービ、パナソニック電工といった大手電動工具メーカーの充電式ツールにはリチウムイオンバッテリーが当たり前のように採用されている。各メーカーのバッテリー1つで共用できる電動工具も年々と増えており、当サイトで紹介している充電式クリーナーもそのひとつとなっており人気が高い。

基本的に大手メーカーの電動工具は本体のみでも販売されているため、充電器とバッテリーを持っているだけで、経済的に同社で販売されてる電動工具を揃えたり、様々なツールを使い回すことができるメリットがあるものの、純正バッテリーが高額なことから少しでも長持ちさせたいと考えている人も多いのではないだろうか。

このページは電動工具にも採用されている充電式クリーナーのリチウムイオンバッテリーの疑問や、長持ちさせる方法を分かりやすく解説。

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リチウムイオンバッテリーのよくある質問

リチウムイオンバッテリーの充電回数

リチウムイオンバッテリーの充電回数は何回できる?

ざっくりとまとめると●一般的なリチウムイオン電池の充放電回数は500回ほどと言われてる
●500回充電したからといって使えなくなるわけではない
●消費電力や使用容量も劣化要因となるため何回できるとは言い切れない
●バッテリーは充放電を繰り返すことで駆動時間が短くなっていく
●極端に駆動時間が短くなったら使い物にならないので交換する

一般的にリチウムイオンバッテリーの充放電回数は500回程度と言われている。ちなみに、私が過去にバッテリーの充電回数をマキタに質問した時は300~800回、日立工機からは1,500回という回答をいただいた。また、大手家電メーカーのコードレスクリーナーに採用されているリチウムイオンバッテリーの充電回数は3,000回以上と謳っているものも存在する。

しかし、メーカーが公表している充電回数は細かい条件を付けているため、あまり参考にしならない。今後、バッテリーの寿命は大幅に延びる可能性はあるものの、現在のリチウムイオンバッテリーをコードレス掃除機に使うと約2年ほどで使い物にならなくなると考えたほうがよいだろう。この年数は毎日バッテリーの容量を「強モード」で空になるまで使用してから満充電した数字である。徐々に蓄えられる電力が低下していき、最終的に使用時間が短くなり交換となる。

 

東芝ライフスタイルは2015年に充電回数が2,000回できると謳ったコードレス掃除機(トルネオV)を発売した。単純計算すると毎日充電を行っても5年以上使える計算となるが、実際は2年ほどでバッテリーに寿命が来たという口コミが散見される。なぜこんなに早く寿命が来たのかと言うと、充電回数に周辺温度・吸引モード・1回の使用時間に条件をつけていかたらである。多くのユーザーに誤解を招いたため、2018年以降に発売されたトルネオVは充電回数が表示されなくなった。
過去に日立工機はリチウムイオンバッテリーの充放電回数を約1,500回できるとカタログに記載していた。しかし、電動工具の種類や使用時間によっては1,500回ほど充放電を繰り返せるかもしれないが、大きな電流を必要とする電動工具に毎日使用すると約1年ほどでバッテリーに寿命がきていた。コードレスクリーナーでは2年以上使えても、他の電動工具で使用すると1年ほどでバッテリーを交換することもあるのだ。
通販生活限定モデルのマキタターボは、充電池寿命約500回と記載している。毎日充電を繰り返した場合だと2年も持たない計算となるが、実際は使用時間が短かったり、ターボモードを必要以上に使用しなかったりすると、500回以上充電しても使用することは可能である。500回も充放電を繰り返すと単セルの容量は50%~70%劣化すると言われているが、掃除機に費やす時間が短ければ劣化したバッテリーをつかい続けることは可能である。

詳細は後述するが、使用する電動工具の種類・過負荷作業率・過放電傾向・電流の大きさ(吸引モード)・こまめなフィルターお手入れによって、バッテリーの容量劣化のスピードは変化するため、メーカーが公表している充電回数を基準にするのは間違いである。

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マキタのバッテリー

充放電回数300回のバッテリーを300回充電したら本当に使えなくなるの?

ざっくりまとめると●記載されている充電池寿命回数で寿命がくるとは限らない
●300回以下や300回以上で機能しなくなることもある
●バッテリはいきなり使えなくなるのではなく徐々に駆動時間が短くなる

例えば、「充放電回数が300回と記載されたリチウムイオンバッテリーを300回充電したら本当に使えなくなるの?」というような質問をよくいただくが、基本的に300回充放電を繰り返してもコードレス掃除機を使用することは可能である。ただし、さすがに300回も充放電を繰り返しているとバッテリーが劣化するため、購入当初より連続使用時間が短くなっており、掃除をする範囲が広いと支障がでることもある。

バッテリーは充放電を繰り返すと劣化するため、徐々に蓄えられる容量が低下していく。このため、コードレス掃除機を長く使い続けるほど連続使用時間が短くなっていくのだ。身近なものだとカメラやスマホの電池がわかりやすい。これらの電池は長く使い続けていると少しずつ使用できる時間が短くなっていき、しまいには満充電を行ってもすぐに充電切れとなってしまい、バッテリーの交換となる。

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バッテリーの充電回数

リチウムイオンバッテリーの充放電回数の数え方

ざっくりまとめると●容量を100%使い切ってフル充電すると1回とカウントする
●容量を50%だけ使ってフル充電すると0.5回とカウントする
●充放電回数300回のバッテリーを300回充電しても寿命がくるわけではない

バッテリーの充放電回数についてはMACのマニュアルの説明が分かりやすい。MACの説明では、充電回数とはバッテリーの容量(100%)を全て使い切って満充電した時点で1回とカウントしている。このため、バッテリーの残量が残っている状態で充電を行っても継ぎ足し充電を行っているだけで、必ずしも1回とカウントされるわけではないのだ。

例えば、今日、コードレス掃除機で家の掃除をして、バッテリー容量を半分(50%)消費して満充電を行っても、充電回数は1回とカウントされない。次の日にも同じようにバッテリー容量を半分(50%)消費した後、満充電を行ってはじめて1回とカウントする。このため、充放電回数300回のバッテリーを毎日充電したとしても、1~2年以上使えることは普通に起こりうることである。

ここで大事なのはバッテリーの充電回数の数え方ではない。バッテリーの充電回数も劣化の要因となるが、バッテリーに蓄えられてた電気の量をどれだけ使用したかや、強い負荷をかけて大電流をモーターに発生させたほうが、大きな劣化要因になると考えたほうがよいだろう。

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マキタのリチウムイオンバッテリーの寿命を延ばす方法(過充電による対策)

過充電したらバッテリーは劣化するの?

ざっくりまとめると●過充電とは→フル充電されたバッテリーを再度充電すること
●フル充電したバッテリーを再度充電すると劣化する
●劣化したバッテリーは蓄えられる電力の容量が低下
●結果、過充電を行うと連続運転時間が短くなる

リチウムイオンバッテリーはメモリー効果の影響を受けにくいため、継ぎ足し充電を行っても問題はないが、満充電した充電をさらに再度充電してしまうと、バッテリーが電力を蓄えられる容量が低下してしまう。過充電の影響が大きいとバッテリーが破裂したり発火することもあるが、電動工具メーカーの充電器は過充電防止機能が働き、残量がいっぱいのバッテリーを充電器にセットするとすぐに充電を中断するので安心。しかし、劣化によりバッテリーの容量が低下すると、掃除機の連続運転時間が短くなるため、満充電したバッテリーを充電しないようにしよう。また、新しいバッテリーに買い替える際は、残量が表示されるタイプにすることで過充電を防ぐこともできる。

例:BL1830→BL1830B(残容量表示付)

.過充電

リチウムイオンバッテリーを長持ちさせる方法

マキタのリチウムイオンバッテリーの寿命を延ばす方法(深放電/過放電による対策)/バッテリチェッカー(BTC04)

「深放電」や「過放電」傾向による劣化の対策

Point●バッテリーは深放電電圧(残量0%に近い状態)まで達するとダメージをうける
●パワーが弱くなってもなお使い続けるとバッテリーは劣化する
●残量0%の状態で放置しているとバッテリーは劣化する
●パワーが弱くなったと感じたら充電する癖をつける
●長期間使用しない場合はフル充電してから保管する

2011年から使用した14.4Vのリチウムイオンバッテリーで119回しか充電していないにもかかわらず十分に機能しなくなった。過放電傾向によるダメージは25%で、セル内の電圧にも差があり電動工具や掃除機を使用することができない状態。残量0%になるまで使い続けたことや、残量0%の状態で長く放置してダメージを受けたと思われる。

バッテリーの中は複数のセル(乾電池)によって構成されている。セルは何V以下まで放電しないように定められた電圧があり、その電圧まで放電することを深放電。さらに深放電の電圧を下回った状態を過放電と呼んでいる。

電動工具メーカーのリチウムイオンバッテリーは、深放電電圧に達する前に保護機能が働いて停止するが、パワーが弱くなった状態からさらに使い続けたり、バッテリーの残量が空に近い状態で放置していたりすると、バッテリーはダメージを受け劣化が促進されてしまうのだ。

このため、大半の電動工具メーカーの説明書には、バッテリの長持ちさせる方法として、「電動工具のパワーが弱くなったきたと感じたら使用を止め充電してください」と記載されている。掃除機も吸引力が弱くなってきたと感じたら、掃除するのを止め、すぐに充電するように心がけよう。

その他に深放電や過放電はバッテリーを長期間放置することでも起こりうる。バッテリーは使わずに放置していると少しずつ放電していくため、残量が少ない状態で長期間使用しないと過放電によるダメージを受けてしまうのだ。このため、長期間(6ヶ月)使用しない場合はバッテリーが空にならないように満充電してから保管しよう。

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マキタのリチウムイオンバッテリーの寿命を延ばす方法(過負荷作業率による対策)/バッテリチェッカー(BTC04)

過負荷作業率による劣化の対策

ざっくりまとめると●大きな電流が流れるとバッテリーの劣化が早まる
●短時間に充放電を繰り返すとバッテリーの劣化が早まる
●バッテリーが高熱になるような負荷作業は避ける
●フィルターのお手入れを定期的に行う
●必要以外にパワフルモードを使用をしない

2015年から使用した18Vのリチウムイオンバッテリーは83回の充電回数で使用することができなくなった。過放電傾向によるダメージは0%であるものの、過負荷作業によるダメージは80%も受けており、短時間のあいだに何回も充放電を繰り返したり、大量の電気が流れるような負荷のかかる作業をしたと考えられる。

充電式マルノコのような大きな電流が流れる電動工具と、ワークライトのような小さい電流が流れるツールにバッテリーを使用した場合、前者のような大電流を必要とする電動工具に使用したほうが寿命が早くきてしまうのだ。その寿命の差は大きく、ハードな作業をこなす電動工具の場合は約1年で交換。ワークライトやクリーナーのようなツールだと2年以上使い続けることも可能である。

前述したようにバッテリーを装着する工具の電流(A)の大きさや、バッテリーが高熱になることで劣化スピードを早めているとしたら、用途にあった「吸引モード」を切り替えることで寿命を延ばすことは可能である。例えばダイソンは「強モード」を使用するとわずか6分でバッテリーの残量が0になるが、「通常モード」だと20分も連続使用することができる。一般家庭のフローリングに落ちているゴミは「通常モード」でも効率よく吸引できるため、必要以外に大きな電流を必要とする「強モード」を使わないようにするだけでバッテリーの寿命を延ばすことができる。

充電式電動工具の場合は、例えばマルノコで厚みのある材料を切断する際に送るスピードを早めたり、ドリルで大きな穴をあける際に体重をかけたりして刃が材料に食い込んだりすると、モーターに負荷がかかると同時に大きな電流が流れてバッテリーはダメージを受ける。過負荷作業でバッテリーにダメージを与えないためには、電動工具を材料に強く押し付けたりして負荷をかけないようゆっくり加工するように心がけたい。

バッテリーを短時間で充放電を繰り返す対策だが、バッテリーの残量を短時間で使い切ってしまうことは、作業内容によっては避けられないため、複数の予備バッテリーを用意して交互に使ったほうがバッテリーにとってはよいだろう。なぜなら、1つのバッテリーで高温充電を繰り返していると熱によるダメージを受けてしまうからである。バッテリーを2個付属されているシャープのコードレス掃除機もバッテリーを交互に使うことを推奨している。

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マキタのリチウムイオンバッテリーの寿命を延ばす方法(衝撃にによる対策)

落下衝撃による破損の対策

2015年から使用したもうひとつの18Vリチウムイオンバッテリーは3回の充電回数で使用不能。過放電や過負荷作業による容量劣化はない。しかし、5ブロック目のセルだけが電圧が0になっており、総電圧は15.9Vに低下している。故障診断ではセルが故障しているエラーメッセージが表示された。

バッテリーをよくみると下部に損傷のあとが見られる。バッテリーの中からセルを取り出すと、損傷した場所に配置されていたセルが凹んでいた。電動工具やコードレスクリーナーを倒したことによりセルが損傷し、バッテリーの電圧が低下したと考えられる。

電動工具メーカーのリチウムイオンバッテリーは着脱式が採用されており、本体から剥き出しになった状態。コードレス掃除機を倒してバッテリーに衝撃を与えたりすると、セルが損傷を受けて故障したり、発火して火災の原因になることも。立てかけて収納する場合は、必ずフックにストラップをひっかけたり、「クリーナー専用スタンド」を利用して収納するようにしおう。なお電動工具の場合は「落下防止ストラップ」の使用がおすすめである。

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マキタのリチウムイオンバッテリーの寿命を延ばす方法(熱による対策)/バッテリチェッカー(BTC04)

温度変化による劣化の対策

ざっくりまとめると●バッテリーは高温に弱い
●充電は周辺温度10~40°の範囲で行うこと
●バッテリーを保管する場所は暑くならない場所に
●充電器はアラームが鳴っても30分間バッテリーを冷やしている
●冷却ファンが停止するまでバッテリーを充電器から外さない

基本的にバッテリーは温度によって劣化のスピードが変化する。リチウムイオンバッテリーも低温より高音に弱い特徴を持っており、満充電にした状態で1年間45℃以上の場所に保管しておくと半分以上容量が劣化することもある。逆に冷温の場所に保管しておくと数%程度の容量劣化におさえられるという。

普段からハンディクリーナーや電動工具の充電器とバッテリーを車内に積んでおいたり、暑くなるような場所にコードレスクリーナーを収納する人を見かけるが、暑くなる夏場だと高温状態でバッテリーが保管されることになるため、なるべく涼しい場所に保管したり設置したりするほうがよいだろう。

電動工具メーカーのバッテリーは短時間で急速充電するため、バッテリーが熱を持ちやすい。前述したようにバッテリーは高温に弱い特徴を持っているため、充電器に搭載された冷却ファンがバッテリー内部を効率よく冷却しながら充電を行う。この冷却ファンは充電中だけでなく、充電が終わっても30分ほど続けているため、寿命を向上させたい場合は充電完了アラームが鳴っても、バッテリーを差し込んだままにしておくとよいだろう。

使用直後のバッテリーは高温になるため、過負荷作業率による劣化の対策では、短時間での充放電を繰り返すことは避けることをおすすめしていた。しかし、比較的新しい急速充電器はバッテリー状態や周辺温度を充電制御へ反映する最適充電制御を採用。このため、高温になったバッテリーは冷却ファンで冷却し終わってから充電を開始。

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長持ちしているリチウムイオンバッテリー

劣化せずに約10年間使われているバッテリー

バッテリーを長持ちさせるコツ●必要以外にフルパワーモードを使用しない(大電流→容量劣化が早い)
●電動工具に使用する場合は負荷をかけない使い方をする(過負荷→大電流)
●こまめにフィルターの手入れを行う(モーターに負荷→電流増)
●吸引力が弱くなったと感じたら充電する(残量0%になってから充電しない)
●冷却が終わるまで充電器からバッテリーを抜かない(3.0Ahで約50分)
●暑くなる場所にバッテリーを置いておかない(高温にかなり弱い)
●長期間使用しない場合は満充電で保管する(過放電による劣化は深刻)
↑こまめなチェックが可能なら残量0%にならないように50%以下で保管

2008年(9年前)から使用している14.4Vのリチウムイオンバッテリーの充電回数は143回にも関わらず、バッテリーの残り寿命を示すグラフは100%を指している。各ブロックのセルはエラー表示になっているものの、総電圧は15.7Vもあるうえ、過放電傾向や過負荷作業率も0%になっており、バッテリーに負担をかけない上手な使い方をしていると言えるだろう。

このバッテリーは複数の充電式ツールに使い回されており、1つ目はUSBホルダーに繋いでスマホなどのモバイル機器の充電。そして時々、モーターに負荷がかからないようにコードレスクリーナーやドリルドライバーのような電動工具に使用。充電タイミングは残量が0%になってからではなく、力が弱くなったと感じたらすぐに充電。この結果、バッテリーは常に残量が残っている状態となり、過放電や過負荷による容量劣化は0%。良好の状態のままさらに長く使用できるだろう。

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興味深い充放電サイクル試験

小形リチウムイオン電池の寿命特性 NTTバッテリー技術部長 市村雅弘氏

残量50%以下の充電状態のほうが劣化しにくい!?

上のグラフは、「小形リチウムイオン電池の寿命特性 NTTバッテリー技術部長 市村雅弘氏」の論文から引用。

リチウムイオンバッテリーの製造・販売を行っている「Baysunのデータ」によると、メーカーのリチウムイオンバッテリーの(充放電回数)は300回でおおむね70~80%の容量劣化、500サイクルでおおむね50~70%容量劣化すると言われている。

しかし、市村氏の充放電サイクル試験では、バッテリーの充電量を50~100%まで充電するより、0~50%まで充電して使用したほうが容量劣化度が小さい結果となっている。この充電方法だと、1年間毎日充電したとしても、10%程度の容量劣化というのは驚きである。

 

継ぎ足し充電

50%充電は面倒だからこまめな継ぎ足し充電を行わず、パワーが弱くなったと感じたら充電している

前述した実験結果からリチウムイオンバッテリーは、充電量を50%以下にして使用したほうが、寿命を延ばすことが出来るといえる。使用時間の長い掃除機や電動工具だと、バッテリーを半分(50%)まで充電して使うのがベストだろうが、連続運転時間が短くなってしまうデメリットが生じるために現実的ではない。

そこで家では毎日充電を行うのではなく、バッテリーの残量が少なくなってから充電するようにしている。実験の結果が正しければ、使う度にすぐに充電器にセットして万充電状態を保つより、前者の充電方法のほうがバッテリーが長持ちすると考えている。

ちなみに家のマキタクリーナーに使用しているバッテリーも毎日充電を行っていない。毎日掃除機に費やす時間は10分以下で、一度に残量を全て使い切ることはないので問題なし。パワー(電圧)が下がってきたと感じたら満充電するように心がけており、5年以上使用しているバッテリーが未だに現役で活躍しています。