バッテリーの世界には、監視回路を備えたバッテリーと備えていないバッテリーがあります。リチウムバッテリーは、性能を制御するプリント基板を搭載しているため、スマートバッテリーと呼ばれています。一方、標準的な密閉型鉛蓄電池には、性能を最適化するための制御基板は搭載されていません。
で スマートリチウム電池制御には3つの基本的なレベルがあります。第1レベルの制御は、セルの電圧を最適化するだけの単純なバランス調整です。第2レベルの制御は、充放電中の高電圧／低電圧および電流からセルを保護する保護回路モジュール（PCM）です。第3レベルの制御は、バッテリー管理システム（BMS）です。BMSはバランス回路と保護回路モジュールのすべての機能に加え、バッテリーの寿命全体にわたって性能を最適化するための追加機能（充電状態や健全性の監視など）を備えています。
リチウムバランス回路
バランシングチップを搭載したバッテリーでは、充電中にチップがバッテリー内の個々のセルの電圧をバランスさせます。すべてのセル電圧が互いにわずかな許容範囲内にある場合、バッテリーはバランスが取れているとみなされます。バランシングには、アクティブとパッシブの2種類があります。アクティブバランシングは、高電圧のセルを使用して低電圧のセルを充電することで、セル間の電圧差を減らし、すべてのセルの電圧差をほぼ均等にしてバッテリーを完全に充電します。すべてのPower Sonicリチウムバッテリーに採用されているパッシブバランシングは、各セルに並列抵抗器が接続されており、セル電圧が閾値を超えるとオンになります。これにより、高電圧セルの充電電流が低下し、他のセルが追いつくようになります。
セルバランス調整がなぜ重要なのでしょうか？リチウム電池では、最も電圧の低いセルが放電カットオフ電圧に達すると、電池全体がシャットダウンします。これは、一部のセルに未使用のエネルギーが残っていることを意味します。同様に、充電時にセルバランスが取れていない場合、最も電圧の高いセルがカットオフ電圧に達するとすぐに充電が中断され、すべてのセルが完全に充電されない可能性があります。
一体何がそんなに悪いのでしょうか？ バランスの崩れたバッテリーを継続的に充放電すると、時間の経過とともにバッテリー容量が低下します。また、一部のセルは完全に充電される一方で、他のセルは充電されないため、バッテリーが100%の充電状態に達しない可能性があります。
理論上は、バランスの取れたセルはすべて同じ速度で放電し、同じ電圧でカットオフするはずです。しかし、これは必ずしも当てはまらないため、バランスチップを搭載することで、充電時にバッテリーセルの放電電流が完全に一致するようになり、バッテリー容量を保護し、完全に充電されます。
リチウム保護回路モジュール
保護回路モジュールには、バランス回路と追加回路が含まれており、過充電および過放電からバッテリーを保護するためにバッテリーのパラメータを制御します。これは、充放電中の電流、電圧、温度を監視し、それらを所定の制限値と比較することで行われます。バッテリーのセルのいずれかがこれらの制限値に達すると、バッテリーは放電条件が満たされるまで、それに応じて充電または放電を停止します。
保護機能が作動した後、充電または放電を再開する方法はいくつかあります。1つ目は時間ベースの方法で、タイマーが一定時間（例えば30秒）をカウントし、その後保護機能を解除します。このタイマーは保護機能ごとに異なる場合があり、単一レベルの保護です。
2つ目は値に基づくもので、値が閾値を下回った場合にのみ解除されます。例えば、過充電保護が解除されるには、すべての電圧がセルあたり3.6ボルトを下回る必要があります。解除条件が満たされると、直ちに解除される場合もあります。また、所定の時間経過後に解除される場合もあります。例えば、過充電保護が解除されるには、すべての電圧がセルあたり3.6ボルトを下回り、PCMが保護を解除するまでに6秒間その制限値を下回っている必要があります。
3つ目はアクティビティベースで、保護を解除するには何らかのアクションが必要です。例えば、負荷を取り外したり、充電したりといったアクションです。値ベースの保護解除と同様に、この解除も即座に行われる場合もあれば、時間ベースで行われる場合もあります。つまり、保護を解除するには、バッテリーから30秒間負荷を取り除く必要があるということです。時間と値、またはアクティビティと時間ベースの解除に加えて、これらの解除方法は他の組み合わせで行われる場合もあることに注意することが重要です。例えば、過放電解除電圧はセルが2.5ボルトを下回った時点で発生しますが、その電圧に達するには10秒間の充電が必要です。このタイプの解除は、3つのタイプの解除すべてをカバーします。
最良のものを選ぶには多くの要素が関係することを理解しています リチウム電池弊社の専門家がお手伝いいたします。お客様のアプリケーションに最適なバッテリーの選定についてご質問がございましたら、お気軽に弊社のスペシャリストまでお問い合わせください。
投稿日時: 2024年4月29日
