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Li-ion電池の話 バッテリー-ベイサン

 


リチウムイオン電池の基礎
1. 電池とは何か
2. 二次電池とは
3. リチウムイオン電池の特性
4. リチウムイオン電池の種類
5. 燃料電池はリチウムイオン電池を駆逐するか
6. ノートパソコン用電池パックの概要
7. 携帯電話用電池パックの概要
8. その他アプリケーションの電池パックの概要
9. 充電方法(定電流定電圧 パルス充電)
10. 放電特性カーブの見方
11. セルバランス
12. メモリー効果と継足し充電
13. リチウムイオン電池を上手に使う方法
14. 保護回路
15. 残量管理
16. パックID管理
17. スマートバッテリー
18. 電池の安全性 事故例
19. 電池に関する規則、規制
20. 輸送時の問題
21. 電池の回収
22. バッテリーリフレッシュ
23. 外付けパック
24. カスタム電池パックの開発
25. カスタムパックチェックリスト

1.リチウムイオン電池の特長
(1)電圧が高い
リチウムイオン電池1個の電圧は平均3.7Vです。同じ小型二次電池の仲間であるニッカド電池やニッケル水素電池の1.2Vに比べ約3倍の電圧が得られます。言いかえると同じ電圧を出すのに使用本数が3分の1で済むということになります。
(2)エネルギー密度が高い
リチウムイオン電池の重量エネルギー密度は155Wh/kgとニッカド電池の約3倍、ニッケル水素電池の約2倍あります。体積エネルギー密度は400Wh/lでやはりニッカド、ニッケル水素電池の2倍近くあります。小型で軽いため携帯機器用電源として最適の電池です。
(3)メモリー効果がない
ニッカド電池やニッケル水素電池のように、浅い充放電を繰り返すと容量が減少してしまうメモリー効果が全くありません。使いたいときに使い、充電したいときに充電するいわゆる継ぎ足し充電が可能です。よく、「使い切ってから充電しないと電池のためによくない」と言う人がいますが、リチウムイオン電池にはあてはまりません。
(4)サイクル寿命が長い
充放電を繰り返すサイクル特性は500回以上可能です。使い方によっては1000回以上も可能です。
(5)急速充電可能
4.2V、1CmAの急速充電を行うと、約70分で満充電できます。
(6)保存特性が良い
通常、電池は使わずに放っておくと、自然に少しずつ放電する自己放電という現象が見られます。リチウムイオン電池の自己放電率は5%/月と非常に低い値で、ニッカド電池やニッケル水素の5分の1以下です。一度充電しておけば数ヶ月はそのまま再充電せずに使用できます。
(7)高出力が取り出せる
従来、リチウムイオン電池は高出力が苦手と言われていましたが、最近では4C放電も可能な高機能リチウムイオン電池が登場しています。 今まで、ニッカド電池やニッケル水素電池が使われていた分野でも今後リチウムイオンに置き換わっていくと予想されます。
(8)安全である
かって「リチウムイオン電池は危険」というイメージがありました。リチウムイオン電池は歴史が新しく(1990年にSONYが世界で初めて商品化)使用実績も他の電池に比べて少ないことも原因の一つでしょう。実際は、電池の内部には二重、三重の安全機構が組み込まれており、電池外部にも安全を確保するための保護回路を使用するため、危険性はほとんどありません。
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2.リチウムイオン電池の用途

リチウムイオン電池は小型、軽量の特徴を活かして以下のような用途に使われています。

→ ノートパソコン → デジタルカメラ → 無人潜水艇
→ PDA → ビデオカメラ → 電気自動車、ハイブリッド自動車
→ 携帯電話 → 放送局向けビデオカメラ → 電動自転車
→ ハンドヘルドターミナル → ポータブルMD,CD → 携帯プリンター
→ コードレスフォン → 携帯ゲーム機 → 携帯ライト
→ 業務用無線機 → ロボット → その他携帯電子機器
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3.リチウムイオン電池の構造

リチウムイオン電池は正極にコバルト酸リチウム(LiCoO2)、負極にグラファイト(炭素)を使い、それぞれの極板を何層かに積み重ねた構造になっています。一般的なリチウムイオン電池(円筒型角型)の構造をでご覧ください。これらの単独の電池をセルと呼び、ノートPCなどではセルを複数組み合わせて所定の電圧、容量を出すパックに仕上げます。
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4.リチウムイオン電池の原理

リチウムイオン電池はLi+イオンが正極と負極を行ったり来たりするだけの極めてシンプルな原理に基づく電池です。そのシンプルさ故にメモリー効果もなく、充放電効率(充電エネルギーと放電エネルギーの比率)が高くなっています。金属リチウムは一切使用していませんので安全です。
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5.充電特性

リチウムイオン電池の充電は定電流・定電圧方式で行います。充電電圧は電池1直列当り4.2Vです。
充電電流の大きさによって充電時間は変わります。充電には通常、充電をコントロールするICを使用した充電回路内蔵の充電器を必要とします。

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6.放電特性

リチウムイオン電池は満充電の4.2Vからゆるいカーブで電圧が下がっていき、2.7V近辺で放電を終了します。
放電カーブは温度や放電電流によって変化します。

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7.サイクル寿命特性

リチウムイオン電池も他の電池同様、充電、放電を繰り返すと、徐々に容量は減っていきます。一般的には300回の充放電の後、初期の容量の80%程度になります。電池はあくまで消耗品であることを考慮すべきでしょう。
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8.保存特性

充電状態の電池を放置しておくと電池が劣化し、再度充電したときの容量が減少してしまいます。この劣化は満充電で保存すると激しくなり、また保存温度が高いほど劣化が早くなります。リチウムイオン電池を長期保存するときにはできるだけ冷暗所に保存し、あまり充電しない状態で保存することをお勧めします。またリチウムイオン電池を使用する電子機器の設計を行う際には、できるだけ機器の発熱の影響を受けない位置に電池を配列するのがよいでしょう。
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9.保護回路

リチウムイオン電池はその内部に安全を確保するためのいくつかの機構がありますが、さらに安全性を向上するために外部に保護回路を使用します。保護回路の主な機能は以下の3つです。

1) 過充電を防ぐ
2) 過放電を防ぐ
3) 過電流を防ぐ

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