技術リファレンス --- 充電器とバッテリーの基本
ポータブル機器市場の継続的な拡大に伴い、バッテリーの性能と動作寿命の向上に対する需要はますます高まっています。こうした基準を満たすため、充電式セルの容量と性能は、1960年代のニッケルカドミウム（NiCd）バッテリーや密閉型鉛蓄電池（SLA）の商用化から、近年のニッケル水素（NiMH）バッテリーやリチウムイオン（Li-I、またはLi+）技術の導入に至るまで、着実に向上してきました。各セルタイプにはそれぞれ利点がありますが、特定の用途においてどのセルを使用するかは、技術的な適合性だけでなく、経済的な考慮も大きく影響するでしょう。
バッテリーの必需品
最も一般的な二次電池の動作特性と充電特性の一部を表に示します。性能はメーカーによって異なるため、これらのデータはあくまでも目安としてご利用ください。最大許容充電速度は電池によって異なりますが、この値と電池のアンペア時容量（C）から、下記の式に従って急速充電時間を計算できます。なお、これらは豊富な経験に基づく目安であり、実際に充電できる容量は電池の初期状態と使用年数に大きく依存することをご留意ください。
| 特性 | SLA（年次総会） | ニッカド | ニッケル水素 | Li+/Liポリマー |
| エネルギー密度（Wh/kg） | 30 | 40 | 60 | 100 |
| 動作サイクル（標準） | 300 | 800 | 500 | 800 |
| 動作温度（°C） | 0～35 | 0～45 | 0～40 | 0～50 |
| 最大充電電流（A） | 0.25℃ | 2C | 1C | 1C |
| 充電方法 | 定電圧 | 定電流 | 定電流 | 定電流/定電圧 |
| 急速充電時間（時間） | C/A + 2時間 | 経常利益 + 20% | 経常利益 + 20% | C/A × 2 |
バッテリーに合った充電器
ユーザーは、バッテリーをできるだけ速く充電できる充電器を好みます。しかし、充電器の設計において速度だけが重要な要素ではありません。夜間に充電できる場合、適切なトリクル充電器は大きな電流を供給する必要がないため、非常にコンパクトになります。また、軽量で持ち運びやすく、比較的安価に製造できる可能性も高くなります。
密閉型鉛蓄電池は、電流制限による定電圧充電が必要です。スタンバイ使用時のSLA電池は、1セルあたり2.25Vで連続充電すれば十分です。この電圧であれば、電池は過充電にならず、損傷することなく無期限に接続したままにすることができます。NiCdおよびNiMHの場合、0.1Cで一晩（14時間）の定電流充電で同等の結果が得られます。ほとんどのSLAおよびNiCdセルは長期トリクル充電に適していますが、NiMHの場合は損傷を防ぐため、充電を中断する必要があります。
しかし、急速充電器を選ぶ際に考慮すべき要素は何でしょうか？ 非常に高い急速充電速度は、セルの全体的な寿命に悪影響を及ぼす可能性があります。バッテリーメーカーにとって、寿命の短縮や現実的な充電サイクルに関する警告は必ずしも最優先事項ではありません。また、警告する場合でも、詳細は明確でない場合があります。最大2Cの速度で急速充電を成功させるには、充電サイクルの全段階でバッテリーパラメータをインテリジェントに監視する必要があります。最新世代のインテリジェント充電器は、保護回路の影響や動作温度や接触抵抗の変動に対処できます。急速充電器の重要な機能は、過充電とそれに続く温度および圧力の上昇が始まる前に、充電速度を自動的に低下させることです。
NiCdセルとNiMHセルの充電特性は似ていますが、NiMHセルは充電中に発生する熱量が多く、ピーク電圧が目立ちにくいという欠点があります。どちらのセルタイプにも、様々な定電流急速充電終了技術が用いられています。これには、ピーク電圧付近での電圧変化率を示すdV/dt、ピーク電圧を超えたセル電圧の低下を示す-dV、そして満充電時のセル温度検知などが含まれます。また、ニッケルベースのセルでは、バルク充電前に、劣化したセル、未形成セル、または古いセルをリフォームおよびコンディショニングする回路も非常に重要です。もちろん、これらの機能はすべてコストを伴いますが、この高度な技術がなければ、セルに深刻な損傷を与え、容量と寿命の両方を制限するだけでなく、安全性の問題も引き起こす可能性があります。
Li-Iセルの充電はSLA（定電圧充電）と似ており、どちらも電流制限された定電圧が必要です。しかし、Li-Iの場合、充電器にはエンドポイント電流カットオフ機能とフェイルセーフタイマーが組み込まれ、全体的な保護が不可欠です。個々のアプリケーションに固有の要件があるため、Li-I充電システムは、設計プロセスのできるだけ早い段階でバッテリーパック設計に統合する必要があります。Lawtronicsの新世代インテリジェントLi-I充電器は、セルメーカーが設定した基準を満たし、ほとんどのOEM要件に合わせて構成できます。
バッテリー技術はゆっくりではあるが着実に進化を続けており、インテリジェントな 充電器の 設計により、ユーザーに最大限のメリットを提供できるようになります。