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、回復す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（年次株主総会） | 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 |
| Operating Temperature (°C) | 0~35 | 0~45 | 0~40 | 0~50 |
| Max Charge Current (A) | 0.25C | 2C | 1C | 1C |
| Charge Method | Constant Voltage | Constant Current | Constant Current | Constant Current/Voltage |
| Fast Charge Time (h) | C/A + 2 hours | C/A + 20% | C/A + 20% | C/A × 2 |
Matching chargers to batteries
Users like a charger that will charge batteries as fast as possible. But speed is not the only factor when it comes to designing a charger. If charging can be carried out overnight, the appropriate trickle charger can be very compact, since it does not have to source much current. It is also likely to be lightweight, easily portable and relatively inexpensive to produce.
Sealed lead acid batteries require current limited constant voltage charging. For SLA batteries in standby use, continuous charging at 2.25V/cell is adequate. At this potential, the battery will not overcharge and may remain connected indefinitely without incurring damage. The equivalent for NiCd and NiMH is an overnight (14h) constant current charge at 0.1C. While most SLA and NiCd cells are suited to long term trickle charge, for NiMH, charging must be terminated to prevent damage.
However, what are the factors that need to be considered when specifying a fast charger? Very high fast-charge rates can be detrimental to the overall lifespan of the cells. It is not necessarily a prime consideration of battery manufacturers to warn about reduced lifespan and realistic recharge cycles and, if they do, the details may not be that clear. Successful fast charging at rates of up to 2C requires intelligent monitoring of battery parameters at all stages in the charging cycle. The latest generation of intelligent chargers can address the effects of protection circuitry and variations in operating temperature and contact resistance. An essential feature of fast chargers is the automatic reduction in charge rate before the onset of overcharge and subsequent rise in temperature and pressure.
The charging characteristics of NiCd and NiMH cells are similar, although NiMH generates more heat during charge and peak voltage is less apparent. Various constant current fast charge termination techniques are used in both cell types. These include dV/dt, the rate of change of voltage close to peak voltage; -dV, the fall in cell voltage beyond peak; and cell temperature sensing at full charge. Circuitry for reforming and conditioning abused, unformed or old cells prior to bulk charging is also highly desirable for nickel-based cells. Obviously, all of these features come with a price, but without this sophistication, serious damage can be done to the cells, limiting both capacity and lifetime, as well as risking safety issues.
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ており、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。