APDahlen Applications Engineer
スタンドアロンでのご使用はお勧めできません。
代わりに、バッテリに適合する専用充電器を使用してください。
バッテリは驚くほど充電に敏感です。適切なケアと給電を行わないと、最適に充電されず、寿命が短くなる可能性があります。実際、不適切な充電器や誤った設定の充電器を使用すると、バッテリが沸騰してしまい、高価な資産が1ケ月も経たずに破壊されてしまう可能性があります。
ケーススタディ
ケーススタディとして、関連性の高いMEAN WELLの2つの製品について調べてみましょう。これらのデバイスは、サイズと最大電力定格が類似しており、どちらも公称12V DCに調整できます。品番も類似しています。
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インテリジェントバッテリ充電器RPB-1600-12を図1に示します。
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RCP-1600-12はほとんど同じように見えますが、固定電圧のAC/DCコンバータとして機能します。
図1： Mean Wellのバッテリ充電器 RPB-1600-12の外観
主な仕様の確認
仕様をざっと確認するだけで、充電器とコンバータの違いがわかります。
MEAN WELLのAC/DCコンバータは、固定出力電圧であり、11.5～15V DCの範囲で調整可能です。
MEAN WELLの充電器には、バッテリ充電用に特別に設計された多くの機能が搭載されています。以下に、そのインテリジェントな機能の一部をご紹介します。
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バッテリ用に設計 – 鉛蓄電池（ゲル、浸水型、AGM）およびリチウムイオン電池（リチウム鉄、リチウムマンガン）をサポートしています。
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内蔵の充電管理 – デフォルトの3段階充電カーブとプログラマブルなプロファイルにより、最適なバッテリの状態を維持します。
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安全および保護機能 – 以下に対する保護機能が含まれています。
- バッテリ電圧不足
- バッテリ切断
- ショート
- 過電圧
- 過熱
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インテリジェント制御および通信 – 内蔵のI²CインターフェースおよびPMBusプロトコル（オプションでCANBus）が使用できます。
3段階の充電プロファイルとは何ですか？
最適なバッテリ充電には、公称バッテリ電圧を単に印加するだけでは不十分です。図2に示す3段階の充電プロファイルは、充電器とコンバータの違いを理解する上で、良い出発点となります。
3段階のバッテリ充電曲線におけるステップとは何ですか？
この3つのステップは、バッテリとバッテリ充電器に加わるストレスを制限するように設計されています。
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バルク充電（定電流モード）：バッテリが急速に充電電流を吸収する間、充電器は定電流モードで動作します。バルク充電モードは、バッテリが所定の充電電圧に達した時点で終了します。
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アブソーブ充電（定電圧）：充電器は定電圧モードを維持し、バッテリ電流は徐々に減少します。完全な充電を確実にするため、アブソーブ充電電圧はバッテリの公称電圧よりも高い場合があります。ほとんどの充電器は、電流がプログラムされた閾値を下回った時点でアブソーブ充電モードを終了するオプションを備えています。また、時間にもとづいて終了する場合もあります。
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メンテナンス（フロート）：バッテリの種類によっては、充電器は定電圧を適用するフロートモードに入ります（24時間×7日間）。フロートモードは、充電器が特定の電圧を下回るバッテリ放電を検知すると終了します。これにより、充電プロセスが最初からやり直されます。
技術的なヒント： フロート充電は、すべてに使われるモードではありません。鉛蓄電池では標準的な方法ですが、一部のリチウムイオン電池では破壊されてしまいます。前述の通り、MEAN WELLの充電器はプログラム可能です。アブソーブ充電モードが完了した時点で充電器をオフにするオプションが期待できます。その後、充電サイクルを定期的に再起動して、バッテリの自然放電を軽減するようにプログラムすることもできます。
技術的なヒント： 通常、主電源が失われた場合にバッテリに頼ることになります。しかし、充電器が利用可能な場合は、定格電流まで供給し続けます。バッテリをテストする際には、この事実を考慮する必要があります。なぜなら、バッテリの状態を過剰に楽観的に評価してしまう可能性があるからです。
図2： MEAN WELLバッテリ充電器のデフォルト3段階充電の様子
追加資料
バッテリに関する追加情報については、Battery Universityをご参照ください。 バッテリの種類、特性、および充電要件について詳しく説明されています。
ご使用のバッテリのデータシートを必ず慎重に確認し、メーカーの推奨事項をすべて遵守してください。メーカーからホワイトペーパーを入手できる場合もあります。
技術的なヒント： すべてのバッテリアプリケーションが長寿命設計であるとは限りません。高性能アプリケーションでは、重量を重視するためにバッテリ寿命が犠牲になる場合があります。RCドローンやその他のレース用アプリケーションは、寿命よりも性能を優先しており、トップフューエルドラッグスターの内燃機関のようなもので、華々しい数回のレースのためだけに設計されています。
おわりに
AC/DCコンバータとバッテリ充電器はよく似ています。主な違いは、バッテリ充電器に搭載されたインテリジェンス機能で、バッテリに適した充電サイクルで設計されています。例えば、デフォルトの3段階充電サイクルなどです。
一部の用途では、AC/DCコンバータをコンピュータ制御下に置くことが望ましい場合があり、そうすれば、コンバータをバッテリ充電器として強制的に動作させることができます。しかし、大半のアプリケーションでは、専用のバッテリ充電器を使用する方が望ましいでしょう。
私たちは魅力的なテクノロジの世界に生きています。Battery Universityの教材を必ずご覧ください。
よろしくお願いします。
Aaron
関連情報
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著者について
Aaron Dahlen氏、LCDR USCG（退役）は、DigiKeyでアプリケーションエンジニアを務めています。彼は、技術者およびエンジニアとしての27年間の軍役を通じて構築されたユニークなエレクトロニクスおよびオートメーションのベースを持っており、これは12年間教壇に立ったことによってさらに強化されました（経験と知識の融合）。ミネソタ州立大学Mankato校でMSEEの学位を取得したDahlen氏は、ABET認定EEプログラムで教鞭をとり、EETプログラムのプログラムコーディネーターを務め、軍の電子技術者にコンポーネントレベルの修理を教えてきました。彼はミネソタ州北部の自宅に戻り、このような記事のリサーチや執筆を楽しんでいます。