リチウムバッテリーチャージャーの 設計上の考慮点

2020-10-05

通常リチウムバッテリーチャージャーは定電圧及び定電流方式によりリチウムバッテリーを充電します。この電圧と電流を検知することにより、バッテリーがフル充電されたかどうかを評価します。

 

充電時のバッテリーの電圧:

リチウムイオンバッテリー Li-ion   4.2V/Cell

リチウム鉄バッテリー LiFePO4    3.6V/Cell

 

バッテリーの電圧と最高充電電圧との差が100mV未満の場合で、かつ充電電流がC/10まで下がったとき、バッテリーはフル充電されたとみなされます。

C数値は電池パック或いは電池セルの仕様で決めます。

 

現在市販されている充電器の中、価格面を考慮し、フル充電の場合も充電器はオフにならずCVモードで止まったままのものがあります。この方法はエネルギーを効果的に節約できず、またリチウムバッテリーと鉛蓄バッテリーとは異なるので、リチウムバッテリーのフロート充電は推奨されません。

 

充電器の逆流防止メカニズムについて、もし逆流防止メカニズムが設置されておらず、バッテリーの極性を誤って装填したたままで、充電器の電源をいれてしまうと、充電器を破損する可能性があり、或いはバッテリーのショートを引き起こすことになります。電圧逆流メカニズムはバッテリーを保護するとともに、充電器も保護することが可能であり、特に高直列数、大容量リチウムバッテリーパックを使用する際、設計上、さらに考慮すべき重点であると言えます。

 

現在電気自動車、電動バイク及び自動運搬車に高直列数、大容量のリチウムバッテリーパックが使用されることはごく一般的であり、バッテリー充電の安全性に対する要求もますます高まっています。高直列数、大容量リチウムバッテリーパックとは、多くのバッテリーセルの組み合わせで構成されていることを意味しており、バッテリーの相対的なエネルギーも非常に大きいため、安全性に対する要求はますます厳しく、バッテリーパック充放電時の、電圧や電流及び温度など各バッテリーセルの状態はいずれも考慮、監視される必要があります。これはバッテリーパック操作時の壽命と安全性に関係しており、デジタル通信機能付きのバッテリーが広範に使用されています。

 

通信機能付きの充電器でバッテリーの充電を始める前に、バッテリーモジュール内のバッテリーマネージメントシステム(BMS)から、隔離式コントロールエリアネットワーク(CAN bus)経由で充電器に充電電圧、充電電流を設定するとともに、充電器をオンにするようコマンドを送ります。

 

バッテリーモジュールと充電器は一定間隔で周期的なコマンドを発することで、バッテリーと充電器の正常な通信を確保し、充電電圧、充電電流及び温度を監視し記録しますが、全充電プロセスにおいて重要なのはバッテリーマネージメントシステム(BMS)による制御によって、バッテリーの安全な充電を確保することです。

FSPが開発したCAN Bus Charger Toolは、バッテリーと充電器の通信機能をシミュレーションし、それにより製品開発全体のスケジュールを大幅に短縮し、生産テスト検証の便宜性を高めることが出来ます。

 

CAN Bus Charger Toolを使用したアプリケーションソフトウェアはコンピュータ上でCAN Bus Charger Toolの隔離式CAN Bus通信ネットワークを通じて充電器にコマンドを送り、Chargerの充電電圧、充電電流を設定できるようにしています。またBroadcastコマンド間隔時間をシミュレートすることで、バッテリーモジュールが充電器に対し周期的なコマンドを送り、バッテリーと充電器の正常な通信を確保するとともに、充電電圧、充電電流及び温度を監視、記録でき、充電中もCAN Bus Charger Toolの監視記録が作成したログファイルから全充電データ(Profile)を取得し、ログファイルデータを通じて全充電過程を分析し、バッテリーの安全な充電を確保します。

 

Block Diagram

リチウムバッテリー充電器について、さらに多くの応用分野および製品の特長をお求めの場合は、以下のウェブサイトをご参照ください。充電器

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