リチウム電池の充電方法

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リチウム電池を安全に充電するには、定電流 (CC) および定電圧 (CV) プロファイルに従う専用のリチウム充電器を使用する必要があります。間違った充電器や設定を使用すると、大きな危険が生じます。過充電を超えて セルあたり 4.2V では 、アノードにリチウム メッキが発生し、短絡や過剰な発熱が発生する可能性があります。

リチウムイオン電池を推奨電圧範囲外で動作させると、重大な安全上のリスクが生じる可能性があります。過充電または過放電は、過熱、容量低下を引き起こす可能性があり、極端な場合には、 熱暴走- バッテリーが過熱して発火する可能性がある状態。

2 つの黄金律に従ってください。セルごとの最大電圧 4.2V を決して超えないようにしてください。鉛酸充電器は絶対に使用しないでください。このガイドでは、リチウム電池を適切に充電する方法を説明し、充電段階、充電器の選択、寿命を延ばすための安全対策について説明します。

重要なポイント

• 必ず次の規定に従った特別なリチウム充電器を使用してください。 CC/CV方式。 安全に充電できる

• 各セルの電圧が 4.2 ボルトを超えないようにしてください。充電しすぎると、リチウムメッキやショートが発生する可能性があります。

• 鉛酸充電器は使用しないでください。フロートモードではリチウム電池が過充電され、火災が発生する可能性があります。

• リチウム電池は、温度が 0°C ～ 45°C の場合にのみ充電してください。これにより、損傷や停止を防ぐことができます 熱暴走.

• リチウム電池を 40 ～ 50% の充電状態に保つと、寿命が長くなり、容量が維持されます。

リチウム電池の充電方法: CC/CV プロファイル

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CC/CV プロファイルは、定電流および定電圧を表します。この 2 段階のプロセスは、安全なリチウム充電の基礎です。両方の段階を理解する必要があります セルを正しく充電してください。充電器は自動的に段階を切り替えますが、そのプロセスを知っておくと、より賢明な決定を下すことができます。それぞれの段階を見ていきましょう。

定電流 (CC) ステージ

の CC ステージは セルに定常電流を送ります。この電流は、セルが限界に達するまで一定の速度で流れます。 最大電圧。標準的なリチウムイオン電池の場合、最大電圧は電池あたり 4.2V です。許容誤差は±50mVです。充電器はこのフェーズ中に最大電流を適用します。セルが充電を受け入れると、電圧は着実に上昇します。

ここにあります 標準リチウムイオン電池の主要パラメータ:

バッテリーの化学的性質に応じて正しい電流レー​​トを選択する必要があります。化学的性質が異なれば、必要な充電率も異なります。以下の表は、一般的なレートと最大レートを示しています。

ポータブル機器に搭載されている小型バッテリーのほとんどは、充電が 1C に制限されています。特定のセルの製造元のガイドラインに常に従う必要があります。 CC ステージは、電圧が 4.2V に達すると終了します。その時点で、チャージャは CV ステージに切り替わります。この移行は、適切なリチウム充電器では自動的に行われます。

定電圧 (CV) ステージと終端

CV ステージは電圧を 4.2V で一定に保ちます。その後、充電器は電流を徐々に減らします。これにより、セルが最大容量に達するまでの間、過充電が防止されます。セルが満杯になると電流は低下します。この段階では充電が遅くなることに気づくかもしれません。

充電がいつ完了したかを知る必要があります。充電器は CV ステージ中に電流を監視します。電流が特定のしきい値に低下すると、充電は終了します。このしきい値は終端電流と呼ばれます。

終端電流しきい値 (ITERM): 通常は次のように設定されます。 0.1 × C (つまり 0.1C) でリチウムイオン充電の定電圧 (CV) 段階が終了します。これは、バッテリーがいつ完全に充電されたかを判断するために使用される業界標準の値です。

したがって、2000mAh のセルの場合、電流が 200mA に低下すると充電が停止します。これは容量の 0.1 倍として計算されます。これにより、セルは過充電されることなく完全に充電されます。この時点で充電器は電力を遮断します。これでセルを使用する準備が整いました。

LiFePO4 バッテリーの場合、3 段階のアプローチが一般的です。ステージ 1 では、多くの場合、0.1C ～ 0.3C の低い電流レー​​トが使用されます。この穏やかなスタートは化学物質を保護するのに役立ちます。残りのプロセスは同様のパターンに従いますが、電圧制限が異なります。 LiFePO4 セルの最大電圧は通常、セルあたり約 3.65 V より低くなります。

安全な充電には、CC/CV プロファイルを理解することが不可欠です。リチウム電池の正しい充電方法を知っていれば、過充電のリスクを回避できます。 CC ステージはエネルギーの大部分を供給します。 CV ステージはセルを安全に上昇させます。終端電流により、適切なタイミングでの停止が保証されます。

常にこのプロファイルに従う充電器を使用してください。専用のリチウム充電器が両方の段階を自動的に処理します。正しい電圧と電流の制限を設定するだけです。残りの作業は充電器が行います。このアプローチにより、細胞が安全に保たれ、細胞の寿命が延びます。これで、適切な段階を使用してリチウム電池を充電する方法がわかりました。次に、特定のバッテリーに適した充電器を選択する方法を知る必要があります。

適切な充電器と設定の選択

リチウム専用充電器を使用する理由

リチウム化学用に作られた充電器を使用する必要があります。鉛酸充電器の動作は異なります。多くのステップを使用し、フロート モードを備えています。フロートモードでは、バッテリーが満充電になった後も小さな電流を送り続けます。リチウム電池の場合、その定常電流により過充電が発生します。過充電により細胞内に樹状突起が形成されます。デンドライトは小さな金属のスパイクで、セパレーターを突き抜ける可能性があります。これにより短絡が発生します。その結果、熱暴走、火災、爆発が発生する可能性があります。

以下の表に主な違いを示します.

鉛蓄電池充電器には脱硫酸モードもあります。間に高電圧パルスを送信します。 16Vと20V 。これらのパルスにより、バッテリーの BMS が焼き切れる可能性があります。たとえBMSが生き残ったとしても、パルスは樹状突起の成長を強制します。内部短絡や爆発の原因となります。

アルゴリズムの不一致も危険です。鉛酸充電器は、リチウム電池がいつ満杯になるかを知ることができません。強制的に過充電させてしまいます。これにより永久的な損傷が生じます。熱が蓄積します。温度上昇により熱暴走が起こる可能性があります。

あ リチウム専用充電器は、 これらすべての問題を回避します。化学の種類を選択できます。これにより、最適な電圧と充電プロファイルが設定されます。電池がいっぱいになると自動的に電源が切れます。フロートステージはありません。過放電したバッテリーを回復するウェイクアップ機能を備えています。誤差が 0.05V 未満の厳密な電圧精度を維持します。

電圧および電流制限の設定

充電器の設定をバッテリーの化学的性質と容量に一致させる必要があります。電圧制限は最も重要な設定です。標準的なリチウムイオン電池は、電池あたり 4.2V まで充電されます。 NMC セルも 4.2V を使用します。 LFP セルは、より低い最大値を使用します。 3.65V 。高電圧 NMC セルは 4.35V まで上昇します。メーカーのデータシートを確認してください。指定された電圧を超えないようにしてください。

充電電圧は容量に直接影響します。

4.10V まで充電すると、約 90% の容量が得られます。これにはかかる時間が短縮され、細胞へのストレスが軽減されます。多くの人は、バッテリー寿命を延ばすためにこれを選択します。

充電電流も重要です。エネルギーセルの推奨レートは 0.5C ～ 1C です。メーカーは0.8C以下を推奨しています。これは リチウム電池を適切に充電する方法 。電圧がしきい値に達し、電流が定格電流の 3% に低下すると、完全充電が発生します。 CC から CV への切り替えは、電圧しきい値で正確に行われる必要があります。これにより、リチウムメッキが妨げられます。

温度も重要です。 0℃以下での充電は絶対に行わないでください。通常の充電は 0°C ～ 45°C で行われます。 50℃を超えると充電が停止します。 CC フェーズ中、セル温度は 45°C 未満に保つ必要があります。冷間充電はリチウムメッキのリスクを高めます。

あなたの充電器は、 バッテリー管理システム (BMS) 。 バッテリー内のBMS は電圧を監視し、過充電を防ぎます。すべてを安全に保つために、充電器は BMS と連携する必要があります。

これで、リチウム電池を正しく充電する方法がわかりました。リチウム専用充電器の重要性を理解しています。正確な電圧と電流の制限がわかります。この知識によりバッテリーが安全に保たれ、寿命が延びます。

安全性、過放電、温度

過放電したセルを復活させる

2.5V 未満で放電したセルは非常に危険です。電圧が約 2.0V 以下になると、 陽極の銅箔が溶け始めます。充電すると、この銅はランダムな方法で再メッキされます。内部短絡が発生する可能性があります。このショートにより熱暴走が発生する可能性があります。内部抵抗も電荷ゼロ付近で急激に上昇します。これにより、充電しようとすると急速に加熱されます。

消耗が激しいセルを通常の充電器で充電しないでください。代わりに、通常 0.1C 未満の非常に小さな電流を送信するリカバリ モードを使用してください。この穏やかな方法は、損傷した細胞へのストレスを軽減します。 回復プロセスには 3 つのステップがあります。

1. 検出: 充電器は低電流プローブを送信してバッテリーの状態をチェックします。スマート回路は、セルを保存できるかどうか、またはセルが故障したかどうかを示します。

2. 穏やかな起動: セルに問題がない場合、充電器は微小な充電電流を流します。これにより、過熱や永久的な損傷が回避されます。

3. 通常充電への移行: 電圧が安全レベルを超えると、充電器は標準 CC/CV モードに切り替わります。

リカバリを試みる前に、セルを目視で確認してください。見たら 膨れ、漏れ、亀裂、穴があった場合は、すぐにリサイクルしてください。安全装置を着用して、開けた場所で作業してください。消火器を近くに置いてください。バッテリーが反応しない場合 30 分以内に停止してリサイクルしてください。

過放電によって損傷したセルは正常に戻ることはありません。回復に成功した後でも、それは残ります 永続的に衰弱し 、生涯注意深く監視する必要があります。メーカーは、回収されたセルがフル機能の BMS によって監視されるパックの一部であることを期待しています。

充電温度と安全上の注意事項

温度は安全な充電を制御します。充電のハードリミットは 0°C ～ 45°C (32°F ～ 113°F) 。最適な範囲は 10°C ～ 40°C です。 0℃以下で充電しないでください。氷点下の温度では、アノード上での拡散が遅くなり、金属リチウムめっきが発生します。これは、永続的な損傷と短絡の危険につながります。

45°C を超える温度で充電すると、電解質の破壊、ガスの蓄積、膨張が発生します。これらの問題により、熱暴走のリスクが高まります。一部の特殊なセルでは氷点下での充電が遅くなりますが、通常のセルではできません。

これらに従ってください 充電時の安全手順 :

• デバイスを床に置き、燃えやすいものから離して充電してください。

• 充電器は延長コードではなく、壁のコンセントに直接差し込んでください。

• 寝室や出口付近では絶対に充電しないでください。

• 電池の臭い、形状の変化、液漏れ、異音に注意してください。

• これらの警告サインのいずれかが見られるバッテリーの使用を中止してください。

長時間にわたる高電圧のフロート充電は避けてください。これを行うとセルが損傷し、容量の損失が早まります。リチウム電池を安全に充電する方法を知るということは、電圧制限と温度制限の両方を遵守することを意味します。あなたの注意が危険な失敗を防ぎます。

保管と寿命に関するベストプラクティス

リチウム電池の充電方法と同様に、リチウム電池の保管方法も重要です。適切な保管習慣により、容量の損失を防ぎ、バッテリーの耐用年数を延ばします。リチウム電池を安全に充電する方法はすでにご存知でしょう。次に、ストレージをマスターする必要があります。

ストレージの最適な充電状態

保管時の充電状態によって、どれだけの容量を保持できるかが決まります。フル充電で保管するとセルにストレスがかかります。高電圧はバッテリー内の化学反応を促進します。これらの反応は、エネルギーを蓄える活性物質を消費します。

リチウムベースのバッテリーの場合、推奨される保存充電状態は次のとおりです。 40% 。このレベル (室温で約 3.82V/セル) では、ほとんどのリチウムイオン システムで驚くべき寿命が得られます。

以下のデータは、 このアドバイスを無視した場合に何が起こるかを示しています。

100% の充電で保存すると、部屋の容量の 16% が消費されます 温度。 40℃では、損失は 20% に跳ね上がります。熱とフル充電が重なるとバッテリーの寿命が短くなります。

通常のリチウムイオンは、4.20V/セルの高電圧上限に長時間放置すべきではありません。バッテリーを高温にさらしたり、フル充電状態で長時間放置したりすることは、サイクリングよりもストレスがかかる可能性があります。

目指す 40 ～ 50% 充電してください。 長期保管する前にこの範囲は、両方の端子にわたる電子分布のバランスをとります。深放電の危険を回避しながら、高電圧のストレスを防ぎます。

メンテナンスと監視のヒント

保管には定期的な注意が必要です。バッテリーを脇に置いておき、忘れることはできません。自己放電により、時間の経過とともにセルがゆっくりと消耗します。介入を行わないと、電圧が有害なレベルまで低下する可能性があります。

• バッテリーを約まで充電または放電します。 容量の 50% 。 保管前の

• 自己放電を補うために、少なくとも 6 か月に 1 回は 50% まで充電してください。

• バッテリーを取り外し、製品とは別に保管してください。

• 保管温度は 5°C ～ 20°C (41°F ～ 68°F) に維持してください。温度が高くなると保管寿命が短くなります。

保管されているバッテリーを定期的に点検してください。膨張、漏れ、亀裂、その他の物理的損傷がないか確認してください。 非導電性の容器を使用してください。電池を金属物や電池同士から離して保管してください。蓄積した熱を放散するために適切な換気を確保してください。

サイクル寿命を最大化するための最適な充電状態は、 50% SoC 。このレベルでは、電子は正端子と負端子に均等に分布します。このバランスにより、永久的な容量の損失が防止されます。長期メンテナンスの場合は、6 ～ 12 か月ごとにバッテリーをサイクルします。100% SoC まで充電し、100% DoD まで放電し、その後、保管のために 50% SoC まで充電し直します。

深い放電や極端な温度を避けてください。これら 2 つの要因は、何よりもサイクル寿命を短縮します。注意深い保管習慣を身につけると、長年にわたる信頼できるサービスが得られます。

リチウム電池を安全に充電する方法がわかりました。必ずリチウム専用の充電器を使用してください。 CC/CV プロファイルに従ってください。セルあたり 4.2V の電圧制限を遵守してください。これら 3 つの手順により、バッテリーが損傷から保護されます。

鉛酸充電器は絶対に使用しないでください。 0℃以下での充電は絶対に行わないでください。決してフロート充電しないでください。これらの行為は永久的な害を引き起こします。

セルを 20 ～ 80% 充電した状態で保管してください。完全放電は避けてください。これらの習慣により、バッテリー寿命が大幅に延びます。信頼できるサービスを何年もお楽しみいただけます。

これらのガイドラインに従ってください。リチウム電池を安全かつ効率的に充電できます。バッテリーは良好に機能し、その寿命全体にわたって安全な状態を保ちます。

よくある質問

リチウム電池の充電に携帯電話の充電器や USB ポートを使用できますか?

いいえ。携帯電話の充電器と USB ポートは CC/CV プロファイルに従っていません。電圧精度が不足しています。充電を正しく終了できません。を使用してください 専用リチウム充電器 のみ。

リチウム電池が完全に充電されたかどうかはどうすればわかりますか?

充電器は自動的に停止します。 CV ステージ中の電流を監視します。電流が0.1Cまで低下すると充電が終了します。 2000mAh セルの場合、200mA を意味します。この時点で充電器は電力を遮断します。

リチウム電池を一晩充電したままにしても安全ですか?

いいえ、リチウム電池はフロート充電を許容しません。バッテリーを接続したままにすると、電圧が高くなります。これによりセルにストレスがかかり、容量損失が発生します。充電が完了したら、充電器のプラグを抜きます。充電中はバッテリーから目を離さないでください。

膨張したリチウム電池を復活させることはできますか?

いいえ、腫れは内部の損傷を意味します。電解質の破壊によりセルからガスが発生しました。充電しないでください。穴を開けないでください。すぐにリサイクルしてください。バッテリーが膨張すると火災の危険があります。