28個のオプティマイエロートップで構成された鉛蓄電池パック
Lucid Motors向けリチウムイオン電池パック

バッテリーパックとは、任意の数の（できれば同一の）バッテリーまたは個々のバッテリーセルのセットです。[1] [2]所望の電圧と電流を供給するために、直列、並列、またはその両方の組み合わせで構成できます。「バッテリーパック」という用語は、コードレス工具、ラジコン玩具、バッテリー式電気自動車などでよく使用されます。

バッテリーパックの構成要素には、個々のバッテリーまたはセルと、それらの間の電気伝導性を確保するインターコネクトが含まれます。 [3]充電式バッテリーパックには、多くの場合、電圧センサーと温度センサーが搭載されており、充電器はこれを使用して充電の終了を検出します。[4]インターコネクトは、各セルを接続する部品であるため、バッテリーにも搭載されていますが、バッテリーはほとんどの場合、直列に並べられています。

パック内に複数のセルが並列に接続されている場合、回路の電気的バランスを考慮した様々な配線構成が存在します。バッテリーマネジメントシステムは、充電中にセルの電圧を最大値以下に抑え、弱いバッテリーが完全に充電されるようにすることでパック全体のバランスを回復させるために、セルのバランス調整に使用されることがあります。[5]アクティブバランス調整は、バッテリーバランサーデバイスによっても実行できます。バッテリーバランサーデバイスは、強いセルから弱いセルへリアルタイムでエネルギーを移動させ、バランスを改善します。[5]バランスの取れたパックは、寿命が長くなり、優れた性能を発揮します。[1] [6]

インラインパッケージでは、セルを選別し、はんだを挟んで積み重ねます。セル同士を圧着し、電流パルスで熱を発生させてはんだ付けし、セル内部のすべての接続部を溶接します。

充電状態の計算

SOC（充電状態）は、残存燃料量に相当します。バッテリーの端子電圧は完全に放電されるまでほぼ一定であるため、単純な電圧測定ではSOCを判定できません。一部のバッテリーでは、電解質の比重が充電状態と関連している可能性がありますが、これは一般的なバッテリーパックのセルでは測定できず、ほとんどの種類のバッテリーでは充電状態とは関連がありません。ほとんどのSOC測定法では、電圧と電流に加えて温度や放電・充電プロセスのその他の側面も考慮され、基本的にパックの規定容量内で増減します。[7] [8]より複雑な充電状態推定システムでは、バッテリー容量と放電率を関連付けるPeukert効果が考慮されます。 [9]

利点

バッテリーパックの利点は、デバイスへの着脱が簡単なことです。複数のバッテリーパックを使用することで、バッテリー駆動時間を延長し、取り外したバッテリーパックを別途充電しながらデバイスを継続的に使用できるようになります。

もう 1 つの利点は、設計と実装の柔軟性です。これにより、安価で高生産量のセルやバッテリーをパックに組み合わせて、ほぼあらゆるアプリケーションで使用できます。

製品寿命が終了したら、電池を取り外して個別にリサイクルできるため、有害廃棄物の総量が削減されます。

デメリット

パックは、密封された修理不可能なバッテリーやセルよりも、エンドユーザーにとって修理や改ざんが容易な場合が多いです。これを利点と考える人もいるかもしれませんが、バッテリーパックは潜在的な化学的、電気的、および火災リスクを伴うため、修理を行う際には安全対策を講じることが重要です。

パワーバンク

携帯電話を充電できるポータブルパワーバンク

パワーバンクは、バッテリー、バッテリーと充電電源を接続する充電器、および必要な出力電圧を提供する出力インターフェイスで構成されるポータブルデバイスです。[10]パワーバンクにはさまざまなサイズがあり、通常はリチウムイオン電池がベースになっています。 パワーバンクには、バッテリーセルと電圧変換回路が含まれています。 内部の DC-DC コンバータはバッテリーの充電を管理し、バッテリースタックの電圧を必要な出力電圧に変換します。 多くの場合、製品で宣伝されている容量は内部セルの容量に基づいていますが、出力に使用できる理論上の mAh は出力電圧によって異なります。 変換回路ではエネルギー損失があるため、実際の出力は理論値よりも少なくなります。[11] [12] 5 V 出力の 3.7 V バッテリーパワーバンクの理論上のmAh は、バッテリーの mAh 定格の 74​​% です。このジャーナルで評価されたRavPower RP-PB41（広告容量26,800mAh）は、理論容量は19,832mAhであるものの、実際に供給された容量は15,682mAhで、理論値の78%に過ぎなかった。著者らはこの差を、バッテリーの内部抵抗とコンバーターの損失に起因するものとしている。[12]回路基板には、過放電保護、自動シャットオフ、充電レベル表示LEDなどの追加機能が搭載されている場合がある。[13] [14]パワーバンクは接続を検出し、自動的に電源をオンにする機能を備えている場合がある。また、電流負荷がモデル固有のしきい値を下回り、一定期間が経過すると、パワーバンクは自動的に電源をオフにする場合がある。[15]

バッテリーと、充電器と出力コンバーターを内蔵した回路基板で構成された「5,000mAh」パワーバンクの内部。

2023年の平均的なパワーバンクは、パワーバンクのバッテリーエネルギーの約2/3、つまり67％を充電中のデバイスのバッテリーに転送しました。[16]

一部のパワーバンクはワイヤレスで電力を供給でき、必要なときに気軽に近距離を照らすためのLEDフラッシュライトが装備されているものや、USBポートから電力を供給しながら同時に充電できるパススルー充電機能を備えたものもあります。[17]一部の大型パワーバンクには、ノートパソコンなどの高電力需要に対応するためにDCコネクタ（またはバレルコネクタ）が付いています。

バッテリーケース

バッテリーケースは、携帯電話の背面にケースのように取り付けられる小型のパワーバンクです。電力はUSB充電ポート[18]またはワイヤレス[19]から供給されます。バッテリーケースは、 Nokia Lumia 1020のように、カメラグリップアクセサリの形でも存在します。[20]取り外し可能な背面カバーを備えた携帯電話には、拡張バッテリーがあります。これは、デフォルトの背面カバーを交換するための、より広々とした専用の背面カバーに取り付けられた、より大きな内蔵バッテリーです。欠点は、装着中に他の携帯電話ケースと互換性がないことです。[21]

プロングケースには、ケース自体に一体化した折りたたみ式のプロングが含まれていました。[22]

レンタル・交換

2024年に米国で登場するモバイルバッテリーレンタル自動販売機

世界の一部地域では、キオスク型のモバイルバッテリーレンタルまたはサブスクリプションサービスが提供されています。顧客は一定期間のモバイルバッテリー使用料を支払い、使い切ったモバイルバッテリーをキオスクに返却します。[23] FuelRodというブランドの事例では、様々な遊園地でモバイルバッテリーを割高で販売していましたが、その条件として、提携施設での無料交換特典が付与されていました。[24] FuelRodは2019年に無料交換の廃止を申請し、集団訴訟に発展しました。その結果、早期導入者には無料交換特典が継続されるという和解が成立しました。[25]

航空旅行制限

米国連邦航空局（FAA）の規制により、米国ではモバイルバッテリーを受託手荷物として持ち込むことはできません。100Whまでのモバイルバッテリーは機内持ち込みが許可され、101Whから160Whまでのモバイルバッテリーは航空会社の許可があれば持ち込みが許可されます。[26]

韓国のエアプサン391便墜落事故の後、機内でのモバイルバッテリーに関する懸念が高まり、モバイルバッテリーに関する新たな規制が発令された。韓国政府は、韓国の航空機内でのモバイルバッテリーの使用を禁止した。 [27] 2025年3月、マレーシア民間航空局は、乗客に対し、モバイルバッテリーを身につけて保管し、頭上の荷物入れには入れないように勧告する指示を出した。[28] 6月、中国民用航空局は、中国強制認証を受けていないモバイルバッテリーを国内線に持ち込むことを乗客に禁止した。 [29] 2025年2月、エバー航空は機内でのモバイルバッテリーの使用禁止を発表した。エアアジア、チャイナ エアライン、スターラックス航空、シンガポール航空、タイ国際航空も後に同様の禁止令を発令した。[30] [31] [32]

参照

参考文献

  1. ^ ハシーニ、マルワン;フォン・ホーエンドルフ・ゼーガー、ペドロ;レドンド・イグレシアス、エドゥアルド。ペリシエ、セルジュ。ヴェネ、パスカル（2023年10月27日）。 「セカンドライフバッテリーにおける容量の分散と外れ値の影響」。2023 IEEE Vehicle Power and Propulsion Conference (VPPC)。イタリア、ミラノ。 pp.  1–4 . doi :10.1109/VPPC60535.2023.10403384。ISBN 979-8-3503-4445-5. S2CID  267337334。{{cite book}}: CS1 maint: location missing publisher (link)
  2. ^ Li, Wei; Garg, Akhil; Xiao, Mi; Peng, Xiongbin; Le Phung, My Loan; Tran, Van Man; Gao, Liang (2020-10-10). 「電気自動車用バッテリーパックのインテリジェント最適化手法：多分野にわたる視点」. International Journal of Energy Research . 44 (12): 9686– 9706. Bibcode :2020IJER...44.9686L. doi : 10.1002/er.5600 . ISSN  0363-907X.
  3. ^ ハーパー, ギャビン; サマービル, ロベルト; ケンドリック, エマ; ドリスコル, ローラ; スレイター, ピーター; ストルキン, ラスタム; ウォルトン, アラン; クリステンセン, ポール; ハイドリッヒ, オリバー; ランバート, サイモン; アボット, アンドリュー; ライダー, カール; ゲインズ, リンダ; アンダーソン, ポール (2019年11月6日). 「電気自動車からのリチウムイオン電池のリサイクル」. Nature . 575 (7781): 75– 86. Bibcode :2019Natur.575...75H. doi :10.1038/s41586-019-1682-5. ISSN  1476-4687. PMID  31695206.
  4. ^ Simpson, Chester (1995). 「バッテリー充電」(PDF) . National Semiconductors .
  5. ^ ab Cao, Jian; Schofield, Nigel; Emadi, Ali (2008). 「バッテリーバランス調整法：包括的レビュー」2008 IEEE Vehicle Power and Propulsion Conference . pp.  1– 6. doi :10.1109/VPPC.2008.4677669. ISBN 978-1-4244-1848-0. S2CID  42399871。
  6. ^ Duraisamy, Thiruvonasundari; Kaliyaperumal, Deepa (2020-06-01). 「電気自動車用バッテリー管理システムにおけるアクティブセルバランシング」. International Journal of Power Electronics and Drive Systems . 11 (2): 571. doi :10.11591/ijpeds.v11.i2.pp571-579. ISSN  2722-256X.
  7. ^ Shuo Pang; Farrell, J.; Jie Du; Barth, M. (2001). 「バッテリーの充電状態推定」. 2001年アメリカ制御会議議事録. (カタログ番号01CH37148) . pp. 1644-1649 第2巻. doi :10.1109/ACC.2001.945964. ISBN 0-7803-6495-3. S2CID  57885701。
  8. ^ ハッシーニ、マルワン、レドンド＝イグレシアス、エドゥアルド、ヴェネット、パスカル（2023年7月19日）「リチウムイオン電池のデータ：生産から予測まで」『バッテリー』9 (7): 385. doi : 10.3390/batteries9070385 . ISSN  2313-0105.
  9. ^ Leksono, Edi; Haq, Irsyad Nashirul; Iqbal, Muhammad; Soelami, FX Nugroho; Merthayasa, IG N. (2013). 「 改良Peukert法を用いたクーロン計数法によるLiFePO 4バッテリーモジュールの充電状態（SoC）推定」. 2013 Joint International Conference on Rural Information & Communication Technology and Electric-Vhicle Technology (RICT & ICeV-T) . pp.  1– 4. doi :10.1109/rICT-ICeVT.2013.6741545. ISBN 978-1-4799-3365-5. S2CID  5621134。
  10. ^ Andrea, Davide (2020-06-30). リチウムイオン電池とその応用：おもちゃから街まで、リチウムイオン電池とアレイの実用的かつ包括的なガイド、第2巻、応用編。Artech House. ISBN 978-1-63081-770-1。
  11. ^ Yang; Gu; Guo; Chen (2019-09-20). 「リチウムイオン電池とリチウムイオンポリマー電池を搭載したモバイルパワーバンクのライフサイクルアセスメントの比較」. Sustainability . 11 (19): 5148. Bibcode :2019Sust...11.5148Y. doi : 10.3390/su11195148 . ISSN  2071-1050.
  12. ^ ab Diao, Weiping; Saxena, Saurabh; Pecht, Michael G. (2020). 「パワーバンクの規定容量の分析」. IEEE Access . 8 : 21326–21332 . Bibcode :2020IEEEA...821326D. doi : 10.1109/ACCESS.2020.2969410 . ISSN  2169-3536. S2CID  211055705.
  13. ^ Raja, Ganesh; Madaan, Pushek (2013年10月30日). 「Power Bank – Power On-The-Go (Part 1)」. Electronic Design . 2023年6月21日閲覧。
  14. ^ Raja, Ganesh; Madaan, Pushek (2013年10月30日). 「Power Bank – Power On-The-Go (Part 2)」. Electronic Design . 2023年6月21日閲覧。
  15. ^ 「パワーバンクのポート検出」Texas Instruments. 2016年4月. 2021年9月13日閲覧。
  16. ^ 「パワーバンクと充電ケースの実際の充電量はこれだ」Digital Trends 2020年5月9日2024年11月25日閲覧。
  17. ^ 「パススルー技術でパワーバンクをクリエイティブに活用する方法」RAVPower 2018年6月1日2020年9月6日閲覧。
  18. ^ スタイン、スコット。「iPhone 6S用Apple Smart Battery Caseレビュー：iPhoneの最大の弱点への対処」CNET。
  19. ^ 「Galaxy Note 7 S View Standing Cover and Battery Pack hands on」Android Authority、2016年8月2日。
  20. ^ 「IRL: Nokia Lumia 1020のオプションカメラグリップ/バッテリーケースをテスト」Engadget 2013年9月16日。
  21. ^ Klug, Brian (2013年7月23日). 「Samsung Galaxy S 4 ZeroLemon 7500 mAh Extended Battery Review」. Anandtech.com . 2013年7月25日時点のオリジナルよりアーカイブ。
  22. ^ 「もう充電ケーブルは不要：Prong iPhoneケースには壁用プロングが付いています」CNET、CBS Interactive 。 2024年9月13日閲覧。
  23. ^ 「外出先でパワーバンクをレンタルしますか？」Mintlounge . 2022年7月25日. 2023年6月21日閲覧。
  24. ^ 「ディズニー、ユニバーサル、シーワールドのパークで販売されたポータブル充電器をめぐり、集団訴訟で500万ドルの損害賠償を求める」マーキュリー・ニュース2019年11月5日 . 2023年6月21日閲覧。
  25. ^ Tuttle, Brittani (2020年7月10日). 「FuelRod訴訟終結; 『創設者』は引き続き無料交換を受けられる」.アトラクションズ・マガジン. 2023年6月21日閲覧。
  26. ^ McInnis, Kaitlyn (2022年5月18日). 「TSAの規則によると、機内持ち込み手荷物に持ち込めるものと持ち込み禁止のもの」CNN Underscored . 2023年6月21日閲覧。
  27. ^ 「韓国系航空会社、モバイルバッテリーと電子タバコを機内持ち込み禁止」Korea JoongAng Daily . 2025年2月14日. 2025年2月26日閲覧。
  28. ^ Parkaran, K. (2025年3月7日). 「航空会社の新ルール：モバイルバッテリーは手荷物ではなく、携帯してください」. Free Malaysia Today . 2025年3月16日閲覧。
  29. ^ Fan Yiying (2025年7月1日). 「中国、安全上の懸念から安全でないモバイルバッテリーの機内持ち込みを禁止」Sixth Tone .
  30. ^ Lee, Grace (2025年2月25日). 「エバー航空、機内バッテリーバンクの禁止を発表」. Travel Radar . 2025年2月26日閲覧。
  31. ^ チェン、イアン（2025年3月12日）「シンガポール航空とスクート、4月から機内でのモバイルバッテリーの使用と充電を禁止へ」ストレーツ・タイムズ。 2025年3月16日閲覧。
  32. ^ "台 6 航空公司 禁机上使用充电宝". Sin Chew Daily (中国語 (中国))。 2025 年 2 月 26 日。2025 年3 月 16 日に取得。