充電コントローラー
USB パワーバンクの充電コントローラー。

充電コントローラ、充電レギュレータ、またはバッテリーレギュレータは、電気バッテリーへの電流の供給またはバッテリーからの電流の供給速度を制限し、過負荷、過充電、および過電圧からバッテリーを保護します。[ 1 ] [ 2 ]これにより、バッテリーの性能や寿命が低下し、安全上のリスクをもたらす可能性のある状態を防止します。また、バッテリーの寿命を保護するために、バッテリーの完全放電（「深放電」）を防止したり、バッテリー技術に応じて制御された放電を実行したりすることもできます。[ 3 ] [ 4 ] 「充電コントローラ」または「充電レギュレータ」という用語は、スタンドアロンデバイス、またはバッテリーパック、バッテリー駆動デバイス、および/またはバッテリー充電器に統合された制御回路を指す場合があります。[ 5 ]

スタンドアロン充電コントローラー

充電コントローラは、 RV、ボート、オフグリッド家庭用蓄電池システムなどの用途で、太陽光発電や風力発電機と組み合わせて使用​​されることが多く、独立したデバイスとして消費者に販売されています。 [ 1 ]太陽光発電アプリケーションでは、充電コントローラはソーラーレギュレータまたはソーラー充電コントローラと呼ばれることもあります。一部の充電コントローラ/ソーラーレギュレータには、低電圧切断（LVD） などの追加機能があります。これは、バッテリーが過放電になったときに負荷を遮断する独立した回路です（一部のバッテリーの化学的性質により、過放電によってバッテリーが損傷する可能性があります）。[ 6 ]

直列充電コントローラまたは直列レギュレータは、バッテリーが満充電になったときに、それ以上の電流の流れを遮断します。シャント充電コントローラまたはシャントレギュレータは、バッテリーが満充電になったときに、余剰電力を電気温水器などの補助負荷または「シャント」負荷に送ります。[ 7 ]

シンプルな充電コントローラーは、バッテリーの電圧が設定された高電圧レベルを超えると充電を停止し、バッテリー電圧がそのレベルを下回ると充電を再開します。パルス幅変調（PWM）技術と最大電力点追従（MPPT）技術は、より高度な電子技術を採用しており、バッテリーの充電レベルに応じて充電速度を調整することで、最大容量に近い充電を可能にします。[ 8 ]

MPPT機能を備えた充電コントローラがあれば、システム設計者は利用可能なPV電圧をバッテリー電圧に厳密に合わせる必要がなくなります。特にPVアレイがバッテリーからある程度離れた場所に設置されている場合、大幅な効率向上が期待できます。例えば、150VのPVアレイをMPPT充電コントローラに接続すれば、24Vまたは48Vのバッテリーを充電できます。アレイ電圧が高いほどアレイ電流は少なくなるため、配線コストの削減によってコントローラの費用を十分に回収できます。

充電コントローラーは、過熱を防ぐためにバッテリー温度を監視することもあります。一部の充電コントローラーシステムでは、データの表示、リモートディスプレイへのデータ送信、そして経時的な電流の流れを追跡するためのデータロギングも行います。

統合充電コントローラ回路

充電レギュレータコントローラとして機能する回路は、複数の電気部品で構成されている場合もあるが、通常は充電コントローラICまたは充電制御ICと呼ばれる集積回路（IC）である単一のマイクロチップにカプセル化されている場合もある。[ 3 ] [ 9 ]

充電コントローラ回路は、携帯電話、ノートパソコン、ポータブルオーディオプレーヤー、無停電電源装置などの充電式電子機器や、電気自動車や軌道上の宇宙衛星に搭載される大型バッテリーシステムにも使用されている[ 10 ]。

充電プロトコル

銅線が安全に流せる電流には限界があるため、エンドデバイスが電線の発熱を増加させることなく電力スループットを向上させるために高電圧を要求できるようにする充電プロトコルが開発されました。到着した電圧は、エンドデバイス内部でバッテリーの最適な充電電圧に変換されます。[ 11 ]

クイックチャージ＆ポンプエクスプレス

最も広く使用されている 2 つの規格は、Qualcomm のQuick ChargeとMediaTek の Pump Expressです。

Pump Express、 Pump Express Plus、Pump Express Plus 2.0の2014年版と2015年版は、USB 2.0データレーンを介してネゴシエートするのではなく、メインUSB電源レーン（VBUS ）を介して電流変調信号を使用して充電器に電圧要求を通信する点で異なります。[ 12 ]

Pump Express Plusは7ボルト、9ボルト、12ボルトの高電圧レベルをサポートしていますが、Quick Charge 2.0の仕様には7ボルトレベルが含まれていません。20ボルトレベルは、仕様の「クラスB」と呼ばれる改訂版で追加されました。[ 13 ] [ 14 ]

後継機種であるPump Express Plus 2.0の電圧範囲は5ボルトから20ボルトまでで、0.5ボルト刻みです。Quick Charge 3.0プロトコルは、0.2ボルト刻みのより細かい電圧レベルをサポートし、最小電圧は約3.3ボルトに低くなっています。PocketNowによると、 Quick Charge 3.0は3.2ボルトから始まり、各ステップの間に0.2ボルトの間隔があり、最大20ボルト（3.2V、3.4V、4.6V、…、19.8V、20V）まで上がります。[ 15 ] [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]「powerbankexpert.com」というサイトによると、このプロトコルの最小電圧は3.6ボルトです。[ 19 ]

Oppo VOOCとHuawei SuperCharge

OppoのVOOC（子会社「OnePlus」の「Dash Charge」ブランドとしても知られる）やHuaweiのSuperChargeは、充電電流を増やすことで対抗策を講じている。端末に到達する電圧は最適なバッテリー充電電圧と一致するため、端末内部での変換が不要になり、発熱を抑えることができる。しかし、電圧のみを上げる充電プロトコルとは異なり、高電流はケーブルの銅線の発熱を増加させるため、既存のケーブルとの互換性がなくなり、より太い銅線を使用した特別な高電流ケーブルが必要になる。[ 20 ]

参照

参考文献

  1. ^ a b「スタンドアロンシステム向け充電コントローラ」 （ウェブページ）、米国エネルギー省発行の「エネルギー効率と再生可能エネルギーに関する消費者向けガイド」の一部。2007年8月20日閲覧。
  2. ^全米防火協会 (2017). 「第100条の定義」 . NFPA 70 米国電気工事規程. 1 Batterymarch Park, Quincy, Massachusetts 02169: NFPA . 2023年10月9日閲覧.充電コントローラー：直流電圧または直流電流、あるいはその両方を制御し、バッテリーやその他のエネルギー貯蔵装置の充電に使用される機器。{{cite book}}: CS1 メンテナンス: 場所 (リンク)
  3. ^ a b Webアーカイブ・バックアップ：ブラウン、デイビッド、「技術記事：ポータブル製品のバッテリー充電オプション」（商用ウェブサイト）。Analogic Tech、2006年7月1日。2007年8月21日閲覧。
  4. ^「米国特許5475294：バッテリー充電器用充電コントローラ」（ウェブサイト）Freepatentsonline.com。2007年8月21日閲覧。
  5. ^ Webアーカイブ・バックアップ：「遠隔観測ステーション、エントリー番号F2040：概要」Circuit Cellar Flash Innovation 2003デザインコンテスト、circuitcellar.com経由。2003年。2007年8月21日閲覧。
  6. ^「Conergy Solar-PortがEnergy Mattersから発売」Wayback Machineで2007年9月27日にアーカイブ（プレスリリース）。2007年7月23日。2007年8月21日閲覧。
  7. ^ Dunlop, James P.「独立型太陽光発電システムにおけるバッテリーと充電制御：基礎と応用」サンディア国立研究所、太陽光発電システム応用部、1997年1月15日。2007年8月21日閲覧。
  8. ^ Arsad, AZ; Zuhdi, AW Mahmood; Azhar, AD; Chau, CF; Ghazali, A. (2025-03-01). 「太陽光充電コントローラにおける最大電力点追従技術の進歩」 .再生可能エネルギー・持続可能エネルギーレビュー. 210 115208. doi : 10.1016/j.rser.2024.115208 . ISSN 1364-0321 . 
  9. ^「MAX712、MAX713 NiCd/NiMHバッテリ急速充電コントローラ」（データシート）。Maxim Integrated Products。2002年6月21日。2007年8月21日閲覧。
  10. ^ダニエル・R・グローバー（編集者：アンドリュー・J・ブトリカ）「SP-4217 電離層を超えて：衛星通信の50年、第6章：NASA実験通信衛星、1958-1995」アメリカ航空宇宙局（NASA）歴史部、1997年。2007年8月21日閲覧。
  11. ^ 「急速充電の仕組みは？各規格を比較｜デジタルトレンド」デジタルトレンド、2021年7月1日。 2022年4月26日閲覧。
  12. ^ Mediatek Pump Express の紹介 (2016)
  13. ^ 「Qualcomm Quick Chargeとは？」 Power Bank Expert . 2020年1月18日. 2020年7月21日閲覧。
  14. ^ 「Qualcomm Quick Charge FAQs | Qualcomm」www.qualcomm.com。クラスAアダプターとクラスBアダプターはどちらも5ボルト、9ボルト、12ボルトの定格です。クラスBアダプターはさらに一歩進んで、最大20ボルトまで対応します。
  15. ^仕様書MediaTek テクノロジー
  16. ^ Pump Express Plus — MediaTek テクノロジーホワイトペーパー (2015 年 4 月)
  17. ^ 「Quick Charge 3.0の仕様」 Qualcomm。2022年5月17日時点のオリジナル記事よりアーカイブ。2022年5月17日閲覧。最大入力電圧：22V
  18. ^ 「Qualcomm Quick Charge 3.0：良い点、悪い点、そして欠点」 pocketnow.com 2015年9月22日。3.2Vから20Vまで200mV刻みで電圧を制御
  19. ^ 「Qualcomm Quick Chargeとは？」 Power Bank Expert . 2020年1月18日. 2022年5月17日閲覧。
  20. ^ "クイック チャージ、ダッシュ チャージ、VOOC und Co.: Schnellladetechniken im Vergleich - CURVED.de"。湾曲した。 2022 年 6 月 23 日。2022 年4 月 26 日に取得。
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