メモリー効果

メモリー効果（バッテリー効果、レイジーバッテリー効果、バッテリーメモリとも呼ばれる）は、ニッケルカドミウム充電式バッテリーに見られる現象で、バッテリーの充電容量が減少します。[ 1 ] [ 2 ]これは、ニッケルカドミウムバッテリーが部分的に放電された後に繰り返し充電されると、徐々に最大エネルギー容量が失われる状態を指します。バッテリーは、低い容量を「記憶」しているように見えます。[ 3 ]

真の記憶効果

「メモリ」という用語は、航空宇宙分野のニッケル・カドミウム電池の用途に由来します。この用途では、セルは厳密なコンピュータ制御によって、利用可能な容量の25%（1%の誤差を含む）まで繰り返し放電され、その後、過充電することなく100%まで再充電されます。[ 4 ]この長期にわたる反復サイクルでは、過充電を考慮しておらず、25%放電点を超えると容量が低下します。以下の条件のいずれか（または複数）が満たされる場合、真のメモリは存在しません。

  • バッテリーは完全な過充電を達成します。
  • 放電量は各サイクルで全く同じではなく、プラスマイナス3％以内である。
  • 放電はセルあたり1.0ボルト未満まで行われる[ 4 ]

真のメモリ効果は焼結板ニッケルカドミウム電池に特有の現象であり、特に低アンペアアワーの電池では再現が非常に困難です。この効果を誘発するために設計されたある試験プログラムでは、700回以上の精密制御された充放電サイクルを経てもメモリ効果は確認されませんでした。このプログラムでは、スパイラル巻きの1アンペアアワー電池が使用されました。その後の試験プログラムでは、20アンペアアワーの航空宇宙用電池を同様の試験条件で使用し、数百サイクル後にメモリ効果が観察されました。[ 5 ]

記憶効果として認識されるその他の問題

焼結板ニッケルカドミウム電池以外の電池でも、真のメモリ効果ではない現象が発生することがあります。特に、通常はメモリ効果の影響を受けないリチウム系電池では、電圧レベルが変化し、電池制御システムが仮想的に容量の低下を感知することがあります。[ 6 ]

一時的な効果

長期過充電による電圧低下

メモリ効果に起因するとされる一般的な現象として、電圧低下が挙げられます。この場合、バッテリーの総容量はほぼ一定であるにもかかわらず、使用に伴い出力電圧が通常よりも急速に低下します。バッテリーの充電状態を示すために電圧を監視する現代の電子機器では、バッテリーの消耗が非常に速いように見えます。ユーザーにとっては、バッテリーがフル充電を維持していないように見え、これはメモリ効果に似ています。これは、デジタルカメラや携帯電話などの高負荷デバイスでよく見られる問題です。

電圧低下は、バッテリーの過充電を繰り返すことで、極板上に電解質の小さな結晶が形成されることによって引き起こされます。これらの結晶は極板を詰まらせ、抵抗を増加させ、バッテリー内の個々のセルの電圧を低下させます。その結果、個々のセルが急速に放電し、バッテリー全体の電圧が急激に低下するため、バッテリー全体が急速に放電しているように見えます。この現象は非常に一般的で、一般のトリクル充電器では過充電が一般的です。例えば、ニッケル水素電池では、このタイプの容量低下が起こることが知られており、しばしばメモリ効果と誤解されています。[ 2 ]

修理

この影響は、バッテリーの各セルに1回以上の深い充放電サイクルを施すことで克服できます。[ 7 ]これは、マルチセルバッテリーではなく、個々のセルに対して行う必要があります。バッテリーでは、一部のセルが他のセルよりも早く放電することがあり、その結果、それらのセルは残りのセルから逆充電電流を受け、回復不可能な損傷につながる可能性があります。

高温

高温は充電電圧とセルが受け入れる電荷を減少させる可能性もあります。[ 4 ]

その他の原因

  • 0℃以下での動作
  • 特別にそのような用途に設計されていないバッテリーでの高放電率（5C以上）
  • 充電時間が不十分
  • 充電器の欠陥[ 4 ]

能力の永久的な喪失

深放電

一部の充電式バッテリーは、深放電を繰り返すことで損傷する可能性があります。バッテリーは、複数の類似したセル（同一ではないセル）で構成されています。各セルにはそれぞれ異なる充電容量があります。バッテリー全体が深放電すると、最も容量の小さいセルの充電容量がゼロになり、他のセルがそのセルに電流を流し続けるため「逆充電」状態になることがあります。この結果生じる容量低下は、多くの場合、メモリ効果によるものと考えられています。

バッテリーユーザーは、バッテリーパックを完全に放電することでメモリー効果を回避しようとする場合があります。しかし、この方法はセルの1つが深放電状態になり、より大きな損傷を引き起こす可能性があります。損傷は最も弱いセルに集中するため、完全放電を繰り返すたびにそのセルへの損傷はますます大きくなります。深放電を繰り返すと、最も弱いセルの劣化が悪化し、バッテリーパック内の不均衡が生じ、影響を受けたセルが全体的な性能を制限する要因となります。時間が経つにつれて、この不均衡は容量の低下、駆動時間の短縮、他のセルの過充電や過熱の可能性につながり、バッテリーの安全性と寿命をさらに損なう可能性があります。

年齢と使用 - 通常の寿命の終わり

すべての充電式バッテリーには寿命があり、使用の有無にかかわらず、バッテリー内の二次化学反応により、経年劣化とともに徐々に蓄電容量が低下します。一部のセルは他のセルよりも早く故障する場合がありますが、その結果、バッテリーの電圧が低下します。リチウムベースのバッテリーは、あらゆる構造の中で最もアイドル寿命が長いものの1つです。残念ながら、動作サイクル数は約400～1200回の完全な充放電サイクルと、依然として非常に低いです。[ 8 ]リチウムバッテリーの寿命は、使用の有無にかかわらず、温度と充電状態（SoC）が高いほど短くなります。使用していない（保管している）ときのリチウムセルの最大寿命は、30%～50% SoCまで充電して冷蔵（凍結なし）することで得られます。過放電を防ぐため、バッテリーは6ヶ月に1回、または1年に1回、室温に戻し、50% SoCまで再充電する必要があります。[ 9 ] [ 10 ]

参考文献

  1. ^バーグフェルト、HJ;ウィスコンシン州クライト。ノッテン、ピーター HL (2002-09-30)。バッテリー管理システム: モデリングによる設計。スプリンガー。 38ページ–。ISBN 9781402008320. 2013年6月5日閲覧。
  2. ^ a b「電圧低下（メモリー効果）」 Duracell.com。Procter & Gamble。2009年3月3日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2015年9月15日閲覧。
  3. ^リンデン、デイビッド、レディ、トーマス・B. (2002).電池ハンドブック（第3版）. ニューヨーク：マグロウヒル. p.  28-18 . ISBN 0-07-135978-8。
  4. ^ a b c d修理に関するFAQ、GEの技術ノートDavolio, G., & Soragni, E. (1998). Journal of Applied Electrochemistry, 28(12), 1313–1319. doi:10.1023/a:1003452327919
  5. ^ 「Sci.Electronics FAQ: バッテリーに関する詳細情報」www.repairfaq.org。
  6. ^ 「リチウムイオン電池でもメモリー効果が発見される」ポール・シェラー研究所。2021年4月10日閲覧。
  7. ^ 「電力源としての電池」 www2.eng.cam.ac.uk . 2020年9月13日時点のオリジナルよりアーカイブ。2010年7月2日閲覧。
  8. ^ HEV用バッテリーの種類と特性ThermoAnalytics, Inc.、2007年。2010年6月11日閲覧。
  9. ^ 「リチウムイオン電池のメンテナンスZZZガイドライン」（PDF） Tektronix, Inc. 2013年12月16日閲覧。
  10. ^ 「リチウムイオン電池とリチウムポリマー電池の安全上の注意」 Ultralife Corporation. 2022年3月27日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2013年12月16日閲覧。

さらに読む

  • ゲイツ エナジー プロダクツの「充電式バッテリー アプリケーション ハンドブック」は、1992 年 4 月 10 日以降に発行されています。
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