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Robocup Junior サッカーに挑戦しているTeam”GRA・CHAN!”ロボ日記

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ロボットの電源 その5 - リチウムポリマーバッテリーの補足 その2 -

こんにちは、GRA父です。

娘達はついこの前、二学期の中間テストが終わり、本日も”おまえら今年、本当に受験生かぁ~!!!!”と思えるほどだらけています(涙)

もう親の心境を全く理解していないので、大変困ったものです。


さて今回は、”リチウムポリマーバッテリー(Li-po)”についての補足その2です。

これで書き忘れて放置しちゃっていた補足がやっと終われます(笑)

なにかというと”バランス充電の必要性”です。

バランス充電というのは、Li-poバッテリーの電圧差をなくすための仕組みです。

普通、Li-poバッテリーは1セルだけなく、2セル以上を組み合わせてバッテリーとして製品化されています。(勿論、1セルのものもありますよ。)

以前も書きましたが、1セルというのは乾電池で表すと、乾電池1個に相当すると思って頂ければいいと思います。

2セルは、約3.7Vの乾電池が直列で2個繋がった状態、3セルなら3個直列接続されたと考えましょう。

では充電器側から見た場合ですが、単純にバッテリーのコネクターを接続してみた時の電圧しか判りません。
つまり2セルとか3セルとかは単純に1セルを直列接続しているだけですので、その合計電圧しか判りません。

1セルを1個の乾電池と書きましたが、そうなると1セル当たりの電圧は不明で、充電器では、例えば2セルで7.3Vだと判っても各セルがいくらの電圧かは???です。
普通に考えると、1セル当たり3.65Vのように感じますが、実際はこのようにはならず、使っているうちに(=充電・放電を繰り返して)、各セルの電圧が均一ではなくってしまいます。
3.5Vと3.8Vとか、3.1Vと4.2V(極端に書きましたが・・・)でも、7.3Vですから、このように各セルの電圧がばらばらになってしまいます。

つまり充電器から見た場合では、7.3Vの電圧が残っているバッテリーが接続されたと判断し、このバッテリーで充電してもいい電圧まで充電を行います。

つまり、バッテリーは直列に接続されているので、自働的にバランスが合う事はないので、さっき書いたとおり、充電してもいい電圧まで充電を行い、その値になると充電器は正常に充電を完了します。

例えば、Li-poは1セル4.2V付近まで充電OKなので、2セルだと8.4VまでOKと解釈できます。
そうなると、1セルあたり4.2Vを超えようが充電器では関係なく、2セル合計で8.4Vになればいいので、4.4V+4.0VでもOKとなっちゃいます。
ここで4.4Vは0.2Vオーバーになり過充電になってしまいます。

つまり、場合によってはバッテリーが膨れるか、起電力がなくなってしまって使い物にならなくなっちゃいます。

これを防ぐ為のが、セル単位で充電していくバランス充電という充電方法です。
実際にバランス充電は必要なのか?といわれると、もちろん、した方が良いのは当たり前なのですが、使用頻度の問題やLi-poバッテリーの使い方次第ではないかと思います。

バランスが取れたバッテリーの場合、無理なく使用していれば、そんなに極端にバランスは狂うことはないようです。
また、少し狂ったとしても、うまく使っていれば大きく狂うまでに、かなり時間がかかります。

通常、短時間で大きくセル同士の電圧バランスが狂う場合は、高放電をした場合や1セルあたり3V(=2.6V前後近く)以下といったようにバッテリーの残電圧を大きく無くしてしまった時です。

つまり、次のような使用方法にできれば、電圧バランスは狂いにくいと考えられますね。

・過充電をしない。
・フル充電後、長時間放置(=保存)しない。
・残電圧を3V以上、残して使用を止める。(=過放電をしない)
・高放電をしない。

上記の中で、私達の方では注意しきれないのは放電量に関することになりますが、使用しているモーターの種類や、その時の試合内容により大きく異なることから、放電を低くする使用方法を心がけるのは、とても難しいと思います。

仮に上記のような使用方法を守れないと、やっぱりバランスが崩れてしまいます。
一度狂ったバランスは自然には元に戻りません。
そういう場合にバランス充電が必要となります。

ここでもし、極端にバランスが狂っていないバッテリーを、そのままバランス充電をせずに使用し続けるとどうなるか?ですが、やっぱりバッテリーの寿命が短くなってしまうことになります。
つまりバランスが狂っているということは、このバランス不良が原因で起こっている過放電、過充電が起こる事になるので、バッテリーの寿命が短くなってしまうからです。

普通の使い方であれば、バランス充電を毎回充電するたびにする必要はあまりありません。だいたい5回前後に1回程度でいいらしいです。(バッテリーの使用方法にもそのような記載があります。)

当方チームの場合もそうですが、普通は試合だけに使う訳ではないはずですし、いつバランス充電をしたかなんて、いちいち数えていないと思います。
そういう点から習慣として、常にバランス充電で充電したほうがいいと思います。

バランス充電と普通充電では若干、充電時間が異なります。
やっぱり普通充電の方が速く終了します。

さっき書いたように5回に1回のバランス充電だと、状況によってはバランス充電は普通充電よりも15分以上もよけいに時間がかかることがありましたし。


-参考までに-

当方チームの充電方法ですが、基本的には常にバランス充電をします。
試合間隔の影響で、どうしても充電時間を短くしたい時に限って、普通充電をするようですね。

まぁ、Li-poバッテリーは、結構高いので簡単に購入できないですから、そうさせているですけど、今年のジャパンでも使っていたバッテリーの中でも、一番古いやつは、2010年5月のジャパン開催中に、大阪のラジコンショップで買ったものが生き残っており、まだ使っているのですが、それが一番長持ちしていますね。

そのバッテリーは、サンダーパワーの2セル7.4V 2010mA(?)バッテリーなのですが、メーカーの方でも、うまく使用すれば400~500回ほど充放電が可能といっているくらい長持ちです。(サンダーパワーのLi-poバッテリーはお高いのです。)

さて、これで書き忘れは以上です。
ご参考になりましたでしょうかね?

以上、明日台風くるのに飲み会だ~(涙)と、ちょっとテンション低いGRA父でした~。
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