ポータブル デバイス、ワイヤレス ガジェット、さらには壁に接続する必要のない小型の医療ツールを手にしたことがある場合は、リチウム イオン ポリマー (LiPo) バッテリーに触れたことがある可能性があります。太陽の下であらゆる種類の製品用にこれらの電源を開発することに何年も費やしてきたサプライヤーとして、私が他の質問よりもよく聞かれる質問の 1 つは、「リチウム イオン ポリマー バッテリーの標準電圧はどれくらいですか?」というものです。それは当然の質問です。電圧はバッテリーがデバイスに電力を供給する方法の根幹であり、電圧を適切に保つことは、パフォーマンス、安全性、寿命のためには交渉の余地がありません。目がくらむような専門用語ではなく、私たちが毎日設計し出荷しているバッテリーの実例を使って、これを詳しく説明しましょう。
まず、バッテリーを購入したことのある人ならおそらく目にしたことがあるであろう基本的な事項、つまり 3.7V のラベルから始めましょう。これはシングルセルの LiPo 電圧であり、ほとんどの中小型デバイスの最も一般的なベースラインです。なぜ？この電圧は、エネルギー密度、安全性、費用対効果の完璧なバランスをとっているためです。単一の LiPo セルは、グラファイト アノードとリチウム コバルト酸化物 (または同様の) カソードを使用し、古いリチウム イオン バッテリーの液体電解質よりも安全なポリマー電解質を使用します。その単一セルの公称電圧、つまり通常の使用時、完全充電と完全放電の間で供給される電圧は、ちょうど 3.7V 程度です。これは乱数ではありません。これは、数十年にわたる材料科学研究によって設定された標準であり、ワイヤレス ヘッドフォンからポータブル パワー バンクまで、あらゆるものに適用されます。
たとえば、洗顔ブラシを作成している場合、1 つの 3.7 V セルでは十分な実行時間が得られない可能性があるため、2 つのセルを直列に配線して電圧を上げることができます。ここで 7.4V バッテリー パックが入手できます。これはまさに私たちがそのようなパーソナル ケア デバイスに供給しているものです。当社の洗顔ブラシ バッテリー 7.4V をチェックして、セル数を特定の使用例に合わせて調整する方法を確認してください。このパックは、クレンジング ブラシのスリムなハンドルにフィットするように設計されたコンパクトで軽量のオプションでありながら、ブラシ ヘッドを回転させて製品を均一に塗布するための安定した電力を提供します。ここでの 7.4V の公称電圧は、エンドツーエンドで接続された 2 つの 3.7V セルにすぎず、それらの電圧を加算して、高ドレインのデバイスにより多くの電力を供給します。
しかし、待ってください。3.7V が唯一のシングルセル電圧ではなく、7.4V が唯一のパック電圧でもありません。デバイスが大きくなったり、要求が厳しくなったりすると何が起こるかについて話しましょう。軽量でコンパクトでありながら、小型ウェアラブルやミニ ドローンなどに十分なパワーを備えたバッテリーが必要な場合は、当社の軽量 780mAh バッテリーが最適な例です。これは 3.7V の単一セルで、軽量化に最適化されているため、デバイスがかさばりません。ここでの mAh (ミリアンペア時) 定格は容量の測定方法ですが、その単一セルの電圧は 3.7 V で一定に保たれます。容量に関係なく、標準的な単一 LiPo セルの公称電圧はほぼ常に 3.7V です。セル内の化学反応は、過熱したり劣化が早すぎたりすることなく、効率的に電圧を供給するように設計されているため、これが業界標準です。
ここで、より大きなデバイスの場合はより高い電圧にジャンプしましょう。ポータブル超音波装置、電動自転車の小型モーター、電動工具などの医療機器を構築している場合は、1 つのセルや 2 つのセルで供給できる以上の電力が必要です。そこで、セルを直列および並列に配線して高電圧パックを作成します。たとえば、10 セル直列パックの公称電圧は約 37V になります。これが、当社の 37V 3200mAh リチウム ポリマー バッテリーです。このパックは、長期間にわたって持続的な電力を必要とする高ドレインのアプリケーション向けに設計されており、当社の小型セルで使用されているのと同じ安全なポリマー電解質で構築されており、過充電または過放電を防ぐ保護回路が組み込まれています。ここでの電圧が高いということは、電流をあまり増加させずに大きなデバイスに電力を供給できることを意味し、効率が良くなり、デバイスの配線への負担が軽減されます。
重要な数値は電圧だけではありませんが、電圧は最初に正しく把握する必要があることに注意することが重要です。デバイスに合わない電圧のバッテリーを購入すると、まったく電源が入らなくなるか、時間の経過とともにデバイスの回路が損傷する可能性があります。そのため、小型ウェアラブル用の信頼性の高い 3.7V リチウム バッテリーから電動工具用の高電圧パックに至るまで、供給するすべてのバッテリーのテストに非常に多くの時間を費やし、各バッテリーの電圧が正確で一貫しており、設計対象のデバイスの特定のニーズを満たしていることを確認しています。
もう 1 つ留意すべき点は、LiPo バッテリーの電圧は充電と放電によって変化するということです。完全に充電された単一セル LiPo は約 4.2V で最高に達し、完全に放電すると約 3.0V に低下します。メーカーが公称電圧 (3.7V) を標準ラベルとして使用するのはこのためです。これは通常の使用時にバッテリーが供給する平均電圧であるためです。パック電圧については、公称値は 7.4V のままですが、完全に充電された 7.4V パックは約 8.4V、完全に放電されたパックは約 6.0V になります。これはデバイスを設計する人にとって重要な情報です。安全に充電するには充電回路をパックの最大電圧に調整する必要があり、バッテリの損傷を避けるためにバッテリがセルあたり 3.0V のしきい値を下回る前にデバイスの電源管理システムをシャットダウンする必要があるためです。
LiPo バッテリーがなぜこれほど多くの製品に採用されているのか、そしてその標準電圧によりどのように統合が容易になるのかを振り返ってみましょう。古いニッケルカドミウム電池やニッケル水素電池とは異なり、LiPo 電池にはメモリー効果がないため、総容量を減らすことなくいつでも充電できます。また、ポリマー電解質を使用しているため、ほぼあらゆる形状に成形できるため、スマート ウォッチやワイヤレス イヤホンなどのスリムで湾曲したデバイスに最適です。単一セルあたり 3.7V の標準電圧により、デバイス設計者は新しい製品を構築するたびに車輪の再発明をすることなく、セルを組み合わせて正確に必要な電圧と容量を得ることが容易になります。
ウェアラブル用の小型 3.7V セル、パーソナルケア機器用の 7.4V パック、または電動工具用の高電圧パックであっても、LiPo バッテリーを市場に出す場合は、電圧の微妙な違いとそれが性能に与える影響を理解しているサプライヤーと協力することが重要です。私たちはこのビジネスに長く携わっており、適切な電圧、安全機能、容量を備えたバッテリーが製品の成功を左右することを知っています。当社の製品はすべて業界標準の公称電圧で設計されていますが、独自のアプリケーションに特定の電圧が必要な場合は、カスタム構成も提供します。まったく同じデバイスは 2 つとないことを当社は認識しており、適切な電源ソリューションを見つけるお手伝いをします。
LiPo バッテリーの電圧が今後どうなるか気になりますか?デバイス設計者がより小型でより強力な製品を求め続けるにつれて、同じ電圧でより多くの電力を供給できる高密度セルや、公称電圧をわずかに調整できる新しいセル化学的性質に対する需要が見られます。しかし今のところ、3.7V 単セルとその倍数 (7.4V、11.1V、14.8V、最大 37V 以上) が標準のままです。これらの電圧は安全、効率的、コスト効率が高いことが証明されているため、スマートフォンから電動スクーターに至るまであらゆるものに使用されています。
結局のところ、リチウムイオンポリマーバッテリーの標準電圧はデバイスのサイズと使用例によって異なりますが、ベースラインは常に 3.7V の単一セルです。より多くの電力が必要な場合は、セルを直列に追加して電圧を高め、実行時間がさらに必要な場合は、セルを並列に追加して容量を増やします。当社が供給するすべてのバッテリーは、信頼性の高い 3.7V リチウム バッテリー、洗顔ブラシ バッテリー 7.4V、軽量 780mAh バッテリー、または 37V 3200mAh リチウム ポリマー バッテリーのいずれであっても、この規格に従っています。これは、必要なときにバッテリーが動作するためには、安定した電圧が鍵であることがわかっているためです。
次のプロジェクトに最適なリチウムイオンポリマーバッテリーを見つける準備ができている場合、または電圧、容量、カスタム構成について質問がある場合は、遠慮なく当社のチームにお問い合わせください。当社は、適切な標準バッテリーの選択から、お客様のニーズに正確に適合するカスタム ソリューションの設計に至るまで、あらゆる段階でお手伝いいたします。当社のリチウムイオンポリマー電池ページにアクセスして当社の全製品を閲覧し、プロジェクトの電力供給について話し合ってみましょう。
参考文献:
- リンデン、D.、レディ、TB (2002)。電池ハンドブック (第 3 版)。マグロウヒル教育。
- 米国エネルギー省。 （2021年）。リチウムイオン電池の基本。 energy.gov から取得
- バッテリー大学。 （2022年）。リポバッテリーの基礎。 Batteryuniversity.com から取得
