バッテリー充電器

シンプルな充電器は、充電中のバッテリーに一定の直流電源またはパルス直流電源を供給することで機能します。シンプルな充電器は通常、充電時間やバッテリーの充電状態に応じて出力を調整しません。このシンプルさゆえにシンプルな充電器は安価ですが、トレードオフもあります。一般的に、丁寧に設計されたシンプルな充電器は、より低い（つまり安全な）充電レートを使用するように設定されているため、バッテリーの充電に時間がかかります。それでも、シンプルな充電器に長時間接続されたままのバッテリーの多くは、過充電によって劣化したり破損したりします。これらの充電器は、バッテリーに一定の電圧または一定の電流を供給できるという点でも異なります。

シンプルな交流電源のバッテリー充電器は、設計と製造コストが安いため、他の種類のバッテリー充電器よりもリップル電流とリップル電圧がはるかに高くなります。一般的に、リップル電流がバッテリーメーカーの推奨レベル内であれば、リップル電圧も推奨レベル内に収まります。一般的な 12  V 100  Ah VRLA バッテリーの最大リップル電流は 5 アンペアです。リップル電流が過剰でない限り (バッテリーメーカーの推奨レベルの 3 ～ 4 倍以上でない限り)、リップル充電された VRLA バッテリーの期待寿命は、定常直流充電されたバッテリーの寿命の 3% 以内になります。^{[ 10 ]}

急速充電器は制御回路を利用して、バッテリー内のセルを損傷することなくバッテリーを高速充電します。制御回路はバッテリー本体（通常は各セルごと）または外部充電ユニットに内蔵されている場合もあれば、両方に分散されている場合もあります。ほとんどの急速充電器には、セルの温度を安全なレベルに保つための冷却ファンが搭載されています。また、ほとんどの急速充電器は、特殊な制御回路を持たない標準的なニッケル水素電池と併用すれば、通常の夜間充電器としても機能します。

充電時間を短縮し、連続充電を実現するために、インテリジェント充電器はバッテリーの充電状態と状態を検出し、3段階の充電方式を適用します。以下の説明では、25 °C (77 °F)の密閉型鉛蓄電池を想定しています。第 1 段階は「バルク吸収」と呼ばれ、充電電流は高く一定に保たれ、充電器の容量によって制限されます。バッテリーの電圧がアウトガス電圧 (セルあたり 2.22 ボルト) に達すると、充電器は第 2 段階に切り替わり、電圧は一定 (セルあたり 2.40 ボルト) に保たれます。供給電流は維持電圧で低下し、電流が 0.005C 未満になると、充電器は第 3 段階に入り、充電器の出力はセルあたり 2.25 ボルトに一定に保たれます。第 3 段階では、充電電流は 0.005C と非常に小さく、この電圧ではバッテリーをフル充電状態に維持し、自己放電を補償することができます。  

誘導式バッテリー充電器は、電磁誘導を利用してバッテリーを充電します。充電ステーションは、誘導結合によって電磁エネルギーを電気機器に送信し、そのエネルギーがバッテリーに蓄えられます。この方式では、充電器とバッテリーの間に金属接点は必要ありません。誘導式バッテリー充電器は、電動歯ブラシや浴室で使用されるその他の機器によく用いられています。電気接点がないため、感電の危険性はありません。近年では、ワイヤレス電話の充電にも利用されています。

スマート充電器はバッテリーの状態に応じて充電パラメータを調整できますが、従来の「ダム」充電器は、固定抵抗などを介して一定の電圧を印加するだけです。スマートバッテリーはコンピューターチップを内蔵し、バッテリーの状態についてスマート充電器とデジタル通信を行うため、スマートバッテリーと混同しないように注意が必要です。スマートバッテリーにはスマート充電器が必要です。一部のスマート充電器は、内部に電子回路を持たない「ダム」バッテリーも充電できます。

スマート充電器の出力電流は、バッテリーの状態によって異なります。インテリジェント充電器は、バッテリーの電圧、温度、または充電時間を監視して、最適な充電電流を決定したり、充電を終了したりします。ニッケルカドミウム電池やニッケル水素電池の場合、充電プロセス中にバッテリーの電圧は徐々に上昇し、完全に充電されるまで続きます。その後、温度の上昇により電圧が低下し、インテリジェント充電器はバッテリーが完全に充電されたと判断します。このような充電器は、電圧の変化を監視することを示すために、ΔV、デルタV、またはデルタピーク充電器と呼ばれることがよくあります。

これにより、インテリジェント充電器であってもバッテリーがすでに満充電されていることを感知できず、充電を継続してしまうことがあり、その結果、過充電になる可能性があります。多くのインテリジェント充電器は、過充電を防ぐためにさまざまな遮断システムを採用しています。一般的なスマート充電器は、1時間以内にバッテリーを最大容量の約85%まで急速充電し、その後、数時間かけてバッテリーをフル容量まで満充電するトリクル充電に切り替わります。^{[ 11 ]}

いくつかの企業が、歩行などの人間の動きから得られるエネルギーを利用してバッテリーを充電する装置の開発を始めている。トレモント・エレクトリック社製の装置は、2つのバネの間に挟まれた磁石で構成されており、装置を上下に動かすことでバッテリーを充電できる。このような製品はまだ大きな商業的成功を収めていない。^{[ 12 ]}

空港、鉄道駅、大学などの公共スペースに設置するために、机に組み込まれたペダル式携帯電話充電器が開発されました。これらは複数の大陸の多くの国に設置されています。^{[ 13 ]}

充電器の中にはパルス技術を使用するものがあり、これは一連の電気パルスをバッテリーに供給するものです。DCパルスは、立ち上がり時間、パルス幅、パルス繰り返し率（周波数）、振幅が厳密に制御されています。この技術は、自動車用やバルブ制御式など、あらゆるサイズとタイプのバッテリーで使用できます。^{[ 14 ]}パルス充電では、バッテリーを過熱することなく、瞬間的に高い電圧が印加されます。鉛蓄電池では、これにより硫酸鉛結晶が破壊され、バッテリーの寿命が大幅に延びます。^{[ 15 ]}

パルス充電器にはいくつかの種類があり、特許を取得している^ものもあれば、オープンソースのハードウェアであるものもあります^。一部の充電^{器は、充電}器が最初に接続されたときにパルスを使用して現在のバッテリーの状態を確認し、急速充電中は定電流充電を使用し、その後パルスモードを使用してトリクル充電します。^{[ 19 ]}一部の充電器は、「負のパルス充電」、別名「反射充電」または「バープ充電」を使用します。これらの充電器は、正の電流パルスと短い負の電流パルスの両方を使用します。負のパルス充電が通常のパルス充電よりも効果的であるという有意な証拠はありません。

ソーラーチャージャーは、光エネルギーを低電圧の直流電流に変換します。一般的に持ち運び可能ですが、固定設置することもできます。固定設置型のソーラーチャージャーはソーラーパネルとも呼ばれます。これらは制御回路やインターフェース回路を介して電力網に接続されることが多いのに対し、ポータブルソーラーチャージャーは電力網に接続されていない場所（自動車、ボート、キャンピングカーなど）で使用されます。

携帯型ソーラー充電器は太陽光のみからエネルギーを得ますが、日没時などの弱い光でも充電できます。携帯型ソーラー充電器は、微弱な充電によく使用されますが、中にはバッテリーを完全に充電できるものもあります。

タイマー充電器の出力は、あらかじめ定められた時間間隔後に停止します。タイマー充電器は、1990年代後半に大容量ニッケルカドミウム電池で低容量の民生用ニッケルカドミウム電池を充電する際に最も一般的に使用されていたタイプでした。多くの場合、タイマー充電器と電池のセットはバンドルで購入でき、充電時間はその電池に合わせて設定されていました。容量の低い電池を充電すると過充電になり、容量の高い電池をタイマーで充電すると満充電になりませんでした。タイマー式充電器には、完全に放電されていない電池を充電すると過充電になるという欠点もありました。^{[ 20 ]}

トリクル充電器は通常、低電流（通常5～1,500mA  ）です。一般的には、容量の小さいバッテリー（2～ 30Ah）の充電に使用されます。また、自動車や船舶の大容量バッテリー（30Ah以上）の維持にも使用されます 。大規模な用途では、バッテリー充電器の電流は微弱電流を供給するのに十分な量しかありません。トリクル充電器の技術によっては、バッテリーに無期限に接続したままにしておくことができます。一部のバッテリータイプはトリクル充電に適していません。例えば、ほとんどのリチウムイオンバッテリーは安全にトリクル充電することができず、火災や爆発の原因となる可能性があります。

DC電源からDC（バッテリー）をACに変換せずに充電します。最新のDC-DC充電器には、アイソレーターとDC-DCコンバーターが含まれていることがよくあります。また、BMS（バランス機能を含む）や双方向（セカンダリーバッテリーからプライマリーカーバッテリーをジャンプスタートする）機能、ワイヤレス制御（Bluetooth、WiFi、NFC、5G）を備えているものもあります。^{[ 21 ]}

最も高度な充電器は、重要な用途（例えば、軍事用バッテリーや航空機用バッテリー）で使用されます。これらの高耐久性自動「インテリジェント充電」システムは、バッテリーメーカーが指定した複雑な充電サイクルをプログラムできます。最も優れたものは汎用性（つまり、あらゆる種類のバッテリーを充電できる）を備え、自動容量テストおよび分析機能も搭載しています。

ユニバーサルシリアルバス（USB）規格は5ボルトの電源を供給するため、 USBケーブルを使って機器を電源に接続することが可能です。この方式を採用した製品には、携帯電話用充電器、ポータブルデジタルオーディオプレーヤー、タブレット端末などがあります。これらは、USB規格に完全に準拠した周辺機器である場合もあれば、制御機能を持たないシンプルな充電器である場合もあります。 「USB（充電式）バッテリー」と呼ばれる別のタイプのUSB充電器は、標準的な電池（1.5Vの 単3形、単2形、単1形、および 9Vブロック）のケースに、リチウムイオン充電池、電圧変換器、およびUSBコネクタが組み込まれています。

車両用充電器には主に2種類あります。

• 燃料車のスターターバッテリーを充電する場合、モジュール式充電器（通常は3段階充電器）が使用されます。
• 電気自動車（EV）のバッテリーパックを充電するには、充電ステーションを参照してください。

自動車用バッテリー充電器には、さまざまな定格のものがあります。2アンペアまでの定格の充電器は、駐車中の車両バッテリーの充電状態を維持したり、ガーデントラクターなどの小型機器のバッテリーに使用できます。ドライバーは、自動車バッテリーのメンテナンスや、誤って放電してしまった車両バッテリーの再充電のために、数アンペアから10～15アンペアの定格の充電器を常備している場合があります。ガソリンスタンドや商業用ガレージには、バッテリーを1～2時間で完全に充電できる大型充電器が設置されています。これらの充電器は、内燃機関のスターターを始動させるのに必要な数百アンペアの電流を短時間供給できる場合がよくあります。

電気自動車用バッテリー充電器（ECS）には、さまざまなブランドと特性があります。これらの充電器は、最大充電レートが1kWから 22kWまで異なります 。アルゴリズム充電曲線を使用するものもあれば、定電圧定電流を使用するものもあります。CANポートを介してエンドユーザーがプログラムできるもの、最大電圧とアンペア数を調整するダイヤルを備えているもの、特定のバッテリーパック電圧、アンペア時、化学組成にプリセットされているものもあります。価格は400ドルから4,500ドルまでです。10アンペア時のバッテリーは、1アンペアの充電器で完全に放電した状態から完全に充電された状態に達するまでに15時間かかる可能性があります。これは、バッテリー容量の約1.5倍の電力が必要になるためです。公共のEV充電ステーションでは、多くの場合6kW（ 40アンペア回路からの 208～240V ACのホスト電力）が提供されています。6kWは、1kWの夜間充電よりも約6倍速くEVを充電します。急速充電により充電時間がさらに短縮され、利用可能な交流電力、バッテリーの種類、充電システムのタイプによってのみ制限されます。^{[ 22 ]}   

車載EV充電器（交流電源を直流電源に変換してEVのバッテリーパックを充電する装置）には、以下のようなものがあります。

• 絶縁型：交流電源と充電対象バッテリーとの間に物理的な接続は一切ありません。通常、電源と充電車両との間に何らかの誘導接続を利用します。絶縁型充電器の中には並列接続が可能なものもあります。これにより、充電電流の増加と充電時間の短縮が可能になります。バッテリーには最大電流定格があり、それを超えることはできません。
• 非絶縁型：バッテリー充電器は、ACコンセントの配線に直接電気的に接続されています。非絶縁型充電器は並列接続できません。

力率補正（PFC）機能を備えた充電器は、プラグが供給できる最大電流により近い値で充電できるため、充電時間を短縮できます。

充電ステーション

プロジェクト・ベター・プレイスは、2013年5月に破産申請するまで、充電ステーションのネットワークを展開し、リースやクレジットを通じて車両用バッテリーのコストを補助していた。

ほとんどの携帯電話充電器は実際には充電器ではなく、携帯電話内部にほぼ必ず内蔵されている充電回路に電源を供給する電源アダプターにすぎません。一部のハイエンドモデルには、出力電流を表示するディスプレイを備えた複数のポートがあります。^{[ 24 ]} Qualcomm Quick ChargeやMediaTek Pump Expressなどの充電パラメータの通信プロトコルをサポートするものもあります。12V自動車用補助電源ソケットの充電器は、互換性を確保するために最大24Vまたは32V DCの入力電圧をサポートする場合があり、車両の電気システムの電流または電圧を監視するためのディスプレイを備えている場合もあります。^{[ 25 ]}  

中国、欧州連合、その他の国々は、USB規格を使用して携帯電話充電器の国家規格を作成している。^{[ 26 ]} 2009年6月、世界最大の携帯電話メーカー10社が、EUで販売されるすべてのデータ対応携帯電話向けのmicroUSB搭載共通外部電源（EPS）の仕様を開発しサポートするための覚書に署名した。 ^{[ 27 ]} 2009年10月22日、国際電気通信連合は、microUSBが携帯電話のユニバーサル充電器の標準になると発表。 ^{[ 28 ]} 2022年10月、EUの共通充電器指令が承認され、新しい規則が携帯電話やその他の多くのデバイスに適用され、2024年12月に発効した。^{[ 29 ]}

通信、電力、コンピュータの無停電電源装置（ UPS ）設備には、主電源の停電時に重要な負荷を数時間維持するために、非常に大きな予備バッテリーバンク（バッテリー室に設置）が備えられている場合があります。このような充電器は常設されており、温度補償機能、各種システム障害に対する監視アラーム、そして多くの場合、冗長構成の独立電源および冗長整流器システムが装備されています。

定置型バッテリープラント用の充電器は、バッテリーのメンテナンスのためにバッテリーを切り離しても、充電器が直流（DC）システムの負荷に電力を供給できるように、適切な電圧調整機能とフィルタリング機能、および十分な電流容量を備えている必要がある。充電器の容量は、システム負荷を維持し、完全に放電したバッテリーを例えば8時間以内、またはその他の時間間隔で再充電できるように規定されている。