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【豆知識】Li-Ionバッテリーのこと

豆知識~~~

『枝豆って未成熟な大豆を収穫したもので、同じものなんだよ!』

それは豆知識じゃなくて豆の知識やがなぁ~~~

・・・・・

さて、昨今iOS5のバッテリーのことについての話題をよく聞き、個人でいろんな検証をされている記事も
いくつか見かけるようになりました。
ただその検証の中で、いくつかバッテリー、特にiPhoneにも搭載されているリチウムイオン電池のことについて
いくつか勘違い、思い込みからくる、ちょっと変な話もチラホラあるので、ちょこっとだけお話を書いてみたいと思います。

※イメージのしやすさ優先で若干本当の化学反応の話や計測方法とは異なる書き方をする部分があります。
 難しい話をしても専門の人しか分からないので^^;

まず最初に・・・
『リチウムイオン電池の電池残量は正確ではない!』

携帯電話やiPhoneのようなスマートフォンにリチウムイオン電池が搭載されていて、当たり前のように電池残量が
パーセンテージ(%)で表示されていますが、これはあくまで予測値です。
代表的な電池残量の算出方法を、さらにかみ砕くとこんな感じでできています。

バッテリーを搭載予定の機器に搭載し、平均的な処理させているときの電圧の変化と
 何もさせていない(スリープ状態)のときの電圧の変化を、機器が動くギリギリの電圧になるまで
 データを取得する。
 ※ちなみに本来は気温が0℃のとき、10℃のとき、20℃のときのようにそれぞれの温度で行われます。
  スペック表の動作時温度にだいたい準拠します。
 (てか、おそらくバッテリーが安全に運用できる温度と湿度=デバイスの動作温度かもしれないですね、今は)
 ※また本来は電圧だけじゃなくてmA・hと1時間で消費した電流量を取得して正確さを上げようとしています。

・上記から取得したデータを元に、時間が経つにつれての電圧の変化をグラフに書き起こし、
 電圧と時間の関係式の近似式を算出する。

・実際に運用するときは、バッテリーの現在の電圧を調べ、このまま利用し続けた場合に機器が動き続けることができる
 時間を算出し、それをバッテリーの残量%として表示する。

だいたい、こんなイメージで作られています。
見てもらったら分かるとおり、あくまでも事前にサンプルとして用いたバッテリから算出した近似式で
推測してるので、今、ここにあるバッテリーがどのような電池の減り方なのか分かってるわけではないです。

ちなみにこの電池残量の算出方法が用いられているのが実感できるのは、古くなったノートパソコンですね。
電源ケーブルに繋いでて、バッテリー充電(100% 残り2時間半)と表示されていたのに、
ケーブルを抜いて5分もしたらバッテリーがありません!って警告が出て、バッテリー情報見たら
残量5%、残り10分とか表示されることありませんでしたか?

いや、そもそも電池って化学反応の結果なので、それがどれだけ想定通りに進むかなんて誰にも分かりませんよ。
しかも二次電池は電池消費、充電をするたびに電池に不純物がついて、だんだん化学反応が起こりにくくなっていくので、
それにあわせて残量算出式を完璧にあわせるのは至難の業ですからね^^;
(今の技術を使えば、それも可能になってきそうだけど)




長くなったので、もう1個だけ簡単に・・・
『リチウムイオン電池の充電は一定の変化じゃない!』

電池を充電するとき、電池残量が一定に増えていくと思っている人は多いんじゃないだろうか?
実際には違います。

リチウムイオン電池は非常に危険なもので、例えば充電するとき、本来充電できる量以上に電気を流すと
好ましくない化学反応が起こり、電池がプクッと膨れたり、最悪破裂して壊れます。
(大型の電池だと爆発する危険性もあるので、飛行機での輸送禁止、船で運ぶしかないようなものです)

なので、充電の仕方としては、ガソリンスタンドで給油する感覚と同じように行います。

からっぽに近い状態なら、じゃんじゃん電流を流して電池に貯めていき、
ある量まで到達するとちょっとずつ電流を流し、満タンの目安に到達したら充電をやめる。

ちなみに充電をする際、容量オーバーで破裂するのが怖いので、99%まで充電したら充電を止めるケースも多いです。
けど、充電したのに99%で止まってる!ってクレームが出るので表示的には100%とする場合も・・・

なので、例えば90%までは30分くらいで充電できたのに、そこから100%の表示できるまで同じくらい
時間がかかったとか経験したことがあるかもしれませんが、これが原因です。

電池の減り方・・・最初に書いた残量の算出方法にならうと電圧の減り具合については、
電池にたくさん電気が貯まってる間はなかなか電圧が下がらないので残量はなかなか減りません。
電池を使っていくと、だんだん電圧が一定に減っていくようになり、
電池の中の電気量が減っていくと化学反応がなかなか起こりにくくなって、また電圧がなかなか減らなくなります。

なので、電池残量が100%から例えば95%あたりまでと、95%から10%くらいまで、10%から1%までの
電池残量表示の減り方がそれぞれ違うはずです。

普通のユーザは同じように使ってたら同じように電池が減っていくと思っていますよね^^;




長々と書いたけれど、これは別にiOS5のバッテリー問題とは直接関係ありませんよ!
あの問題はおそらく、iOS5は高機能になって、内部が複雑になった分、どこかでよけいに電池を消費する部分が
残ってしまっているんだと思います。
(例えばスリープ状態にしていると思っているけれど、実はディスプレイだけ消えてて、
 内部的には通知機能のような処理が高頻度で実行され続けている、とか)

身近にあふれてきたリチウムイオン電池。
ただ身近にありすぎるために思い込みってのがあるんだろうなぁって思って書いてみました。
いや、ホントに豆知識ですよ、これはw

※最後にもう1回、あくまでイメージのしやすさで表現してる部分が多数あるので、化学的におかしいとか承知してますからね!
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