日清紡、より安全なリチウムイオン電池向け高精度ICを開発

ますますデジタル化が進む世界において、リチウムイオン電池は現代の電子機器の生命線となり、スマートフォンやラップトップから電気自動車や医療機器まで、あらゆるものに電力を供給しています。しかし、これらのエネルギー密度の高い電源は、安全性と長寿命を確保するために、洗練された保護メカニズムを必要とします。

特殊な集積回路は、潜在的なバッテリーの危険に対する最初の防衛線として機能します。これらの保護ICは、主要なパラメータをリアルタイムで監視し、デバイスのパフォーマンスとユーザーの安全性の両方を損なう可能性のある危険な状態を防止します。

リチウムイオン電池セルが設計された電圧制限を超えると、不可逆的な化学反応が発生する可能性があります。保護ICは、セル電圧を継続的に監視し、しきい値に達するとすぐに充電を中断します。高度な回路は、±25mV以内の検出精度を実現し、安全性を維持しながら最適な充電を可能にします。

過放電は、バッテリーの化学的性質を永久に損傷させる可能性があります。保護ICは、電圧が安全レベルを下回ると負荷を遮断することで、これを防ぎます。最新の実装では、超低静止電流（多くの場合1μA未満）が採用されており、スタンバイ時の消費電力を最小限に抑えています。

デバイスの電力要件が指数関数的に増加しているため、電流監視はますます洗練されています。2つの主要な検出方法があります。中程度の電流にはFETベースのセンシング、5Aを超える高電流アプリケーションには精密抵抗ベースのセンシングです。

多くの高度な保護ICは、現在、温度補償を組み込んでおり、環境条件に基づいて保護しきい値を調整しています。これにより、極端な温度での動作中に誤ったトリガーを防ぎ、適切な安全マージンを維持できます。

バッテリー保護技術の進化は、3つの主要分野に焦点を当てています。

• 精密測定： 最新のCMOSアナログ回路は、±20mV以内の電圧検出精度を実現し、安全性を損なうことなく、より積極的な充電プロファイルを実現します。
• 電力効率： 革新的な回路設計により、動作電流がナノアンペアレベルに削減され、常時オンのIoTデバイスにとって特に重要です。
• 集積密度： 高度なパッケージング技術により、サブ2mm²のフットプリントで完全な保護ソリューションが可能になり、スペースに制約のあるウェアラブルアプリケーションに不可欠です。

さまざまなデバイスカテゴリは、カスタマイズされた保護戦略を必要とします。

• 家電製品： スマートフォンやタブレットは、コンパクトなサイズと超低消費電力を優先します。
• 高出力ツール： 産業用アプリケーションでは、最大30Aの堅牢な電流処理と精密な熱管理が必要です。
• 医療機器： 信頼性とフェイルセーフ動作が優先され、多くの場合、冗長保護回路が必要になります。
• 電気自動車： マルチセルバッテリースタックは、基本的な保護機能に加えて、洗練されたセルバランスを必要とします。

新たなトレンドには以下が含まれます。

• バッテリー管理システム（BMS）との保護ICの統合
• 予測保護のための機械学習アルゴリズムの実装
• 自己修復回路アーキテクチャの開発
• 高電圧アプリケーション向けのワイドバンドギャップ半導体の採用

バッテリー技術が進化し続けるにつれて、保護ICは、電子機器業界のすべての分野で、より安全で効率的なエネルギー貯蔵ソリューションを実現する上で、ますます重要な役割を果たすでしょう。