電動車椅子制御システム用24V（7S2P）リチウム電池パック設計

2026 年 5 月 15 日

ハオ・ファン博士

技術ディレクター。リチウム電池の研究開発・設計において20年の経験を持ち、電池構造の最適化、性能向上、安全技術に精通しています。高エネルギー密度電池、防爆電池、長寿命電池の開発において豊富な実務プロジェクト経験を有し、複数の大規模電池研究開発・産業化プロジェクトに参加・主導してきました。

世界市場が急速に拡大するにつれ、電動車椅子制御システムにおける信頼性の高い電源ソリューションへの需要が高まっています。

市場規模は2024年に43億5000万米ドルに達し、2033年までに119億7000万米ドルに達すると予測されている。
年平均成長率が10%を超えていることから、リチウム電池パックの設計最適化の必要性が浮き彫りになっている。

主要なポイント（要点）

電動車椅子の信頼性の高い性能を求めるなら、24Vのリチウムイオンバッテリーパックをお選びください。この電圧は電力と安全性のバランスが取れており、最適な動作を保証します。
堅牢な実装バッテリー管理システム（BMS）バッテリーパックを監視・保護します。優れたBMSはバッテリー寿命を延ばし、安全性を向上させます。
安全性と性能を確保するため、厳格な試験および保守手順に従ってください。定期的な点検と適切な保管により、バッテリーの早期故障を防ぐことができます。

パート1：設計要件と7S2Pセットアップ

1.1 電圧、容量、およびサイクル寿命

電動車椅子制御システムで信頼性の高い性能を確保するには、適切な電圧と容量を選択する必要があります。ほとんどの用途では、電力と安全性のバランスが取れた24Vシステムが必要です。以下の表は、電動車椅子で使用される一般的なリチウムイオン電池の種類とその仕様を比較したものです。

バッテリタイプ	製品仕様	充電器	フルチャージ電圧
リン酸鉄リチウム 4V	12.8V	14.4V	14.4V
リン酸鉄リチウム 4V	25.6V	28.8V	28.8V
三元系 11.1V	11.1V	29.4V	12.6V
三元系 25.9V	25.9V	29.4V	29.4V

サイクル寿命も考慮すべき点です。車椅子用のリチウムイオンバッテリーパックの多くは、放電深度80%で2,000サイクル以上の寿命を実現しています。これにより、医療、ロボット工学、産業用途における長期的な信頼性が確保されます。

12V 100Ah LiFePO4：2,000サイクル以上、100A連続放電
12V 200Ah LiFePO4：2,000サイクル以上、200A連続放電
12V 50Ah LiFePO4：2,000サイクル、80% DOD

1.2 7S2P構成の説明

7S2P構成では、7つのセルを直列（7S）に接続して公称電圧25.9Vを実現します。2つのセルを並列（2P）に接続することで、全体の容量が増加します。この構成により、電動車椅子制御システムに必要な電圧とエネルギー密度の両方が確保されます。出力が高く、稼働時間が長いため、医療機器や産業用移動機器にとって不可欠なメリットが得られます。

7Sでは電圧が25.9Vに上昇します。
2Pは容量を2倍にし、長時間の使用を可能にします
標準パック：25.9V、5.2Ah

1.3 安全性および規制に関する考慮事項

移動機器用のリチウムイオンバッテリーパックを設計する際には、国際規格を遵守する必要があります。規制では、バッテリー1個あたりの容量は100Whに制限されており、航空会社の承認があれば、予備バッテリーを最大2個（101～160Wh）まで搭載できます。これにより、医療、ロボット工学、セキュリティシステムなどの用途において、安全な輸送と使用が保証されます。

スタンダード	詳細説明
ISO-7176 21	電動車椅子の電磁両立性
GB / T 18029.25-2022	バッテリーと充電器の安全性、性能、および保護機能
SJ/T 11810-2022	リチウムイオン電池の構造的および熱的安全性
EN 12184	欧州市場参入のための電気系統の安全性

ヒント：常に持続可能性と責任ある調達を考慮しましょう。持続可能性 (NAIST) と紛争鉱物電池製造において。

パート2：リチウム電池パックの構成部品と安全性

2.1 細胞の選択と品質

リチウム電池パックの安全性と信頼性を確保するには、高品質のセルから始める必要があります。医療用モビリティ機器においては、セルの品質が低いと故障が発生し、ユーザーを危険にさらす可能性があります。セル選定の際には、厳格な品質管理措置を講じる必要があります。

品質保証プロセスは、医療機器の安全性と信頼性に重点を置いています。
ISO 9001およびISO 13485規格を満たしているサプライヤーを選びましょう。
統計的プロセス管理を用いて製造工程を監視し、一貫性を維持する。

組み立て工程にも注意を払う必要があります。選別から環境管理に至るまで、各工程が最終製品の安全性と性能に影響を与えます。以下の表は、電動車椅子用リチウムイオンバッテリーパックの最も効果的な組み立て手順を示しています。

手順	詳細説明
採点	細胞の品質を評価し、最良の細胞のみが使用されるようにします。
積み重ね	電極シートとセパレーターを配置してセルを形成する。
クリーニング	組み立て前に、すべての部品から異物を取り除いてください。
溶接	電極シートまたはタブをスポット溶接またはレーザー溶接で接続し、確実な接続を確保してください。
テスト	バッテリー管理システム（BMS）を評価し、安全性と信頼性を確認する。
シーリング	漏れを防ぎ、完全性を確保するために、セルを密封してください。
組み立てライン	個々のセルを最終製品用のパックまたはモジュールに組み込む。
自動化システム	自動化を活用して効率を高め、人的ミスを削減しましょう。
環境制御	コーティングや充填などの重要な工程中は、最適な湿度と空気質を維持する。

ヒント：品質管理手順は必ず文書化してください。この手順は、規制要件を満たすのに役立ち、リコールや事故が発生した場合の追跡可能性を確保します。

2.2バッテリー管理システム（BMS）

堅牢なバッテリー管理システム（BMS）リチウムイオンバッテリーパックを保護し、その寿命を延ばすために、BMS（バッテリー管理システム）はバッテリーの頭脳として機能し、各セルを監視・制御します。

下の表は、24V（7S2P）リチウム電池パックにおけるBMSの主要な機能をまとめたものです。

機能	詳細説明
過充電保護	バッテリーが容量を超えて充電されるのを防ぎます。
過放電保護	バッテリーが安全なレベル以下に放電するのを防ぎます。
自動バランス調整	すべてのセルが均等に充電されるようにします。
通信プロトコル	システム統合のために、RS485、CANバス、Modbus、UART、BTをサポートします。

高品質のBMSは、以下の機能も提供します。

過電流保護
短絡保護

医療、ロボット工学、産業分野など、用途に応じたBMS（バッテリー管理システム）を選択する必要があります。信頼性の高い通信プロトコルにより、車椅子制御システムや遠隔監視プラットフォームとのシームレスな統合が可能になります。

2.4 安全機能と保護

火災や爆発などの事故を防ぐため、安全機能を最優先に考慮する必要があります。電動車椅子で最も頻繁に発生する安全上の問題は熱暴走であり、これは壊滅的な故障につながる可能性があります。

電動車椅子用リチウムイオン電池発火や爆発の事例が報告されており、2019年には車椅子に搭載されたリチウム電池が機内で爆発し、当該便が運航停止となるという重大な事故が発生しました。この事故は、電動車椅子に搭載されるリチウム電池パックに伴う深刻な安全上のリスクを浮き彫りにしています。

これらのリスクを最小限に抑えるために、以下の安全対策を実施してください。

バッテリーパックの設計を改良し、発熱と熱伝導を低減しました。
電圧、電流、温度をリアルタイムで監視する高度なBMS（ビル管理システム）。
バッテリー分解時に発生する有害ガスを早期に検知するためのガスセンサー。

また、以下のような効果的な保護回路も使用する必要があります。

過充電保護機能：バッテリー電圧を監視し、4.4Vを超えた場合は出力を遮断します。
過放電保護：電圧が2.3Vを下回ると放電を遮断します。
過電流および短絡保護：過電流や短絡が発生した場合にバッテリーを遮断します。

コンパクトな設計により、安全性や性能を損なうことなく、リチウムイオンバッテリーパックを電動車椅子に組み込むことができます。安全機能は、導入前に必ず実環境下でテストしてください。

パート3：テスト、メンテナンス、および耐久性

3.1 テスト手順

リチウム電池パックが医療、ロボット工学、産業用途の安全基準および性能基準を満たしていることを確認するには、厳格な試験手順に従う必要があります。まず、初期容量および負荷試験を実施して、パックが必要な電圧と電流を供給できることを確認してください。以下のような業界標準を使用してください。

携帯型リチウムイオン電池に関するIEC 62133規格
一次リチウム電池に関するIEC 60086-4
二次リチウム電池に関するIEC 61960
輸送安全に関するIEC 62281
UL 1642、UL 2054、およびUL 2271は、小型電気自動車の安全性に関する規格です。

診断ツールは、問題を早期に特定するのに役立ちます。以下の表は、一般的なツールをまとめたものです。

診断ツール	詳細説明
ピーキー予測	予測保守とヘルスチェックに分析と機械学習を活用する
開回路電圧テスト	負荷をかけずに電圧を測定し、セルバランスの崩れや硫酸化を検出します。
クーロンカウント	充電/放電サイクルを追跡して、容量と健全性を評価します。
オンボード診断	デバイス内のバッテリー性能をリアルタイムで監視します

ヒント：テストの前後に、必ず膨張、ひび割れ、漏れがないか確認してください。

3.2 パフォーマンス監視

リチウムイオンバッテリーパックの寿命を延ばすには、毎日充電する習慣をつけることが重要です。お使いの電動車椅子モデル専用のスマート充電器をご使用ください。充電ポートは定期的に清掃し、効率を維持してください。使用後は毎回バッテリーを充電し、空の状態での保管は避けてください。車椅子を長期間使用しない場合は、2週間ごとにバッテリーを満充電してください。

注：オンボード診断および予測分析プラットフォームは、バッテリーの状態を監視し、問題が発生する前にメンテナンスを計画するのに役立ちます。

3.3 メンテナンスと交換

定期的なメンテナンスは早期故障を防ぎます。推奨されるメンテナンス間隔は以下の表をご覧ください。

ユーザータイプ	メンテナンス間隔
一般ユーザー向け（屋内用、滑らかな床面）	3〜4か月ごと
険しい地形や酷使	2ヶ月ごと
長距離旅行の前に	フルチェック

バッテリーは、充電量が40～60%の状態で、涼しく乾燥した場所（20℃～25℃）に保管してください。極端な温度や直射日光は避けてください。バッテリーの交換時期を示す兆候としては、膨張、ひび割れ、シューという音、液漏れ、急激な温度上昇、発煙などがあります。使用済みバッテリーは、持続可能性を支援するため、必ず責任を持ってリサイクルしてください。

損傷や性能低下が見られた場合は、安全性と信頼性を維持するために、直ちにバッテリーを交換してください。

高品質なセルを選定し、堅牢なBMS（バッテリー管理システム）を統合し、厳格な文書化と試験手順に従うことで、安全性と信頼性を確保します。

必ず認証済みの充電器を使用し、最適な充電温度を維持してください。
認定された検査機関と提携し、IATAおよびUN38.3の認証を取得してコンプライアンスを確保しましょう。
定期的なメンテナンスは、バッテリーの寿命と性能を最大限に引き出します。

FAQ

電動車椅子の制御システムに最適なバッテリーの種類は何ですか？

あなたはから選ぶことができますリチウムイオン, LiFePO4, リチウムポリマーまたは固体の状態バッテリー。技術データについては、下記の表をご覧ください。

化学	公称電圧	サイクル寿命	安全レベル
LiFePO4	3.2V /セル	2000件以上	ハイ
リチウムイオン	3.6V /セル	1000-1500	技法
リチウムポリマー	3.7V /セル	800-1200	技法
固体の状態	3.8V /セル	2500件以上	すごく高い