リチウム電池に3本のワイヤーが使われている理由と、それぞれのワイヤーの役割

2025 年 8 月 26 日

リー・パン博士

湖北大学理学博士、中南大学材料科学工学博士。高性能電極材料、防爆電池、低温電池の分野で長年研究を行い、確固たる科学研究のバックグラウンドと豊富な実務経験を有する。

リチウム電池の配線には、信頼性の高い監視と安全性の向上が求められるため、3本の配線が用いられます。1本目の配線はプラス端子、2本目はマイナス端子、そして3本目は電圧検知に使用されます。保護ボードがあれば、リチウムイオン電池の安全対策を自動化できます。保護ボードがなければ、リチウム電池の性能を手動で監視する必要があります。

主要なポイント（要点）

リチウム電池は 3 本のワイヤを使用します。プラスに赤、マイナスに黒、そして電圧や温度を監視して電池の安全性と効率を保つための 3 本目のワイヤです。
保護ボードまたはバッテリー管理システムは、バッテリーの状態を積極的に監視し、過充電、短絡、過熱などの危険を防止します。
バッテリーの損傷を防ぎ、パフォーマンスを向上させ、長期的な安全性を確保するには、正しい配線と定期的な監視が不可欠です。

パート1：リチウム電池の配線と配線機能

1.1 リチウムイオン電池パックにおける配線の役割

リチウム電池の配線作業では、通常3本の配線を使用します。それぞれの配線は、バッテリーパック内でそれぞれ異なる電気的役割を果たします。

当学校区の赤い線はプラス端子として機能します充電と放電の両方に使用できます。
黒いワイヤーはマイナス端子に接続します。
3 つ目のワイヤ (多くの場合別の色) は、監視機能または検知機能を提供します。

3本目の配線は、リアルタイム温度監視用の温度センサー（サーミスタなど）に接続されている場合があります。マルチセルパックでは、この配線は電圧バランスラインとしても機能し、各セルが最適な電圧レベルを維持できるようにします。高度なリチウム電池配線では、3本目の配線は、充電状態や健全性などの電池状態データを外部に送信することがあります。バッテリー管理システムこの構成は、正確な監視と制御を可能にすることで、バッテリーの安全性とパフォーマンスの両方をサポートします。

ヒント： リチウムバッテリーパックをシステムに接続する前に、必ず各配線の機能を確認してください。配線を誤認すると、バッテリーの安全性と効率が損なわれる可能性があります。

1.2 監視および検知機能

リチウム電池配線における監視線は、電池の安全性と効率性において重要な役割を果たします。保護ボード（バッテリーマネジメントシステムまたはBMSとも呼ばれます）を使用する場合、監視ワイヤは個々のセルに直接接続されますBMSはこの接続を利用して電圧と電流のパラメータをリアルタイムで測定します。過充電、過放電、過電流、短絡といった危険な状態を積極的に監視します。BMSが問題を検出すると、バッテリーを切断して損傷を防ぎます。

保護ボードがない場合、監視ワイヤは受動的な接続となります。セル電圧と温度を手動で監視する必要があり、重要なバッテリー安全イベントを見逃すリスクが高まります。BMSがあれば、監視ワイヤはリアルタイムの保護とバランス調整に不可欠なコンポーネントになります。

現代のリチウム電池パックには、電圧と温度を監視するための高度なセンサーが組み込まれていることが多く、以下のようなものがあります。

ファイバーブラッググレーティング（FBG）センサー多重化、柔軟性、電磁干渉に対する耐性を備えています。
抵抗温度センサー精度と安定性が高く評価されています。
信頼性の高い温度測定を可能にする熱電対とサーミスタ。
温度、電圧、電流などの複数のパラメータを同時に監視できる統合型マイクロセンサー。

これらのセンサーは、バッテリーの劣化、過充電、または過熱の兆候を早期に検知することを可能にします。バッテリー管理システムによるリアルタイムモニタリングは、過充電の防止、寄生反応の低減、充電サイクルの最適化によってバッテリーの安全性を向上させ、寿命を延ばします。このアプローチは、バッテリー駆動時間を最大30%延長ロボット、医療機器、産業システムなどの要求の厳しいアプリケーションで信頼性の高いパフォーマンスを保証します。

1.3 配線色コードの識別

リチウム電池の配線を安全かつ効率的に行うには、配線のカラーコードを正しく識別することが不可欠です。専門分野や産業分野で使用されているほとんどのリチウムイオン電池パックには、以下の特徴があります。

ワイヤー色	典型的な機能
レッド	正極端子（充電/放電）
ブラック	マイナス端子
ホワイト/ブルー/イエロー	監視、温度検知、バランス調整

赤と黒の配線は業界標準に準拠しており、極性反転を防ぎ、正しい組み立てを保証します。3本目の配線は、メーカーや電圧監視や温度検知などの機能に応じて、白、青、黄色の場合があります。

注意： 必ずお使いのリチウム電池パックの技術資料をご確認ください。特に高度なバッテリー管理機能を備えたパックでは、メーカーがバランス調整やデータ通信のために追加の配線を使用している場合があります。

配線の役割とカラーコードを理解することで、リチウム電池パックの組み立てとメンテナンスをより自信を持って行うことができます。この知識は、バッテリーの安全性を高め、効率を最大化し、アプリケーションにおける最適なパフォーマンスを確保します。

パート2：バッテリーの安全性と管理システム

2.1 保護委員会の役割

リチウム電池パックを一般的な電池の安全性の問題から守るためには、保護ボードが不可欠です。これらのボードは、電池管理における最前線の防御として機能します。電圧、電流、温度を監視し、異常発生時には回路を遮断します。保護ボードは、以下の重要な機能を提供します。

過充電防止: 電圧が安全限度を超えると充電を停止します。
過放電防止: 電圧が低下しすぎると負荷を切断します。
短絡保護: 障害発生時に電流の流れを遮断します。
電圧監視: 安全のためにセルとパックの電圧を追跡します。
電流制限: 電流を安全なレベルに制限します。
熱保護: 過熱が発生した場合にセンサーを使用して回路をシャットダウンします。

保護ボードは、セルバランシングや予知保全といった高度な機能を備えた完全なバッテリー管理システムとは異なります。電気自動車のバッテリー管理システムは、大型のバッテリーパックに対応するために、熱管理とアクティブバランシングを統合しています。民生用電子機器のシステムは、小型化と電力効率に重点を置いています。どちらのタイプもコア機能は共通していますが、電気自動車ではより厳格な安全保護と広範な監視が求められます。

機能	保護委員会	バッテリー管理システム（BMS）
過充電保護	✔	✔
過放電	✔	✔
短絡	✔	✔
セルバランシング	✖	✔
熱管理	Basic	高機能
予測メンテナンス	✖	✔
Application	小型パック	大型パック（EV、産業）

ヒント： 常に、アプリケーションの安全性と効率性の要件に適合した保護ボードまたは BMS を選択してください。

2.2 バッテリーの安全のための配線手順

バッテリーの安全性と効率を最大限に高めるには、正確な配線手順に従う必要があります。適切な組み立ては、バッテリーの安全性に関わる事故のリスクを軽減し、BMSの効率を向上させます。リチウムイオンバッテリーパックの場合は、以下の手順に従ってください。

リチウムイオン電池、絶縁電線、はんだ付け工具、安全装備を用意します。
容量と電圧定格が一致するセルを選択する.
プラス (+) 端子とマイナス (-) 端子を識別します。通常、プラスは赤、マイナスは黒です。
レイアウトを計画し、合計電圧を計算して、デバイスとの互換性を確保します。
1 つのセルのプラス端子を次のセルのマイナス端子に接続して、セルを直列に接続します。
均一なはんだ付けやスポット溶接による確実な接続。
熱収縮チューブとヒートガンを使用して、はんだ付け部分を絶縁します。
マルチメーターを使用して、合計電圧が計算値と一致することを確認します。
をインストールバッテリー管理システム製造元の指示に従ってセルを監視およびバランス調整します。
物理的な損傷を防ぐために、バッテリーパックを安全で絶縁性の高いホルダーに入れてください。
ゆっくりと充電しながら異常がないか監視してパックをテストします。
長期的な信頼性を確保するために、定期的なテストと安全性チェックを実施します。

注意： 必ず信頼できるバッテリーと保護具を使用してください。換気の良い場所で作業し、バッテリー管理についてはメーカーのガイドラインに従ってください。

2.3 正しい配線の重要性

リチウムバッテリーパックを正しく配線することで、バッテリーの安全性と効率を確保できます。正確な配線は、ショート、過充電、セルのアンバランスといったバッテリーの安全性に関する問題を防ぎます。定期的な電圧監視は不可欠です。セルごとの電圧監視と実用的なアラームは、問題を早期に検出し、容量低下や熱暴走を防ぐのに役立ちます。電気自動車では、配線ミスは火災や車両機能の喪失など、重大な故障につながる可能性があります。運転前にバランスリードと接続を点検する必要があります。詳細なチェックリストとリアルタイムログを使用することで、バッテリーの安全性を維持し、バッテリー管理を改善できます。

警告： 配線を誤ると、バッテリーの安全事故のリスクが高まり、効率も低下します。必ず接続を再確認し、セルレベルで電圧を監視してください。

2.4 誤配線のリスク

リチウム電池パックの配線を誤ると、重大なリスクに直面することになります。バッテリーの安全事故の一般的な原因には、機械的損傷、電気的損傷、熱損傷、製造上の欠陥などがあります。機械的損傷には、潰れ、穴があき、振動などが含まれ、内部ショートや熱暴走を引き起こす可能性があります。電気的損傷には、過充電、過放電、バッテリー管理システムの故障が含まれます。熱損傷は、高温への曝露や冷却不良によって発生します。金属汚染や組み立て不良などの製造上の欠陥は、故障のリスクを高めます。

これらのリスクを回避するには、バッテリー管理のベストプラクティスに従う必要があります。バッテリーは涼しく乾燥した換気の良い場所に保管してください。物理的な損傷を防ぐため、パックは慎重に取り扱ってください。認定されたバッテリーと充電器のみを使用してください。定期的な点検とメンテナンスを実施し、バッテリーの安全性に関する問題が深刻化する前に特定し、対処してください。