Ｍｅｍｏｒａｎｄｕｍの小部屋

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NiCd放電器と充電器は紙一重！！

（バッテリーリフレッシャーを充電器として使用）

【　原理　】

　秋月電子通商の「バッテリーリフレッシャー定電流自動放電器キット」はNiCd電池を長持ちさせるために必要なツールの一つです。

　このキットは通常は図１のように電源（電圧Ｖ１）と放電したいＮｉＣｄ電池（電圧Ｖ２）を接続し、ＮｉＣｄ電池の両端電圧が予め設定された電圧以下になるまで一定の電流で放電してくれるキットです。

　つまり、このキットは、Ｖｂａｔの端子が予め設定された電圧以下になるまでＶｂａｔ端子から一定の電流を吸い込むように設計されています。
　この機能を使えば定電流でＮｉＣｄ電池を充電し、予め設定された電圧になると充電を停止するＮｉＣｄ充電器として利用することができます。

　このようにＮｉＣｄ放電器をＮｉＣｄ充電器として利用するための接続方法を図２に示します。充電したいＮｏＣｄ電池を電源のＶｉｎとＶｂａｔの間に接続します。このときの各電圧の関係は次の式で表すことができます。

　　　Ｖ１ ＝ Ｖ２ ＋ Ｖ３　・・・　(1)

Ｖ１：電源電圧
Ｖ２：ＮｉＣｄ電池電圧
Ｖ３：NiCd電池充電電流が一定となるように電圧が変化

という関係となります。　但し、Ｖ１＞Ｖ２が保証され、かつ、Ｖ１の供給源である電源は定電圧電源（安定化電源）でなければなりません。

　この自動放電器キットはＶｂａｔに吸い込まれる電流を定電流に制御する機能を持っていますから、電源→ＮｉＣｄ電池→Ｖｂａｔ端子入力を経由する経路で定電流が流れ、NiCd電池を一定電流で充電することになります。

　この図２の回路において、NiCd電池が充電されるにつれてNiCd電池両端電圧Ｖ２が大きくなります。　Ｖ１が一定とすれば、(1)式の関係が保たれ、Ｖ２が大きくなればＶ３が小さくなるように自動放電器キットが制御を行い、Ｖ３が一定電圧以下になれば充電を停止します。

　つまり、図２の回路のように接続すれば自動放電器を自動充電器として使用することができるのです。

【　動機　】

　そもそもこのような事を考えるようになったきっかけは、「006P型Ni-Cd蓄電池専用トランスレスチャージャキット」に付属していた006P型Ni-Cd蓄電池RC22の適切な充電器が無かったからです。

　「006P型Ni-Cd蓄電池専用トランスレスチャージャキット」はキット名にあるようにトランスレスのためビリビリ感電覚悟で使わないといけないという危険きわまりないものであり、このキットを製作する気がしません。このため、006P型Ni-Cd電池を使いたくても充電器がなくて困っていたのです。

【　設計例　】

　放電器としては、内部回路がはっきり分かっている秋月電子通商の「バッテリーリフレッシャー定電流自動放電器キット」を使用します。以下、このいキットの取扱説明書の回路図と伴にお読み下さい。

　このキットでは２ＳＣ１４１６（もしくは相当品）のエミッタ側の抵抗Ｒｅ（標準で１．２Ω）が定電流設定抵抗となります。　この抵抗値の両端電圧が定められら一定電圧Ｖｅとなるように制御されます。　この一定電圧Ｖｅは部品の特性のばらつきによって異なり、Ｖｅ＝０．５〜０．７Ｖの範囲内にあります。設計上はＶｅ＝０．６Ｖとします。　よって、定電流制御されたＶｂａｔ吸い込み設定電流Ｉｅは次式となります。

　　Ｖｂａｔ吸い込み設定電流　Ｉｅ＝Ｖｅ／Ｒｅ＝０．６／１．２＝０．５Ａ　・・・　(2)

　もし、Ｖｂａｔ吸い込み設定電流Ｉｅを変更したければ、上式に設定したい電流ＩｅとＶｅ（０．６Ｖ）を代入して抵抗Ｒｅを求めます。　計算から求めた値にもっとも近い標準抵抗値（例えば計算値０．５４Ωならば数列Ｅ１２のなかから０．５６Ωとする。）とします。多少計算との差があっても充放電時間に多少の違いが生じるだけですから、あまり細かいところにごだわることはないでしょう。えいや〜設計でいいでしょう。

　次に充放電終了電圧の設定を行います。　このキットではＬＭ３５８Ｎの５番ピンと６番ピンの電圧をコンパレータで比較して終了検知を行っています。

　Ｖｂａｔ電圧は３０ｋΩと１０ｋΩで約１／４に分圧してＬＭ３５８Ｎの６番ピンに入力されます。　また、ＬＭ３５８Ｎの５番ピンには安定化された５Ｖを抵抗と半固定ＶＲで分圧して充放電終了電圧設定信号として入力されます。　ＮｉＣｄ電池にもよりますが、１セル当たりの放電終了電圧は約１Ｖですから、１セル当たりの５番ピンの設定電圧は約０．２５Ｖとなります。

　以下、具体的例を示します。　まず、図１における006P型Ni-Cd蓄電池RC22の充電器としての設定値について計算します。

　この006P型Ni-Cd電池の放電終止電圧は７Ｖとなっています。よって、ＬＭ３５８Ｎの５番ピンには１．７５Ｖ（＝７．０／４）の電圧が印加できればよいことになります。

　また、放電電流は006P型Ni-Cd電池のデータシートから３０ｍＡと設定します。この設定から放電用抵抗値Ｒｅを(2)式より求めると２０Ω（＝０．６／０．０３）となります。この２０Ωは１０Ωを２本直列接続します。

　次は、図２における006P型Ni-Cd蓄電池RC22の放電器としての設定値について計算します。

　この006P型Ni-Cd電池の充電完了電圧９．８Ｖとなっています。定電流電源の電圧を１２ＶとすればＶｂａｔ端子電圧Ｖ３は(1)式より

　　Ｖ３＝１２Ｖ−９．８Ｖ＝２．２Ｖ

よって、ＬＭ３５８Ｎの５番ピンには０．５５Ｖ（＝２．２／４）の電圧が印加できればよいことになります。

また、充電電流は006P型Ni-Cd電池のデータシートから１４ｍＡと設定します。この設定から放電用抵抗値Ｒｅを(2)式より求めると４３Ω（＝０．６／０．０１４）となります。この４３Ωはえいや〜で１０Ωを４本直列接続の４０Ωとします。

　実際の製作する回路の検討時、図１と図２の回路の切替や、各種設定の切替をスイッチ一つで切り替えたくなります。　そこで手持ちのロータリーＳＷを調べると千石電商で購入した２段２回路６接点のものがありましたので、このロータリーＳＷに合うような仕様で回路設計しました。

　このロータリーＳＷでは６つの設定を切り替えることができます。そこで表１のような切替仕様としました。

【　製作例　】

　以上の結果を元に「バッテリーリフレッシャー定電流自動放電器キット」を使った充放電器の改造部及び追加回路の回路図を図３に、外観図を図４に示します。

(2009-03-05にLM358N 5pin接続誤記訂正版に差し替え。　大阪府のＮ様、ご連絡有り難うございました。　)

図３　充放電器　回路図

　図３の終了電圧設定ＶＲには２ｋΩを共通に使用しております。　終了電圧設定ＶＲやＶＲの両端側の抵抗値は図３の定数にこだわることはありません。　調整しやすくなるように適当に変更されてもよいと思います。（今回は手持ちがなくて実施できなかったのですが、１０回転の半固定ＶＲならばＶＲだけでも十分と思います。）

　またＶｂａｔ電圧の１／４への分圧を１００ｋΩの１０回転半固定ＶＲに変更しています。これは単３タイプのＮｉＣｄ電池ならば放電電流が５００ｍＡと大きいので分圧回路への電流は無視できますが、006P型Ni-Cd電池では充放電とも１０〜３０ｍＡと小さいため、分圧回路の電流を小さくしたかったため抵抗値をアップしました。　また、好みの問題ですが、電圧を分圧するのは同一部品で分圧すれば温度による誤差がほぼゼロにできますので、分圧回路には１０回転半固定ＶＲを使用するように変更しています。　なお、これはは好みの問題ですから、かならず変更しなければならないものではありません。

図４　充放電器　外観図

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