Ｍｅｍｏｒａｎｄｕｍの小部屋

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あれもこれも充放電器

　本製作例を基にして事故を生じても、当方は何ら責任を負いません。
　本製作例ではリチウム電池の充放電を行います。　使い方、設定を誤ると発煙発火事故を起こします。　本製作例を参考にリチウムイオン電池を充電される場合は、リチウムイオン電池の使い方を理解のうえ製作・充電を行って下さい。

１．背景

　二次電池に関していくつかの問題を抱えていました。

• 　秋葉原にある「あきばおー」の売り場で３．７V　５００ｍＡｈの単四型リチウム電池を見つけて思わず衝動買いをしました。　１個６２５円もしましたが、電池ボックス工作の電池に使用すればとても便利そうです。　でも受電器がありません。　
  　

  　　　　　
  
  　

• 　現在使用している携帯のリチウムイオン電池の専用充電器を持っていませんので、携帯自体を使って充電を行っています。　この携帯はジョギングのお伴にしていますので予備電池を複数持っていますが、予備用電池の充電は携帯に実装して使用しないといけません。　また、リチウムイオン電池を長期保存する場合は満充電ではなく５０％程度の充電で保存しないといけないとのことです。　でも、リチウムイオン電池保存用の充電器なんて知りません。
  
  　

• 　ときたま００６Ｐ型電池を使用しますが、１次電池では１個１００〜１５０円とコストがかかるので００６Ｐ形ニッケル水素電池（ＮｉＭＨ）ＭＲ２５０Ｆを購入しました。　ＮｉＭＨ電池なので充電ではなく充放電器が欲しいところです。
  
  　　　　　

　これらの二次電池対応のために「いっこいっこ充放電繰り返し器」をベースにして、上記対応のできる「あれもこれも充放電器｝を製作することにしました。

はじめに

　今回の製作は大きく２つの部分に分けて製作しています。　当初はリチウムイオン電池のフル充電は行わず、保存用の５０％充電を行う「あれもこれも充放電器」本体を製作しました。　本器では００６Ｐ（８．４Ｖ）用ＮｉＭＨ電池の充放電機能と、時間管理によるリチウムイオン電池の５０％充電のできるリチウムイオン電池充放電器を考えていました。　その後、やはりフル充電に近い充電を行いたいということで、リチウムイオン電池用保護回路基板を追加しました。

　いか、これらの製作例について順番の説明します。

２．あれもこれも充放電器本体

２．１　回路図

　「あれもこれも充放電器」本体は、「いっこいっこ充放電繰り返し器」をベースにして、二次電池１個専用の充放電回路としました。　この充放電回路を複数回路設けることで一度に何個でも充放電できるようにします。　今回はコンパレータＬＭ３３９（コンパレータを４個内蔵）をフルに利用するめ４回路構成としました。　今回の製作の回路図を下記に示します。

上図をクリックすると原寸大の回路図をダウンロードできます。

【　「あれもこれも充放電器」本体回路（４回路）　】

　上記回路図の上から回路Ａ，回路Ｂ，回路Ｃ，回路Ｄとし、各回路は下記の二次電池を対象としています。　また、放電終了電圧、充電電流は下表の数値となるように調整しています。

　　本回路では００６P用電池の充電を行いますので電源電圧は１２Vｄｃ必要です。　３．７Ｖリチウム電池だけであれば電源電圧９Ｖｄｃで十分です。　また、充電電流は１５０ｍＡ程度以下になるようにして下さい。　（ＭＲ−２５０Ｆ充電時、電池電圧は１０Ｖを超えます。）

　放電終了電圧、充電電流は下表の数値となるように調整しています。

　放電抵抗Ｒ４２，Ｒ４３，Ｒ４４は３つの抵抗を組み合わせています。　各抵抗値は下表のようにしています。　なお、Ｒ４３，Ｒ４４はジャンパーピンで接続／未接続を選択できるようにしています。　これらの抵抗は２Ｗクラスを使用するのが望ましいですが、今回は手持ちの関係で１／２Ｗ抵抗を組合わせて使用しています。

　ＰＩＣマイコンはセラミック振動子を使用していまのでクロックが安定していませんし精度も水晶振動子に比べて相当悪いです。　また、時間はプログラムのループを使って作っていますが、正確なステップ数をカウントしていませんのでソフト的な時間も正確ではありません。　しかし、今回の用途ではこの程度で十分です。　ただし、４回路同時に独立して動作していますので、待機中の黄色ＬＥＤ点滅（ＰＩＣマイコン動作確認用）が最初は同時に変化していたものは、そのうちバラバラに点滅するようになります。　製作後の反省ですが、４回路にするならば２０ＭＨｚ水晶発振器を使用してＰＩＣマイコンを外部クロック入力とすべきでした。　そうすればＧＰＩＯをもう１点追加でき、時間選択を現在の４通りから８通りにできました。

　ＬＥＤ３０，ＬＥＤ３１，ＬＥＤ３２，ＬＥＤ３３は用途を下表に示します。

２．２　ＰＩＣマイコン　

　ＰＩＣマイコンのプログラムは「いっこいっこ充放電繰り返し器」を改修して使用しています。　動作シーケンスを下表に記載します。
なお、本バージョンでは放電のみで終了する機能を追加しています。

　ＰＩＣマイコンのＥＥＰＲＯＭの設定で、シーケンス動作の個別設定ができます。　表中のアドレス、及び、括弧内数値は１６進数です。

　申し訳ありませんが、今回のプログラムも非公開とします。　ただし、書込みサービス対応としますのでここを参照願います。

　ＰＩＣマイコンを使用するのが面倒でしたら、充放電の信号をご自分で作成される事もできます。　ＰＩＣマイコンの出力は充電信号、放電信号ともに５Ｖで動作、０Ｖで停止となります。　（ＰＩＣマイコン相当のＬｏｗ：シンク電流／Ｈｉｇｈ：ソース電流を流せる信号（８ｍＡ以上流すことができでが十分）が必要です。）

２．３　製作例

　上記仕様で製作したあれもこれも充放電器本体を下記に掲載します。

【　あれもこれも充放電器本体基板１　】

【　あれもこれも充放電器本体基板２　】

【　あれもこれも充放電器本体基板（部品面）　】

【　ＩＣ３３（ＬＴ３０８０ＥＴ）放熱板取り付け状態　】

【　あれもこれも充放電器本体　部品実装状況）　】

【　あれもこれも充放電器本体　ＶＲ調整時状態　】

【　あれもこれも充放電器本体　電池実装状態１　】

【　あれもこれも充放電器本体　正面側外観　】

【　あれもこれも充放電器本体　背面側外観　】

３．あれもこれも充放電器　リチウムイオン電池用保護回路基板

３．１　回路図

　リチウムイオン電池用保護回路として、電池電圧と電池温度を検出します。　この回路は「あれもこれも充放電器」の電池接続部とリチウムイオン電池の間に接続します。　また、この回路の電源も「あれもこれも充放電器」から取ります。　今回製作したリチウムイオン電池用保護回路の回路図を下記に示します。

上図をクリックすると原寸大の回路図をダウンロードできます。

【　リチウムイオン電池用保護回路　】

　　本基板は保護回路を２組設けています。　電圧検出は本来は過電圧検出ですが、充放電特性から推測すると電圧と充電時間のいずれかが所定値に達することで充電終了判定としているようですので、過電圧検出＝放電終了判定としています。

　過電圧設定（充電終了電圧）、温度設定を下表に掲載します。　なお、サーミスタは秋月電子通商で販売している「NXFT15XH103FA2B」（１０ｋΩ品）を前提にした調整となっています。

　　　スイッチＳＷ８１は、電源投入時や浮遊電圧で異常を誤検出した場合にリセットする場合に使用します。　特に電圧検出部分（電池電圧）はフローティングでかつコンデンサで接地しているので、入力端子からのリーク電流（バイアス電流）で電位を有して誤検知に至るようです。　これを防ぐために未使用回路側の電池接続端子に１００ｋΩ〜１ＭΩの抵抗を接続しておくことが推奨されます。　なお、この抵抗は電池の放電抵抗になりますので標準では未接続としています。

３．２　製作例

緑色の端子はサーミスタ接続用です。

【　保護回路基板外観１　】

【　保護回路基板外観２　】

【　保護回路基板外観３　】

【　保護回路基板外観（ハンダ面）　】

４．　動作例

　「あれもこれも充放電器」と「リチウムイオン電池用保護回路基板」を組合わせて使用した事例の写真を下記に示します。

【　携帯用リチウムイオン電池充放電時外観　】

【　携帯用リチウムイオン電池充放電時データ　】

余談　リチウムイオン電池外装取り外し

　本製作例の動作確認のためにリチウムイオン電池ＬＴ１０４４０を電池ボックスに入れて動作確認し、その後、この電池を取り外そうとしましたがなかなか取り外せませんでした。　このため、隙間のある＋極側に精密ドライバ（マイナス）を差し込んで取りり出そうとした際に、突然プチッという音とともにドライバ先端が接触していた部分が明るくなりました。　ドライバの先端が＋極側を貫通して−極側と短絡したようです。　その後、電池電圧を確認すると０Ｖになっています。　どうもこの電池を破損したようです。　このまま廃棄するのももったいないので外装を剥いでみることにしました。

注意　リチウムイオン電池を解体するのは発煙発火事故を生じるので絶対に真似をしないでください。

【　ＬＴ１０４４０外装を剥いだ状態　】

突起部下側の白っぽい部分が短絡して赤く見えた部分です。

【　＋極側拡大外観　】

【　−極側拡大外観　】

【　＋極側基板開封外観　】

　電池のマイナス側に安全回路が実装されているようです。　この回路は不明ですが、出力遮断機能があるようです。　　「あれもこれも充放電器」の動作確認時に過電圧設定を４．５Ｖにして充電を行い、このときの電池電圧を測定していると約４．３Ｖでなぜか突然充電電流が０ｍＡとなっていました。　どうもこの回路でリチウムイオン電池の監視をして約４．３Ｖで過電圧検出してオフさせているようです。　今回、開封後にこの基板を介さずに電池セル単体の電圧を測定すると約３．８Ｖありました。　どうもこの基板で遮断されているようです。

　なお、開封時写真で基板と電池セルの接続板が変色していますが、これは錆びでした。　接続板の表面処理不具合なのか、フラックスor基板洗浄が悪かったのか不明ですが、ちょっと信じられない品質です。　

【プログラム書き込みサービス】

　本ページのＰＩＣマイコンのソフトは非公開とします。　但し、本ページで紹介しましたＰＩＣマイコンの書き込みサービス は行います。　詳細はプログラム書き込みサービスのページを参照願います。

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