こんにちは、DENです。
今回は、前回と前々回で扱ったニッケル水素電池の充電器の製作レポートです。半年ほど前に、外出自粛の中作ったものです。
以前書いたように私はセリアで売っているニッケル水素電池を多用しています。
- 充電できるのは同時に2本まで
- 充電時間が長い(写真の1300mAh単3形で11.5時間)
- 充電が終わったかどうか見た目でわからない
以前この充電器を分解し中を調べたところ、交流100Vを電池の電圧くらいになるまでトランスで降圧して、2本の電池を半波ずつ充電するという単純な回路でした(すでに捨ててしまったので写真が掲載できなくてすいません)。
100円で充電器が買えるっていうのもいい時代になったもんだと思うのですが、そこは電子工作ラーの端くれとして、もっと使い勝手のいい充電器を作りたいなと思って製作に至りました。
作る充電器の要求仕様は以下です。
- 電池4本を同時に充電（2本直列を1ペアとして、2ペア並列に充電する）
- 決まった容量充電したか、電池が高電圧になったら充電を終了
- 終了したら音でお知らせ
- 電源はACアダプタ
1の理由は、私はニッケル水素電池を2本または4本で1セットとして使うことが多いためです。ペアで使っていない電池は容量がそろっていない可能性が高く直列で充電できないので、4本直列ではなく、2本直列を2ペアとしました。
回路図
今回の記事では回路概要のみ説明し、定数の設計などの詳細についてはまた別に記事を書かせていただこうと思います。
電源部
9VのACアダプタから入力し、U1のレギュレータで5Vに落としたものを制御電源とします。
充電スロット
V1とV2はそれぞれニッケル水素電池(2本直列)で、それを2つのリレー(RL1, RL2)で切り替えながら交互に充電します。例えば回路図画像の状態では2つのリレーが両方とも上側に接続しているので、V1を充電している状態です。2つのリレーを両方とも下側に接続すると、V2を充電している状態になります。
電流計測アンプ
R12は充電電流を測定する抵抗で、その両端電圧を反転増幅器で10倍しています。
FB制御オペアンプ
このオペアンプは、Q4にかける電圧を調節して、充電電流値を制御するオペアンプです。電流計測アンプの出力値が、マイコンからの指示電圧と同じ値になるように、Q4のゲート電圧が印可されます。マイコンはRA2からDAコンバータで指示電圧を入力します。また、Q3はオンになっている限り充電電流を流さないようにするFETで、マイコンがRC0からHighを出力しないと充電電流が流れないようにしています。
電池電圧測定回路
電池の電圧を1/2に分圧してマイコンで測定します。リレーの状態によってどちらのスロットの電圧を測定しているかが変わります。
機能の説明
プログラムの主な機能は以下です。
- 電池を4本接続すると充電スタート
- 1スロットずつ充電、32秒ごとに充電スロットを切り替え
- 電池2本で2800mV未満であれば400mA, 以上であれば250mAで充電
- 充電容量を積算し、1450mAhとなるか、電池電圧が2950mVとなったら、そのスロットは充電終了
- 2つのスロット両方とも充電終了したらブザーでお知らせ
完成品
セリアで木の箱を買って加工し、ケースとしました。妻にデコってもらい、やたらラブリーな見た目になっています(笑)
実際に充電した時のデータ
マイコンからPCに電圧と電流のAD測定値を送信し、データを取りました。充電時間は9時間くらいです。結構かかっていますね^^;
１，２の両スロットで、充電容量がMAXになって充電終了しています。
拡大したのがこちら。32秒ごとにスロットを切り替えているのがわかります。
おわりに
リレーでスロットを切り替えながら充電するので、充電中にカチカチ音がしますが、個人的にはそれがメカメカしくて好みだったりします。
今更ですが充電器を自作する場合は安全性に十分注意する必要があります。特に、過充電してしまうと発火することもあり大変危険です。自作するときはギリギリを攻めずに、ほどほどの充電しかされないようにしておくほうがいいです^^;
