バッテリーの内蔵化

本日のネタは「バッテリーの内蔵化方法について」です。
格安オシロを買ったため、車載でも利用しやすいようにバッテリ組込みを考えています。
私的には「車ネタ」の延長ですが、みなさんには興味が無いかもしれません。
バッテリ組込みに詳しいのは電動モデルガンの効率化を目的としたサバゲーの人たちなので、彼らの知識には劣りますが備忘録を含めまとめてみます。

昨今「中華製スマホが爆発した」というニュースは珍しくありません。
内蔵化には高出力なバッテリが必要となるためリチウムイオン(Li-ion）とかリチウムポリマー（Li-Po）と言った電池を使います。
どちらも発電原理は同じですがセパレータに使われる電解質が違います。
Li-ionは液状、Li-Poはゲル状です。
スマホが発火する原理は、このセパレータが変形しプラスとマイナスがショート、マイナス極（主に炭素）に引火することが原因です。
スマホが爆発する原因は、過充電によるプラス極（確か酸化コバルトだったかな）からの酸素発生が原因です。
特にLi-ionは電解質が液状のため強固な外壁でパッケージされているため爆発エネルギーは恐ろしいものがあります。
ご存じとは思いますがこの「セパレータ」を制したものが次に来るEV車を制すると言われています。
固形のセパレータを使った電池を「全固体電池」といい、これらの爆発リスクを回避できる電池として注目されています。
先日、トヨタのモリゾーが「トヨタは全固体電池の開発を完成させる」と吠えました。
これが実現するとまたトヨタの天下がやってきます。
逆にトヨタと離縁してテスラと組んだパナソニックは大ピンチでしょう。
ちなみにLi-ionの原理を発見したのは日本人で、今年のノーベル賞候補でしたね。

話を戻します。
バッテリーを内蔵化すると言っても充電と放電が厳密に管理されなければ爆発や発火します。
特に中華製の充電器は怖いですよ。管理が適当なのが混ざってますので。
今回、バッテリーの内蔵化をするのに写真の回路を使います。



実は中華製チップを使っているので疑心暗鬼なんです。
充電管理に使用されるチップは「TP4056」。
データシートはこちらです。



このシートを見る限り必要機能は全て網羅されている感じ。
安心さを求めるならMicrochip社の「MCP73861」を使用している基盤を使うところですが基盤化されて販売しているものが少ないです。
TP4056の製造品質に疑問があるだけでデータシート通りに動いてくれれば全く問題ないです。
チップ内部回路は3.3Vでドライブしておりコンパレータに入る基準電圧も内蔵のレギュレータで減圧している模様なので電圧変動誤動作はないです。
定電流で充電され一定の電圧に到達した後、定電圧に切り替わる制御もリファレンス通りです。
定電圧時の電圧が4.2VというのがLi-ionの最大定格なので気になりますけど問題はありません。
（MCP73861は4.1Vモードが存在する）
それから温度管理も出来ますが基盤にはLi-ionのサーミスタを入力する端子がありません。
さすが中華。しっかりコストカットされてます。
しかし、写真の基盤は5枚で300円と破格の安さｗ
しかも過放電制御用のチップも搭載されているため、生セル（保護回路がないバッテリセル）を扱うことができます。
（Li-ionは過放電で2.3V以下になると電池の性能が消滅します）
実際に組み込む際は写真の様な感じになります。
（実際の大きさは親指に乗るくらいの大きさです）



昇圧回路の変換効率にもよりますが、3.7V 1000mAのLi-ionで9V 500mAぐらいは出ると思います。
もうちょい出力が欲しい場合は、バッテリを2セルにして7.2Vで扱うんですがこの中華製充電回路は1セル専用品。
「MCP73861」のような2セルモードを持ったチップでないと充電できません。
これは別途考察します。

今回ご紹介した回路基板は、充電過放電制御回路が60円、昇圧回路が100円、バッテリセルが1000円です。
バッテリセルは製造が怪しくなければ安い奴でもOK。
オシロに組み込むため厚さを抑えたくてLi-Poにしてますが、Li-ionだと単3乾電池タイプの「18650タイプ」というやつでもOKです。
怪しい充電器を使うよりはこれらの基盤を使った方が安心ですけど、やっぱり中華製は怖いですｗ
原理がわかれば色んなものをバッテリ内蔵化できますね。

（追記）
Li-ionの充電には「1C充電」とか「2C充電」とか謎単語が出てきます。
私も知りませんでした。
「1C」とはセルを定電流放電してちょうど1時間で放電終了となる電流値のことで、セル表記に1000mAhとあれば1Cは1Aです。
一般にLi-Poは1C充電が推奨されているみたい。
（TP4056のデータシートには充電電流はセル容量の40%で十分と書いてあって、1C充電するとチップが壊れるかもしれません。壊れて制御できなくなると爆発するので怖いですｗ）

今回使用するLi-Poは3.7V 600mAhなので1C充電するには600mAで充電しなければなりません。
データシートを信用するなら倍の充電時間を要しますが300mAで充電しようと思っています。
そのために基盤のチップ抵抗を換える必要がありますがチップ抵抗はストック無いですｗ
買に行くのが面倒臭い。