FC2ブログ
コンテントヘッダー

ニッケル水素バッテリー放電カウンターの計数方法

私が作った『ニッケル水素バッテリー放電カウンター』は、定抵抗放電として簡略化する一方で、実際の電流値を積分して容量を算出する方法を取っています。

電流を積分する方法は、まずマイコンのADコンバータで電池の電圧を測定します。
今回は、ADコンバータの基準電圧(フルスケール電圧)は内部基準の2.5Vを使用しています。
ADコンバータは10ビットなので、マイコンへの入力電圧が2.5VのときにADコンバータの出力は1023を示します。
ですから、たとえば電池の電圧が1.2Vだった場合にはADコンバータは491を出力します。

電池には実質的に抵抗がつながっているだけですので、その電圧と抵抗の値とで電流の値が算出できます。
今回は抵抗に2.2Ωを使ったので、電池の電圧が1.2Vのときには約545mA流れていることになります。
つまり、545mAは、ADコンバータの出力491に相当するということになります。
よって、ADコンバータの出力値を積算していけば、電流を積分したことと同等になります。

さて、この積算値がいくつになれば「1mAh」とカウントできるでしょうか?
1mAhというのは、1mAで1時間放電させた電流の量になります。545mA流れていれば、545分の1時間で達する計算になります。
その545分の1時間でADコンバータの積算量がいくらになるか算出して、その値に達するごとにカウンタを1カウントアップすれば、直接容量を算出できます。

545分の1時間は、3600÷545=約6.6秒になります。
今回作った放電カウンターでは、1秒間に4回、電圧を測定していますので、6.6秒×4回=約26.4回分の積算値を算出すればよいことになります。
電流が545mAのときにADコンバータの出力値は491ですから、491×26.4=約12962で、積算値が12982に達するごとに1mAhと計算できます。

実際には、マイコンがカウンタに渡すパルスのデューティを50%に近づける為、さらに半分の6481に達するごとに、パルス出力をトグルさせています。
そうすると、そのパルス自体も0.5mAhの表示として利用できるからです。

あとは、このパルスをバイナリーカウンターに渡して、積算していけばよいです。

なお、この積算値を一般化すると、
 RDSCH ÷ Vref × 1023 × 3600 × 4 ÷ 1000 ÷ 2
  RDSCH:放電抵抗[Ω]
  Vref:ADコンバータの基準電圧[V]
  1023:ADコンバータのフルスケール出力値
となります。
スポンサーサイト



テーマ : 実用・役に立つ話
ジャンル : 趣味・実用

このページのトップへ
コンテントヘッダー

【謹告】ニッケル水素バッテリー放電カウンターの委託販売が開始されました。

「ニッケル水素バッテリー放電カウンター」【WebショップBispa】さんに委託し、販売が開始されました。
1-1-DSCN0363.jpg
この製品は「半完成品」という位置づけになります。
「完成品」でないのはケースに入っていないからで、お求めいただいた皆様に適宜ケースに入れていただいて(あるいはそのままでも)お使いいただく、というスタイルをとることにしました。
またキットにしなかったのは、単に私が組み立て方法の説明が下手だからです(笑)。

付属品として、両面テープで貼り付ける「ゴム足」を4個添付します。私はこれを基板の四隅につけて、基板のままの状態で使用しています。
1-DSCN0368.jpg

製品には他に「使用説明書」を同封しています。
BATT_COUNT_manual.jpg

テーマ : こんなの作りました♪
ジャンル : 趣味・実用

このページのトップへ
コンテントヘッダー

バッテリー放電カウンターをさらに改良

バッテリー放電カウンターの容量カウント方法をさらに改良しました。

これまでは、電圧を「電池の検出(放電の開始)」「放電の停止」にしか利用していませんでした。電池の容量は、電池の平均電圧を1.1Vと仮定して、そこから割り出される平均電流×時間で求めていました。
ですが、実際の電圧が本当に平均1.1Vで推移しているかどうかわかりません。ですから、この方法で求められる容量は、相当大きな誤差が発生します。

しかし、電池の電圧はマイコンから常に監視されています。
電池の放電中は抵抗がつながるため、電池の電圧の測定値を単純に抵抗値で割れば電流が求まります。つまり、放電中は電流を測定しているも同然だったのです。
この電流値を積分すればそのまま電池の容量になるので、カウント値が実際の電池の容量により近い値を示すようになるはずです。

実際に測定してみました。使用したのは前回測定した電池と同じものを、専用充電器で充電したものです。
電池識別カウント値
改良前改良後
エボルタ00117531963
エボルタ00217581983
エボルタ00317831934
エボルタ00417941950
平均17721958
確かに、公称容量により近い値を示しました。

テーマ : こんなの作りました♪
ジャンル : 趣味・実用

このページのトップへ
コンテントヘッダー

【放電カウンター】充電式エボルタを放電させてみた。

バッテリー放電カウンターをつかって、パナソニックの「充電式エボルタ」を放電させてみました。
使ったのは安くなっていた「ワンピースコラボモデル」で2本パックの2種類(計4本)です。
電池本体には「1110」という刻印が確認できました。おそらく2011年10月製造なのでしょう。発売日も2011年11月なのでほぼ間違いないと思います。
そうするとこれは製造(充電)からおよそ2年経過しているということになります。充電式エボルタは「1年で85%の充電残(※)を維持するとしているので、そのまま外挿すれば2年では約72%の充電残があっていい計算になります。

※注:公式には「容量」と表現しているが、これについては語弊もあると考えるので、ここでは明確にするため「充電残」と表現します。

なお、作った本人がいうのもなんですが、このバッテリー放電カウンターが表示する容量は正確ではありません。なぜかというと、放電させる方法やその電流がJISで定められた方法とは異なるからです。
JISでは、公称容量の0.2倍の一定電流で放電させるよう定められています。しかし、このバッテリー放電カウンターでは抵抗で放電させるので電流が一定ではありません。また電流も若干多めにしてあります。
但し電池相互の容量のばらつきや、電池自身の容量の変遷を記録するには十分な精度があります。

まずはこの放電カウンターでの表示にどのくらいずれがあるのかを把握しておく必要があります。その方法として、何度かリフレッシュさせた比較的新しい電池を放電させ、その容量を基準とすることにします。
最近買ってきた、公称容量がエボルタと同じ(2000mAh)エネループ数本を放電させてみました。するとカウンターではおおよそ1750付近を示しました。なので、1750を基準とします。

次いで、充電式エボルタを放電させてみました。カウント値は1286~1377、平均で1324となりました。
75.7%の充電残となります。

その後、何度か専用充電器で充電⇔カウンターで放電を繰り返してみました。その結果が以下のとおりです。
電池識別カウント値
1回目2回目3回目4回目5回目
エボルタ0011318171817661753
エボルタ0021377172117731758
エボルタ0031286173117611783
エボルタ0041316174517731794
平均1324172917681772
残割合75.7%98.8%101.0%101.3%
標準偏差33.010.55.117.0
何度かリフレッシュを繰り返さないと本来の容量まで戻らないかと思っていましたが、2年も寝かせておいた割には意外と2回目でほぼもとの容量まで戻ってきています。
また、容量の偏差も2年寝かせたときであってもかなり小さく、リフレッシュ後はさらに縮小していて、あまり容量のバラツキを気にしなくても良さそうではあります。

今後、ある程度サイクル使用した後でどうなるか、経過観察したいと思います。

テーマ : 実用・役に立つ話
ジャンル : 趣味・実用

このページのトップへ
コンテントヘッダー

【ネタ】なんとなく

かっこよく撮れたので載せてみます。
1-KIMG0076-001.jpg
それだけw

テーマ : こんなの作りました♪
ジャンル : 趣味・実用

このページのトップへ
コンテントヘッダー

ニッケル水素バッテリー放電カウンタの制作意図と使い方

ニッケル水素バッテリー放電カウンターは、容量の近しいもの同士をペアにして使いたいので、相対的な容量の差を知るために作りました。

たとえば1000mAhと2000mAhのようにバッテリー容量に大きな差があった場合、それを一緒に使用するともっとも容量の少ない電池の分だけしか使えず大きい容量を持つ電池は無駄になり、また小さい容量しかない方は負担が大きくなって劣化が早まってしまいます
そのため、多くのバッテリーを持っているなら、その容量管理をすることは効率の面でも寿命の面でも重要と考えたので、作ってみようと思ったわけです。
使い方について。
DC5V出力のACアダプター(コネクタは内径2.1mmのセンタープラス)を用意してください。また容量を測定する電池は、専用の充電器で満充電にして置いてください。
電源を入れると、全てのLEDが約2秒間点灯します。このとき放電用リレーも動作するので音が鳴る事を確認してください。
2秒たつと、電源のパイロットランプ(赤)を残して全て消えます。但し、電池がホルダーに装着されている場合には、放電中のランプ(黄色)は消えますがカウンターのランプ(緑)は点いたままになります。このままでは放電を始めないので、電池はいったん取り外してください。
この状態から電池をホルダーに装着すると、放電中のランプ(黄色)が点灯し、同時にリレーが動作して放電を始めます。時間の経過と共に、カウンターのランプ(緑)が点滅をして2進数で容量を計測していきます。放電終止電圧(0.9V)になると、放電中のランプ(黄色)が消えて放電が終了します。このときのカウンターに表示された数値がおおよその容量となります。なお電池を抜くと表示が消えていますので気をつけてください。
FUJITSU USBモバイル急速充電器 FSC322FX-W(FX)

FUJITSU USBモバイル急速充電器 FSC322FX-W(FX)
価格:3,880円(税込、送料込)

FUJITSU モバイル急速充電器 FSC341FX-B(FX)

FUJITSU モバイル急速充電器 FSC341FX-B(FX)
価格:4,602円(税込、送料込)

テーマ : 実用・役に立つ話
ジャンル : 趣味・実用

このページのトップへ
コンテントヘッダー

ニッケル水素バッテリー放電カウンター完成!

ニッケル水素バッテリー放電カウンターが完成しました。
1-DSC03601b.jpg
「LED抵抗の検討」の時点では、マイコンとリレー、水晶、それにLEDの電流制限抵抗がついていなかったわけですが、それらを全て取り付け、マイコンにもプログラムを書き込んでようやく使えるようになりました。
まぁ、プログラム自体は以前のカウンターの時点でほぼ出来上がっていて、タイマー時間とポート設定を変更しただけなんですが。

テーマ : こんなの作りました♪
ジャンル : 趣味・実用

このページのトップへ
コンテントヘッダー

ニッケル水素バッテリー放電カウンターの部品表

ニッケル水素バッテリー放電カウンターの部品表を掲載します。
バッテリー放電カウンター部品表

テーマ : こんなの作りました♪
ジャンル : 趣味・実用

このページのトップへ
コンテントヘッダー

ニッケル水素バッテリー放電カウンターのLED抵抗の検討

ニッケル水素バッテリーの放電カウンターの基板ができあがったので、部品を途中まで取り付けてみました。
(マイコン用のソケットと水晶、放電用リレーは購入し忘れたのでつけていません)
1-KIMG0074-2.jpg
以前作ったときに比べて、LEDはカウンター部以外に電源のパイロットランプと放電パイロットランプを追加しています。
それぞれ色を違える為に
  • カウンター部ば緑に変更(500mCd@20mA)
  • 電源パイロットランプは赤(500mCd@20mA)
  • 放電パイロットランプは黄色(600mCd@20mA)
  • としてみました。

    ここで、LEDにつなぐ抵抗の値を検討してみます。前回は明るさなど全く考えずに適当に決めたので無闇矢鱈に明るくなって、3端子レギュレーターも過熱してしまいましたから、その反省も込めて抵抗を取り替えながら実際の明るさを見て決めることにします。
    まずは電源のパイロットランプ(赤)です。ここには電源コネクタの電圧がそのまま来ていますが、これを5Vにした場合、3.3kΩをつなげたときの明るさが丁度良いように思いました。
    次に放電パイロットランプ(黄色)ですが、ここはマイコンの出力(3.3V)が加わります。この抵抗は680Ωが適当なように思いました。
    最後にカウンター部(緑)ですが、これが意外と電気を多く流さないと明るく見えないことが分かりました。マイコンやカウンターICの出力(3.3V)が加わるのですが、220Ωまで抵抗を小さくしないと放電パイロットランプとバランスが取れませんでした。

    ここで、それぞれのLEDに流れる電流を測定してみました。これは抵抗にかかる電圧を測定すれば計算できます。
    電源ランプには、3.3kΩの抵抗に約3.3Vかかっていたので、1mA流れています。
    放電ランプには、680Ωの抵抗に約1.3Vかかっていたので、2mA流れています。
    カウンターには、220Ωの抵抗に約1.1Vかかっていたので、5mA流れています。
    このことから、LEDが全て点灯したときの電流は約135mAとなります。

    今回は、LEDの色を先に決めてしまったので、電流がかなり多くなってしまいました。
    放電ランプとカウンターの色を逆にすれば、電流がだいぶ減らせたのではないかと思います。
    もっとも、カウンター部につなげる抵抗は集合抵抗を使っていて、これが手持ちの部品にあったので買わずに済んだという面もありました。

    テーマ : 実用・役に立つ話
    ジャンル : 趣味・実用

このページのトップへ
コンテントヘッダー

ニッケル水素バッテリー放電カウンターの再設計【その2】

再設計したニッケル水素バッテリー放電カウンターのPCBレイアウトはこんな感じになりました。
BATT_DISCHARGE_COUNT-2.png
0.5mAh単位なんてそこまで精度ないですけど、とりあえず表示できるってことでwww

テーマ : こんなの作りました♪
ジャンル : 趣味・実用

このページのトップへ
このページのトップへ
無料アクセス解析
Adobe Flash Player を取得
プロフィール

@ぽっけ

Author:@ぽっけ
底辺Makerを自負する@ぽっけが日々製作している「初歩の電子工作」の記録です。
自分で「あっ、あれ欲しい!」と思ったものを猪突猛進、地で製作しています。

★略歴

電子工作は中学のとき、授業でやるよりも早く自分で始めました。・・・といっても小遣いも少なく技術も未熟だったので、ラジオを作るのさえもやっとでした。

高校・大学でも工作を続け、大学在学中にようやくトランジスタ回路の基礎が理解できるようになってきました。

大学卒業後はメーカーに就職し設計職で忙しい毎日を過ごす中で工作からは遠ざかっていましたが、事務職に配転となり時間に余裕ができてまた工作を始めました。そんな中で2011年のCP+(カメラショー)併設展の「Business Meets」に出展していたテキサス・インスツルメンツのブースで「MSP430 Launchpad」に出会ってから、マイコンを使った電子工作を始めました。

また、鉛フリーはんだに興味を持って、10数種類のはんだをリールで購入。個人で使うには約1200年分の在庫を持つという暴挙を成し遂げ(?)ました。

★イベント出展実績
●Make: Tokyo Meeting 07
●Make: Ogaki Meeting 2012
●Maker Faire Tokyo 2012
●ニコニコ超会議「作ってみタワー ワークショッププロジェクト」
●NT金沢2013
●Maker Faire Tokyo 2013
●ポタアン自作er展示会 atポタ研2014冬
○NT金沢2014(予定)

☆TwitterID:
  @pokke_yamada

FC2カウンター
カテゴリ
最新記事
月別アーカイブ
リンク
最新コメント
最新トラックバック
RSSリンクの表示
検索フォーム
QRコード
QR
ブロとも申請フォーム

この人とブロともになる