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停電用照明充電器(Ni-Cd電池の再利用)

計画停電が始まったとき、我が家にはそれに備える照明が無いことに気付いた。
市販の電池も早々と売り切れとなっていた。
ローソクも沢山付けるとちょっと危険。

ジャンク箱をゴソゴソとやっていたら出てきたのがこれ
charger_0
「コードレス電話機用電池」と記載されているが、Ni-Cd電池であるので相当古そうだ。
記憶によれば、今の前の前の電話子機用電池だろう。4.8V 600mAとあり4個直列型だ。

ふと思いついてLEDライトに繋いでみればまだまだ使えるようだ。これはもったいない。
charger_01

2個もあるので食卓の照明ぐらいになるだろうということでNi-Cd充電器を作ることにした。
Ni-Cdはメモリー効果があるので充電前に完全に放電すべきということが判っていたので、放電機能付きで
制御も自動で行うものが製作のターゲットとなる。

たいへん参考になったのが「PIC16F877応用NiCdバッテリ充放電器」いつも大変お世話になっております
後閑さんの電子工作室の作例です。
このHPの写真をお借りするが、オリジナルは1.2V電池の充放電器なので電圧UPが必要になる。
charger_11 (注意:これは後閑さんのHPでの作例です)

また、手持ちのマイコンがdsPIC33F4012でC30でのプログラムなのでかなり環境が異なるが、後閑先生の
回路とプログラムを参考にさせていただきました。
この作例の充電電流は0.1Cですが、急速充電の約1Cを狙いました。
マイコンが常に放電や充電のモード管理と状態監視を行いながら自動で動作するのが気に入りました。

【充放電回路】
charger_9

上側が充電回路、下側が放電回路で、電池が2個あるので2chが並んでいる。
回路図に記載されていないが元電圧は12VDCでジャンクのACアダプタ12V4Aを使った。

充電回路:2SC1815へ電圧かけると充電OFF、電圧を外すと充電ONになる。
      2SC1815のベースに電圧を印加するとコレクタに電流が流れるので充電用スイッチに使っている
      2SD525トランジスタのベース電圧が低下してこのTrがOFFになり充電OFF。
      逆に印加電圧がOFFになると逆の動作で充電ONになる。
      この回路は、2SD525のエミッタ抵抗5Ωを流れる電流が一定になる作用をするそうだ。
      急速充電を狙うので定電流用LEDを2個、制御抵抗を1/3にしました。これで電流6倍になるはず。
      計算は(LED順電圧2V*2-BE間電圧0.7)÷5Ω=660mA、実測530mAでした。

放電回路:バッテリ電圧が高いので放電電流は比例してUPするので回路定数は同じ5Ωとした。
      約740mA流れた。
      動作確認用に緑LEDを保護抵抗と共に負荷抵抗に並列に入れた。

      充電、放電共にNi-Cd端子電圧を計測する必要あるのだが、電圧が5Vを超えるのでPICでそのまま
      計測できないので10k抵抗2個で1/2に分圧して計測する。

【制御回路】
charger_10 (少々切れている線あるがご容赦)
PICで端子電圧を計測しながら、「バッテリ接続無し」⇒「放電」⇒「充電」⇒「終了」⇒(戻る)の
4ステップを監視しながら自動で動作するプログラムである。これは参考例をそのまま使わせていただいた。

自分で考えたこと/作ったこと
・急速充電なので1分毎の監視では遅く、1秒ピッチの監視に変更
・バッテリの充放電データを取りたい。そのためにUARTでPCにデータ転送する機能を付けた
 charger_7
 項目間にカンマを入れているので、ハイパーターミナルで保存したファイルを*.CSVとすれば
 Excelで直読できます。

・LCDのデータ送信に使っている連続ポートがEであるが、ビットシフト時に充放電制御ポートをクリア
 してしまうので、これを退避/復帰する機能を追加
・最初からバッテリーを繋いでソフトのテストは危険! A/D模擬信号発生とLEDのみパチパチさせる
 テストボードを用意した
 charger_1
 充電回路はLED点灯の反転回路をTrで付けた。端子電圧は簡単なボリューム。これで結構役に立った。
 LCDのビットシフトによる制御信号異常解除はこのボードで判った。(充放電が重なると危険)

【結果】
charger_8
 放電量で計算すると定格600mAhに対して350mAh(58%)程度しかない。ヘタっているのかも知れない。
 電力の無駄使いになるので充放電を繰り返すわけにもいかない。

【外観】
charger_2 放電を開始しました。
終了条件は端子電圧3.6V(0.9V*4)

charger_3 1chは充電に移行しました。
終了条件は端子電圧6.1V以上、30分経過し同4%変化/分以上、充電時間2.1hr以上

charger_6 
充放電回路部、Trはこの程度のヒートシンクでOK、しかし抵抗器がかなり熱い

charger_5
制御回路部、UARTとICP回路が重なっているので書き込み時はスイッチで切り替えている。
自作の両面基板である。裏表導通部は部品ホールではなく専用の通線穴に線を通している。これが簡便。

charger_4
LCDとLED&スイッチ基板、これで3階建ての基板構成となった。


・・・・・
20mAしか電力を消費しないLED照明なので350mAhしかなくとも10時間以上点灯する。これはエコだ。
・・・・・
さて  停電対応照明ができたぞ! と思ったら暫くの間は回避されたようです。
少し複雑な気持ちですが、とりあえず良かったです。



*ブログなのでC30のプロジェクトファイルが置けません。ご希望の方には開示いたします。
コメント欄に書き込みしてください。


テーマ : 電子工作・電気関係工作
ジャンル : 趣味・実用

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非公開コメント

No title

なんだか、
計画停電用の明かりも、
haigaさんに掛かると、
かなりエレクトリックですね(゜口゜)

僕はあきらめて、ランタンでも買おうかな(笑)

No title

>わごむいぬ。さん

ハイ、いつもながらこんなノリでユラリユラリとしています。
自分としては、タイトな時間を費やしているつもりなのですが、結果はユラリです。

太陽エネルギの膨大さにショックです。

「オーディオ」はホドホドにして、「電子工作」に嵌りそうです。
プロフィール

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Author:haiga
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電気オンチが始めた自作オーディオです
2010/3/17 電子工作をプラスしました。

自作オーディオの楽しみ共有のため、私が作ったパーツ提供をしてます。質問や要望を遠慮なくコメント欄に書き込んでください。

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