リチウムポリマー電池充電器2アンペア版

自転車ライトのバッテリーが弱ってきました。現在はニッケル水素電池を使用していますが、軽量なリチウムポリマー電池に交換することにしました。1.2Aの充電器だと3時間くらいの充電時間になりそうなので2Aの専用充電器を作ることにしました。2100mAHのリチウムポリマー電池2個を同時に充電できるようにします。トータル4200mAHで約2時間半ライトを点灯させることが出来ます。


2008-06-09

リチウムポリマー電池は発火の危険性があるので、充電中は目を離せません。そのため充電時間が長くなると危険性が増します

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弱ってきたニッケル水素電池。

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2100mAHのリチウムポリマー電池。リチウムポリマー電池は過充電すると発火したりするらしい。

充電ICはFETを外付けするタイプです。外付けタイプの物はFETに大きな放熱器を付ければ充電電流を大きくできます。

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Microchip社の充電IC。足のピッチは0.5mm 逆さまに写真を撮ったことも気づかないほど小さい。

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この微細パターンがエッチングできるだろうか?

2008-06-11

充電器の基板をEAGLEで作ります。贅沢に3連装×2個の計6連装です。2100mAHの3セル電池を2個同時に充電できます。充電器本体は¥2000~¥3000程度で出来そうですが、親電源に1個¥500の5V2Aアダプターを使うと合計¥6000にもなります。2回に分けて充電すれば半額で済みますが、充電時間が3時間程度になってしまうので止む無しです。

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基板サイズは100×75の片面

2008-06-21

とにかく小さいので半田を盛りつけて、吸い取り器で吸引する方式で半田付けしました。半田付けした後にテスターで導通をチェックします。テスターの抵抗計測モードは弱い電流を流しますがICが壊れたりすることはありません。

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0.5mmピッチの変換基板。秋月電子の商品にも変換基板が増えてきた。DIPパッケージが少なくなっている証拠だ。

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ブレッドボードに回路を組む

ブレッドボードに組んだ回路が動きません。30分ほど悩みましたが原因はFETがNチャネルでした。Pチャネルでないと動きません。

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FETいろいろ。これはスピコンを作ったときにいろいろ購入しておいた物。殆どがNチャネル。Pチャネルは1個だけ。

FETを交換して実験再開。計算通りに電流が流れない。電流制限抵抗の抵抗値を計測したり計算式を見直したり、しばし悩む......しまった電池放電してなかった。

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充電実験

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ちょっとしか電流が流れない? 計算上は500mA以上流れるはずなのだが...

2008-06-22

FETの種類を間違えていたので自動配線をやり直しました。電流検出用の抵抗もリードタイプの物を使用することにしました。ちょうど50mΩにしたいので0.1Ωの抵抗を2本並列に使用します。

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放電させてから充電し直しましたが、計算通りになっていません。ブレッドボードの接触抵抗の影響があるかもしれません。

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最終形のパターン

0.5mmピッチのパターンは難しいかと思いましたが、思ったよりきれいに出来ました。

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基板のマスクパターン

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エッチングが完了した基板。感光剤はまだ落としていない。

2008-06-29

基板とヒートシンクのサイズは、ほぼ同じです。そんなに発熱しないはずなのでこの大きさで大丈夫なはず。

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0.1Ω 1W抵抗。茶-黒-銀-金

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基板とヒートシンクを重ねたまま位置決めのドリルで穴開け。

本当は両面基板を使用すると工作が楽なのですが配線が片面に収まるので片面基板を使用。

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大穴は上からネジを締められるようにするため。穴径6.5mm。

0.5mmピッチのパターンは半田ブリッジを気にせずに盛りつけて、後から吸い取り機で余分な半田を吸い取る方式でないとうまく半田付けできません。

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ICの半田付け

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隣同士が接触していないかの確認は光にかざすと良い

基板とヒートシンクの隙間は8mmです。この隙間から強引に半田付けしてしまいます。

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小手先がぎりぎりFETの足に届きます。この状態でFETを半田付け。

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裏面はFETと充電IC。

FETは発熱しますがヒートシンクが付いているのであまり熱くなりません。青い電流検出用の抵抗とAC-DCアダプターはかなり熱くなります。たぶん50度程度。アダプターは出力2Aなので全く余裕がありません。

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充電実験

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充電が完了したセルからLEDが消灯していきます。

完成。3セルのリチウムポリマー電池を最大充電電流2Aで2個同時に充電できます。

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横から見たところ。基板の右側はFETの足だけで支えられています。6個もFETを使っているので強度も十分です。

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充電直後に放電させて容量を確認。電池の容量2100mAHより200mAH少ないですが問題ないレベル。

部品表。価格の半分を親電源のAC-DCアダプターが占めています。

充電器部品表
名称 型式 数量 単価 価格 購入先 備考
プリント基板 100×75 サンハヤト40K 1 504 504 千石電商  
AC-DCアダプター 5V 2A 6 550 3300 秋月電子  
DCジャック 2.1mm標準DCジャック 2 100 200 秋月電子 4個入り
ヒートシンク 23M80L100 1 683 683 千石電商  
充電IC Microchip MCP73841-420I/UN 6 200 1200 工作室売店 ※1
電池コネクタ ピンヘッダー 1 50 50 秋月電子  
電解コンデンサ  16V 10μF 12 16 192 千石電商  
抵抗  560Ω 1/6W 6 1 6 秋月電子  
抵抗  10kΩ 1/6W 6 1 6 秋月電子  
抵抗  18kΩ 1/6W 6 1 6 秋月電子  
抵抗  100kΩ 1/6W 6 1 6 秋月電子  
抵抗  0.1Ω 1W 12 1 12 秋月電子  
LED 5mm 赤 6 5 30 秋月電子  
積層セラミックコンデンサ 0.1μF 6 5 100 秋月電子  
PチャネルMOSFET FX30KMJ 6 200 1200 秋月電子  
ネジ 6mm 6 3 18 廣杉計器  
ネジ 12mm 2 5 10 廣杉計器  
スペーサ 8mm 2 12 24 廣杉計器  
合計 7547  
※1.MicrochipDIRECTで購入すると約¥120だが、送料が$15かかるので工作室売店の価格とした。
回路図と基板パターン
ファイル ファイルタイプ 添付ファイルの解説
jyudenki.GIF GIF 回路図
Jyudenki.zip EAGLE 回路図&基板パターン

2008-07-01

最大充電電流を変更したいときは....
 1.親電源を変更する。最大充電電流を取り出せるAC-DCアダプターに変更。
 2.電流検出抵抗(青い抵抗)を変更する
    220mΩのとき最大充電電流は500mA
    抵抗値に反比例して充電電流は大きくなる
    110mΩなら1000mA(=1A)となる
    今回作った物は50mΩなので2.2Aが最大充電電流
 3.充電電流を2Aより大きくしたければヒートシンクを大きくするか強制空冷する
大きくは上記3点であるが、電流を大きくしすぎると基板のパターン抵抗などが無視できなくなる。
ただし、パターン抵抗の影響によって充電電流は設計値より小さく(より安全側に)なる。

2008-11-23

3セルバッテリーを充電するとアダプターの発熱がものすごい。手をかざすと熱気が伝わってくる。

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