定電流充電器

◆電池の種類を調べれば(2000/12/9)
シャックの中を見渡せばニッカド、ニッケル水素と充電池の種類と数は随分増えました。年に１、２度行く秋月では必ずと言ってよいほど何らかの充電池を買って来ます。特に単３と単４は行く度に新しい容量の物が置いてあり、ついつい買ってしまいます。さて一体どんな種類があるのかと調べれば。。。

種類　容量（ｍＡＨ）
単１ 　4000
単２ 　2200
単３ 　500,700,1100,1250,1500,2000
単４ 　220,550,600,650,800
単５ 　150
006P 　100,150

おそらく１５年以上前に買った物から最新の物まで、さらにこれの組電池があるわけでして、節操もなく良く集めたものです。さて、このページでは機械式タイマーと定電流電源を組み合わせた充電器の製作を計画して行きたいと思います。手元の資料を探すとハイハイありました。「やさしい電子工作教室」（ＣＱ出版）３０ページの「３端子レギュレータを使った定電流回路」中山さんの記事を参考にしましょう。この回路では１種類の充電電流となっていますが、手持ちの電池は１００〜４０００ｍＨＡまで１４種類ありますので、抵抗とスイッチを組み合わせて何種類かの制御電流を作ることにします。

　回路図案

◆トランスを選び充電電流を決める(2000/12/10)
手持ちのトランスということで１６Ｖ１Ａのものが有りました。整流後平滑回路を通せば１．４倍の２２Ｖ程出るはずです。さて充電電流はどうしましょう。手持ちのナショナル製機械式タイマーは最大１１時間までアナログ的に調整出来ます。また充電に必要電流X時間は電池性能の１．５倍といったところですから、単１ニッカド４０００ｍＡＨをフルに充電するには６０００ｍＡＨ必要で、それを１０時間で充電するには６００ｍＡの電流が必要になります。最小容量は００６Ｐの１００ｍＡＨでこれを６時間で充電するなら２５ｍＡとなります。

◆充電電流の段階を決める(2000/12/10)

1. ２５〜６００ｍＡまでをＲ１からＲｎの抵抗とスイッチを組み合わせることで色々な種類の充電電流を作ることにし、あとはタイマーの時間で調整しましょう。
2. 静止動作電流は常に４ｍＡ流れています。従って抵抗値は　R=5/(I-0.004)Ωとなり、２１ｍＡの時はＲ＝２３８Ωですね。
3. また抵抗の必要電力容量は P=I^2*R=0.021^2*238=0.105W　です。充電電流のステップは２５ｍＡとしスイッチを５個使い２５、５０、１００、２００、３００ｍＡの５段階にすれば、２０〜６７５ｍＡまでカバーすることができます。
4. Ｒ１＝２３８Ω（０．１Ｗ）、Ｒ２＝１０９Ω（０．２３Ｗ）、Ｒ３＝５２Ω（０．４８Ｗ）、Ｒ４＝２６Ω（０．９８Ｗ）、Ｒ５＝１７Ω（１．４８Ｗ）と計算され、市販の抵抗を近似値で当てはめればＲ１＝２２０＋１８、Ｒ２＝２２０／２、Ｒ３＝５１、Ｒ４＝５１／２、Ｒ５＝３３／２といったところでしょうか。

◆回路のテスト(2001/8/25)
ラワン板にトランスやラグ板をねじ止めにしてテスト用のボードを作りました。ほぼ設計値どおりとはいえ、電流値が多くなると３端子レギュレータの発熱によってか１０％程度の誤差が出てきます。なお電流計は３００ｕＡのラジケータ（共立　＠４６０）を使いました。２．２Ωを並列につないで約１００ｍＡ、０．２２Ωを更につなぐことで１Ａまで計測が出来ます。

◆ケース作り(2002/7/29)
１ｍｍ厚のアルミ板とＬ型アングルを使ってケースを作りました。サイズは１１０幅＊７０高＊１６０奥行です。正面パネルにはメータ、出力端子そしてスイッチです。

　
　　　　　　　　　ケースを作る　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　配線終了

◆試運転(2002/8/4)
配線を終え通電します。正常に電圧が出ていることを確認し、１５００ｍAの単３ＮｉＭＨ６本を充電してみました。１５００＊１．５＝２２５０。これを１１時間で充電するには約２００ｍＡを通電すれば良いことになります。さて実際にやってみるとトランス、３端子レギュレータ等あちこちから発熱があり、蓋をした状態で室温３３度にてケース温度は４７度になっていました。ちなみにダイオードブリッジや３端子レギュレータはケースに放熱していますが、かなりケース内にこもる熱がありそうなので、蓋に空気を通す穴を開けることも必要に思います。

◆目盛りを作る(2002/8/7)
塗装を除いてほぼ完成したので、メータの目盛りを作ります。「Sメータを自作する」コーナーでも紹介しましたが、ここで使うラジケータはもともとバッテリーチェッカーとしての用途であり、直線目盛りでもなく、途中に段のあるような特性曲線で、また数個を測定しても個体差が１０％ほどあります。出力に負荷（８Ω２０W）をつなぎ、テスターを直列に入れて実測しながら目盛りの位置を決めました。目盛りの間隔に多少いびつさを感じますが、まあ目安ということで。。。

◆最大充電電圧(2002/8/7)
さて定電流の状態をどの程度まで維持できるのでしょう。普段の充電本数を思い出してみると、懐中電灯は２本、デジカメは４本、自作のトランシーバは６本、あるいはまとめ充電で８本。ということで通常は２〜８本を充電しています。目盛りが出来たので、電池の本数を変えながら測定してみると７本までは設計どおりですが、８本の場合６００ｍAの設定で実測は５００ｍA,、また単１＊１０のＮｉｃｄ組電池を充電してみると１００ｍＡが上限で、それ以上は流れませんでした。ダイオードやＡＶＲを低ドロップのものに交換するか、あるいはいっそトランスを２４Ｖ程度のものにする必要があるかもしれません。これはテストの時、負荷に８Ω２０Ｗのホーロー抵抗を使い定電流を意識して進めたため、電圧に対する考慮の無かったことが原因です。まあ、とりあえずは「こういうもの」として使うことにしましょう。

◆放熱用の穴を開ける(2002/8/7)
ケース内にかなり熱がこもるため、ケースの上面と両側面に３．２のドリルで１６５個の穴を開けました。もっとも冬場になれば気にする程でも無いのですが。。。

◆充電電流と充電時間(2002/08/16)
充電電流と時間はスイッチの設定電流25,50,100,200,300mAの５段階を組み合わせて決めます。下の表は左記５段階にピタリとは合いませんが、あとは充電時間で調整します。充電電流は電池容量に１．５を掛け、それを充電時間で割ったものです。トリクルは電池容量に０．０３３を掛けたもので、正しい使い方かどうか判りませんが、電池容量が若干減ったなと感じた時、トリクルでそれを補っています。

表の値にて充電を行いますが、２５mA程度の充電電流でも結構発熱します。これは整流した電圧をＡＶＲで充電電圧まで落とすため、その損失で発熱しているのではないかと思え、１つの充電器で幅広い電池の充電をカバーしようとする事に無理があるのかなとも思っています。

◆ケースの塗装(2002/08/16)
ケースを塗装するため中身を取り出しました。つや消し黒スプレーで塗装後レタリングをし、つや消しクリヤーで保護膜を作ります。乾燥後部品を取り付け配線をしなおして完成です。

　　
（左）ケース　(中）中身を取り出しました　（右）完成です

◆倍電圧整流に変える(2002/12/15)
１６Ｖの交流をブリッジ回路で全波整流すると、出力のケミコンには１６＊１．４＝２２．４Ｖの電圧が得られます。その後５ＶのＡＶＲを使った定電流回路を通すと５Ｖドロップして１７Ｖほどになります。この状態で１２Ｖの組電池を充電しようと充電電流を６００ｍＡに設定しても、１００ｍＡほどしか流れませんでした。組電池の端子電圧は１４Ｖほどです。トランスの仕様上仕方ないかと思っていましたが、ふと倍電圧整流を思い出し実験することにしました。結果、整流回路の出力には約４５Ｖが得られました。１２Ｖの単１組電池を負荷としＳＷ１〜５のスイッチを全てＯＮにすると約７００ｍＡの充電電流が流れ、当初の設計どおりとなりました。この時４５Ｖの電圧は３１Ｖほどに落ちていますが、まだまだゆとりがあります。

◆倍電圧と半波を切り替えるようにする(2003/06/15)
整流回路を倍電圧にして充電する場合、電池の数が１〜４本では充電電流が１０ｍＡほどしか流れない状態になりました。入出力の電圧差が大きすぎるのかも知れないと思い、整流回路を倍電圧と半波で切り替えるようにしてみました。電池の本数が１〜４本では「Ｌ」、５本以上では「Ｈ」とします。

＜完了＞