USB充電器の作戦思案

普段持ち歩いているフルブラウザ付きPHSの電池の持ち時間の短さを補うため、市販のポータブルバッテリーがありますが価格が\4,900円もするので、自分で作ってみようというと思ったのがこの企画を立ち上げた原点です。

https://…/2006/09/15/ USB可搬式充電器

でも冷静に考えると自分で作った場合は、試作等を含めると絶対に市販価格より高くなりますし、何より時間が掛かる(いつ完成するのかの保証はないし、そもそも途中で挫折するかもしれません。)ので、本当に必要であれば買った方が早いです。


まぁ、いろいろ考えているのが楽しいので、作戦だけは考えてみます。(なんとなく今の雰囲気だとそのうち買ってしまいそうです・・・)

  • 小型軽量で、出張時に難なく持ち運びができること。
    • 新幹線の中で使う事が目的のため、見た目がスマートでなければなりません。隣の人が『爆弾だ~!!』等と騒がれてしまうようではいけないのです。
  • バッテリーは入手性を考えて単3形ニッケル水素電池を使用する
    • 市販のパワーバンクはノートパソコンや携帯電話等で良く使われている『リチウムイオン電池』を使用しています。リチウムイオン電池は浅い充放電を繰り返してもメモリー効果が生じづらく、自己放電も少ないため理想的なのですが、高価で自由な形状の物が入手できません。対してニッケル水素電池は浅い充放電をするとメモリー効果が表れ使用できる容量が少なくなってしまいますし、自己放電も多いので充電完了からしばらく放置すると、何時の間にか空になっているのです。自分で使うのでバッテリー使用直前に気を使えばよいだけなので、安価と入手性を重点に選びました。
  • 放電出力はモチロンUSBコネクタからDC+5Vとします。
    • でも、電圧は結構いい加減見たいなので定電圧制御をするのであれば少し高めのDC+6Vでも良いかもしれません。モバイルクルーザーもDC+6Vが定格出力になっています。
  • 充電入力もできればUSBコネクタ経由でDC+5Vとしたいです。ただし、コレは次の項目とも絡みます。
  • 充電時間は、出張先での睡眠時間(0時~6時)以内でなければならないため6時間以内とします。
    • 用意する電池の容量USB端子から受けられる最大電流、さらに充電回路の効率で制限されそうです。電池は2,000mAhとして、単純計算で最大電流を500mAで4時間かかります。効率やこんなに電流を引き出せるのかを考慮すると6時間はギリギリの線です。
  • 過放電防止の回路を組み込む
    • PHSと繋いで充電したまま放置しても、内臓の電池が空になったら放電を止める仕組みを用意したいです。


そして、回路構成も二案あり、どちらにしようか決めかねています。
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決め手は『昇圧回路』です。直流(DC)は電圧を自在に変えることができませんから、無理をして電圧を変えなければなりません。その分効率が悪くなります。

また、電流は電圧が高いところから低いところに流れるため、入力から出力まで全てDC+5Vとして動作させることはできません。どうしても充電時、もしくは放電時に昇圧回路が必要となります。
まず、どちらの案を使用するのかで電池の本数が変わります。

方式 電池構成 利点欠点
案1 入力のDC5Vをそのまま充電用に使用する。 電池電圧は低くしないと充電できないため、3直列の3.6Vが限界となる。 小型軽量に設計できる。
案2 入力のDC5Vを2倍程度昇圧してから充電に使用する。 電池電圧は8V付近までに設定できる。6直列の7.2V辺りが適切か? 電池が多い分、重く大型になる。

また、高率の悪い昇圧回路を中心に考えると…

利点欠点1 利点欠点2
案1 放電時に昇圧するため、せっかくのバッテリー電力を変換効率の悪さで犠牲にしてしまう。 放電時は電流が少ないため昇圧回路自体は小さくできる。
案2 充電時に昇圧するため、供給源が効率の悪さの分を負担してくれる。 6時間充電完了のリミットから急速充電は必須だが、大電流の昇圧は困難

まとめると…

利点欠点
案1 電池が少なくて小型化は可能だが、放電時の昇圧で非効率なのに電池容量も少ない。
案2 電池が多くて重くなるが、放電効率がよく、電池の持ちがよくなる。ただし急速充電電流に耐えうる昇圧回路が準備できることが前提となる。

となります。
まずは実験が必要です。そこで、秋葉原に部品調達に行ってきました。

・パーツ街 ・店の中はICがズラーり!!

多分、世間一般の人たちが見て回るであろう秋葉原とは若干違うゾーンを徘徊します。一見ゴミみたいな部品だけが陳列されているようなお店です。
昔は秋葉原の中央通りから外れたゾーンは、こんな電子部品屋だらけでしたが、今はアニメショップやパソコンショップ、さらにはメイド喫茶とか訳のわからない店ばかりになってしまいました。
うーむ、悲しいゾ!!