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以前、秋月のキットを改造して７セルのニッケル水素００６Ｐ用充電器を製作し、使用していました。
充電出来ない事は無いのですが、多少、気になる点がありました。
・ 長く放置した電池では、起動出来ない場合がある。
・ 起動後、すぐ完了し、停止してしまう場合がある。
・ 充電が浅いような気がする。
秋月のキットは制御にマキシムの専用ＩＣを使っています。
制御がブラックボックス化され、細かい調整が出来ません。
そこで、マイコンを使って、充電器を作り直す事にしました。
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| 充電器外観 | 制御回路 | 回路図 |
電源スイッチは背面に付いています。
前面にはスタートスイッチと電源表示灯（赤）、充電表示灯（緑）があります。
充電表示灯は充電中は点滅し、充電が完了すると連続点灯となります。
ＲＳ２３２Ｃコネクタは使用しなくても構いません。
必要なら電源投入時に前回の充電状態をターミナルに送ることが出来ます。（たれ流し）
ＣＰＵにはＰＩＣ１８Ｆ１３２０を使用しています。
ＰＩＣ１６Ｆ８４Ａと同じ１８ＰＩＮのパッケージですが、格段に使い易くなっています。
この充電器は７セルの００６Ｐ専用ですが、ハードウエアは６セルでも使えます。
ただし、ソフトウエアは作り直す必要があります。
ＣＰＵは電池電圧を計測しながら充電完了の判断をしていますが、判断の基準電圧が異なります。
このま６セルの電池を充電した場合、電池の電圧が基準値まで上がらなくなるので充電が止まらなくなります。
（停止要因がタイムリミットだけとなります。）
個人的には、今のところ、７セルのものしか使っていません。
充電電流は６０〜１２０ｍＡ程度に調整出来るようにしてあります。
充電完了後はトリクル電流を流すようにしています。
ＲＳ２３２Ｃは送信だけ実装しています。
電源は１２Ｖ３５０ｍＡの市販スイッチング電源を使用しています。
ソフトウエアは暫定版を評価中です。
入出力が単純ですので制御は簡単ですが、充電停止のポイントを決定するのは面倒です。
このソフトは充電器制御として実際に使用するのが目的ですが、今後製作を予定している、単三６本を１本単位で充電する
充電器の、たたき台としての意味を持っています。
単三用の充電器は６本の制御ブロックが平行して動作するので、かなり面倒になると予想しています。
ここでは、現在、評価中のソフトの動作を説明します。
・ 前回のデータを送信
電源投入後、ＣＰＵの初期化が終了すると電源表示のＬＥＤを点灯します。
前回の充電時のパラメータをシリアルポートにたれ流します。
これらのパラメータは前回の充電時にＥＥＰＲＯＭに書き込んであります。
現状は、最低限のパラメータしか記録していませんが、これでも充電の様子が判ります。
ターミナルに送られたパラメータ
パラメータは
・ 充電開始時の電池電圧
・ 充電中の最大電圧
・ 充電を終了したときの電圧
・ 充電時間（分）
・ 充電開始
スタート釦を長押しすると、まず、前回のパラメータをクリアします。
次に電池の接続をチェックし、電池が正常に接続に接続されていれば充電を開始します。
充電開始電圧をＥＥＰＲＯＭに書き込み、緑ＬＥＤを点滅します。
電池の接続チェックの時、短時間の予備充電をするのですが、これだけで一気に電池電圧が上がってしまいます。
従って、充電開始時の電圧は、結構、高く記録されています。
・ 充電終了のチェック
充電終了のタイミングを見つけるのは結構、大変です。
要素としては
・ 充電時間
・ 電池温度
・ 電池電圧
があります。
充電時間は容量の判った新しい電池を完全に放電し、定電流で充電すれば、大体、計算出来ます。
しかし、電池の種類や状態によっては、時間を予測するのが困難な場合があります。
今回は時間の上限値として値を入れてありますが、時間を停止のタイミングとしては使用していません。
万が一、他の検出方法が正常で無かった時の安全装置（タイムリミット）として使用しています。
電池温度は充電末期になると上昇すると言われています。
しかし、１００ｍＡ程度で充電しても、思った程、温度は上がらず、計測も面倒な為、今回は使用していません。
結局、電池電圧の上昇具合で終了を判断する事になります。
しかし、これが簡単ではありません。
まず、充電中に電圧を計測すると電圧が高めに計測されるので、電圧を測る時は充電を停止します。
電圧を計測するとき充電を停止することは特許になっているようですが、個人的な用途ですので
使わせてもらっています。
今回は、１秒に１回、約８０ｍＳだけ充電を止め、この間、１０ｍＳ間隔で８回、電圧計測をして平均をとっています。
１０ｍＳの待ち時間の間は、メインルーチンに処理を返して、他の作業が出来るようにしています。
充電を停止して電圧を計測しても、計測電圧は直前の充電電流の値で変わってきます。
充電電流が多いほど、計測電圧は高くなります。
１時間とか、長い時間、放置すれば、それなりの電圧に落ち着きますが、時間が掛かって話になりません。
電池の種類や、状態によっても電圧は変わって来ます。
したがって、電圧の絶対値で終了のタイミングを決定する訳にはいきません。
電圧の増減傾向を捉えて、終了のタイミングを決定します。
電池電圧は最初、急速に上昇し、その後、ほぼ横這いで推移し、終了間際に再び上昇し、最後に若干、低下します。
従って、この低下を捉えるロジックを組み込んであります。
ただし、充電電流が極端に多くない場合、低下が検出出来ず、横這いのまま推移する事があります。
したがって、最終的に横這いになった事を検出するロジックも組み込みました。
この装置では、多くの場合、このロジックで停止しているようです。
さらに、安全装置として、瞬時に停止させる為の絶対最大電圧も設定してあります。
結局、最大時間、最大電圧、２種類の傾向判別、合計４つの停止手段を用意しています。
・ 終了処理
終了判別後、充電を停止し、トリクル充電に移ります。
緑ＬＥＤを連続点灯にします。
充電中の最大電池電圧、充電終了時の電池電圧、充電時間をＥＥＰＲＯＭに書き込みます。
充電特性
（グラフをクリックすると拡大されます。）
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上のグラフは充電中の電池電圧の推移を自作のデータロガーでプロットしたものです。
１０秒間隔で１０００件の電圧を計測しています。
このデータロガーの計測タイミングは充電器自身の電圧計測（充電停止のタイミング）とは非同期です。
従って、殆どの場合、充電中の電圧を計測してしまいます。
細かく見ると、電圧の落ち込んだ部分が点々としています。
これは、計測タイミングが充電停止時に一致した部分です。
最後に、なだらかに電圧が低下した部分が充電停止のタイミングです。
注意する点は、電圧が低下したから充電を停止したのでは無く、充電を停止したから電圧が低下したということです。
停止の原因は直前に電圧が横這いになったことです。
手持ちの何本かの電池を充電した結果、２００ｍＡＨの電池を完全に放電した後で１００ｍＡの定電流で充電した場合、
約２時間半で充電が完了する様です。
ただし、最大電圧は電池により１０．４Ｖ〜１０．６Ｖとなり、少し幅があります。
充電器から取り外して電圧を測ると、この時点で１０．２Ｖ位になっています。
さらに、１日位、放置すると９．５Ｖ〜９．８Ｖ位に落ち着いています。
尚、定格電圧は１．２Ｖ×７セルですので８．４Ｖです。
何とか、充電は出来ているようですが、適正充電かどうかは自信有りません。
以前、製作したものより調子は良さそうですが、もう少し様子を見る必要がありそうです。
この充電器を、そのまま作ろうという人は、まず、いないと思いますが、一応、暫定版のＨＥＸファイルをアップ
しておきます。
暫定版ＨＥＸファイルのダウンロード
ただし、
・ 事故やトラブルに関しては責任を持ちません。
・ アフターフォローやメンテナンスは行いません。
・ ソフトウエアが７セルの００６Ｐ専用です。（６セルのものを充電すると危険です。）
数十回の充電試験では特別、問題ありませんでしたが、１個の電池に対しては、せいぜい数回の充電ですので、
電池にストレスを与えて寿命が短くなる等の不具合は評価できていません。
この記事を参考にして、さらに良い物を製作されることを希望します。
＜追補＞Ｒ１２の可変抵抗（１０ＫΩ）でＡ／Ｄのリファレンス電圧を調整します。
１０回転のトリマーを使用し、ＴＬ４３１のカソードが３０７２ｍＶになるように調整します。
Ａ／Ｄ変換は１ｂｉｔあたり３ｍＶで計算しています。
Ｒ４の可変抵抗（５０Ω）で充電電流を設定します。
こちらは１回転のもので十分です。
６０〜１２０ｍＡ程度に調整出来ますが、現状は約１００ｍＡになっています。
Ｑ３は軽く放熱します。
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|---|---|---|
| 充電器外観 | 制御回路 | 回路図 |
一度に００６Ｐ電池を２本充電したいことが何度かありましたので２号機を作りました。
基本的には同じものですが若干、異なる部分があります。
・ 停止後のトリクル充電を廃止しました。
・ 充電電流は約１３０ｍＡ固定としました。
・ 手持ちの関係で使用部品が一部、異なっています。
・ ６セルと７セルの判別を試みています。
・ コネクタの割付が変わっています。
充電完了後、そのまま長時間放置しておく事は無いのでトリクル充電は無駄だと判断しました。
充電電流が１号機より若干増えていますので、パワー素子の放熱を若干、強くしました。
充電電流は１Ｃ（１５０ｍＡ〜２００ｍＡ）以下にしておくのが安全です。
パワー素子がトランジスタからＭＯＳに変わっていますが手持ちの関係で、他の理由はありません。
３端子レギュレータは手元に腐るほどあるＬＭ２９３１を使いました。
このレギュレータは起動時に瞬間的に数十ｍＡ流れます。
入力側でこの電流が流せない場合、立ち上がる事が出来ません。
例えばコンデンサーで電圧を降下させるトランスレス電源では使えません。
さらに最小入力電圧以下になると数十ｍＡの消費電流が発生します。
１号機で６セルの電池を充電した場合、終了判断が出来ないのでタイムアップまで充電を続けます。
今回、６セルか７セルかを判別するソフトを組み込みました。
ただし、私のところに６セルの電池が無いため、ソフトの評価が出来ていません。
７セルの電池をを７セルと判断し、充電する事は出来ているようです。
当面、６セルの電池を購入する予定は無いのでデバッグは未完成のままです。
７セルの時は表示ランプが点灯するようにした為、コネクタの割付が変わっています。
１号機では余ったアナログ入力を抵抗で接地してありますが、２号機では出力ポートとして解放してあります。
２号機の回路図ではジャンパーが記されていますが、これは調整の為のものです。
調整時は回路図のレギュレータ（ＹＳ５１２）は使わず、別途用意した定電圧定電流電源に接続します。（Ｊ２を外す）
回路図でＱ１、Ｑ２は定電流回路となっていますが、これが動作して何ｍＡの電流が流れるかを事前に確認しておきます。
結線を間違え、定電流回路になっていない場合、短絡電流が流れてしまう場合があります。
このチェックはＣＰＵ装着前に行います。
方法としてはジャンパーＪ３を外し、Ｄ４の出力を仮に接地します。
次にＱ４のコレクタを仮に接地します。（コレクタを接地してもトランジスタは壊れません。）
これで１３０ｍＡ程度の電流が流れるはずです。
この時ＭＯＳトランジスタのドレイン損失は１．５Ｗ程度になりますので軽く放熱し、発熱を確認しておきます。
実際の使用では充電が進めば電池電圧が上昇し、ＭＯＳの負担する電圧が減ってくるので損失は減っていきます。
結線間違いで短絡電流が流れる可能性があるので、仮電源の電流値は１５０ｍＡ程度に予め絞って置きます。
３端子レギュレータの手前のダイオード（１Ｓ９５５）は仮電源を逆接続した場合の保護用に入れましたが本来は不要です。
（ＬＭ２９３１には逆接続の保護機能があったことを思い出したのですが、Ｃ４の保護にはなっています。）
この電源に限らず、製作してそのまま電源を入れることは危険です。
最初に回路図と製作したもの比較することから始めますが、多くの場合、この時点で誤りが発見されます。
尚、調整の為のジャンパー類は１号機でもあったのですが、回路図に反映させていませんでした。
用心深くしないと作ったものを破損させる場合があり、この場合、作り直すには多大な精神力を必要とします。
２号機は６セルのデバッグを行っていないのでＨｅｘファイルの公開は出来ません。
１号機を製作してください。
電池はメーカーにより特性が異なります。
また、長期間放置した場合、劣化している場合もあります。
全ての状況で適正に充電出来るとは限りません。
過電流で充電した場合、発火等の危険があります。
多少の危険が伴います。
結果に対する責任は負いません。