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デジタルカメラ、自作の機器等でニッケル水素単三電池は沢山、使用しています。
当然、充電器は必要になるので、最初、市販の充電器を使用していました。
これは電池１本〜４本を充電するもので、結構、使い易いものですが、若干、問題がありました。
４本同時に充電した時、充電完了は４本同時になります。
充電された４本の電池の電圧を測定すると１〜２本の電池が殆ど充電されていない場合があります。
その場合、充電未完の電池のみ、再度、充電していました。
それで、１本毎に停止のタイミングを判別出来る充電器が欲しいと思いました。
それから、自作の機器では電池６本を使用するものがあるので、電池１〜６本まで、同時に充電したいと思いました。
秋月で、電池６本〜８本を直列に充電する充電器のキットが販売されていたので、購入しました。
これを、６本直列に設定すれば６本同時に充電出来ます。
ところが、１本だけ充電しようとしても出来ません。
わかりきったことですが、６本直列でないと充電出来ないという事が、最大の弱点です。
６本、同時に充電する機会は少ないので、殆ど、活躍する機会が無くなりました。
これ以来、充電器の製作は、ずっとテーマであった訳ですが、６本並列に充電するのは、結構、面倒で、なかなか、手が
出ませんでした。
今回、やっと、着手することが出来ました。
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| 充電器外観 | 充電器内部 | 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６個あります。
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。
充電は電池毎に独立して行われ、電池が未実装の位置は充電表示灯は消えています。
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）
最初、自作のスイッチング電源を使用する予定でしたが、スペースと安全を考え、メーカー製の電源に
変更しました。
デンセイラムダの３．３Ｖ ５Ａのものです。
今回は、電池６本を並列に充電するため、充電電圧が１．５Ｖ程度と低いので電源電圧を低くしないと電圧の利用効率
が悪くなります。
ただし、回路中のロス分もあり、ＦＥＴのゲートＯＮ電圧の問題もあるので、３．３Ｖ程度は必要です。
充電電流は電池１本あたり約６５０ｍＡです。
２０００ｍＡＨの電池を４時間程度で充電する予定です。
欲を言えば、１Ａ程度の充電電流で、２時間半程度で終了したいところですが、電源の容量、出力素子の放熱を考え、
６５０ｍＡ程度に抑えています。
６本分の充電電流と回路電流で４Ａ必要ですが、少し余裕を見て３．３Ｖ ５Ａのスイッチング電源を使っています。
冬になると気温が下がるので定電流回路の電流検出感度が下がり、６５０ｍＡが７００ｍＡ位になることも予想します。
ＣＰＵはＰＩＣ１８ＬＦ４５５０を使用しています。
回路を簡単にするため、充電完了後のトリクル充電は省略しています。
前回の充電の状況をパソコンに送るため、ＲＳ２３２Ｃの送信部だけ実装しています。
ただし、電源電圧が３．３Ｖで、これをそのまま送信電圧としているので、ギリギリです。
最近はＰＩＣ１８Ｆシリーズを使っていますが、ＰＩＣ１８Ｆは電源電圧が４．２Ｖ〜５．５Ｖであり、３．３Ｖでは
使えません。
在庫に１６Ｆ８７７があり、こちらは３．３Ｖでも使えるのですが、１８Ｆを使い始めてから、１６Ｆを使う気にならなく
なりました。
それで、最初はＣＰＵ部分だけ５Ｖにする事を考えました。
回路中でポートが直接、ＦＥＴのゲートに接続されず、間にトランジスタアレー（オープンコレクタ）が入っているのは
このときの名残です。
（ＣＰＵが５Ｖの時でも直結して問題無いかもしれませんが、出力ポートがＯＦＦ（５Ｖ）の時、
出力ポート→抵抗→トランジスタ２ＳＡ１０１５のコレクタ→ベース→０．９Ω→３．３Ｖ電源の経路で
僅かな電流が流れ出し、気持ち悪かったので、間にオープンコレクタを入れました。）
ＰＩＣには低電圧で動作する１８ＬＦシリーズがありますが、扱っているところが、あまり、ありません。
たまたま、マイクロファンというところで、１８ＬＦ４５５０を扱っていたので購入しました。
税込み単価８４０で、納得できる金額でした。
ただし、４０ＰＩＮ ＤＩＰの１８ＬＦは、これ１種類だけでした。
ＵＳＢ機能などは不要ですので、オーバースペックです。
ＰＩＣ１８ＬＦは２Ｖから使用可能ですが、低電圧専用という訳ではありません。
低電圧では遅いですが、５Ｖで使用したときの動作速度は１８Ｆと同じです。
１８Ｆは１８ＬＦの使用範囲の一部に含まれてしまうので、全部ＬＦになってくれると有難いですが。
コンパイラは期限切れのＣ１８評価版を相変わらず使用していますが、特に問題無いようです。
拡張命令を使用したライブラリーは使用出来ませんが、標準命令を使ったライブラリーで十分？です。
使用した１６ＬＦ４５５０はＵＳＢモジュールが内蔵されている為、クロック発生回路が複雑で、コンフィギュレーション
の設定がわかりにくいです。
３，３Ｖ動作ですのでクロックを１６ＭＨｚとしましたが、発振モードをＰＬＬ無しのＨＳにして、分周無しに設定すれば
良いと思います。
１８Ｆと１８ＬＦでソフトウエアの違いはありませんが、低電圧ではＣＰＵクロック周波数を下げなければならない事（ＵＳＢを使う場合、ＵＳＢクロックは低電圧でも同じ周波数）、ブラウンアウト電圧も低く設定しなければなりません。
従って、コンフィギュレーションが若干異なる場合があります。
ソフトウエアは以前、製作した００６Ｐ充電器の考え方を流用したので、比較的、短時間で出来ました。
やはり、１秒間に１回、８０ｍＳ程度、充電を止めて、電池電圧を計測しています。
ただし、電池１本毎の制御ブロックが並行して動作する形になりますので、結構、面倒になります。
ブロックの内部を細切れにして、ある動作を起動したら、結果を待たずに次のブロックに処理を渡し、次のループ
や、タイムアップ後のループで結果を確認します。
プロジェクトで、charger1.cからcharger6.cが電池１〜電池６までの制御ブロックに対応しています。
これらはエディタで丸々コピーして作成し、スタティックな変数や関数は全て同じ名称になっています。
しかし、他から参照されるものは固有の名称に修正しなければなりません。
この修正ミスが結構ありました。
今回、ＥＥＰＲＯＭの書き込みに関し、ブロック間の排他処理を忘れた為、初期電圧の書き込みが複数のブロック
から、同時に呼ばれ、正しい値が書き込めなかったという事がありました。
マルチタスク風にプログラムを作っても、ＥＥＰＲＯＭやＡＤ変換器は１個しかないので、注意が必要です。
ＰＩＣ１８Ｆはメモリが多いので助かります。
使用メモリは現時点で６４２２ワード（１３Ｋバイト弱）ＲＡＭは６２０バイトです。
ＰＩＣ１６Ｆを使った場合、メモリ効率が落ちるので、最大サイズの８Ｋワードに収まらない可能性があります。
ＲＡＭは完全にオーバーしています。
ＲＡＭの使用先は、ソフトウエアスタックに２５６バイト（システムが割り付け）
電池毎に直近の１分間隔の電圧値１０個を保存しているので、合計１２０バイト。
ソフトウエアタイマは１個当たり、４バイトのバッファを使用しているので、１６個で６４バイト。
その他．．．．で、結構、多くなってしまいました。
デバッグは沢山の変数を監視する必要があるので、ＩＣＤ２が非常に役立ちました。
ただ、ＩＣＤ２は実機でクロックが正常に供給されていないとデバッグ出来ません。
最初はプログラマモードで、まず、プログラムを書き込み、クロックが供給されるようにしてから、デバッガに切り換え
るようにしないと、まずいようです。
デバッグ作業そのものは容易ですが、充電電流を絞った為、充電完了までに時間が掛かるのが大変です。
今回も、初期電圧、最大電圧、終了電圧、充電時間の値をＥＥＰＲＯＭに記録し、次回の電源投入時にターミナルに送る
ようにしたので、充電の状態が、よく判ります。
電源電圧３，３ＶをそのままＲＳ２３２Ｃの送信電圧にしているので、心配しましたが、一応受信出来るようです。
パラメータの送信は、たれ流しですので、使用しなくても問題ありません。
画像はターミナルに送られた２３００ｍＡＨの電池６本分のパラメータです。
充電には５時間近く掛かっています。
最大電圧は１．５Ｖを越えていますが、電池の種類により１．５Ｖ以下の場合もあり、かなりバラツキます。
一応、充電器として実用に耐えると思いますが、若干、問題点や検討事項があります。
まず、電池の特性のバラツキが大きいという事があります。
別メーカーの電池の充電特性
上の画像は別のメーカーの２３００ｍＡＨの電池の充電結果です。
データが０の場所は電池が未実装で、２番と５番の位置に２本の電池が実装されています。
最初のデータに比べ、充電電圧が低く、充電時間も３時間４０分少々で、短くなっています。
このソフトでは、充電完了の判断をしましたが、やや充電が浅い可能性があります。
そのまま、再充電
試しに、充電完了した電池を、そのまま、再充電してみました。
充電完了の判断に若干時間が掛かるので、即停止という訳にはいきませんが、２１分という比較的短い時間で充電を
停止しています。
このソフトなりに、充電完了を確信しているようですが、電池の多様性に対応しきれていない可能性は、あります。
尚、充電停止は、電圧の絶対値では無く、電圧変化の傾向で判断しています。
よく、メーカー製の充電器で「当社製の電池以外は使用しないでください。」と表示しているのは、電池特性の多様性
に配慮しているためではないかと思われます。
さらに別の電池
今度は１５００ｍＡＨと容量の少ない４本組の電池を充電してみました。
容量が少ない分、充電時間は少なく、約２時間半で完了しています。
比例配分で考えると、最初の６本組より充電が浅い気がしますが、これでも、充電直後の電圧は、市販の充電器で充電
したときより上がっています。
今回、電池６本を並列に充電するため、１本あたりの充電電流を６５０ｍＡ（×デューティー９２％）に抑えました。
出来れば１Ａ程度にして、充電時間を減らしたいところです。
電流が増えれば、もう少し、充電完了のタイミングも捕まえやすくなると思います。
ただし、電源の容量も増え、放熱も配慮が必要になってきます。
電池の本数を４本に減らせば、この電源のままで、１Ａ／本の充電が可能になります。
時間があったら、電池４本で電流１Ａのものも製作してみたいと思います。
今回の電源は市販の充電器程度には使えると思いますが、もう少しデータを取って、ソフトを改良したいと思います。
充電結果をターミナルに表示する機能は、かなり役立つと思います。