2015年03月28日

Polasma 代替バッテリー

赤 Polasma は、常時 sshd を動かしてサーバー的に使ってるわけだが、心配になるのがバッテリーの劣化。で、どうしようかと悩んでたりする。

ひとつの案として、電気二重層コンデンサを使って代替とするのはどうだろう? 充電が追い付かないような機種では不可能だが、Polasma は大丈夫そう。これが使えるとバッテリー加熱による破裂なども心配しなくて良さそうだ。ただし不格好だ。当然ながらケースには収まらない。ふたも閉められない。


 ・電気二重層コンデンサー10F2.5V 270円 (Φ10mm x 30mm)
 ・電気二重層コンデンサー10F2.7V 200円 (Φ13mm x 34mm)
 ・電気二重層コンデンサー5F5.4V 600円(10.5mm x 22mm x 33mm)
 ・電気二重層コンデンサー120F2.3V 1000円(Φ18mm x 40mm)

秋月電子には、こういったものが豊富にある。600円のやつがスマートに使うには良いような気がするが、200円 x2 でも良さそう。

ついでだが、バッテリーは大体3端子だったりする。+/− 以外の3つ目は何かというと、温度測定用のサーミスタだそうだ。温度によって抵抗値が変化する。今回は、固定の抵抗で良いわけだが、あまりデタラメな温度を検出されても困る。ちょっと調べておこう。
 ・マイナスとの間に 10.08 kΩ 、温度は Android で 25℃。
なくても大丈夫なのかも知れないが、一応。あと pigu は、12.5 kΩ

さて、10F 直列でどれぐらいの時間使えるものなのか計算しておこう。

容量は 5F 。使用する電圧範囲は 4.2V から 3.4V までとしよう。

1/2 x 5 x (4.2)^2 - 1/2 x 5 x (3.4)^2 = 15.2(J:ジュール)
15.2/3.6 = 4.22 mW・H = 4.22 mA・V・H
3.7V 定格だと、1.14 mAH 相当

正規バッテリーの 1/1000 のオーダー。もう一ケタ欲しいが ...実際どうなのか?
動作時に 500mA(1.85W) 流れているとすれば、3600*1.14/500 = 8.2秒。平滑するだけの目的なら結構いけるかも。

数字の根拠について、ちょっと。3.4V ってのは、Power_Off_Voltage/Power_Off_Voltage の値。また 500mA というのは、FG_Battery_CurrentConsumption を見てて決めた。(300mA 台のこともあるが、実質何もしてない時 )

次の問題は、Android 側の管理。
まず、0V からの充電が可能かどうか。出来ないとなるとちょっと面倒そうだ。普通ならプレチャージというのがあって、通常の 1/10 ぐらいの電流で充電しようとするのだが、こいつはどうだろう?

これをクリアできても、通常充電とトリクル充電の移行サイクルが異常に短くなる。充電ロジックが異常だと認識しないかどうか?これも心配。

別の案 -- Ni-MH x 3直列 で代替



秋月のサイトを見ていたら

 ・ニッケル水素電池パック 3.6V830mAh 150円

なんとこんなものが売っていた。なんか安いぞ。専用ケースまで作って売ってる。電子工作の電源にも良さそうだし買ってみることに。

Ni-MH だが、満充電での電圧はおおむね 1.4v 超えだったと記憶している。x3 だと 4.2v 。で過放電ぎりぎりが、0.9v とかそのあたり。Ni-MH は急速充電が可能で 1C (830mA)ぐらいは大丈夫のはず。4.2v 以上に電圧を上げないのならば、一般的な リポ電池の充電回路で充電できるはずなのだ。(確か 4.2v を超えたとしても、1/50 C トリクル充電は大丈夫。)


http://www.kansai-event.com/kinomayoi/battery4/NiMH_world_selection.html より

これこれ、3.4v/3 = 1.13v なんてのは急激に電圧が落ちるところ。満充電は、1.4v 前後ではあるが、それ以上にしてはいけないという意味ではない。たぶん大丈夫だろう。

リチウム電池の代替にメモリ効果のある Ni-MH を使うのは変な話ではあるが、付いてさえいれば良いわけで 容量が(相当に)落ちたとしてもどうということはない。また常時通電の場合、Ni-MH のほうが安心できる。

これもやってみたい。ついでに書くとサーミスタを付けてやれば完璧である。それは、たしか千石電商で合うものを扱っていたと思う。

実践編 電気二重層コンデンサー



もう、手に入れてしまった。とりあえずやってみることに。
お金をけちって、200円の電気二重層コンデンサーを2個だけ買った。ピグも一台遊んでいるわけで、バッテリーを使わないならピグも常時ON にするかと思い、ピグに付けることにした。



まぁ配線だけだし、電子工作とも言えないレベル。端子の部分だけちょっと工夫。基板を削って、一列の丸ピンソケットを嵌めている。本体の端子は 3mm ピッチ? だが、左右に少し移動するので、丸ピンソケットのくぼみに収まった。サーモスタット代替の抵抗は手持ちの 10kΩと 2.2kΩを直列にした。作ったアダプタは、本体の端子のバネだけで止まっている。これでは安定しないので、今のところテープで止めている。ダイソーとかで EVA を買ってきて、もうちょっとマシにしたい。

やってみたら、動いた ... のであるが、あらかじめ充電する必要があった。0v では電源が入らず、充電もされない。調子に乗って AnTuTu ベンチを動かしたが走り切った。

バッテリーは、3.6v 59% で始まって、4.2v 70% という変なことになった。が、ほおっておいたら 100% で落ち着いた。ただ電圧は、4.0v から 4.2v を行き来している。また、バッテリー温度は 19℃と認識された。

つぎ、充電ケーブルを抜いて、どれぐらいもつか確認。Wi-Fi オン、操作を極力しない状態で 60秒だった。しばらく 100% だったが、3.9v になったと思ったら、電源が落ちた。落ちた後のバッテリー電圧は、2.8v 。すぐケーブルを挿したのだが、0% と表示される。4% になったところで、電源を入れると起動した。で、立ち上がっても 5% と表示される。
動作させていても、60秒もつのである。スリープすれば随分と持ちそうだ。ケーブルを抜いて移動させる程度なら全く問題ない。

電源ボタン短押しで、充電のモニタが表示される。中華PMP もこういうタイプが多かったが、これらの機種は、ケーブルを挿して給電すると、とにかく起動シーケンスが動く。たぶん u-boot までは来て、充電可能であれば、短押しは出来るようになる。で、充電可能な最低電圧は 2.7v かそのあたりだろう。

バッテリーが 0v だと、短押しで何も起きない。が ... 一秒 0.001v ぐらいのペースで電圧が上がっていく。数時間放置しておいたら、電圧は 4.0v まで行って、起動可能になっていた。

もうひとつ、不具合。リブートが出来ない。どうも充電OFF になってから、立ち上げるまでのパワーがない。一回電源OFF してから、パワーを溜めて 電源ON しないとダメなようだ。


実践編 Ni-MH x 3直列



150円のニッケル水素電池パック は、ポラスマの方で使ってみる。まぁ使えなるまで使ってみて、ダメになったらそのとき考える。どれぐらいの期間使えるかはさっぱり分からない。1年かも知れないが、数年かも知れない。

まず、電子工作でも使おうと思っているので、使わなくなった、1000mAH リポ電池を使用した モバイル・バッテリーを専用充電器に仕立てる。ちゃんと充電できて、充電が自動停止したら OK だ。工作は極めて簡単。もとのリポ電池を外して、専用ホルダーのケーブルを付けるだけ。元のリポ電池は生きていて 4.0v あったのだが、保護回路が基板側についていたので、単体では使えない。



充電から2−3時間で赤から黄色になった。このときの電圧は、4.19v 。OK だ。一晩放置したが、4.10v になっている。

次に、ポラスマ。まぁ配線して、10kΩの抵抗を付けただけ。専用ホルダー使わずに 電池の電極にハンダ付けすることも出来るのだが、ホルダー買ったし。



当然のように、立ち上がる。最初は 3.6v 34% であった。温度表示は想定どおり 25℃。
で、しばらく充電していたら 3.9v 99% になっていた。今は、4.15v 100% 。大丈夫そうだ。これで運用してみる。

おわりに


今回は、正規のバッテリーを温存する目的で、物理的にバッテリーを交換してみた。そうではなくて、充電電圧を下げて、寿命を延ばす方法もある。これについても探っていきたい。

追記1 (2015/07/01)




現在のポラスマ(予備機)。ダミーバッテリーの作りかたが分かってきた。やわらかい材質の木 −ファカルタか桐ー で作ればうまく行った。電極をどうするかが問題だったのだが、ピンヘッダをコの字に曲げて木に差し込む。木の方は溝をほっておく。ケーブルをハンダづけしたら、接着剤で固定。

また、ポラスマのバッテリーには、温度計のNTCの代わりに固定抵抗が入っていた。本体の方も無視するようになっていて、NTC を接続しても温度が 25℃固定だった。



現在の Pigu (予備機)。なんとこんな形に。スマホ台を木工で作った。そこにダミーバッテリーで、Pigu を付ける。エレコムの BT キーボード を付けてデスクトップぽくしてみた。BT キーボードのバッテリーを抜いて、ケーブルで本体バッテリーに接続してある。

一応、バッテリーの温度計(NTC) もバッテリーケースに付けた。バッテリーにくぼみがあってそこに嵌る。
posted by すz at 11:15| Comment(0) | TrackBack(0) | android
この記事へのコメント
コメントを書く
お名前:

メールアドレス:

ホームページアドレス:

コメント:

認証コード: [必須入力]


※画像の中の文字を半角で入力してください。
この記事へのトラックバックURL
http://blog.sakura.ne.jp/tb/115625221
※ブログオーナーが承認したトラックバックのみ表示されます。

この記事へのトラックバック