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技術屋カツヒサの徒然日記

電子回路系エンジニアが、気になったことを何となく書いてます

目次:SIMフリースマホを買いました

目次

 新しく購入したSIMフリースマホ(ZTE Blade V7 Max)に関連する記事の一覧です。

18650型リチウムイオン電池の充放電回路(1)

バッテリー 充電器 スマートフォン

以前、18650型リチウムイオンの生電池を購入しました。

実はこれ、以前制作したスマホバッテリー延命用「超低速」充電器に組み込めたら、電源をとれない場所でも使えて便利になるなーと、密かな野望を抱きながら注文していました。

ところがリチウムイオン電池を組み込むまでもなく、あまりにもケースが無駄に大きくスカスカだったため、普通のモバイルバッテリーが丸ごと入っちゃいました(笑)

ちなみにこれ、先日開けてみたモバイルバッテリーです。

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ということで今回はここまで・・・のはずありません(笑)。

実は制作したスマホ充電器ですが、あまりにもケースが大きすぎて持ち歩くには非常に邪魔です

というわけで、今あるものは自宅据え置き用として、小型の充電器を1つ作ることにしました。小型化するわけですから、18650型リチウムイオン電池が立派に活躍できるはずです。

とりあえずリチウムイオン電池の充放電部分の回路構成を考える必要がありますが、まず電池のデータシートを見ないことには始まらないと思い、調べてみました。

購入した電池はPanasonic製 NCR18650B です。 Amazon3400mAhリチウムイオン電池 として売られていましたが、容量からして微妙にデタラメでした。どうりで容量表示がシールで貼られているわけです。製造元のPanasonicではなく、Amazonへの出店者が勝手に貼ったのかもしれません

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データシートによると、

  • Typ. 3350mAh(25℃条件)
  • Min. 3250mAh(25℃条件)
  • 20℃条件での参考容量:3200mAh
  • 充電電圧:4.2V
  • 充電電流:1625mA(標準)
  • 充電方式:定電流−定電圧

となっています。
最初の Typical値は製造バラツキの平均値であり、保証値ではありません
保証値は2番目に書いてある Minimum値であり、3250mAhです。

充電式電池の一般的知識として、電流容量3250mAhというのは電流値3250mAで放電し続けて1時間持ちますという意味です。流す電流が2倍(6500mA)なら持続時間は半分(0.5時間)になりますし、流す電流が半分(1625mA)なら持続時間は2倍(2時間)になります。

この1時間で放電しきる電流値(3250mA)を「1C」と呼びます
リチウムイオン電池は充電電流1C(3250mA)まで耐えられると言われていますが、これは急速充電時の限界値です。標準使用時は0.5C(1625mA)くらいまでの電流で充電するのが電池に優しいですよというのがデータシートに記載されている意味になります。

放電電流は最大10Cくらいまで耐えられるというような話も聞きますが、あくまでも可能であるというだけで、発熱も大きく電池の寿命にも優しくない使い方です。
下図はデータシートから抜粋した放電特性ですが、0.2Cから2.0C電流までの特性しか記載されていませんので、とりあえず最大2C(6500mA)と考えるのが良さそうです。

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ここまで書いておいて何ですが0.5Cでも1.625Aですので、安物で過電流保護回路の無い1AタイプUSB充電器を使うと発火するかもしれません
また、リチウムイオン電池に充電している状況では、スマホへの充電も同時実行している場合があり得るため、スマホ充電分と合計しても1Aに収まる程度の電流にします

次に定電流ー定電圧充電方式ですが、簡単に書くと下図の通りです。

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リチウムイオン電池4.2V以上に充電してはいけないため、電池に固定電圧4.2Vをかけ続けるのが定電圧充電です。このとき流れる充電電流=((4.2V−電池電圧)÷ 電池内部抵抗)となるので、充電が終わりに近づくほど電流が少なくなっていきます。

ただし充電初期(=電池電圧が低い)から4.2Vをかけると充電電流が大きくなりすぎるため、最初は電流が一定値になるように電圧をコントロールする定電流充電を行います。
つまり、最初に定電流充電して途中から定電圧充電に切り替える充電方法を「定電流−定電圧充電方式(CC-CV)」と呼びます。

ここまで説明すると気づくかもしれませんが、スマホ充電器そのものが同じ方式で充電しています。定電流−定電圧充電の制御用ICを使い、充電電圧を5V固定値、充電電流をボリュームで調整できるようになっています。
ただし、私のスマホ普通にUSB充電ケーブルをつないで5Vを供給すると、1.8Aくらいで急速充電を始めてしまいます。それを数百mA程度に抑えるために作った充電器ですので、基本的に常時「定電流充電」の領域で動作しています

てっとり早い方法としては、スマホ充電回路と同じ回路をリチウムイオン電池充電用に1つ用意して、充電電圧が4.2V、充電電流が0.5Aくらいになるように抵抗値などを選定するという方法があります。
ですが、それだと単純に回路量が2倍以上になり大型化してしまい、小さい18650型電池を使う意味が無くなるため、別の方法を検討しようと思います。

というわけで、今回はここまで。

5200mAhモバイルバッテリーを開けてみた

バッテリー 充電器 雑談

以前から使っていた日本メーカー製5200mAhモバイルバッテリーですが、最近かなり劣化が進んできました。
壊れたらそれまで程度の考えて、今後の参考のために開けてみました。

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18650型のリチウムイオン電池が2個入っています。
電池上側に見える回路基板はコネクタ結合の2階建て構造になっていて、基板の左右両端にある各7pinの基板接合コネクタでつながっています
2階部分を外したものが下の写真になります(写真右が1階部分)。

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1階基板は充電用 microUSBコネクタが実装されており、写真では見えませんが裏側にバッテリー残量表示LEDと出力ON/OFFボタンもあることから、1階基板は全体制御(充電モード/出力モード/待機モード切り替え)と充電制御を担当していると推測できます。残念ながら、ICなどの部品名は表面印刷が薄くて読めませんでした。

2階基板には
出力用Type-A USBコネクタが2個実装されていて、電池パックからの配線2本(プラスとマイナス)が半田付けされています。電池パックからの配線は、両端の接合コネクタを通して1階基板にも直接つながっています。
また基板中央付近には「5200」と「7800」のシルク印刷があり、5200側にマジックでチェックが書き込まれています。恐らく、2600mAhのリチウムイオン電池2本を使った5200mAh製品と、電池3本を使った7800mAh製品に対応しているのだと思います。

電池パックからの配線は、フル充電状態での線間電圧が4.2Vであり、電池パックの底面は金属板で溶接接合されていることから、単純に電池2本の並列接続のようです。

下の写真は、2階基板のウラ面です。

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2階基板には出力用USBコネクタがありますが、リチウムイオン電池はフル充電でも4.2Vしかありませんので、USB用の5V電圧まで昇圧する回路が必要です。何らかの制御ICとFETスイッチらしきもの、それにインダクタが実装されていることと、マイナス側に実装されている逆流防止ダイオードの極性から推測すると、2階基板はUSB出力用昇圧回路であるようです

また基板配線は左右対称構造になっていますが、左半分には部品が載っておらず、右側回路の出力が中央の0Ω抵抗を介して左側USBコネクタにも供給されています。このモバイルバッテリーは2ポート合計2A出力仕様の製品ですが、もしかすると3本並列の大容量電池パックを使用する際に、左側回路にも部品を実装して2ポートそれぞれ2A(合計4A)まで出力できるオプションも想定されているのかもしれません。

電池パックの中身は想像するしかありませんが、2階基板上に過放電防止回路らしきものが無いことから、電池パックの中に小さな保護回路基板が入っているかもしれません
これが中国メーカー設計なら分かりませんが、少なくとも日本メーカーの設計ですので過放電保護回路くらい仕込んであると信じたいです。リチウムイオン電池は何も介さず直接に並列接続すると、どれか1つの電池が死んだ際に生きている電池から大電流が流れ込み、過熱・破裂する危険があります。
日本製リチウムイオン電池の品質を信じて直接並列接続しているかもしれませんが、高品質電池でも過放電すれば死にますので、たぶん何か入っているでしょう。

思いつきで開封したモバイルバッテリーですが、今は元通りフタを閉じて元気に稼働しています。

というわけで、今回はここまで。

回るお寿司屋さんも悪くないですよ

雑談

今日は、30年近く縁が無かった歯医者さんの虫歯治療が終わったので、気分良く近所の回るお寿司屋さんに突入してきました

「まさのすけというお寿司屋さんなんですが、小田原港直送の新鮮なネタは意外と侮れません。日によって微妙に変わるお勧めメニューも勿論おいしく頂きましたが、今日は何となく外見のインパクトが欲しい気分だったので、レギュラーメニューの「泳ぎアジ」を頼んでしまいました。

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イケスに泳いでいるアジを1匹網で引き上げて、寿司に握ってくれるんですが、口をパクパク言わせてる活造り状態で桶に入れて出してくれます。とりあえず見た目のインパクトは絶大です。

これを頼むと、近くに座ってる人達が急にタッチパネルからメニューを探し始める光景は珍しくないですが、今日は隣に座ってた男性がフレンドリーに話しかけてきました。
一緒に来てた彼女がお手洗いで席を外したタイミングで話しかけてきたみたいですが、メニューを教えてあげると、戻ってきた彼女に一生懸命「イケスの・・・」と説明して頼もう頼もうと言っている姿が微笑ましい感じでした。

ちなみに握り4つで450円ですから、そこそこリーズナブルです。
それに、残った頭と骨は店員さんに頼むと揚げて骨せんべいにしてくれるので、200円皿2枚+α と考えれば標準的な値段ですね。

さて今回は短いですが、日本酒(初孫)を飲んで良い気分のうちに寝たいので、今日はここまでとします。

ANKER製 10000mAhモバイルバッテリーを買ってみた

バッテリー 雑談 豆知識

先日、Amazonで18650型リチウムイオンの生電池を購入しましたが、その後、関連商品として18650型の「生じゃない」リチウムイオン電池とか、ANKERのモバイルバッテリーとかがAmazonページで表示されるようになりました。

さすがAmazonなかなか優秀な広告機能を持っていらっしゃる(笑)。

ちなみに生じゃない18650型リチウムイオン電池とは、例えば以下のような製品です。もともと18650型とは直径18mmで長さ65mmという寸法規格ですが、それは安全回路も何もついてない生電池の寸法です。

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その危険な生電池の先端(普通は+極側)に、過電流防止や過充放電防止の保護回路を組み込んだのが、普通に使われているリチウムイオン電池になります。
とはいえ、その保護回路は最後の砦と言うべきもので、その電池でさえ電気知識の無い一般人が簡単に入手できるのはおかしいんですが。

生電池と見分けるのは意外と簡単で、保護回路つき電池は乾電池そっくりに+電極が凸型になってます。生電池の場合、何個か並列に並べて電極板を溶接したりすることが多いので、両極とも平坦です。
リチウムイオン電池を乾電池のように使う場合(その状況そのものがヤバイ気がしますが)、片側が凸型になってないと直列接続時に電極が接触しなくて困ります。
自分で生電池を買ってるので説得力がありませんがリチウムイオン電池を買うなら保護回路つきを買いましょう

ところで、記事タイトルからも分かるとおり、惰性でANKER製 10000mAhモバイルバッテリー(世界最小)購入ボタンをクリックしてしまいました。
私が買った生電池(3400mAh)が1380円なのに、充放電回路もコミコミの10000mAhモバイルバッテリーが2299円とはナニゴト!?

メーカーHPの製品仕様を見ると寸法が 92✕60✕22mmです。どう考えても18650型バッテリーを3本並べてます。容量的にも、私が買った3400mAhバッテリーを3個並べたら10200mAhなので、端数を切り捨てたら丁度よい感じです。
中身は同じなんじゃないか?
下の写真は、それぞれ重さを測った写真を並べたものです。

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生電池3個の重さに、41.5グラムくらいの基板とケースがつけば丁度良い感じです。
ちなみに生電池を3個買うと4140円になります。
もしかして私は、わざわざ高い金を払って使いにくい生電池を買ったのでしょうか?

いやいや、何と言ってもモバイルバッテリーは中国製ですから、本当に10000mAhあるとは限りません。中国で売っているリチウムイオン電池は、容量が小さい(=重量が軽い)電池に、砂など重量物を詰めて重量合わせすることもあるそうですので。

Amazonの製品レビューには、モバイルバッテリーの4つのLEDは25%ずつ直線的に消えていくから分かりやすいとあります。とりあえずそれを信じると、充電していってLED点灯数が変わる間隔を測定すれば実容量が分かるはずです。

ということで充電してみました。

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ANKER製の24W充電器(2.4A出力✕2ポート)から、RouteR製のUSB電流計を経由して充電しました。右下にあるのはキッチンタイマーです。

充電を開始すると1個目のLEDが点灯、2個目が点滅しています。つまり初期充電量は25〜50%です。

  • 充電電流は約2.1A
  • 充電開始55分後に3個目のLEDが点滅
  • 更に71分経過後に4個目のLEDが点滅
  • 4個目点滅から5分たたずに電流減り始める
  • 4個目点滅から64分後の充電電流は1A前後
  • 4個目点滅から100分後、気づいたら全LED消灯


電流2.1Aで充電し、3個目と4個目の点滅開始間隔が71分(≒1.183時間)ということは、単純計算で2100mA✕1.183 ≒ 2484mAh がLED1個分の容量になります。つまり全体で2484mAh✕4=9936mAhとなり、ほぼ公称容量通りとなります。

ちなみに、時間はキッチンタイマーでそこそこ正確に測っていますが、LEDの状態変化は私が気づいたときにタイマー値を読んでますので多少の誤差があります。10000mAhより64mAh低いじゃないか!とか言ってメーカーに殴り込みをかけないように願います。

あと、充電するときは5Vで10000mAh(=50Wh)の電力を使っていますが、取り出せる電力はもっと小さいのでご注意下さい

わざと誤解させようとしている印象を受けますが、モバイルバッテリー業界の標準的な表記として、5Vで10000mAhではなく、リチウムイオン電池の公称電圧である3.6Vで10000mAh(=36Wh)というのが実際の容量で、5V出力で言うと7200mAhになります。

36Whのバッテリーを充電するのに何故50Whも電力が必要かと言うと、たぶん小型化のために充電回路を単純化したかったのでしょう。実際、5Vの充電電流で計算した容量が製品仕様と一致していますので、充電回路で余計な電圧分を熱として消費し、電流をそのままバッテリーに流し込むという一番単純な回路構造をとったのだと思います
充電中の電流測定でも、充電末期には滑らかに電流を減少させていくのが理想ですが、特に2Aから1Aにかけての領域で大きな脈流がありました。電流の平滑化に十分なだけの大きさのインダクタが、スペース的に搭載できなかったのだと思います。

世界最小にこだわらず、大型化と価格上昇を容認すれば、同じ電流で充電時間を3割ほど短縮できそうな気がします。
まぁでも、充電時間の3割短縮よりは、小さくて安いほうが嬉しいですよね。


なんだかんだで長文になってきたので、今日はここまでとします。

18650型リチウムイオンの生電池を買ってみた

バッテリー 充電器 スマートフォン

危険なリチウムイオン電池(主に中国製)が普通にネットで売られていることは過去の記事でも紹介しましたが、さすがに明らかな違法表示なものはAmazonでも販売を中止しているようです

でも、今でもAmazonで売られている電池があるのに気づき、違いを調べてみました。まず基本的に、全て日本製バッテリーを使っていて恐らく容量表示も(少なくともバレない程度には)正しいのでしょう。

ですが考えてみて欲しい。
リチウムイオン電池はちょっと扱いを間違えただけで発火・爆発する危険物なわけで、本来なら危険な電池を一般人にそのまま販売なんてできないはずなのです。

私も詳しく知らなかったのでネットで検索したところ、参考サイト「リチウムイオン電池の豆知識」で以下のような情報を見つけました。


分かって頂けたでしょうか?
Amazonで普通に入手できるリチウムイオン電池PSE法の規制対象なのです。販売業者は事業の届け出から技術基準適合義務、適合性検査、製品検査・表示義務など一連の手続きを経たうえで販売が可能になるのです。
そして、義務の1つにPSEマーク表示の確認義務があります。

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私も興味があったので、↓のAmazon電池を買ってみました

www.amazon.co.jp

Amazonサイトの写真で、どこにもPSEマークが無いことが分かってもらえると思います。ちなみにAmazonの写真では裏側が見えないと思うので、裏側を撮影した写真も貼っておきます。定格容量が表示されているように見えますが、良く見るとただのシールです(笑)

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推測ですが、恐らく電池製造メーカーは一般人に売ったつもりは無いんじゃないでしょうか。本来なら、これをバイルバッテリーなりノートPC用バッテリーパックなり、安全な形に加工する会社に売ったものが流出しているような気がします。

でも、なぜこれが普通に販売できているのか?
それを考えながらAmazonサイトの商品説明を読んでいたら気づいてしまいました。
ケースが商品で、バッテリーはおまけだと!?

いや、確かに無償譲渡してはいけないという法律は無いかもしれないが、こんな合法が許されて良いのか!?

などと考えつつ、しっかりリチウムイオン電池を購入して使おうとしている筆者も同罪な気もします(笑)。
でも注意すべきは、例えマトモな製品だとしても危険であることには変わらないということです。リチウムイオン電池の単体販売が法律で規制されている以上、専用の充電器を制作・販売している日本メーカーは存在しません

つまり充電器を自作する技術が無い人は、怪しげな中国製充電器を買うしかないというところに危険を感じます。
私自身、中国製の電子基板を買うこともあります(馬鹿みたいに安い!)が、最低でも部品の誤実装やハンダ付け不良の有無は確認しますし、部品データシートを読めば動作が理解できるものにしか手を出しません。実際、何も考えずに使うと結構な確率で壊れるし、勝手に壊れるだけならまだしも、つないだ周辺機器まで燃えたり溶けたりしている人もいるようです

最低限、被害を中国製基板だけに食い止める初期試験くらいは、普通に気づいて実行するくらいの知識が無いと手を出すべきものじゃないと思います。そもそも何故一般の人が生のリチウムイオン電池を必要とするのか疑問でしたが、どうも調べてみると18650型リチウムイオン電池で動作する高輝度ライトがあるようです。

こんな危険な爆発物を、乾電池と同じ感覚で使っている!?

かなり驚愕しましたが、これが現実のようです。
せめてこの記事を読んだ人は、危険な行為に手を出さないで欲しいものです。


といいつつ、次回以降いつになるか分かりませんが、購入した18650型リチウムイオン電池以前制作したスマホ用「超低速」充電器に組み込んで、モバイルバッテリー化に挑戦したいと思います。


というわけで、今日はここまで。

 

危険な詐欺バッテリー(リチウムイオン)に注意!!

バッテリー 雑談

なんとなくリチウムイオンバッテリー単体の販売価格をネットで検索してみたら、あり得ないような6000mAh 18650型バッテリーが出てくる出てくる。

ハッキリ
言いましょう。間違いなく詐欺です
18650型バッテリーは乾電池を大きくしたような円筒形のリチウムイオン電池ですが、偽物が多く出回ってます。世界でもトップ性能を誇るPanasonicから販売されている本物でも、3500mAh前後が上限です(2017年2月現在)。
いくつか詐欺商品販売の事例リンクを載せておきます。

 

(1)Amazon | Ultrafire18650リチウムイオン電池 6000mAh x10本セット

(2)【楽天市場】18650 リチウムイオン電池 6000mAh×10本 バッテリー

 

以下、購入者レビューからの抜粋です。

  • 6000mahとの表示にて購入したが実測した結果、リチウム電池比重と実使用容量との兼ね合いが全く違うので測定会社に依頼し内容量ともに調査させて頂きますがよろしいかな?
    こういう輩は訴訟して損益分も徴収すべき。
    全くの景品表示法違反です
  • 充電器の積算時間が判る物で放電は2.7Vまで放電後、充電したら1000mAh前後でした
  • 6000mAという表示で購入しましたが、実際には2000mAにも満たない性能です。ショップに問い合わせをしましたが、他のショップもやっているのでやっていますとの信じられない回答です。

電流容量が違えば充電可能な最大電流も違います容量6000mAhを信じて充電したりすると爆発する可能性もありますので危険です

 
また、それ以前の話としてリチウムイオンの生電池が普通にAmazonとかで売られてますが、保護も何もありませんので電気知識なしの使用は危険ですので、避けるべきだと思います。

参考までに、こうした生リチウムイオン電池をショートさせるとどうなるか、試したYoutube動画があったので載せておきます。なお、動画では+電極以外は全てー電極になっていますが、実際の電池は外周に絶縁性のフィルムが巻かれていますので、小さな金属片を載せた程度ではショートしません。


"Controlled" explosion of a UltraFire 18650 battery


あまりにも危険を感じましたので、今日は取り急ぎ警告を記載しました。

リチウムイオン電池の安全な使い方については以下の過去記事を参照下さい。

katsu-blog.hatenablog.com

今回はここまでとします。