「太陽電池を使ったニッカドバッテリ充電器の製作」についてご紹介｜「電子工作/修理/メンテナンス」

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今回は、「太陽電池を使ったニッカドバッテリ充電器の製作」についてご紹介します。

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太陽電池を使ったニッカドバッテリ充電器 電子工作でバッテリを使う機会は多く、充電バッテリーをよく使います。このバッテリーの充電器を製作してみましょう。 今回は、太陽電池を使ったニッカドバッテリ用充電器を自作します。

簡単な工作でできるニッカドバッテリの充電器を作ってみましょう。太陽電池を使って自然のエネルギーを頂いて充電します。屋外で遊んでいるときバッテリー切れで悩まなくても済みます。

外観上図のように、太陽電池パネル本体に全て固定して取り付けます。充電しているかどうかわかるように、簡単な電流メータで充電電流が見えるようにします。小さな太陽電池パネルですが、これで150mA以上の電流でバッテリーを充電できます。

まず太陽電池の選択です。今回の構成で太陽電池によるバッテリ充電回路を作成する場合、下図（回路構成と電圧降下）のように逆流防止用ダイオードと電流メータが直列回路を構成しますので、それぞれで図中に示したような電圧降下が発生します。

さらに単3または単4のニッカドバッテリを充電するために必要な電圧は、下図（ニッカドバッテリの充電特性）の充電特性に示されたように約1.45Vが必要となります。

したがって、この電圧の合計より高い電圧出力の太陽電池を使う必要があります。合計すると約1.9Vですから、簡単に入手可能な太陽電池では2Vというものが手ごろです。

実際に市販されている太陽電池で2V出力のものには2V 250mAとか、2V 500mAとかいう種類のものがあります。今回は小さなものにしたかったので2V250mAというものにすることとしました。

さて、このままでは一体どの程度の電流のとき出力電圧は何ボルトになるのかわかりません。そこで太陽電池の実際の特性を計測してみました。

結果は下図（太陽電池の実測特性）のようなグラフとなりました。これで見るとわかるように、負荷電流が170mA程度までは2V以上の電圧が出ることがわかります。

ニッカドバッテリの充電特性は下図（ニッカドバッテリの充電特性）のようになっていて、充電初期のころは充電電圧が低いことがわかります。

このため充電初期は、下図（太陽電池の実測特性）のように太陽電池からの充電電流が大きく太陽電池の出力電圧が下がるところで、充電に必要な電圧とバランスがとれて動作開始することになります。 充電が進んで次第に充電電圧が上がるとともに充電電流が減っていきます。

充電末期ではバッテリ電圧が上昇しますので、自動的に充電電流が流れなくなります。 したがって特に対策を施さなくても極端に過充電になることはありませんから、電池にはやさしい充電器ということになります。 ニッカドバッテリの充電特性 充電末期には電圧が上昇します。 充電に必要な電圧は約1.45Vです。

以上の条件で、バッテリを2本同時に充電できるようにしたときの回路は、下図（全体回路図）となります。2本のバッテリで充電電流が異なりますが、直列ダイオードの電圧降下がわずかに変わることで自動的にバランスが取れます。

本格的な電流メータは高価なので、今回はラジケータと呼ばれる簡易のメータを使うことにしました。このメーターは約200μAの電流が流れるとフルスケールとなります。 これを最大300mA程度の電流計とするには、下図（全体回路図）に示したように並列に抵抗を接続します。

今回のメータでは0.5Ωの抵抗を並列に挿入するとだいたい300mAフルスケールのメータになりました。 この抵抗は使うメータに合わせて決める必要がありますが、いずれにしても正確な電流値を表示できるメータではないので、精度は問わないこととします。

必要なパーツは下記（部品一覧）となります。簡単な構成ですから部品点数もわずかです。ダイオードはできるだけ電圧降下の少ないものがよいので、ショットキーバリヤダイオードを使います。

組み立ては太陽電池パネルの裏面に固定します。電池ボックスとメータを両面接着テープを使って固定します。ダイオードと抵抗は空中配線で直接電池ボックスとメータの端子にはんだ付けします。

太陽電池裏面の組み立て状態は下図（充電器の外観）のようになります。組み立てそのものは簡単ですが、電池ボックス、メータともプラスチック製ですから、はんだ付けの際プラスチック部が溶けてきますので手早く行うようにします。

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