パソコン制御ニッケル水素電池充放電器では、簡易的な定電流回路で、充電、放電を行っています。
一方それを補うために、充電電流、放電電流が、測定できるようになっています。
ここでは、簡易的な定電流回路の、定電流特性を調べ、それを補う電流測定についての精度を調べることが目的です。
１．本充放電器の定電流回路について
２．充電電流測定
３．放電電流測定
４．電池の公称容量と、測定容量について
上記のような回路で、充放電していますが、見ての通り、簡単な、定電流回路です。
ただ、正確な定電流回路とはいえません。
ただ、その代わりに充放電電流を測定できるようになっています。
以下、充電回路のほうで説明しましょう。
充電電流測定の絶対的な誤差について：
０．１２５Ωのところの、電圧差を測定して、その電位差から、電流を計算するようになっています。
０．１２５Ωのところは、誤差±１％の、金属皮膜抵抗を８本並列につないで、０．１２５Ωにしています。これ、誤差±１％といっても、実際には、９０％が、±０．２％程度に収まっていると推測しています。（ＤＡコンバーターを作るため１０ｋΩの抵抗を選別した時のデータからの推測。ハードウェアを参照。）
これを、８本並列にしているわけですから、実際には、かなり、正確な０．１２５Ωになっているのではないでしょうか。（放電回路のほうは２本並列）
（余談：１０ｋΩの抵抗の誤差は、テスターと、オペアンプを使って、０．００２５％（０．２５Ω）単位に測定できました。まあ、相対的にしかできませんが。ところが１Ωの抵抗を選別するのは、テスターとオペアンプだけだと、考えるだけで大変そうです。０．１％単位でも選別できればいいので、できるかなあ。）
なお、電圧の測定値（つまり、ＤＡコンバーター）は、かなり正確だと思っています。これも、いろいろ考えた、抵抗の配列になってますので（うまくいえてないですが、これもハードウェアを参照。）多少の誤差はあると思いますが、まあ正確だと思ってます。（なんじゃそりゃ。）
（ええっと、説明しきれないことを承知で書くと、０Ｖから３．３３Ｖの範囲を測定できるＤＡコンバーターなんですけど、その半分のところの、１．６６Ｖのところの段差が正確になるように、次に、その半分の、０．８８Ｖと、２．５６Ｖのところの段差がその次に正確になるように、というような抵抗の配置をしたので、絶対値は、割と正確だと思ってます。実際にも、以降示すグラフで、１．６６Ｖのあたりでの測定値は滑らかになってます。１．４５８Ｖあたりの測定値に、若干滑らかになっていないのが見えますが、これは、７/16のところです。）
また、ＡＤコンバーターで測定した電圧は、ソフトウェアで、２．５Ｖのシャントレギュレーター（ＴＬ４３１の互換品）との比率で、電圧を求めているのですが、この誤差はダイレクトに効いてきます。これ、データシートとかみると、−２％から＋１％ぐらいあります。これが、一番大きいかも。
だって、公称容量の２０００ｍＡｈのエネループを測定するのに、測定値は、１９６０ｍＡｈ〜２０２０ｍＡｈまでずれる、ということですから。
（これを正確に測定するのは、俺の持ってる機材じゃ、やっぱり無理かな、、、）
回路間の偏差について：
電流測定用以外の抵抗は、誤差±５％の、炭素抵抗や、セメント抵抗です。４本の電池を充電するわけで、４つの同じ回路があるわけですが、相互間の違いのうち、一番大きいのは０．６８Ωのセメント抵抗の固体差と、トランジスタの個体差だと思います。（放電回路のほうは、セメント抵抗ではなく、１％誤差の金属皮膜抵抗２本の並列なので、誤差は少ないですけど）
これらの誤差は、そこそこのものだと思いますので、回路間の測定結果を比較するには、それなりに考えないといけません。
充放電の進行による、定電流特性について：
これは、充電回路と放電回路で、かなり違うと思われます。
充電のほうは、５Ｖの電源を使っています。だいたい、２．４Ａ流れるので、０．１２５Ωの測定用の抵抗の電位差は、０．３Ｖですから、４．７Ｖの電圧を、定電流実現の為に、つかうことができます。別の説明をすると、充電時の電池の電圧が仮に１Ｖから２Ｖに変化する場合、２ＳＢ１６４２のトランジスタは、定電流を実現するために、３．７Ｖから２．７Ｖの範囲で電圧を調整できるわけです。
一方放電のほうは、これほどののりしろはありません。電池の電圧である、１．０Ｖ〜１．４Ｖから、電池電圧測定の抵抗の電位差である、０．２５Ｖ（０．５Ω×５００ｍＡ）をひいた、０．７５Ｖ〜１．１１５Ｖをそのまま定電流実現のために使うことになります。
以上を踏まえ、実際に、この回路の定電流特性、及び充放電電流測定値の正確性を、評価していきましょう。
充電は、１秒充電、３秒休止、というように、パルス状にしておこなっています。４本のeneloopを、充電した結果です。
で、新型eneloop（eneloop-R)、２ヶ月前に製造されたものを、特性を整えるため、放電→充電→放電→充電 とした、２回目の充電のグラフです。
（各充放電の間には、３０分の休憩を入れています。）
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横軸に時間経過、縦軸に、電圧（充電中、休止中）、温度をプロットしてみました。 slot3の青の回路の充電電流が多い（休止中も加えた平均で６２０ｍＡ）ので、slot3が早く充電終了になっている様子がわかります。 つまり、このままでは、回路間の偏差が大きく、個別の電池の特性を比べるには、望ましくありません。 なお、充電量については、 一番充電できた量が少ないslot0は、２２６５ｍＡｈ 一番充電できた量が多い slot3は、２２８８ｍＡｈ で、その差は２３ｍＡｈで、１％程度で十分少ないです。 これが、電池ごとの特性か、回路ごとの偏差か、それ以外の偶然の誤差なのかについては、正確な実験は、していないですが、４：４：２ぐらいの割合で影響していると思います。（別のeneloopの電池セットの充電実験とか、いろいろと見たときとの、感覚） |
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横軸に、充電量をとってみました。また、充電電流の変化もプロットしてみました。 電圧をあらわす４本の線が、ほとんど重なっています。回路間の偏差を十分打ち消しており、電池ごとの特性を見るためには、なかなかと思っています（自画自賛）。 なお、充電電流ですが、まず、目に付くslot３の電流量が高くなってるのは、回路間の偏差です。 充電進行にあたっての定電流特性については、予測どおり、なかなかいい感じです。なお、充電直後に、若干電流量が増えて安定していますが、これは、トランジスタの温度が上がって、hfeがあがったためでしょう。すぐに安定していますが。 充電末期にslot0,1,2の電流量が上がっています。これは、slot3が充電を停止したためで、実際に充電量がふえている可能性が大きいです。 （この原因は３つほど思い当たるのですが、説明しきれないと思うので省略） |
充電の条件を変えて見ました。
３秒充電、４秒停止、という条件で、ちょっと前に、旧型eneloopを充電したものです。
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トランジスタが冷える暇がないので、温度が上がり、その結果hfeが上昇して、電流がおおきくなっているのがわかります。 |
前項の充電の後、３０分休憩したあと、放電したものです。
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slot2の緑の回路の放電電流が多いため、早くおわり、slot0が一番最後に終わっています。充電の時と同様に、このままのグラフでは、回路間の偏差を見るようなグラフになっています。 なお、放電量については、 一番放電できた量が少ないslot1は、１８１４ｍＡｈ 一番充電できた量が多い slot4は、１８３１ｍＡｈ で、その差は１７ｍＡｈで、１％未満で十分少ないです。 この差が、電池ごとの特性か、回路ごとの偏差か、それ以外の偶然の誤差なのか充電時と同様、正確な実験はしていないですが、充電と同じで、４：４：２ぐらいかなと。 |
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充電の時と同様に、横軸に、充電量をとってみました。また、充電電流の変化もプロットしてみました。 放電初期に、トランジスタの温度が上昇し（hfe上昇）、収束するまでは、放電電流が上昇しています。その後、電池の電圧に応じ、トランジスタが任される（？）電圧が減るにつれて、流れる電流量も若干低下しています。予想通り、充電の時の定電流特性よりも、若干、というか、かなり悪いということです。 |
既にグラフとして示していますが、新型eneloop-Rの、放電できた容量は、以下の通りでした。
| slot0 | slot1 | slot2 | slot3 |
| 1822mAh | 1814mAh | 1827mAh | 1831mAh |
これの原因の１つは、本充電器が、充電を寸止めしているからです。
ええっと、この話は、奥が深いので、こちらの、寸止め充電と充電効率を参照、
結論からいうと、
おそらく、寸止め充電していなければ、あと７５ｍＡｈぐらいまで充電できる。（本充電器の測定値で１９００ｍＡｈぐらいまで）
のこり１００ｍＡについては、本充放電器の測定誤差もあるし、ＪＩＳ規定での４００ｍＡｈで放電していないという理由もある。
ということでしょうか。
