LIR2032リチウムボタン電池をTP4056充電ボードで充電して使ってみる(のパチモン・・・?)

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というわけで先日XL4015を使ったDC/DCコンバータを使える様にしましたので、実際に使ってみようかと思ったのですが、、

特に何かに使う当てがあった訳でも無く、ふと充電できるボタン電池をほったらかしていたなと思いだし、取り出してきました。

LIR2032 リチウムイオン二次電池

lir2032_charge01

これはCR2032にソックリですが、書いてある文字が違います。

電池の名称はどうやら規格で決まっているらしく、LIRは以下の通り。

Li = リチウムイオン二次電池
R = 形状(ラウンド)
20 = 外径
32 = 厚み

部品の名前は本当に重要です。

リチウム電池ですので電圧が異なり、CR2032電池用の機械に使うと壊してしまうかもしか。

実際にこの電池の電圧を測ってみると、3.76Vもありました。

しかしこのLIR2032電池は容量が非常に少なく、最大でも40mA前後しかありません。

充電できないCR2032は二酸化マンガンとリチウムで出来ており容量がおよそ225mAありますのでだいぶ直ぐに電池切れになってしまいそう。

LIR2032データシート

LIR2032のデータシートを見ると、こんな感じになっていました。

容量:通常35mA 最大40mA
充電電圧:4.20V
充電電流:0.2CmA(35mA x 0.2C = 7mA) 最大35mA(1C)
放電能力:通常7mA(35mA x 0.2C = 7mA) 最大70mA(2C)
カットオフ放電電圧:3.0V
内部抵抗:<600mOhms

CR2032に比べるとパワーがありそうですが、それでも充電は0.2Cにしろと書いてあります。

0.2Cとなると、35mAで計算すると7mA、40mAで計算しても8mAでしかなく、スペックシートにある最大充電電流は1Cまでとなっていました。

そしてStandard Charging Methodとかわざわざ書いてあり、17mA at 4.2V で充電しろとの事。

さて

先日使ってみたXL4015の定電流電源モジュールは、電流を最小に絞っても43mAほど出てしまっており、仮に電池容量が最大の40mAであったとしても1Cを少し超えてしまいますのでちょっと怖い。

しかもモジュールは中華製。

何が起こるか判りません(ぇ

そんなわけでXL4015を使って充電するのはちょっと止めにしました。

チャイナボカン怖いですしおすし

ではどうするかと考えてみましたが、XL4015の電流値を制限する回路を作るのは何だか大袈裟な気が。

どうやって電流を絞るかを色々考えてみましたが、X4015側の電流、電圧が可変なので逆にややこしく使いづらいものになってしまいそう。

そんなわけで

TP4056(互換)リチウムバッテリー充電ボードをいじる

こいつを使います。

lir2032_charge02

先日変な事をして破壊したのは記憶に新しいこのボード。

大変安価なモジュールですので追加で注文しておきました。

そういえば破壊したボードは「LC4056」と書いてありましたが、今回のは「4056H」と書いてありますね・・・

きっとどちらもTP4056のパチモンなのでしょう( ノД`)

よく見るとボードレイアウトが少し違い、積んでいる抵抗やコンデンサも随所でサイズが違う様ですが、基本的な回路の構造は一緒みたいです。

lir2032_charge03

よく見るとC1,C2,C3のチップのサイズが小さくなっていますね

本当は中身もかなり違う可能性もありますが、多分大丈夫でしょうキット

という訳でこのボード、充電時の電流量をR3と書かれている抵抗の値でコントロールできる様ですので、R3のチップをどかしてポテンションメーターをくっつけて調整してやろう魂胆。

抵抗値ごとの充電電流は、TP4056のデータシートを見ると以下の通りとなっていました。

RPROG
(kOhm)
IBAT
(mA)
10130
5250
4300
3400
2580
1.66690
1.5780
1.33900
1.21000

比を見ると、大体 1200 / 抵抗値(kOhm) で電流量が決まっている様子。

10kΩで130mAという事ですが、17mAの電流量にするには70kΩ~80kΩくらいは欲しいところ。

というわけで104の刻印がある、100kΩのポテンションメーターを繋げます。

lir2032_charge04

104は10の4乗って事で100kを示しています。

ポテンションメーターは端子が三本出ていますので、基板の切れ端を使ってこんな感じで適当に。

lir2032_charge05

100kOhmのポテンションメーターですので、0Ω~100kΩまでの間の抵抗値をダイヤルで調節できる感じです。

ダイヤルを回すと、1番ピンと3番ピンの間にある抵抗レールを2番ピンが移動するイメージ・・・?

丁度基板横に穴が空いてたので、錫メッキ線を使ってグルグルっと固定しました。

lir2032_charge06

イメージしやすくなる様に、左にいっぱいに回すと電流が絞れ、右に回すと電流が増える結線としました。
(1番と2番をショートして、2番と3番の間で抵抗を使う)

ついでにボタン電池ホルダーにもコネクタを取り付けておきました。

LIR2032コイン型電池を充電する

一応ポテンションメーターの抵抗値をMAXまで上げると89.1kΩほどありました。

・・・100kΩ無いジャマイカん?

もしかして1番と2番間と2番と3番間では抵抗値が違う・・・?

まぁいいや

89kΩもあれば17mAくらいまでは絞れるでしょうキット。

そして多分、はんだ付けしちゃったので抵抗値が正しく読み取れないだけかなと。

というわけでUSBで電気を流してテスターで測ってみると、最小で11mAまで絞る事ができました。

計算してみると100kOhmの計算で大体あってる感。

駄菓子菓子

電圧もついでに測ってみると、4.25Vも出てますがな

・・・まぁいいか

充電の具合をモニターしてみる

さて、早速LIR2032電池を接続してみると、徐々に電圧が上がっていくのがわかります。

折角なのでモニタにINA226モジュールを使い、以前Processingで作ったしょっぱいプロッターモドキで見てみる事に。

動かし方忘れちゃったYo・・・

今回は長時間計測になりそうでしたので、5秒毎に出力する様にしました。

充電電流は実測で17mA、R3の抵抗値は69.5kΩでした。

このまま満充電まで動かしてみます。

lir2032_charge07

綺麗な曲線を示していますでしょ(ぇ

ある所まで17.05mAの電流量で充電され、満充電に近づいて来ると電池の抵抗値が上がり、急激に電流量が下がっています。

その後どんどん電流量が小さくなり、0.2mA近くで横ばいに。

本当はここまで来たらTP4056モジュールのLEDが点灯する筈なんですが、あまりにも微弱電流過ぎてか止まってくれない模様。

1A充電で電流値が100mAにまで下がったら停止するという記事をどこかで見ました。

500mA充電で電流値が50mAにまで下がったら停止するという記事もどこかで見ました。

また、4.2V以下になったら充電を停止するという記事もまた別の所で見ました。

が、、、全然その通りにはなってくれませぬね・・・

とりあえずチップと回路の仕様を確認してみないと何ともですが、設定された電流量に応じて停止の閾値が決まるというのが本当だとしたら、17mAの場合は 1/10の1.7mAあたり?

試しに何も接続せずに、R3の抵抗値を41.5kΩまで減らしてやると、完了の青色LEDが点灯。

んー。( ノД`)

途中で怖くなって引っこ抜いてしまいましたが、モニターのデータを見ると最終で0.08mAくらい迄はまだ電流が流れていました。

つまりこのボードは充電電流が小さすぎると、充電の停止が

「正しく動かない」

という事でいいかなと。

適当にノイズも入り込んで来るでしょうし。

なんかほら、電流量が小さ過ぎて回路のインダクタンスとか関係ありそうな気もしますし、あんまり深く追求するのも面倒ですし

先に述べた通り、未接続状態で41.5kΩ以上にしたら青色LEDが点灯しましたので、41.5kΩの充電電流量、およそ30mA程度は電流を出してないと正しく動かないのかもしれまい。

そもそも設定範囲外の電流量にしている訳ですので、このモジュールが悪い訳ではなさそう。

という訳で、ほったらかし充電をするには充電停止回路を組んだりしないといけないかもしれまい。

そもそも極小充電電流ですので、あまりキニシナイ事に

尚、充電後の電池の電圧は4.23Vになってますた。

充電器の出力電圧が4.25Vでしたのでキッチリカッキリ充電出来ている模様。

XIAOさんをLIR2032電池で動かしてみる

さて折角電池が充電出来ましたので、何かを動かしてみます。

丁度モニタに使っていたSeeeduino XIAOさんをまるっと動かしてみようかと。(横着)

XIAOさんにはLDOが搭載されていますので、5Vピン、若しくはXIAO背面のVINパッドに電源を接続するとLDOを経由して給電してくれるみたいです。

背面パッドにはんだ付けするのは面倒ですので、XIAOの5Vピンに入電してみます。(横着)

lir2032_charge08

余裕そうですな

電流量は15mA~20mA前後、INA226の出力はバッテリーのモニターですので4.225Vを示していますが、XIAOの3.3Vラインは3.366V辺りで安定していました。

LIR2032電池の放電能力は、0.2C~最大2C(70mA)ほどもありますので、超省電力なXIAOさんを動かすには十分なのでしょう。

1Cに満たない出力ですので、このMAX40mAのLIR2032電池でも1時間以上は動いてくれそうです。

XIAOに搭載されているLDO XC6206はドロップアウトが250mVとの事ですので、電池電圧も3Vかもっと低くなっても動いてくれるかもしれません。

LDOが付属していてリチウムバッテリーを簡単に入力できるXIAOは本当に使い勝手が良いですね

まとめるん

そんなわけで、一応正常に(?)LIR2032コイン型リチウム電池を充電できますた。

本当はXL4015のDC/DCモジュールで充電する予定だった筈が、どうしてこうなった

当初の思惑では、XL4015モジュールの充電停止インジケータで充電完了を検知したかったのですが、、

とりあえずXL4015モジュールの回路が見えない以上(見てない)、電流量を絞るのは少し面倒そうでしたのでTP4056(互換?パチモン?)リチウム充電ボードの電流量を無理矢理に絞って充電してみました。

しかしTP4056ボードでも充電完了を検知出来ておらず、自動停止しませんのでほったらかし充電は出来ない訳で、、、

まぁそれは今度にします( ノД`)

LIR2032リチウム電池の様な小容量の電池を充電するには、一般的なリチウム充電器では電流量が多過ぎます。

安価なモジュールでソレっぽく充電できる様になって、ひとまずは良かったかもしか。

その上、Seeeduino XIAOをリチウムボタン電池程度でも気軽に動かせる事が確認できたので良しとします(ぇ

だがしかし

ほったらかし充電禁止

大事な事なので最後にもう一度書いておきました。

次は何をしましょうかねぇ( ノД`)