リチウム・ポリマー バッテリー・ユニットの自作 ～その2

　～その1から

　今回はリポバッテリー本体を納め、電動リールのケーブルへ電力を供給するための、ユニット制作について記して行く。

■周辺パーツ■

　リポバッテリーと電動リールを直接繋ぐと、ショートを始めとするトラブル時に思わぬ被害を被る可能性があるので、回線のプラス側にヒューズを入れる必要がある。その際に便利なのが、自動車パーツ市場でメジャーなエーモン社の製品だ。
　ヒューズを挿入する器具をその名の通りヒューズホルダーと言うのだが、種類がいくつかある。管ヒューズタイプ、平型ミニヒューズタイプ、平型（通常）タイプとあるのだが、高電流に耐える仕様の方が一応は安心出来る。その視点から言えば、30Aタイプがある平型もしくは平型ミニヒューズホルダーのどちらかを選べば良く、ボクの自作品は実際に、それらホルダーに30Aヒューズの組み合わせで装着している。
　だが、実のところ「本当に30Aまでが必要なのか？」という疑問がある。と言うのも電動リールのコードは断面積が1.25㎟となっているし、ダイワの修理子会社＝SLPでも「シーボーグ系電動リールの、80号ビシの空巻きHiで、およそ5A前後の電流が流れます。」と記しているから、「20Aタイプホルダー＆20Aヒューズで充分なのでは？」と思わないでもない。

●ヒューズ＆ヒューズホルダー●

　プラス側にヒューズホルダーを挟むので、マイナス側にも同じ長さのリード線が必要になる。基本的にプラス側と同じ径が必要になるので、30Aの場合だと3.5㎟クラス、20Aの場合だと2.0㎟クラスになるが、3.5㎟クラスのリード線は入手し辛いので、製作し易さで考えると20Aホルダーを使った方が有利なる。

　必須アイテムで次に必要なのが、リポバッテリーと接続するT型（Deans T）コネクター（オス）になる。

●T型（Deans T）コネクター（オス）●

　これをハンダ付けするのだが、長手方向に平行なのがマイナス端子で反対側がプラス端子になる。勿論ハンダ付けをした後は、熱収縮チューブや、ビニールテープでの絶縁を怠ってはならない。


■電圧計■

　前回で「リポバッテリーには使用下限電圧があり、それを下回ると壊れる。」と記したが、それを回避するため、電圧をモニターする器具が必要になる。これには２パターンがあって、一つ目は、単に電圧計を入れる方法だ。

●デジタル電圧計の装着例●

　これはAMAZONほかの通販で簡単に入手出来て、￥300程度と安価だ。配線はリポバッテリーを繋ぐ、オス端子より先のどこかに並列で接続するだけなのだが、リード線が細いため、フタを開け閉めした際に断線した経験があるので、リード線が直接引っ張られないようにする工夫が必要だ。

　しかし二つ目に紹介するのが本命で、その名をリポバッテリー・チェッカーと言う。

●リポバッテリー・チェッカー●

　これは、各セルの電圧とトータルの電圧をローテーションしながら表示してくれる上、どれか1セルでも設定した電圧まで下がったら、アラームを鳴らす機能までもが備わっている。
　このアラームを例えば3.7V(トータル14.8V)に設定すると、危険域まで達しつつある事が判るし、3.8V(トータル15.2V)に設定すると、保管用電圧迄に下がった事が判断出来る。
　一日の釣りで5000mAh～6000mAh容量のリポバッテリーを2本使用するパターンなら、この保管電圧迄下がった時点で鳴らす設定がオススメだ。アラームが鳴った時点で新しいリポバッテリーに入れ替えれば、使用済みのリポバッテリーに関しては帰宅後、保管電圧に調整する必要が無くなるからだ。
　配線は不要で、リポバッテリーのバランス充電端子に繋ぐだけでOK。アラームは端子と反対側にある小さなボタンを押す回数で設定するだけだが、元々はドローンが電池切れで墜落することを防ぐ目的で制作されているだけに、アラームはかなりの音量になる。但し、それが幸いしてケース内で鳴っているのを聞き逃す事はないのだが…。

●端子に繋いだリポチェッカー●

■ケース■

　リポバッテリーや配線を海水で濡らさないようにするには、それらを納めるケースを防水仕様にしなければならない。商品としては、通販サイト、釣具店やホームセンターで簡単に手に入る、MEIHOのウォーターガード・シリーズがピッタリだ。
　使用サイズは、リポバッテリー・メーカーのサイズ表記に合わせるのが一番だが、目安として6000mAhサイズまでを一本納めるのなら、ウォーターガード400、6000mAhサイズまでを2本納めて並列接続するのなら、ウォーターガード800、そして10000mAhクラスを一本納めるのなら、ウォーターガード18といったあたりの選択になる。

●左から、ウォーターガード400、18、800●

■出力端子■

　電動リールのワニグチクリップを使用してバッテリーケースに接続するには出力端子が必要になる。
　これは電極になるプラス・マイナスの金属棒をケース本体から2本突出させるのだが、簡単なのはボルト＆ナットを使用する方法だ。径としては8mmないし10mmが適切だが、問題は素材だ。
　当然、海水にさらされる中での通電なので、錆に強い素材が求められるが、明確に錆が発生していなくても表面が酸化して変色し始めた途端に導通性が落ちて来るから厄介だ。
　防錆性が高いのはステンレスだが、導通性が悪い。銅やアルミ、真鍮は導通性が良いが、錆び易かったり高価だったりで使い辛く流通量も少ない。よってボクの場合は亜鉛メッキ製の鉄ボルトを使用し、表面の亜鉛が剥がれ出したら使い捨てで交換する方法を長らく採用していた。

●亜鉛メッキ鉄製ボルト＆ナット●

　これを水道用品のパッキン

●水道関連のゴムパッキン●

を挟んでバッテリーケースに固定するのだが、これとて気付けば錆が出てくるのが不満で、最近ではスピーカー用の金メッキ端子を使用している。

●スピーカー用の金メッキ・ターミナル●

　だが、錆びないと言われるのは24金だ。8個で￥1000を切る商品に24金メッキが施されているとは思えないし、そもそもメッキが剥がれれば急激に錆びるだろうから、端子に関してはいつも悩みの種になっている。
　但し、シマノ純正のコード端に付いているワニグチクリップはステンレス製なので、ステンレスの導電性の悪さは、さほど気にしなくても良いレベルなのかも知れない。

　因みに、出力端子が外部に出ているタイプのバッテリーケースは、過去に腐食で通電不良になった経験と、ショートへの恐怖から、警戒心のあまりバッテリーケースを更にEVA素材のケースに入れて使用している。だが、「だったら接続部全体を防水ケース内に入れてみては？」との構想が沸き、最近になって制作したのが、コードがダイレクトにケースから出るタイプで、これを2種類制作した。詳細は次回の「～その3」で紹介する。

●ケースを入れるケース●

　「くどい！」と思われるかも知れないが、バッテリーユニットの制作、使用、管理等、全て自己責任で行う事。

　以下、～その3へ続く


　

リチウム・ポリマー バッテリー・ユニットの自作 ～その１

　前週に記したように散々迷っていたけど、自宅にこもっている釣り人の為に思い切って書いてみようと思う。但し…。

　これから記して行く事をきっちり読んだ上で、制作、使用、管理等、全て自己責任で行うようお願いします。

　リチウムポリマーバッテリー（以下、リポバッテリー）の取り扱いは、一時報道でも採り上げられた航空機やスマホでの発煙や発火トラブルでも解るよう、制御や取り扱いを間違うと事故にもつながるし、乾電池のように簡単にポンと繋いで使用する事は出来ないので、バッテリーの特性から”お勉強”しなくてはならない。よって今回はそこから記してみようと思う。


■自作のメリット■
　
　リポバッテリーは一般的な鉛バッテリーに対して、言わずと知れた「小型・軽量・ハイパワー」の３点がメリットであり、デメリットは充電と管理に気遣いが必要な点と、高価な点が挙げられる。
　但し、価格面で言うと、自作すれば有名メーカー製のように４万円台後半といった投資には絶対にならない。また、通販サイトの評価を見る限りでは信頼性が低いと思われる海外生産の格安製品よりも構造がシンプルな分だけ安心感があるうえ、それよりも更にコストが下がる。

●自作ユニット、その一群●

■使えるリポバッテリー（本体）■

　バッテリーユニットを制作するにあたって中核になるのが、リポバッテリー本体になる。これには種類がかなりあるが、空撮で活躍するドローンを始め、多くのラジコン機器に搭載されている中の、4Ｓ（４セル）というタイプで、定格電圧が14.8Ｖになるの物が電動リールに使える仕様になる。
　リポバッテリー内部の構成は１セルあたり3.7Ｖで、それが直列で繋がれて３セルなら3.7Ｖ×3で11.1Ｖになり、４セルだと14.8Ｖになるるという事だ。１セルあたりの最大電圧は4.2Ｖになり、４セルタイプの最大電圧は当然16.8Ｖになる。
　ここで心配になるのは「リールのモーターが16.8Ｖに耐えられるのか？」という事だが、ダイワの場合だと取扱説明書には「電源電圧：DC12V～16.8V」とある。シマノの取扱説明書には「ご使用の電源が12V〜14.8V仕様かどうかお確かめください。」とあるが、同社ではリポバッテリーの電力丸を推奨していて、その公称電圧（標準電圧）が14.8Ｖだから最大電圧は16.8Ｖあるはずだし、実際に電極に出ている電圧はフル充電で16.7Ｖあたりというから問題は無い。
　当然ながら、モーターはその許容範囲において電圧が高い方がパワーが上がるという事だから、16.8Vの電圧を得た電動リールは最強になる。

　電圧についての理解が出来たら、次は容量になる。ボクの場合だと電動リールの取り扱いは、回収時は常にフルスロットルだし、アタリが出た際の前半もフルスロットルで巻き上げる。また、ブッ飛び潮の中で300ｍ近く流す際は距離、回収サイクル共にマックスになるが、それらを考慮すると、シマノ3000番、ダイワ500番クラスで必要な容量は10000mAh（10Ah）以上になる。
　10000mAhの容量を確保するには,、容量10000mAhの物を1本用意する他、5000mAhあるいはそれ以上の物を2本用意して電圧が下がると２本目を繋ぎ直す方法と、２本を並列で繋いでトータルの容量を増やす方法とがある。但し、並列の場合は同一メーカー、同一仕様の物を同時購入して状態をそろえる必要がある。（新旧の乾電池を混ぜて使用してはいけないのと同じ理由）

●手持ちのリポバッテリー●

また、容量の他にも気を付けるポイントがあって、それをCレート(シーレート)と言うのだが、これはバッテリー内の電力を1時間で空になるまで使いきる放電能力なので、これが大きいほど大電流を取り出せる事になる。表記として例えば20-40Cとある場合は、通常20Cだが、瞬間的には40Cまで出せる能力があるという事になる。
　このCレートは、大きいほど安心できるが、実用面で言うと、「大きい程良い。」まとは言えない。例えば5000mAhの20Cだと5.0(Ah )×20(C)で100アンペアが取り出せるのだが、電動リールはそこまでの大電流を要求しないし、回路付きのバッテリー等のヒューズは30Aがほとんどなので、スペックはほどほどで良い。また、レートの大きい物は高価になる傾向があるので、その点でも求める必要はないだろう。

●容量とレートの表示●

　電力の出力線には端子が取り付けられていて、それにはタイプが色々あるので、選択に困るが、一番多く採用されているのがT 型（ Deans T）コネクターになる。予備への切り替えや後々の買い替え時に変換アダプターを購入しなくてはならなくなるので、端子の種類は揃えておいた方が良い。

●T 型（ Deans T）コネクター●

　購入先はAmazonやYahoo!ショッピング等の各通販サイトやラジコンショップになるが、例えばAmazonでの購入だと10000mAhの物で¥10500程、5200mAhが2本で¥8000程になる。だが、これはこのブログの記載時点での価格だ。実際は相場みたいに価格は変化するので、安値の時に買えればラッキーだ。


■充電について■

　充電についてはルールがあって、 それを破ると即座に使用不能になったり、破裂したり、最悪の場合は小爆発や炎上となる等、大トラブルが待っている。実は、その事がブログへの記載を躊躇していた理由だ。だが、世の中にはリポバッテリーを積んだラジコン飛行機やドローンが飛び、ラジコン・カーを操縦する小学生だってザラに居る。要は「決まりを守らない」、「イイ加減な扱いをする」という事が危険なのであり、逆を言えばルールや手順を守る限りにおいては安全だと言う事になる。だから、以後のルールや手順を守って充電する事をお願いする。

　まず、充電器については、必ずリポバッテリー専用もしくは対応品を使用しなくてはならない。間違って車のバッテリー充電器やニッケル水素やニッカドバッテリー用を使用すると、上段で記した小爆発を始めとした大トラブルや充電不能に陥る事に繋がる。リポバッテリーはエネルギー密度が高いので、配線する際や充電器に繋ぐ際にショートさせると危険であり、これまた大トラブルに遭うので要注意だ。

　リポバッテリーの特性として、「過放電と過充電に弱い」という事を念頭に置いて欲しい。
　まずは1セルあたり4.2V=トータルで16.8Vが上限になり、それ以上の充電は大トラブルの原因になる。逆に放電は、1セルあたり3.7V=トータル14.8V迄が安全圏になり、緊急的な場合は3.５V=トータル14Ｖあたりまでは使えるが、下段で示す保管電圧までの早期復帰が求められる。しかし、それ以下の電圧になっても使い続けると、ダメージを受けて「二度と満充電にならない」ならまだしも、「二度と充電できない」状態に陥ってしまうから絶対に忌避するべきだ。

　リポバッテリー特有の取り扱い法として、「保管に適した電圧値設定（ストレージ電圧）」が必要で、それが1セルあたり3.8V=トータルで15.2Vになる。この電圧値が一番安定しているという事になり、「高過ぎても低過ぎてもダメ」だが、1セルあたり3.7～4.0Vあれば問題がないそうだ。従って、急な釣行中止に遭ったり、釣行後に電圧が高かったりした場合は放電をしなくてはならず、逆に使い過ぎた場合は充電しなければならない。これが面倒だと思うかも知れないが、大メーカー製品＝例えばダイワの場合だと、スーパーリチウム11000WPの商品説明の「長期間ご使用いただくために」に、同様の「保管時は、容量30～50％程度の充電量をお勧めする」と、記しているから、実のところ、扱いとしては同じなのだ。

　また、リポバッテリーは自然放電が少なく、鉛バッテリーのように「気付いたら、かなり減っていた」なんて事はほとんど無いので、シーズンオフでの長期保存も安心だ。更にはニッケル水素電池でみられるようなメモリー効果（継ぎ足し充電で電池の容量が減る事）が無いので、安心して充電コントロールが出来る。


■取り扱いについて■

　リポバッテリーは高温に弱く、従って高温になる車内への放置や直射日光が当たる場所での保管は厳禁だ。これはリチウムポリマー電池を使った製品全体での禁止事項で、これを守らないと大トラブルが起こってしまう。
　寿命については各セルの電圧が大きくバラついたり、満充電時の電圧がトータル16.8Vから大きく下がってしまう場合に判断する。また、それとは別に全体が大きく膨らんでいれば内部にガスが発生しているので、寿命となるが、これは取り扱いが悪いと割と早期に発生するので注意が必要だ。


■充電器について■

　充電に際しての、ある種の難しさ？で尻込みをするかもしれないが、これはリポバッテリー専用もしくは対応充電器での充電で解決できる。充電器さえ壊れていなければ4.2V=トータルで16.8Vを超えて充電することはないので、その点では”安心＆お任せ”となるのだ。その秘密？はバランス充電と言う仕組みにある。
　鉛バッテリーであればプラス・マイナスの端子にワニグチクリップを繋ぐだけで準備ＯＫとなるが、リポバッテリーの場合はそれに相当するメインの電極線のみへの接続だけではなく、バランス端子と言う部分への接続が必要になる。だが、有名メーカー製のリポバッテリーは＋－の2極接続対応品が多い。これは内部にバランス充電回路が入っている、もしくは1セルだけでも4.2Vに達すると回路が切れる仕様（急速充電方式）になっているとモノ思われるが、バラした訳ではないので確信は持てない。

●電極線（右）と、バランスコネクター線（左）●

　電動リール向きの、リポバッテリーの内部は4Ｓ（4セル）構成になっていると上述したが、バランス充電の場合はメインの電極線へ大電流を送り込み、どれか一つのセルがフルになると、大電流を止めてバランス端子経由でまだフルになっていないセルに調整充電を行う仕組みになっている。これは、内部のセル同士が直列配線となっているため、「乾電池は新旧を混ぜて使用してはいけない。」と同様の理屈でセル同士の電圧を揃えなくてはならないからだ。
　一部にバランス端子のみを繋ぐ充電器も存在する。それらはフル充電までに時間が掛かり過ぎる事がネックとなるが、安価ではある。

●チャージ中の様子●

　バランス充電器でスタンダードなのが「SKYRC iMAX B6」というモデルで、これは￥4000強で購入できるが、ACアダプターが別途必要になる。但し、これをセットして販売している販売店や、ＡＣコードがダイレクトに繋げる別モデルもあり、トータルすると、そっちの方が割安になる傾向がある。また、充電器にはコピー商品も多く、それらは￥3000以下での入手が可能だが、「当たり外れ」があるらしく、評価等を参考にする等、十分な吟味が必要になる。また、４セルに対応していない充電器もあるので、注意が必要だ。

●SKYRC iMAX B6（左）とＡＣアダプター（右）●

●HITEC社製 ACダイレクトインモデル●

　SKYRC iMAX B6や、これと同クラス以上の充電器は、ただ充電するだけではなく、上述の保管電圧まで下げてくれる放電機能（ストレージ機能）が備わっている点が嬉しい。他社製品にも同機能が搭載されている場合も多いが、全てと言う訳ではないので、購入前にチェックしておいた方が良い。もし、非搭載モデルを購入してしまった場合は、別途販売されている放電器を購入しなくてはならない。

●放電器●

　具体的な充電方法は充電器付属の説明書や、充電器メーカーのサイト、ラジコン系の各サイトで確認して欲しいが、念のため燃えやすい物の近くや目を離しての充電は避けた方が良いだろう。


　以上、この何年間でボクがラジコン関連のサイトや雑誌、もう生産はしていないが某ガレージメーカー製品で勉強したリポバッテリーについての知識だ。だが、（特に）ラジコン関連のサイトを調べると、もっと詳しく、解りやすく解説されているので、もし導入するのなら、そういったモノを含めて勉強し、”自己責任での導入”を実践して欲しい。

　以下、～その2へ続く
　

工作でも…

　緊急事態宣言の対象地域に在住する身としては、とりあえず釣りにも行けず、悶々と過ごしている。ヒマに任せてやる事と言えば仕掛け作りだが、これは充分にストックがある上、中止続きで減っていない。
　そんな中、思いついたのは何機目かの、リチウムイオンバッテリーのユニット＆ケース作りだった。通販で揃えたバーツを組み込んで、直ぐに完成。シマノ３０００番、ダイワ５００番クラスで一日使える容量であれば、投資額は充電器を含めて￥１６０００程度で収まるのだが、取り扱いに専門の知識が必要なので、一般的ではない。だからその方法をこのブログでお伝えすべきかどうかを只今思案中だ。
　とりあえず、画像だけはお見せするが、解る人には解ってもらえると思う。

●ケースの内部●

またもやの荒天

　暖冬傾向に大自然が調整をかけたのか、春本番だと言うのに、このところ冬型となって寒気が下りて来る事が多く、よって日本海側は荒天になる率が高い。先週末もそれに見舞われ、釣行が中止になった。よって、今週も記事ネタは無く休刊となってしまった。