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ダイソーの500円モバイルバッテリー (回路調査)

 ダイソーの500円モバイルバッテリーを買って便利に使っていました。300円の物と比べると薄型で持ち運びやすいので気に入ってます。

▼ダイソーの500円モバイルバッテリー
ダーソーの500円モバイルバッテリー

 ネットの評価はさまざまですが、たまたま見た、ダイソーの「500円モバイルバッテリー」をガチ検証してみた結果 と言う記事によると、“お値段なりかそれ以下のモバイルバッテリー” という評価になっています。特に出力のリップルがめちゃめちゃ大きいというデーターです。

 でも、私が使った限りではそんなに悪い感じはしなくて、普通に使えています。とは言っても、その記事には高級そうな測定器で測ったグラフ付きで報告されているので、情報の信ぴょう性は高そうです。

 こうなると自分で調べてみるしかありません。ということで、調べ始めました。

 以下報告ですが、内容がややこしいので今回は基本的な確認まで行います。実際の測定は次回以降の記事で行いますのでご了承ください。

▼殻割り
分解
 ケースは隙間を強引にこじ開けましたが、内部はプラスチックの爪で固定されていて、いくつかの爪は壊れてしまいましたが、爪はたくさんあるので残った爪だけで大丈夫そうです。

 中にはラミネートタイプのリチウム電池が入っていました。電池は強力な両面テープで固定されているので、はじを少し浮かせ、隙間にエタノールをアトマイザで噴霧して徐々に剥がしました。ここでマイナスドライバーなどで”こじる”と電池にダメージを与えるので、割りばしを削った物など、柔らかい物をヘラ代わりに使うと使うと安全です。

▼基板
500円モバイルバッテリーの基板
 XB8686Eというマーキングの8ピンのICと、TP4361Bというマーキングの16ピンのICが使われていました。まずはこのICの素性を調べてみました。

 普通ならパターンを追っておおざっぱな回路図を書きます。でもこの基板は電池が外せないし、ちょっとしたことでDCDCコンバーターが起動したりするので、テスターで導通を当たっているとテスターを壊しそうです。ということで、今回は回路図作りは止めました。但し、メーカーの推奨回路図を発見出来たので、どうなっているかはあらかた判りました。

▼XB8686Eの推奨回路図 (データーシートから抜粋)
XB8686Eの回路図
 これはリチウムイオン電池の保護用チップでした。単セルリチウム電池の保護回路に入っているICと同じもののようで、過電圧、過電流、過放電などに対する保護を行う物です。300円のモバイルバッテリーにはこういうチップは入っていなかったので、一段安全性が高くなったような気がします。

▼TP4361の推奨回路図 (データーシートより抜粋)
TP4351の回路図
 こちらがリチウム電池の充電と、5Vへ昇圧するコンバーターの制御チップで、モバイルバッテリー専用に設計されたチップのようです。細かい仕様はデーターシートを見ていただくとして、出力は5V/1A、充電電流は最大1Aで調整可能、電池保護機能、LEDを4個使った充電状態表示機能付きです。スイッチング周波数は500kHzと結構高いので比較的新しい設計の物のような気がします。

 なお今回のモバイルバッテリーの回路は抵抗などの値は異なるものの、ほぼこの通りの回路になっていました。

 少しだけこの回路を解説しておくと、充電電流はR7の値で決まり、この基板では1.2kΩだったので充電電流は0.83Aに設定されています。充電はシリーズレギュレーター方式で行われるので、USBからの入力電流が(ほぼ)そのまま電池の充電電流になります。昇圧は同期整流でやっているようで、データーシートでは効率は91%となっています。

▼出力波形
出力波形
 確かに1V以上の振幅のリップルが乗っています。(使ったオシロは400MHzのリアルタイム)
 これは5Vの出力波形@0.5A負荷の状態です。負荷の大きさによって波形は変わってきますが、本来のDC-DCコンバーターのスイッチング加え、負荷状態によっては、間歇敵にスイッチングが止まったような波形が出ていました。

 このリップルは、DC-DCコンバーターの出力コンデンサの容量不足が原因なんでしょう。実際の基板に載っているコンデンサの容量は不明ですが、出力端子からLCRメーターで測ってみる(電池の内部抵抗測定用のアダプタ使用)と、1μFしかありませんでした。たぶんこれでは足らないでしょう。ちなみに、推奨回路図では出力コンデンサは10μFが2個使われています。

 とは言っても、実際の使用状態では、相手の機器の電源入力には必ず大容量のコンデンサが入っているので、ほとんどの場合に問題は発生しない気がします。

 実際の使われ方を想定して、出力に47μFの電解コンデンサを入れてみます。

▼出力に47μFの電解コンデンサを付けてみた
出力に電解コンを接続
 こうするとリップルは100mV程度まで小さくなりました。

 また、50cmくらいの配線を入れてその先にコンデンサを入れると、配線のインダクタンスのフィルタ効果も加わり、さらにリップルは小さくなります。なお、500kHzのリップルに電解コンデンサでは頼りないので、積セラで再度試してみたいと思います。

◆まとめ
 ガチ検証の記事には、とんでもない性能と書かれていましたが、実際の使用状態ではそれほど悪い物ではない気がします。そのあたりは次回の記事で明らかにしていきたいと思います。

電池の内部抵抗測定(続3編、18650リチウム電池生セル)

 コメントでリクエストがあったので、ダイソーの300円モバイルバッテリーに使われているリチウム電池の内部抵抗を測定してみました。

▼ダイソーのモバイルバッテリー
ダイソーの300円モバイルバッテリー
 これについては特性測定などいろいろ記事を書いています。

▼内部
蓋を開けた状態

▼電池と基板
電池と昇圧回路
 うまくやればこのまま単セルとして電池ホルダーに入りそうです。なお、左の変な物は接続用のクサビで、割りばしの先を削って銅テープを巻いた物です。

▼測定中
電池内部抵抗測定
 保護回路付きの18650電池が入るように接点バネを圧縮してしまったので、本来のサイズの18650の電池を入れると長さが足らず接続されません。そこで、この写真のように導電性のクサビを差し込んで導通を取りました。

◆ダイソー300円モバブに入っている18650リチウムイオン電池の内部抵抗/端子電圧の測定結果
 1) 67mΩ/4.004V 
 2) 68mΩ/4.129V
 今回は充電後の値は測定していません。電圧から判断するとフル充電に近い状態だと思います。

 前の記事に書いた、保護回路入りのリチウムイオン電池の測定結果は以下の通りでした、 
> 3) 82mΩ/3.795V → 83mΩ/4.168V 新しく買ったリチウムイオン電池(3000mAh)
> 4) 89mΩ/3.862V → 87mΩ/4.166V 同上
 新品の保護回路入りの電池より、今回測定した電池の方が15~20mΩほど内部抵抗が低いという結果です。

 この値の差の原因が何であるかは、このデーターだけでは判りません。電池の保護回路が無い分だけ内部抵抗が低いという解釈が一番判り易いですが、電池自体の素性の違いかも知れないので何とも言え無いと思います。

 ただ、ダイソーの300円モバイルバッテリーに入っている無印の電池の内部抵抗は、ブランド物 (TrustFire) と比べて遜色無い値だった、ということは言えると思います。

◆まとめ
 LCRメーターで電池の内部抵抗を測る話は、思いがけずいろいろな物を測定をすることになりました。

 私の測定の最大の問題は、測定結果に測定端子の抵抗や接触抵抗の影響が入っていることです。つまり、電池ケースなどの導体抵抗と接触抵抗が測定結果にプラスされているので、たぶん正しい値より数十ミリΩのオフセットがかかった値になっています。

 前の記事に居酒屋ガレージ店主(JH3DBO) さんからコメント頂いたように、電圧と電流端子を完全に分離していれば、もっと精度の高い測定が出来たはずです。機会があれば同じようなプローブを作ってみたいと思います。

電池の内部抵抗測定(続々編、18650リチウム電池)

 LCRメーターで電池の内部抵抗を測定する話の続々編です。18650用の電池ホルダーを頂いたので、測定用アダプタにパラに接続して実際にリチウムイオンの単セル電池を測定してみました。

▼18650リチウム電池と充電アダプタ
18650リチウム電池充電中
 測定した電池はTrustFireというブランドの物です。写真の右側の充電器に乗っている物が古い電池で、表示容量は2400mAh。これを1)、2)という番号で呼びます。左の2本が今回購入したもので、表示容量は3000mAh。これを3)、4)と呼ぶことにします。新しい電池の方が容量が増えているようですが、中華な電池の容量は言っちゃった者勝ちな感じになっているので、あまり信用していません。あと、これらの単セル電池はプロテクト回路付きの物です。

 ともかく初期と充電後の電池の内部抵抗と電圧を測ってみました。

▼測定の様子
18650リチウム電池の内部抵抗測定中
 測定にはLCRメーター(DE-5000)と自作の測定アダプタを使いました。左下が今回追加した18650用の電池ホルダーです。なお、充電は最初の写真に写っているUltraFireの充電器(WF-139)で行っています。

 インピーダンス測定のケルビン接続ポイントは単三電池ホルダーの端子になっていて、18650の電池ホルダーまではφ0.5mmの線を二本撚りにして接続しています。この部分の配線抵抗が気になったので計算してみたところ、3.4mΩ程度だったのでほとんど問題にならないと思います。

◆18650リチウムイオン電池の内部抵抗/端子電圧の測定結果 (充電前後の値です)
 1) 219mΩ/3.822V → 189mΩ/4.163V 古いリチウムイオン電池(2400mAh)
 2) 197mΩ/3.521V → 159mΩ/4.162V 同上
 3) 82mΩ/3.795V → 83mΩ/4.168V 新しく買ったリチウムイオン電池(3000mAh)
 4) 89mΩ/3.862V → 87mΩ/4.166V 同上

 古いリチウムイオン電池の内部抵抗は新しい物の約2倍に上がっていました。また充電しても内部抵抗の値はあまり変わらないようです。

 新しい電池の内部抵抗は80mΩ台でした。単三サイズ(14500)のリチウムイオン電池の内部抵抗は110mΩ程度だったので、サイズから考えるとこの半分以下の値になるのではないかと思っていたのですが、予想に反してあまり低い値ではありませんでした。

 さて今回の結果をどう判断するかが問題です。1)、2)の電池の内部抵抗は上がっていますが初期と比べて2倍程度の上昇なのでまだまだ使えそうな気がします。そもそも、この電池はLEDライトで使っていただけなので充放電回数はたぶん20回も行ってないと思います。とは言っても、購入後5年以上は経過しているはずなので経時変化を考えるとそろそろ寿命なのかもしれません。

◆まとめ
 測定結果は出ましたが、それでどうするかの結論を出すことは出来ませんでした。まあこうやって測定してデーターを取っておけば、いつか役立つことがあるでしょう。
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