ソーラーパネルからのeneloopへの充電について

質問

趣味で、添付の図のような回路を作成し、昼夜問わずに赤外線センサーが感知すればLEDを光らせる回路を作成しようと計画しています。

個人的に一番気になっている点が、電源にソーラーパネルと、電池部分にeneloopを使うことを考えているのですが、 eneloop は、充電しながらの電池の使用は問題ないでしょうか。

以前ニュースで、確か全く別な製品ではありますが、
充電しながら使用したら爆発したというニュースを見た記憶があるので、
そういった使用方法が出来る製品は、何らかの工夫が施されているのではないか？と
勝手に勘ぐっております。

その他気になる点がありましたらご教示頂ければと思います。

回答No.3

mtaka2 · ベストアンサー

16Vの太陽電池を使うと書かれていますが、16Vの太陽電池は16Vの電圧で電流を取り出すことはできません。
太陽電池は「取り出す電流が多くなるにつれて電圧が下がる」という特性があるため、「高い電圧が必要な場合、取り出せる電流が小さくなる」ことになります。
特性値の「開放電圧」は、「まったく電流を取り出さない場合の電圧」です。電流ゼロですからこの電圧ではまったく電力は取り出せません。
また別の特性値として「短絡電流」がありますが、こちらは「電圧がゼロになるまで絞りきった最大電流」です。電圧ゼロですからこの電流を流してもまったく電力は取り出せません。

その中間で、「ほどほどの電圧でほどほどの電流」になるように、取り出す電流量を調整する必要があるわけです。
16Vのソーラーパネルで、エネループ12本=14.4Vの充電というのはかなり無謀な数値です。

太陽電池を使う場合、取り出せる電圧は、だいたい開放電圧の70%ぐらいを想定するのが無難。その時で、取り出せる電流は、だいたい短絡電流の70%ぐらいになります。

つまり16Vのパネルなら取り出せる電圧は11Vぐらいまで。エネループ12本=14.4Vの充電は無理ってことです。
また、Arduino自体、電源電圧は7～12Vですから、エネループ12本は過電圧になってしまいます。

Arduinoを使うのなら、エネループ8本で十分でしょう。
エネループの充電には1.4Vぐらい必要ですが、それでもなんとか16Vのパネルで充電も可能かと。

あとは、別の方の回答にもあるように、エネループの方には何らかの充電制御は必須です。
質問を見たところ、「電流はほとんど消費しない」が「夜間でも動作して欲しい」といったもののようですから、
「昼間は大電流でがんばって充電する」ような必要はなく、「トリクル充電」で十分でしょう。
http://industrial.panasonic.com/www-data/pdf/ACG4000/ACG4000PJ4.pdf
12ページ目(P.59)の「(b)スタンバイ使用 トリクル充電方式」が参考になるでしょう。

大ざっぱに言えば、トリクル充電は「微小電流で充電状態を維持する」というものです。
単三エネループ(1900mAh)なら、その1/20程度、「最大100mA程度」で電流制限して充電し続けるというものです。
この方式だと充電に複雑な制御が要りません。
満充電に20時間かかりますが、Arduino側の電力消費が少ないなら、最初っから満充電にしておけば、その状態を維持することは難しくないでしょう。
つまり、Arduino側の消費電流は、「平均消費電流が100mA(充電電流)よりも小さくする必要がある」(実用上は、50mAぐらいに抑える必要があるでしょう)ということになります。

Arduino自体は25mA程度のようですから、あとは赤外線センサーの消費電力しだいですね。
http://blog.livedoor.jp/kan0ken1/archives/51728359.html
LEDの方は常時点灯するわけではないなら、消費電流はほぼ無視できるでしょう。(たとえば24mAで点灯させていて、1日に1時間程度点灯させることになるなら、平均電流は1mA)

次に、具体的な充電回路ですが、ソーラーパネルのスペックで「短絡電流」が150mA程度のパネル(こちらも70%ぐらいになるので、実際に取り出せる電流は100mA程度)を使えば、特別な充電回路は不要ということにできます。
ただし、逆流防止のためのダイオードはつけた方がよいでしょう。
太陽電池→エネループにダイオードを繋ぎ、Arduinoはエネループ側から電源供給します。

http://ryohnan.in.coocan.jp/eco/solar-radio/index.html

こちらの回路構成なんかが参考になるでしょうか。
この例では、開放電圧4.5V、短絡電流60mAの太陽電池(つまり、実質は3V40mA程度)を使って、
2.4V600mAhの電池をトリクル充電しています。

お礼

トリクル充電ですか。なるほど。

ソーラーパネルの計算や、パナソニックの充電回路の情報や、既に作成されている型の回路構成の情報など、非常に興味深く、大変有用な情報をありがとうございます。
ソーラーパネルに関しては、自分の考えが足りていなかった部分もあるかと思うので、再度調整してみます。

情報は、ぜひ参考にさせていただきたく思います。

回答No.2

funflier

リチウムイオン系バッテリーの発火・破裂は以前から知られてはいますが、
ご自身でも可能性を認識され、先のご回答でも指摘のあるとおり、ニッケル水素
でも過充電では破裂（爆発）の危険があり、少なくともこの防止回路が無いと
いうのは問題があると思います。

ニッケル水素バッテリーの爆発実験映像を含むサイト
http://www.ks-j.net/xo/modules/pico/content0014.html

それ以前に、エネループではメーカーで10個以上の直列使用を禁じています。
エネループの説明書、「警告」の項参照
http://panasonic.net/energy/eneloop/jp/lineup/eneloop01/pdf/HR-3UTGB.pdf

こうした　ソーラー⇒ニッケル水素充電　という市販品があるのも事実ですが、
何らかの充電制御を行っているものと思います。
http://www.e-hanshin.net/bouhan/bouhan_2.html

お礼

爆発実験の動画は、なかなか刺激がありますね。
思った以上に爆発していました。

>エネループではメーカーで10個以上の直列使用を禁じています
本当ですね！！！
これは盲点だった。そもそもの問題でした……。

市販品の情報もありがとうございます。

回答No.1

RTO

二次電池の種類の選定を誤っています

エネループはニッケル水素充電池に分類され、極めて高度な充電回路を必要とします。
あなたの書いたような「成り行きで充放電する」回路につなぐと　簡単に過充電で破裂したり過放電で電池が劣化する恐れがあります。

このようないい加減な回路に組み込むなら　鉛蓄電池、あるいはニッカド充電池が適しています

お礼

鉛蓄電池やディープサイクルバッテリーを調べてはいたのですが、
充電・放電回数の制限や、取り回しの悪さを懸念して、
手軽な充放電可能な電源を、と考えていました。

そこまで複雑な回路が必要とは考えていませんでした。
ご指摘ありがとうございます。