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電池の話


リチウム電池の消耗とシステム消失

本体内蔵のリチウム電池が切れると、リチウム電池でバックアップされているシステムが消失してしまいます。こうなってしまうと、「F・ROMカードをセットしてください」といったメッセージが出るだけで何もできなくなってしまうので、復旧するためにシステムカードのお世話になることになってしまいます。

しかし、本体内蔵のリチウム電池が切れても、単3電池の方も一緒に切れるまでは、システムが異常になることはないようです。そのため、私は普段、外部電源で運用しているにもかかわらず、単3電池は入れっぱなしです。山手線の中など、ポケ3を内蔵電源で使うこともあるのですが、リチウム電池が心許ないときには、決して単3電池で運用する事無く、リチウム電池の交換まで我慢するようにしています。

こういうことに気を使えば、残量警告が出てからリチウム電池を調達することにしてもなんとかなります。
ただ、あまり精神衛生に良くないので、お勧めはしません。



ニッカド電池の3本使用

ニッカド電池は2次電池の中では手に入りやすく、最近では価格も下がってきました。
ただ、1.2Vという電圧では、すぐに電圧降下が起こってしまうため、通信などの電力消費が大きい使い方をすると、あっという間に電池切れとなってしまいます。
そこでどうするかというと、ニッカド電池を3本直列にし、外部電源端子から供給してやるという方法があります。
この方法ですと、電圧的にも3.6Vにしかならず、過電圧による危険性もあまりないでしょう。

実は、私は実際にはこの方法を試したことはないのですが、試したことがある方から聞いた話では、湯浅の700mAhの電池を使ってモデムで通信して、通信のみ断続使用で30分弱といったところだそうです。感覚的には、アルカリ電池2本とほぼ同じだそうです。
ICモデムカードか外付けモデムかは聞き忘れましたが、時間的にいって多分ICモデムカードだと思います。

但し問題点があるそうで、電池の残量警告アラームがまったく表示されずにシャットダウンしてしまうそうです。
元々、ニッカド電池の電池切れのときの立ち下がり特性は結構急峻なんですが、それがこんなところに顕著に現れてしまっているようです。



ル・マン化

電池使用のポケ3で通信をすると、電池の減り方はとっても速くなります。
特に、ICカードモデムを使った場合に顕著です。
これは、通信時の消費電力が大きいと言うことで、しかたないといえばしかたないことなんですが、あまり面白くない状況ではあります。
また、内蔵通信ソフトである AutoCom では、電池残量が減ってくると「電源エラー」を出して通信を打ち切るようになっています。つまり、電池が無くなりきるまで通信を続けることができないようになっているのですが、これは回線接続中に電池がなくなりきることによるシステムシャットダウン、及び回線強制切断をさけるための仕様でしょう。
でも「電源エラー」を出したような電池でも、その後OASYSモードで使うと数十分程度は使えてしまったりします。

このようなことが何故起こるのかということがかつてニフティのパソコン通信のフォーラムで検討されまして、以下のような結論に達したそうです。すなわち、ポケ3の電源電圧(約3V)は直流でありながら、プロセッサの使用状況その他により小刻みに電圧変動を起こしており、瞬間的な電圧降下により「電源エラー」検出のしきい値電圧に引っかかってしまうのです。
ところが、この電池残量の検知レベルに個体差があるようで、ひどいものになると新品の電池を使っても10分とかからずに「電源エラー」が出るようなものまであるそうです。
ここで電池と並列にコンデンサを接続すると、このコンデンサの平滑化作用により電源電圧の変動が小さくなり、「電源エラー」検出電圧に対してまだ余裕がある分だけ、電池が長く使える(長く通信できる)ことになります。

この平滑化作用はコンデンサの容量が大きいほど効果があるはずですが、あまり大きすぎても効果は頭打ちになるそうです。単1の外部電池を使った実験では、最大でも1000μF程度と考えればいいらしいです。

で、実際にコンデンサを接続して通信してみたところ、なんと連続通信時間で2〜3倍に伸びたと言う実例がぞろぞろ、だとか。それでも内蔵電池では1時間程度なんですけれど。まぁ、メールチェックなどの連続通信ではない用途に使うのであれば、これだけ通信できれば充分でしょう。

このような結果から、マシンの限界に挑む24時間耐久レースにあやかって、このコンデンサ接続のことを「ル・マン化」と称しています。癈人の方々は、内蔵電池での長時間化の際に長いコードを引きずったりしないですむようにコンデンサそのものをポケ3内部の空きスペースに押しこむ改造を行なっていまして、これを「ル・マン改造」などと称しています。

実はポケ3には幾つか本体内に空きスペースがありまして、耐圧6.3〜10V、容量470〜1000μF程度の小型電解コンデンサなら内蔵可能なのです。このスペースに電解コンデンサを何とか入れて、そしてコンデンサの足を単3の内蔵電池のそれぞれの極へ半田で付ければ出来上がりです。

もちろん、本体を改造したものは保証が効かなくなるので、改造する時には自己責任でお願いいたします。



ニッケル水素電池の使用とポケ3の個体差

ポケ3ではニッカド電池は使えると取扱説明書にも書いてあるのですが、ポケ3の発売当初はニッケル水素電池はそもそも存在していなかったので、説明書に書いてあろう筈がありません。で、ニッケル水素電池を実際に使ってみると、使えることは使えるのですが、ポケ3の側の個体差か電池の側の個体差か、10分程度で電池切れになってしまう、という事例があるようです。ところが、そうやって切れた電池をテスターで計ってみたり、あるいは充電前に完全放電(する必要があるのかどうかは解りませんが)させようと放電器にかけたりすると、まるで全然使っていないような電池であるかのような値を示す、ということがあったりするそうで。

こういう時は、効率は悪いかもしれませんが、電池を4本直列にして、ツェナーを1本かませて外部電源端子から供給するようにしてやると、精神衛生にはとってもいいです。3端子レギュレータを使えばもっといいのかもしれませんが、面倒くさくて試していません。
もちろん、上記のように、3本直列にして直接供給してみてもいいかもしれません。
(Jan.1998初出、Jul.1999改稿)



使用済み電池の再利用(この項、危険です)

実際にポケ3を使っている皆さんは、ポケ3で使い尽くした単3電池をどう処理しているでしょうか?
私は、ポケ3で使っています。(ぉ?)

バッテリーボックス

実は、単3電池2本を2組直列(4本直列)にして、ポケ3に供給しているのです。これで大体、DOS ONLYで3〜4時間程度は使えます。まぁ、通勤の時にLOG読みに使っているので、30分位ごとで断続的に使っているというのはありますが。

必要なものは、電池BOXと電池スナップと極性統一プラグですが、全て秋葉原で調達しました。

安全性についてですが、過去にニフティのパソコン通信のフォーラムにレポートもありますが、元々1.2V程の電圧まで消耗したものを4本繋いでも問題はないだろうということで、私は安心して使っています。(アバウトな性格だなぁ)

さて、こうしても使えなくなったときに、電圧を測ると、開放電圧では4.5V程度はありますが、ポケ3の立ち上げなどで負荷をかけると 2V 程度まで電圧降下が発生します。これは、内部抵抗が増加しているためでしょう。

昔、理科の時間に勉強したのを覚えておられる方もいるかもしれませんが、抵抗は並列に繋げば下げることができます。つまり、4本直列になったものを2つ並列に繋げば、実質的な内部抵抗は低下します。これで大体、1時間をちょっと越えるくらいは使えるので、通勤の1往復から1往復半の間はLOGが読めます。

このようにしても使えなくなった電池を1本づつ測定してみると、結構個体差が出てきています。そこで、この8本のうちの電力の大きいもの6本を直列にして見ます。これだと、せいぜい10分程度しか持ちませんね。もって30分弱ぐらいでしょうか。ひどいときには、スイッチを入れて立ちあげている最中に落ちてしまいます。このようなときには、1000μF位の電解コンデンサをパラレルに挿入してやれば、取り合えず起動はさせることができます。
(ポケ3では、起動時が一番電力を食うようです)
でも、こういう時は、素直に並列に繋ぎます。6列2パラとか、6列2段などと言っております。

こんな感じで、開放電圧が低くなったら直列、電流が少なくなったら並列に、というのを繰り返して、大量の使い古し電池の再利用を行っております。過去、覚えているものでは、48本繋いだことがあります。10本×2と6本×2と4本×4を並列に繋ぎました。また、普段はあまり本数を数えていないので、無造作にもっとたくさん(60本くらい?)繋いだことがあるかもしれません。

さすがにこれだけたくさん繋ぐと、重くて持ち歩くのが困難になりますから、デスクトップでの使用になります。でも、この間は通勤時に20本(6本×2と4本×2の並列接続)で使っていたなぁ。

並列に繋ぐときには、逆充電が極力発生しないように、なるべく電圧が同じ物同士を繋ぎます。ただ、これも、負荷のかかっている時の電圧はわかりませんから、開放電圧で比較するしかありません。そのため、どうしても、ある程度の逆充電は発生しているでしょう。

10本も直列で使うのは、1本づつの電力が非常に小さいときや、内部抵抗が非常に高いときだけです。例えば、1本づつの電圧の合計が11.2Vあっても、10本直列にしてテスターで測ると、微小電流が流れるためか、9V位になってしまいます。さらに、これに負荷をかけると、下手をすると2V以下、なんてこともあります。こうなったものは、電力を取り出そうとする事はあきらめて、アクティブ電解コンデンサなどと称して、起動時の大電流の流れるときなどのバッファみたいな感じで使っております。いわゆるル・マン化の、ケミコンの代わりです。

こういった形で、過去、どれくらいの本数の電池を使ったでしょうか。
わかっているところでは、95年の5月から96年1月までで、ざっと200本は越えたが、300本までは行かなかった、といったところです。
ポケ3を購入してからの合計では、数千本に達していることでしょう。

これだけの本数を扱ってきましたが、過去、液漏れをおこしたのは年間10本未満でしょう。96年頃までは、2年間で5本くらいでしたが、これはたまたま運がよかったのでしょう。また、液は漏れませんでしたが、多分逆充電で内圧が高くなったらしく、安全弁あたりがはじけたのか「ポン」といった音を出したのが1本ありました。
まぁ、やってる事の危険性は自覚していますが、これだけ成績がいいと、感覚がマヒしてしまいそうです。

ちなみに、これだけの電池のうち、自分で買ったのはあまりありません。
ほとんどは、人からのもらい物です。それも、使い古しをもらう事も多いです。
我が家では通常、新品の単3電池は年に1回、1ダースないし2ダース買えば、大体1年間は他の用途も含め全てまかなえてしまいます。

最後に、ここにあることは、非常に危険な事項を含んでいるかもしれません。
まねをする人がいるとは思えませんが、もしまねをされる時には、own riskでよろしくお願いいたします。
まねをするような人はまずいないでしょうが、ばかな事はしないように、私からも警告させていただきます。って、言える立場か>おれ

昨日まで、だれか一人の人が大丈夫だったからといって、明日からもすべての人が大丈夫だと言う保証はどこにもありません。
(Aug.1996初出、Jul.1999改稿)



未使用電池の直列接続の危険性および無駄の発生

さて、上記のように使い古しの電池を4本直列に繋いで使っていると、では新品の電池を4本直列に繋いだらどうなるか、と言う疑問が出てきました。このへん、試せることなら試さずにはおれないと言う理系人間の性で、実際に実験してみることにしました。

実際にはこれはかなり恐かったですね。もしかしたら、一発でポケ3がお亡くなりになるかもしれないわけですから。

でも、試してみたらなんてことなく立ち上がってしまいました。
こちらが拍子抜けするくらいでしたね。

さすがに妙だと思って、テスターで電圧・電流を測定したところ、起動時の消費電流がかなり大きくて電圧降下が起こり、起動してからは少し電圧が戻りますが、動作するのに問題がないくらいの電圧になっていたようです。

ところが、96年12月に故障で基盤を交換した後、アルカリ新品4本では起動しなくなりました。再び電圧・電流を測定したところ、起動時の消費電流が大幅に減っており、5.8Vくらいにしか電圧が下がらなかったため起動しなくなったようです。こういう細かいところまで改良されているんだな、と妙に感心した覚えがあります。

ただし、実際には新品電池4本直列なんてもったいないことは、私は行っていません。
消費電力は電圧に比例して増えるので、総合的な効率は落ちますから。
(Jan.1998初出、Jul.1999改稿)



過電圧防止用定電圧電源

さて、古い電池でも本数やそれぞれの劣化具合の組み合わせによっては、ポケ3に過電圧がかかってしまい起動しないことがあります。起動しないだけならまだしも、ポケ3の破壊にまで至ってしまうと怖いので、定電圧電源を作ってみました。

安定化電源外見 安定化電源内部

え〜、ラベルははがしてありますが、某アメの容器に入れてあります。
回路的には、可変定電圧素子のLM317を使った定電圧回路となっております。
本当は3.5Vぐらいの出力にしたかったのですが、ありあわせのパーツを組み合わせて作った関係で5V出力となっております。いやぁ、わざわざ秋葉原あたりまでパーツを買いに行くのが面倒だったんですよ。同じ理由で、1/8W型の抵抗を使えば十分なところを、1/2W型の抵抗を使ってしまっております。

この回路を組んだおかげで、今ではもう過電圧の恐怖におびえることなく電池を直列に繋ぐことができるようになりました。いや、それが果たして本当にいいことなのかどうかは不明なのですが。

追記(April.2002)
ちょっと気が向いたので、出力を2.7Vにしてみました。抵抗を2本変えるだけで電圧が変えられるのは楽ですね。今回は、1/8W型の抵抗を新規に調達いたしました。
実は、LM317って、入力電圧が出力電圧+0.5V程度ないとうまく働かないようなんですよ。つまり、5V出力になっているという事は、入力が5.5V程度ないとだめだという事ですね。
当初の目的が過電圧保護ですから、最初の入力電圧である直列電池電圧は多分6V以上あるでしょう。ところが、これが使っているうちに電池の電圧がだんだんと下がってくると、5.5Vを下回ったぐらいで急激に出力電圧が落ちてしまい、この電源回路が使い物にならなくなってしまうのですよ。
こうなったら、別にポケ3本体を壊す恐れがなくなるのですから、この回路を入れずに電池を直接ポケ3に繋げばいいのですが、横着な私はその繋ぎ替えが面倒なんです。ではどうするか。その解決策が、なるべく電池電圧が低くなるまでこの電源回路を入れたままにしておければいい、すなわち、出力電圧設定を下げればいい、というものでした。
当初、出力が2.4Vになるように設定して見ました。ニッカドなんかの電池電圧に合わせてみたのですね。ところが、上記の「未使用電池の直列接続の危険性および無駄の発生」に書いたように、起動時に大電流が流れると電源回路でも安定化しきれないほどの電圧降下がおきてしまい、起動しなくなってしまったのです。ということで、2.7V出力としました。この電圧なら、起動もきちんとしますし、快適に運用できています。
ついでに、1ファラッドのゴールドキャパシタ(大容量電解コンデンサ)を買ってきたので、ル・マンもどきでこの電源回路に組み込んでみようとしたのですが、物理的に高さ(厚さ)が大きすぎて入りませんでした。いえ、コンデンサだけなら何とかぎりぎり入るのですが、基盤の厚さがあるので、あと2mmぐらいは厚いケースが欲しいですね。


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