仙石浩明の日記

2012年1月4日

スマートフォン用の外付バッテリー

あけましておめでとうございます。今年もよろしくお願いします。

近頃のスマートフォン (スマホ) は、 ちょっと使ってるとバッテリーが一日もたない。 出先でバッテリー切れになると大変困るので、 外付バッテリーを携帯している人も多いのではないか。 外付バッテリーには、 リチウムイオン二次電池 (充電式電池, 充電池) を利用するものと、 単三乾電池 (あるいはエネループ等のニッケル水素二次電池) を利用するものがあるが、 前者は (安全性の観点から) 充電池を交換できないことが多く、 充電池が寿命を迎えると使い捨てになってしまう (eneloop mobile booster KBC-L54D など。3900円もするものを使い捨てにするのはモッタイナイ)。

一方後者は、 リチウムイオン充電池に比べると質量あたりの蓄えられる電力量 (重量エネルギー密度) が小さい。 18650 リチウムイオン充電池が、 3.7V * 2400mAh / 47g = 188Wh/kg 程度あるのに対し、 単三のエネループは 1.2V * 1900mAh / 27g = 84Wh/kg と、 リチウムイオン充電池の半分以下しかなく、 スマホの充電用としては力不足。

特に、 単三形ニッケル水素充電池 2本を用いる外付バッテリー (eneloop stick booster など) は、 2.4V (1.2V * 2) を倍以上の 5V (USB の電源電圧) に昇圧して出力するため、 900mAh 程度 (1.2V * 2 * 1900mAh / 5V, 損失があるはずなので実際にはもっと少ないはず) しか出力できず、 スマホを充電しても満充電にはほど遠い。 単三形ニッケル水素充電池を用いるなら 3本〜4本を直列すべきだが、 そうすると重く大きくなってしまい常時携帯するには不適。

というわけで、 私はスマホの充電に、 いわゆる中華充電器 (18650 Batttery Powered USB Bright Torch, 本体側面に 「PORTABLE POWER」 と書かれている) を使っている。 これはリチウムイオン充電池を利用する外付バッテリーだが、 18650 と呼ばれる (直径 18mm 長さ 65.0mm という意味) 安価な汎用リチウムイオン充電池 (一個 300円〜500円) を用いるため、 充電池が寿命を迎えたら充電池のみ交換できる。 18650 充電池の電圧 3.7V を 5V に昇圧して USB コネクタで出力する他、 充電回路も組み込まれているので、 USB ケーブルをつなぐだけで充電も可能。

18650 battery

写真 ↑ の直方体 (白と黒) が中華充電器。 黒い方は裏蓋を外して中身の 18650 充電池が見える状態にして撮影。 手前の面の USB A ソケットに USB ケーブルを接続して充放電を行なう。 中の赤い 18650 充電池は、 ノートPC 用のバッテリーを殻割りして取り出した充電池なので、 接着剤を剥した痕がある。 その隣の青い (「UltraFire」 と書いてある) 18650 充電池は、 香港の鴨寮街 (深水埗駅の出口すぐ) で買った 18650 充電池 2個パック (2個で HK$68 = 約 680円)。

Battery Graph while charging

もちろん、 安全回路なしのリチウムイオン充電池をセル単体 (つまり 18650) で扱うことは危険であり、 発火や爆発の可能性も考慮にいれた運用が求められる。 その危険性故に、 日本では 18650 は、 一般には市販されていない (秋葉原などでは売っている店もある)。 18650 を充電器から日常的に出し入れするなど、 ニッケル水素充電池 (エネループ等) と同様の感覚で扱うことは絶対に避けるべき。

この中華充電器は軽量コンパクトでありながら、 スマホを (ほぼ) 満充電にできるくらいの電力量があるので、 私は常に持ち歩いている。

Galaxy Nexus (香港で購入した GT-I9250) のバッテリーが残り 10% になった段階 (左のグラフで 19:47 の時点) で、 中華充電器による充電を開始してみた (ディスプレイを消灯したまま放置)。 2時間55分後 (22:42) に充電が停止し、 94% まで充電することができた。

Galaxy Nexus のバッテリーは、 1750mAh のリチウムイオン充電池 (スマホの中では容量が大きい方)。 3.7V 2400mAh の 18650 を 5V に昇圧して出力する中華充電器で、 Galaxy Nexus を 10% から 94% まで充電できれば悪くない。 つまり、 充電電気量は 3.7V * 2400mAh / 5V ≒ 1700mAh 程度になる (実際には損失がある) ので、 84% (94% - 10%) を充電できれば充分。 3時間弱の充電中も Galaxy Nexus が 150mAh くらいは消費しているはず (Galaxy Nexus など大抵のスマホは、 ほとんど使わない待受け状態で放置していても 12時間くらいしかバッテリーが持たない) なので、 実際に充電された電気量は 1750mAh * 84% + 150mAh = 1620mAh くらいになっていると思われる。

充電 (中華充電器にとっては放電) が停止したときの中華充電器の 18650 の電圧が 3.38V で、 リチウムイオン充電池の放電終止電圧 2.7V よりだいぶ高いが、 中華充電器の昇圧回路が機能する電圧がこのあたりなのだろう。 また、 中華充電器を満充電したときの 18650 の電圧は、 4.13V だった。 充電中の電圧は 4.2V を超えていないようなので (オシロスコープを持ってないので正確なところは不明)、 まあ大丈夫なのだろう。

Filed under: Android,香港 — hiroaki_sengoku @ 11:56

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