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2007年10月18日

電動ハンマードリルのバッテリー交換と充電器の改良

バッテリー開封状態

バッテリー開封状態

バッテリー交換後

バッテリー交換後

単純な充電回路でレギュレータの発熱を計測

単純な充電回路でレギュレータの
発熱を計測

放電テスト中

放電テスト中

充電回路とマイコン用5v電源

充電回路とマイコン用5v電源

液晶表示部

液晶表示部

仕事からちょっと離れますが、電気の話題ということで・・・。

趣味でフリークライミングをしてます。自分でルートを引くのが好きなため、ルート開拓も良くします。20年前くらいからフレンチスタイルといって、岩の上部から懸垂下降をして、電動ドリルで穴を空けて工業用ボルトを設置するのが主流になりました。
昔は、キリとハンマーで穴を空けていたのですが・・・。

電動式のドリルは、ホームセンターなどで売ってるものとは違い、ハンマー機構の付いた工業用のドリルです。一般には「バッテリー式ハンマードリル」と呼ばれているものです。

私の使用しているものは、すでに15年経過しており、内蔵の二次電池(ニッカド電池)が寿命となってしまいました。ノートパソコンのバッテリーを交換したことがあるため、同じ要領で交換してみました。

ハンマードリルの型番は、HILTI社のTE10Aというものです。バッテリーは、BP10という型番で、36V 1,400mAHです。

バッテリーを分解すると、中には、単2電池より若干小さめのセル(Sub-Cタイプ)が、30個直列に接続されていました。
30x1.2V=36vということです。

セルは、秋月電子通商から、ニッケル水素タブタイプのGP330SCHRを購入。一個800円でした。最近高密度タイプ(GP370SCHRGP430SCHR)のものが売り出してますので、そちらのほうがたくさん穴が空けられるためルート開拓には向いてます。

半田で数珠繋ぎにして、組み込んで完成。充電器で8時間程度充電してみましたが、力なく回って、あっという間に止まってしまいました。(--;

ニッカド電池用に設計された充電器なので、ニッケル水素タイプのバッテリーはうまく充電できないようです。そこで、充電器を改造しました。

当初急速充電器を作ろうと思いましたが、急速充電用のICは、24Vくらいまでしか一般に出回っていないため、標準充充電器にしました。標準充電というのは、バッテリー容量の10分の1の電流で10時間以上かけて充電する方法です。バッテリーにあまりダメージを与えないため、バッテリーを長持ちさせることができます。今回使用したバッテリーは、3300mAHですので、標準充電電流は、330mAとなります。カタログデータでは、標準充電16時間でフル充電となるようです。330mAの充電には、可変電圧型三端子レギュレータIC LM317Tを定電流回路にして使いました。放熱器が小さめなため、発熱が心配でしたので、テスターにて計測したらば、あっという間に100℃オーバとなってしまいました。そこで同じ回路を2個並列にして、三端子レギュレータIC 一個あたり165mAを流すようにしました。これでICのヒートシンク部分が90℃弱になりました。

充電検出は、満充電付近の電圧降下をマイコンで監視するようにしましたが、満充電前に電圧降下してしまい、結局充電時間をタイマーでカウントするようにしました。充電タイマーは11時間をプリセットにして、プッシュスイッチ2個で、タイマー時間をUP/DOWNできるようにしました。
また、バッテリーのメモリー効果解消のため、放電回路も作りました。充放電時間や経過時間は、液晶表示器に表示することにしました。せっかく、マイコンを使うので、パソコンに充放電電圧を送信するようにシリアルインターフェイスも追加しました。

放電器には抵抗を使う予定だったので、試作段階では、電球で対応しました。その後、三端子レギュレータICで熱放電することにしました。放電終了は、1セルあたり、0.9vになったら終わりになるようにしました。30セルですと、27vです。

マイコンには、PIC16F877を使用しました。秋月電子通商のAKI-PIC16F877-20/ICスタンプがお手軽です。

プログラムは、アセンブラはしんどいので、C言語を使いました。HI-TEC SOFTWARE社のPICC Liteというフリーで使用できて、IDE(統合開発環境)MPLABと統合できるものです。使い勝手はいいです。ただし、16F877のメモリーサイズを使い切れない制限(16Kbyte中4Kbyte)がありますので、大型のプログラムは、有償版を使わなければなりません。今回のもので、制限内の70%(2.8Kbyte)を使用しました。

充放電プログラム(動作的には放充電)のソースは、これです

回路図は、手書きの汚いものしかないので、清書してから掲載します。

放電データをRS-232C経由でロギングしてる様子

 
購入当初の放電グラフ
 
購入当初の充電グラフ
     
 
購入後1年の放電グラフ
(かなり使い切ってからの放電のため、すぐ終わってる)
 
購入後1年の充電グラフ
(5時間くらいで、電圧降下が現れている)

 

     
 
充電器完成写真
 
放電回路写真
 
         
       
 
充電中の写真
     

 

 

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