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ノートPCのバッテリパック

 リチウムイオン電池を利用したバッテリパックは、コンパクトな割にはかなりの電池容量があるので、ノートパソコンを携帯して外部で短時間使用する場合には大変有用です。
しかし、これらはやや長期にわたる停電時に利用するにはやはり力不足であるのが、これまでの検討で明らかになりました。

また、リチウムイオン電池を利用したバッテリパックは、電池容量がそれほど大きくないにもかかわらず価格が高く、また電池の寿命が短いなどの欠点を持っています。

そこで私どもは、リチウムイオン電池以外の電池を利用して、今後起こりうるやや長期にわたる停電時にもノートパソコンが使用できる外部電源装置を作ることにしました。

外部電源装置の容量

 ノートパソコンの外部電源装置を作るにあたっては、まずどれほどの電源容量とするか、すなわちノートパソコンにどれほどの電力をどれくらいの時間にわたって供給できるようにするかを決めなければなりません。
ここでは、とりあえず、現在私のノートパソコンに付いているリチウムイオン電池バッテリパック(下の写真)の2倍以上の電源容量を目標にしましょう。

テストデータの表示 このバッテリパックには、電池スペックは公称で

  • 電圧 10.8V
  • 容量  4.4Ah
  • 電力  48 Wh

    と書かれてあります。

    パソコン用バッテリの場合は、その容量は「6時間率」のAh、すなわち6時間連続で定電流放電できる最大の電流の値と6時間との積を表すということです。

  • 上記の場合は4.4/6=0.73Aを6時間にわたってパソコンに供給できることになります。ここで一般に電池の特性から、供給する電流がその2倍になると、電力を供給できる時間は6時間の半分である3時間より短くなります。

    上記電池スペックで、電力48 Whとあるのは、電圧10.8Vと容量4.4Ahの積である「電力量」を意味します。これは、このバッテリパックから6時間にわたってパソコンに供給できる電力量ということもできます。

    外部電源装置の電池

     今回私どもが作る外部電源装置は、電圧などさまざまな要件があり、今後それらの一つ一つについて検討していきます。まず、外部電源装置に組み込む電池については、現在私が利用しているバッテリパックの2倍以上の電源容量を目標としていることから、その電力量は48 Whの2倍以上が必要です。

    単一アルカリ乾電池 外部電源装置に組み込む電池は、私どもはなんらかの充電池を使用する予定ですが、その前の段階として充電池ではなく乾電池を外部電源装置の電池として利用した場合はどのような性能になるかを検討します。

    現在容量の大きい乾電池として広く利用されている単一アルカリ乾電池については、メーカーは時間率、容量のデータを発表していないようです。
    インターネットを検索したところ、パナソニックのEVOLTAという単一アルカリ乾電池について実測したデータが見つかりました。

    それによると、1A 定電流放電をした場合、放電終止電圧を0.9Vとすると、容量は5.958Ahであったということです。この実測結果から、単一アルカリ乾電池の6時間率容量は6Ahくらいと考えられます。

    乾電池による非常電源

     単一アルカリ乾電池の初期電圧は1.5Vですから、単一アルカリ乾電池1個の電力量は 1.5V×6Ah=9Wh となります。従って単一アルカリ乾電池を6個使えばその電力量は54Whとなり、私が使用しているノートパソコンのバッテリパックの容量を上回ります。

    現在の日本の乾電池は非常に優秀で、年間の自己放電率はわずか6パーセント以下にとどまるということです。電池を購入後5年間放置しても、初期の容量の70パーセント以上を維持していることになります。

    その優秀な単一アルカリ乾電池が、現在、安売り店では10個1300円くらいの価格で販売されています。これらをまとめて購入しておき、適当なDC-DCンバータと組み合わせれば、安価で強力なノートパソコン用非常電源が作れそうです。
    この方式については、別ページで詳しく解説する予定です。

    ニッケル水素充電池

     私どもはノートパソコンを使用していますが、それを戸外に持って行くことはほとんどありません。そこで、日ごろはバッテリパックをパソコンから取り外し、ACアダプタをパソコンに接続してパソコンを動作させています。

    しかし、今後は計画停電などもあり得るので、その時間帯にもノートパソコンを長時間使用できるようにしたいと考えています。そのためには、やはりなんらかの充電池を利用したノートパソコン用外部電源が必要になります。

    充電池としてはリチウムイオン電池を使わない方針なので、現時点ではニッケル水素充電池か鉛充電池かという選択になります。鉛充電池のほうは、重量が大きくまた将来廃棄するときの不安があるので敬遠し、ニッケル水素充電池を採用することに決めました。

    ニッケル水素充電池 ニッケル水素充電池は、現在単一型タイプのものが販売されていて、電動工具や無停電電源装置などに広く利用されています。単一型ニッケル水素充電池にもいくつかのタイプがあり、その電池容量は10Ahぐらいと表記しているものが多いようです。

    その場合の時間率は書いてありませんでしたが、産業用ニッケル水素充電池の容量は5時間率で表記するのが普通とのことで、前記10Ahという容量は5時間率の場合と考えることにします。
    ノートパソコン用バッテリの場合と同じ6時間率に換算すると、上記10Ahという容量は12Ahぐらいに当たるかと思われます。

    これで外部電源を作ると

     ここではまず電池容量だけに着目して、単一型ニッケル水素充電池を利用してノートパソコンの外部電源を作ることを検討します。

    上記の調査により、単一型ニッケル水素充電池の容量は単一アルカリ乾電池よりかなり大きいことがわかりました。しかし、外部電源を作る際に重要なのは「電池容量」ではなく「電池の電力量」のほうです。

    単一アルカリ乾電池の初期端子電圧は公称1.5Vですが、単一型ニッケル水素充電池の公称端子電圧は1.2Vと単一アルカリ乾電池より20パーセントも低いのです。
    従って、単一型ニッケル水素充電池の容量を10Ahとすると、電池一個から供給できる電力量は 1.2V×10Ah=12Wh となります。
    単一アルカリ乾電池の場合の9Whと比較すると、単一型ニッケル水素充電池ではそれより33パーセントほど大きい12Whの電力をパソコンに供給できることがわかりました。

    従って単一型ニッケル水素充電池を4個使えば、その電力量は48Whとなり、私が使用しているノートパソコンの内蔵バッテリパックの電力量と同じになります。
    この単一型ニッケル水素充電池を8個使えば、私が使用しているノートパソコンの内蔵バッテリパックの2倍の電力量をパソコンに供給できるわけで、電力量としては私どもの目標とする外部電源装置の要件を満たします。

    低コストの外部電源

     単一型ニッケル水素充電池は価格が高く、通常単一アルカリ乾電池の10倍以上もします。しかし、無理な使いかたをしなければ、単一型ニッケル水素充電池は1000回ぐらいの充放電が可能で、5年ぐらいにわたって使用可能とされます。

    従って、たとえば単一型ニッケル水素充電池を10個利用して適当なDC-DCコンバータと組み合わせれば、安価で強力なノートパソコン用外部電源が作れると期待されます。
    今後少なくとも数年間は、東京電力管内では計画停電や場合によっては突発的な大規模停電の恐れもあるので、私はこのような外部電源を作っておく予定です。

    また前記のように、単一アルカリ乾電池を利用して適当なDC-DCコンバータと組み合わせれば、突発的な大規模停電が起こってもその後数日はノートパソコンを駆動できる強力な非常電源が作れます。計画停電があってもその間はそれほどパソコンを使わないという方には、この方式は維持コストが極めて安いのでおすすめです。

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