100均のガーデンライトでNiMH電池充電、電池1本で使えるLEDライトで使用済みアルカリ電池からエネルギーを搾り取る

2011年3月11日の東日本大震災の時に起きた計画停電がまたまた再現するかもしれない。ロシアのウクライナ侵攻による天然ガス、石油価格の高騰が原因である。 日本自身の政策の失敗による円安もある。安物買いの銭失いにならないか心配だが、計画停電への対策を考える。財布をあまり傷めずに材料探しのできる100均を訪ねた。
先ず行ったダイソーにはいろいろな価格のソーラーガーデンライトが売られていた。ニッケル水素ボタン電池や単4電池をつかった小さなものは100均（110円）だが、単3電池を使っていることがweb情報から分かった太陽電池モジュールの径の大きなものは330円だった。これに単3のエネループを入れれば太陽光で充電できるだろうと考えた。 ところがガーデンライトの電池としてエネループを使わないようにという注意がパナソニックからガーデンライトなどに当社製充電池が使えない理由は？として公表されている。

1. 日中だけでは満充電に達せず、夜間の放電が長い日が続くと、過放電になり寿命を短くする
2. 高温、低温などの温度環境の厳しさも寿命を短くする

製品の想定している用途が違うので使えませんと言っている。 ガーデンライト用として作られているニッケル水素充電池があるのでそれを使えということだ。
充電不足についてざっと計算してみた。単３のエネループの電池容量1Cに対して理想的な充電電流は時間当たり1C/10で具体的な値では約2000mAhにたいして200mAである。充電に10時間が必要となる。平均日照時間は１日当たり３．５時間といわれているので、それだと３日かかりガーデンライトとして現実的な充電時間ではない。購入したガーデンライトに入れてあった単３電池の容量は200mAhでエネループの10分の1しかない。ソーラーモジュールの特性を測定すると開放電圧2.5V,短絡電流80mAだった。電池の寿命は短くなるが、最適な充電電流の2倍から4倍の急速充電器のレベルで充電するなら満充電に必要な日照時間は5時間から2.5時間と短くできるという方針で設計されているのだろう。さらに電池容量を少なくすることでこの原因による寿命の問題は軽減されるようだ
充電不足で放電時間が同じだと放電終了時の電池電圧が0.9V以下となる過放電を起こし、これは寿命を決定的に短くする。電池電圧を監視し過放電になる前に放電を停止する機能がガーデンライトの制御IC(YX8055)に組み込まれてないか仕様書を検索してみたが、得られる情報は。ソーラーモジュール(SBAT端子)の電圧が閾値電圧より低くなったときにソーラーモジュールを回路から切り離し、電池の放電を開始する機能しかない。SBAT端子を電池につないで放電を停止し充電機能だけ使っている人がいる。放電しないので日照があればいつかは2000mAhまで充電できる。ソーラーモジュール２枚を並列に接続して160mAで充電する回路にするならエネループの最適充電電流の範囲だ。過充電が心配になるがテスターで電池電圧を測って電池を取り出すしかないだろう。蓄電池の過放電、過充電を監視する機能を要求するともはやソーラーチャージコントローラである。
ガーデンライトのLEDの点灯時間が短いのでエネループを使おうと考えている人はインダクタを330μHに大きくすればLEDに流れる電流を4.5mAに下げられる。インダクタを大きなものにしてLEDが暗くなっても点灯時間を稼いだ方が電池寿命を保てて賢いことになるだろう。
YX8055と同じ機能の昇圧LEDドライバーを使った電池1本で使える白色LEDライトがセリアで売られていた（ダイソーにもある）。電池電圧が0.8Vぐらいまでは昇圧してLEDを点灯できるいわゆるジュールシーフ回路だ。これにモータで動くおもちゃで使用済みの単３アルカリ電池を入れるとLEDが点灯した。ガスレンジの点火用として使えなくなった単1アルカリ電池だともっと長時間0光らすことができた。単1電池用ボックスをライトの電池ボックスにつないでトイレの前の夜間照明として使っている。使用済みアルカリ電池も捨てずに災害対策用として備蓄している。