2014年1月26日日曜日

BeagleBone Blackを外部バッテリー(Li-ion・Li-Po)で動作させよう

どうも、JP3BGYです。
今回から下のリンクでやってます僕のブログの続きをこちらでもやっていきたいと思います。
http://ameblo.jp/y4h25i46/theme-10075901238.html
今回やるのはちょっとプログラミングから外れてバッテリー動作についてです。
実はこのBeagleBone Blackをロボットに実装させようと思っていましてね。
普段の使用電流はだいたい最大で750mAなんで別に5V1A三端子レギュレーターを使えばいいんですけど電力ロスもあるのでバッテリー容量の少ないロボット組み込みには向いてません。
またUSBバッテリーという方法もありますが、これはサイズは大きくなるわ容量は少ないわロボットには組み込みにくい形だわで僕は好みではありません。
そこで、今回はBeagleBone BlackをLi-ion(Li-Po リチウムポリマー)を使って動作させていきたいと思います。

まずLi-ionバッテリーについて説明しましょう。
最近何かと流行りのLi-ionバッテリー、スマホとか最近は電気自動車になんかにも使われていますね。
1セルの電圧は3.7V、サイズや容量は各社色んな物が出ています。
例えばインドアプレーン(室内用電動飛行機)用では親指サイズのものもあります。
容量重視で選ぶと6000mAh(これはもし最初フル充電の状態で6Aの電流でずっと流していると1時間保つよという単位である)許容電流が2C(これはバッテリーの場合6000mAhの場合は最大で6000*2=12000mA流せますよという意味、なお同じ文字を使う単位としてクーロンというものが存在しますがこれとは全く関係ないので間違えないようにしてください)というものがありました。
今回必要なのは3.7V1セルのもので小型とはいえPCなので容量を優先させて以下リンクにある6000mAhのものを使います。
https://www.sparkfun.com/products/8484←Spark funのリンク、海外から取り寄せである
http://eleshop.jp/shop/g/gD2N366/←共立エレショップのリンク、国内の店なのでこちらがおすすめ
というわけで早速やっていきましょう。
まずは、充放電からやっていきますか。
後輩のキルハくんからLi-ion充電器借りて早速やってみよー・・・といきなり壁にぶつかる。
何故か充電も放電もほとんどできない。
充電してみたところ・・・5分も立たずに何故か充電完了
放電させてみたところ・・・これまた5分も立たずに放電完了
充電器故障したのかと思いBeagleBone Blackに付けてみたところ・・・動かない。
こりゃおかしいと思い画像上部にある黄色いテープで覆われていたところを剥がしてみると・・・。

なんか出てきた。
















なんか回路がある、あれか、保護回路か。
というわけで写真にあるようにワニグチクリップで電池本体に直接充放電をさせてみたところうまく動作しました。
どうも保護回路があまりいいものではないからこうなったっぽい。
なので外してみました。

















写真向かって右が+左がーです。
外してもちゃんと動作しました。
でも実は結構危険なことだからやるときは自己責任で、これJP3BGYとのお約束。
それはさておき折角上手く言ったのでBeagleBone Blackとつなげますか。



















上の写真のようにBeagleBone Blackには電源端子のそばに4つの端子があります(僕のものは自分でピンヘッダをつけているので製品そのものにピンヘッダはありません)。
端子の名前はTP5/6/7/8の4つでそれぞれ以下のようになっています。
TP5:バッテリーのプラス側をつなげてください
TP6:バッテリーの電圧を計る端子です、バッテリーのプラス側とつなげてください
TP7:バッテリーの温度を見る温度センサーをつなげる端子です、NTCサーミスタと75kΩ抵抗の一方の端子をつなげてください
TP8:GNDです、バッテリーのマイナス側と温度センサーと75kΩ抵抗のもう一方の端子をつなげてください

なおBeagleBone Blackで使うNTCサーミスタはバッテリーの温度を監視するためのもので必要なものは10kΩ B定数3480である。
しかし国内だとこれに一番近いのがNTCだと10kΩ B定数3380だからなあ、他の温度センサーではダメなのだろうか。
まあB定数3380でいいや、あまり変わらいと思うし。

というわけで早速ブレッドボードで配線してみた。
もちろん動きました。

















まあ動作はノーパソみたいな感じです。
ACアダプターを使うと充電しながらそっちから電源を使い、ないときはバッテリーから使う。
バッテリーから使うときは省電力になってBeagleBone Blackの場合は実装済みLEDやGPIOを含め全体の電圧が下がる。
まあそれもそのはず、昇圧回路なんてないので5Vと3.7Vでは最大電圧が違いますからね。

でも動作に支障はありません。
ちゃんとHDMIもEthernetも動いてくれます(USBはちょっと不安定、まあこれだけ外部機器がパスパワーで動作するし仕方がないか)。

という訳で今回はここまで。
なお今回したこと(バッテリーの改造等)を真似する場合全て自己責任でおねがいします、家が燃えたり死んでしまっても僕は一切責任取りません(本当に起こりうることなのでやる人は覚悟の上でやりましょう)。

それではまた次回まで
ほな、さいなら。