VAIOのバッテリーを交換

　VAIOノートのバッテリーがおかしくなりました。分解して中身を入れ替えて、安く済みました。

電池の入手

　電池を交換するしかないかなと探してみました。中古のバッテリーパックから入手する方法もあるようで、中古品屋さんなどをネットで探してみました。結局私が選んだのは吉野電装さんの現品.com でした。

SANYO製OEM18650リチウムイオン充電電池 3.7V 2Ah
6本1パック￥3,990

これを買ってみました。これで成功すれば\12,800が\2,350で済むことになります。電池は3本使いなので6本あれば2回分なわけです。

リチウムイオン電池の特性

　ところで、行き当たりばったり購入したわけではありません。いろいろ調査してから購入しました。リチウムイオン電池はSONYの工場の中で爆発事故を起こしていて、一時新聞にもニュースにも出て大騒ぎしましたね。危険な電池であるわけです。なので一般には売られていません。いろいろな保護回路を設けて商品に組み込むことを条件に製造業者向けに販売されているようです。だいたい製造業者でしっかりやったはずのものですら発火事故が起きていますし。
　リチウムと言うものは化学の教科で出て来てピンとくる方がいるかもしれません。H(水素)、He(ヘリウム)、Li(リチウム)。。。と3番目です。この世の中で3番目に軽いわけです。おまけに反応性がすごくいい。反応性がいいということは、何かと直ぐにくっつきたがると言うことでもあります。
　通常燃えたものを水に入れると火が消えますが、水につけると燃えるものがあります。水H2Oから酸素Oを奪い取って燃えるわけです。化学の実験で食塩(塩化ナトリウム)NaClの片割れであるナトリウムNaを燃やしたことはありませんか。ナトリウムという金属は反応性が強くて空気中の湿気で燃えるので石油の中に漬けて保存してあるのでした。これを取り出してカッターで切って水の中に入れました。金属なのにゴムのようにカッターで切れるんですね。水の中に入れると火を吹いて水面を駆け巡りました。リチウムもまた、水で反応するようです。これで、ちょっと怖いかなと言うことは理解できたかなと思います。
　実際にリチウムイオン電池が危険かと言うと、メーカーがさまざまな保護機構を設けて、一般で使う上では問題が無いようにしています。バッテリーパックを分解すると言うことは、この保護機構を取り外すということになりますから、それなりに危険になるわけです。

過充電は危険

　リチウムイオン電池に限らないのですが、ある一定以上充電すると気体が発生したりして、中で圧力が高まって爆発するようです。これを防止するには、ある程度厚い缶の中なんかでやると良いのでしょうか。

過放電も危険

　通常の充電不可能な1次電池は電力が低くなって使えなくなってきたら、リモコンで使うとか、豆電球で使うとかそうやって使うことができます。充電のできる2次電池はある程度以上使いすぎると電力が元に戻らなくなってしまうようです。このため、放電しすぎるか放電も寿命に影響を与えるようです。リチウムイオン電池の場合には過放電でも爆発するらしいです。

保護回路は使いまわしできる

　ある機器のリチウムイオン電池用の保護回路は、他のメーカーのリチウムイオン電池でも保護用として使えるらしいです。

電極はグラファイトと炭素がある

　グラファイト(黒鉛)と言うのも炭素原子でできたもののようで、炭素電極と言うのはなんでしょう。。。炭素は、無定形炭素（ソフトカーボン、ハードカーボン)、グラファイト、ダイヤモンド、フラーレンの4種類の結晶構造になるようです。

4.2V充電と、4.1V充電の電池があって互換性は無い

　充電する時の電圧は2種類あるようですが、4.2V用に設計されている回路で4.1Vの電池を充電すると仕様外の電流で充電することになるので危険らしいです。

充電では定電圧、定電流が必要

　通常充電していくとあまり電流が流れなくなったりします。普通のアダプターレベルでは定電流や定電圧はできないです。これはなんとしてでも現在の回路を使う必要があります。

電池は熱に弱い

　リチウムイオン電池は熱に弱いそうです。これは、電池を回路から外したり、つけたりするときに半田で端子をつけますが、この熱が伝わり過ぎないように手早くやらなければならないと言うことを意味しています。しかも、半田のつきにくい材料で電池ができてますから厄介です。熱が電池に伝わると内部の物質が変化して駄目になるかもしれないことと、プラスとマイナスを隔ているセパレーターがビニルのようなものなので溶けてプラスとマイナスがショートして大電流が流れ、発熱するでしょう。その結果、。。。恐らく爆発です。

電池の仕様を調べる

　注意点が分かったところで電池の仕様を調べます。SONYのバッテリーパックの充電回路は当然ながら、搭載されている電池に合わせてあるはずなので、その範囲内で使える電池を探さなくてはなりません。

メーカー	型番	容量 mAh	公称電圧V	直径 mm	長さ mm	充電電圧V	カットオフ電圧V	充電電流mA
SONY	18650GR G2	1800	3.7	18.4	65.1	4.2±50mV	3	----
SANYO	UR18650F	1900	3.7	18.1	64.8	4.2	2.75	----
MOLiCEL	IMR18650C	1400	3.8	18.2	65	4.2±50mV	2.5	1800
Panasonic	18650HG	1800	3.6	18.5	65	4.2	3	1190

　この表で、一番上の電池がもともとのバッテリーパックに入っていた電池です。2番目が私の購入した電池と同じメーカーの製品です。あとの2つは手に入りそうな電池で、候補の電池でした。
　ここで、カットオフ電圧と言うのは、過放電しないためのもので、この電圧まで電圧が下がってきたら、使うのを止めて、充電してからまた使うと言うものです。これ以上使うと充電池として性能が失われ、充電しても元に戻らなくなるという境界の電圧ということです。
　容量は大きいほうがバッテリーの持ちが良くなるはずです。少なくとも大幅に少ないのはやめたいですね。この時点で、MOLiCELの電池はちょっと容量が低いのでやだなあという感じです。
　公称電圧は今回はあまり関係が無いでしょう。公称電圧が、もともとのSONYの電池のカットオフ電圧以下ならば使う前に回路に電流を切られてしまうので駄目だと思いますが、そんな変な公称電圧は恐らく無いでしょう。
　大きさは結構重要です。微妙に大きさが違うのでバッテリーパックの中に入りきらないということが起こることがありそうです。このときに、電池の外に出るタブや配線のスペースも考慮しておきます。
　充電電圧はどれも同じのようです。しかし、±50mVというのはアマチュアにはかなりきついなと思います。私は、ラジオのキットを作ったことがある程度の、電子工作のかなりの初心者レベルです。
　カットオフ電圧はSONY以下のものであれば使えると言うことだと思います。SONYよりカットオフ電圧が低い電池を使った場合は、回路はSONYだと思ってSONYのカットオフ電圧で電流の供給を打ち切るでしょう。そうすると、取り替えた電池はまだ使えるのに使い切らないと言うことになります。しかし、もったいないような気もしますが、これはOKでしょう。逆の場合は、電池のメーカーの推奨する電圧よりももっと放電してしまうので問題ありですね。
　充電電流については一般的に1Cで、容量が1800mAhだったら、1時間に1800mAで充電しなさいと言うことなんですが、Panasonicなんかはそれよりも押さえ気味で充電するように推奨しています。MOLiCELなんかは、それ以上でもいいと言っているようですね。
　この表から、どうやら、SANYOの電池で良さそうだと、そう思って購入することにしました。今回入手できる電池と、メーカーのサイトでの容量が違っていますが、SANYOでは違う種類の電池は無いみたいと思ったので、バージョンアップ品ではないかと購入してみることにしました。実は同じメーカーでも電極材料によって2種類あったり、時期のよって電池のバージョンが上がっていたりして実際のものについては調べきれないものもありました。

注文して届く

　これが届いたバッテリーパックです。納期は1週間のはずが3日で届きました。
　両端が少し破壊されて開けてありました。中身が大丈夫か一応確認したからでしょうか。バッテリーパックとしては使う気が無くて、結局は壊して開けることになるので反って助かります。おかげでバッテリーパックのふたの構造も予想しやすいです。

　本当はこれ以前の分解写真や画面のコピーなんかを掲載したかったのですが、まさかこのようなことになるとは思っていませんでしたので撮影などしていませんでした。

　これが型番部分の拡大写真です。どうやら NEC のバッテリーパックのようです。11.1Vとありますので、3.7Vのリチウムイオン電池が3つ直列で11.1Vで、それが並列になっていると言うことですね。4000mAhなので電池1つあたりは2000mAhということになります。

分解開始

　それで、バッテリーパックのふたをペンチで剥ぎ取ります。赤色の電池6本が見えます。右下のあたりの基板がありますね。万が一失敗してもともとのバッテリーパックについている基板を破損してしまった場合、NECの基板を何とかしなければならないかもしれないので一応慎重にやります。また、電池の赤色は単なる絶縁ビニールなので、これも傷付けないように慎重にやります。間違ってショートをさせてもいけません。

　バッテリーパックの制御基板を慎重に外します。まだ、コードはつながったままです。取り付ける側のバッテリーの接続位置によってはコードをつけていたままのほうが良いこともあります。

　バッテリーパックから電池を取り出します。電池はバッテリパックへ両面テープで取り付けてありました。端子にストレスを与えないように慎重に取り外します。ドライバーなどでグイッとやって外したいところですが、電池の被覆にキズをつけるとまずいのでちょっと難しいです。

　電池パックの入れ物から電池と基板を取り出しました。左側のほうの電池は2個くっついています。

　電極に着いているコードやタブを切断しました。後で考えると、もっと慎重にやったほうが良かったです。コードが付いたままのほうが良かったものもあったかもしれません。
　この後、各電池の電圧を測定しました。どれも4V近くあって、しっかり正常品でした。

　今回はたぶん使わないだろうと思われるNECのバッテリーパックの基板です。真中の辺りに上に向かってついているのは温度センサーのサーミスタでしょう。これで、万が一電池が発熱したら電流を止めるのでしょう。右側に4つ同じ部品がついていますが、これの上にも温度ヒューズらしきものがあります。電池が6本で、並列で2組で、何故部品が4つなんだろう。。。そこまで詳しくないのでちょっと疑問です。

注意事項

　またこのような注意事項を書かなければなりません。私のまねをするのは結構ですが、私は責任は取れませんし、メーカーも責任を取れないと思います。問い合わせを受けてもメーカーも困るでしょう。教えたくても教えられなくて、止めてくださいとしか言えないと思います。ご自身の責任の上で行ってください。できそうも無ければ止めることです。8000円程度でバッテリーの中身を交換してくれる業者もありますのでそちらを当たるのも手ですね。

電池をSONYの基板へ取り付け

　破損したバッテリーだけで充電を試してみたりしていたので、そのためには外すしかないですから、もう、この時点でSONY VAIOノートの電池パックの電池は外してしまいました。それで、NECに入っていた電池をSONYの基板に取り付けることを考えます。
　取り付ける電池の電極についている金属片のタブはSONYの基板の穴より太いようです。それで、タブを細くなるように切り取ります。

　違いが分かるでしょうか。左上方向のタブがもともとの太さです。右方向に出ているタブが細く切り取ったタブです。

　こちらは電池のマイナス側です。こちらは長さが無いですので、切り取ったコードのほうへ付いていったタブなどを加工して取り付けました。

　こちらはもともと入っていたSONYの電池です。US18650GR SONY ENERGYTEC STG G2 と書いてあります。G2と言うのはバージョンのようです。大きさに互換性がある電池パックでPCGA-BP51AとPCGA-BP51A/Lというのがあります。容量が増えているものもあるのですが、こっちの電池パックのほうはG3とかG4とかが入っているのかもしれません。ちなみにソニー・エナジー・テックという会社は社名が変わっていて、ソニーエナジー・デバイスになってソニー福島になった?らしいです。ころころ社名を変えられると困ります。

　残ったタブは回収しておきます。購入した電池のうち3個が余ったので、これはまた同様に電池パックが充電できなくなった時のための予備にしたいと思います。
　元から付いていたほうの取り出した電池の正常な2個は予備にとっておきます。できれば古い電池と新しい電池は混在しないほうが良いのですが、使うこともあるかもしれません。破損したほうの電池は。。。どうしましょう。うまくリサイクル先を探して処分します。通常のゴミでは出せませんね。

結果

　それでは、バッテリーの結果です。
見事成功です。バッテリー容量は80%程度でした。もちろんACを外しても動作します。

　なかなか100%にはなりませんでした。途中で数値が上がらなくなります。
　ACを外してバッテリーだけで使ってみました。96分使ったところでバッテリー残量が10%になって数分後休止状態に移行しました。このときに、特に省電力関連の設定は変えていないので省電力をすべてOFFにしてハイパワーにして測ったわけではないです。ハイパワーにするともう少し短くなるかもしれません。この放電の間は実はメールを書いたり、インターネットを見たりと普通に使っていました。

　一旦休止状態になってから、またACを繋いで充電してみると、今度は残量99%まで充電されました。ここら辺は誤差なのかなあ。2回目の放電では、103分使えました。

　ところで、充電サイクルの回数は、放電をはじめて70%程度以下になると+1になるようです。

使用期間

　このバッテリーは、どのくらい使えたのでしょう。調べてみたら、パソコンを購入したのは1999年10月でした。不具合が発覚したのは、2002年4月ですので2年半持ったことになります。この間のバッテリーの使い方ですが、ほとんどACに繋いで使っていまして、バッテリーだけで稼動させたのは、ごくたまに持ち運んだとき、メールなどを読んでいてトイレに持ち込んだときなど30回程度でしょうか。これで、2年半持つわけです。

今後の使い方

　リチウムイオンバッテリーの使い方のページに良くある、長持ちする使い方とはバッテリーを使わないときは、容量の半分程度にして保管する、使うときに充電して、バッテリーが切れるまで使い切るというものでした。これを私のところでやると、1日に5回程度は充放電を繰り返します。もし、リチウムイオン電池の充放電サイクルが500回までと仮定すると、これでは100日しか持ちません。こんなのじゃ駄目ですね。2年半だと、うちの場合は950日程度持ったわけです。約10倍長持ちします。結局、「使い方による」ということなのでしょう。現在のようにAC繋ぎっぱなしのほうが良いと言う結果は意外でした。

参考になるサイト

吉野電装さんの現品.com
色々な電気パーツを販売されています。太陽電池関連に力が入っているように思いました。パソコン関連のケーブルなども扱っています。
　実は後日談で追記します。2度目に購入したところ、注文より多いもの、足りないものがありましたのでご連絡しましたら、足りないのは送ってくれるそうです。多いものは送り返さなくて良いとのこと。ですが、今後は1品しか購入不可か、他店を使うようにとのメールを頂きました。確認のメールをしたら、前回のメールに間違いは無いようです。なので、多すぎても少なすぎても今後を考える方は連絡不可です。ですが、連絡しないとそれは猫糞になるのではと思います。それ以来、メルマガも勝手に購読解除されてしまいました。私、何か悪いことしました?

ノートパソコン用バッテリ情報掲示板
主にIBM関連のバッテリーの情報があります。交換用の電池の入手方法なんかもあります。バッテリについても重要です。

バッテリパック復活方法「例」 (PCGA-BP51)
CybalionというVAIO関連を扱う有名なサイトの一部にバッテリー載せ替えのコーナーがあります。

本田雅一の「週刊モバイル通信」第109回：バッテリ技術、その噂と真実(その1)

本田雅一の「週刊モバイル通信」第110回：バッテリ技術、その噂と真実(その2)

本田雅一の「週刊モバイル通信」第111回：バッテリ技術、その噂と真実(その3)

BAYSUN
ノートPCバッテリー再生リフレッシュ

メーカーの情報関連サイト

Panasonicリチウムイオン2次電池のページリチウムイオン二次電池共通情報は必見かも

三洋電機のリチウムイオン電池ラインアップ

MOLiCELのIMR-18650Cのページ

ベイサンのリチウムイオン電池の基礎のページ
これが一番詳しいかも

参考になる書籍

リチウムイオン二次電池の話
　ソニーのリチウムイオン電池開発に携わった方が書いた本で、材料や、安全機構、試験内容、充電、製造プロセス、劣化電池の輪切り写真などについて書いてあります。

リチウムイオン二次電池
　「リチウムイオン電池用充電器の設計」という章もあります。章ごとに執筆者が異なります。

電池の本―現代生活の必須アイテムを正しく活用するための
　総合的な電池の本です。一時電池、二次電池、充電方法などが書かれています。電池の性能表、諸元、寸法、特性図、1円玉と10円玉で作る電池、内部抵抗、ボタン電池の互換表なんかもあります。リチウムイオン電池についても少し載っています。

リチウムイオン用1セル充電器

　じつは、破損したリチウムイオン電池1個だけで充電をしてうまく復活させられないかなと1セル用の充電器も購入しました。これは残念ながら、私では使いこなせないようです。端子が+、-、Tと3つあって、Tは検出用の端子のようなんです。
　色々と調べてみた結果、温度を検出したり、電池パックが装着されたことの検出をしたりするようです。これも、いくつか方式があって、接続方法としては、プラスとマイナスの間にコンデンサを入れるとか、抵抗と温度センサを繋いでプラスとマイナスの間に入れるとか、電池側にもコントロール回路を入れるとかそういう方法みたいです。とりあえずは、結線と抵抗値が分かればいいのですが、残念ながら分かりませんでした。
　色々と手持ちの抵抗を繋いで見ましたが、ついに充電器は騙されて充電を開始するということもありませんでした。この充電器はJ-PhoneのKENWOOD J-K01という携帯の充電器のようで、J-Phoneショップに聞いたところ、回収品は出せない規則になっているし、古すぎて手に入らないんだそうです。現在J-K05というのももう生産中止だそうで、かなり古いですね。
　充電器は新品でピカピカなんですけど。吉野電装さん、回路図とか何とかなるといいですね。オークションで探してみると900円。ちょっとこれにかかる金額としてはお高めかなと思って入手はあきらめています。充電器の中の結線と、携帯の中の結線が分かればなあ。この商品はサポートなしの商品なので今回は残念です。
　この充電器の中身は、トランスでACからDC10Vを取って、NECのDC-DCコンバータで4Vにしています。そして、充電関係は日立のH8マイコンが制御しています。マイコンはHD40C4382FTでH8384シリーズでA/Dコンバータを内蔵して、大電流が流せる端子がついています。FP-30Dというパッケージでした。んーーー。基板で結線を追おうかなあ。。。

ついでにニッカド電池も。。。

　実は、ニッカド電池の電池パックも一緒に購入しました。

　このバッテリーパックを外して中身を取り出しました。タブはペンチで引っこ抜きです。この電池は単3サイズということでした。この電池の型番はKR800AAEで高容量タイプのようです。1.2V 800mAhです。1時間充電も可能らしいです。

落とし穴が。。。

　プラスの電極の直径が太すぎて、充電器に入りません。入るには入るんですが、プラスの電極の先を見てください。

　電極のところにはいりこんでいなくて隙間が空いています。それで、充電できません。もう1つ充電器があるのですが、そちらでは電池が入るところに入りませんでした。

　結局半田で電極の上に盛り半田をしまして、使えるようになりました。
結果ですが、この急速充電器ではどうも正常に使えないようです。この充電器は1時間たったらトリクル充電になって、その後、30分後に自動で電源が切れるのですが、今回購入した電池を充電すると急速充電しっぱなしになるようです。これは怖いですね。きちんと監視が必要みたいです。それとも容量が多いのでもっと充電が必要なのかなあ。とりあえず1時間と10分は充電してみましたが検知しませんでした。

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