piu lentoの日々 (piu lento days)

さすがに誇張があるが、例によってなんとかした＾＾

電池が寿命になったNexus 4。互換電池は粗悪品だったようで復活せず、仕方なくiPhoneを使ったが、とんでもなくどうしようもないシロモノで、Nexusを蘇らせたくなった。が、まともな電池が(手頃な価格で)手に入らないことにはどうしようもない。と思って居たのだが、今日の午後に思い付いた:

電池を使わなければいいのだ。

問題は、どうしてかスマフォは(PCなどとは違い、)外部電源だけでは起動せず、電池が必要なことだ。が、そこは「ダミー電池」をでっち上げればいいのだｗ 検索してみると、別の機種ではあるが実際にやられている方が居て(例1, 例2)、可能性はありそうだった。Nexus 4も海外の方がしていた。

ダミー電池とは、簡単に言えば、外部電源を電池の端子から出してスマフォ本体に入れるだけのものだ。とても単純なものだが、実際には いろいろな問題がある。

• 電圧を電池(例: 3.8V)に合わせる必要がある。
  • → 実際には、3.8Vの電池の端子に5Vを直結しても問題ないようだが、一応、ダミー電池の端子の手前に手持ちのダイオードを1-2個入れて、適宜電圧を下げることにした。
• 電池の温度センサ(サーミスタ)もダミーを作る必要がある。
  • → 10kΩ程度の抵抗を繋げばいいようだ。
•  外部電源(USB)を繋いだ場合、電池に充電しようとするので、電流の逆流対策が要りそう。 (これが書いてあるページはなさそうだった。)
  • → ダミー電池の端子の手前にダイオードを入れれば回避できそうな気がする。
• スマフォを使用中は、絶対にダミー電池の電源を落とせない。つまり、普通のスマフォらしい使い方は全くできなくて、かなり不便になりそう。 (これが書いてあるページもなかった気がする。)
  • → ACアダプタと一体になったモバイルバッテリー(例: Anker PowerCore Fusion)を使えば、結構「普通」に使えそうだと思った。ただ、何か落とし穴がありそうだ。
• Nexus 4の場合、電流と使用時間から電池残量を計算しているようで、長時間使うと電池が「空」になったとみなされて落ちてしまう。(上記の海外の方のページを参照)
  • → 電池だけでなく、外部電源も接続して、スマフォは電池を充電していると思わせて使う必要がある。
    • この場合、電池に使う電源を外部電源(USB)にも繋げば良さそうだが、何か落とし穴がありそうだ。例えば、上記の逆流防止のダイオードが逆効果にならなければいいが・・・

気になることはあるが、上記のように、問題への対処を概ね考え付いたので、ちょっと試してみることにした。

まず、スマフォの電池の端子に接続するため、壊れた電池(廃棄する予定だったが、まだ残っていた)を分解して端子を取り外した。端子は電池とは別の基板に載っていたので、その基板ごと取り外した。基板は結構広い金属箔で電池本体に繋がっており、過電流防止用チップとサーミスタが載っていた。なお、その本物のサーミスタがそのまま使えたので、ダミー電池の温度センサ用抵抗は不要だった。

最初は金属箔に電源(ACアダプタ)を繋げて試したのだが、電流制限用チップが間に入るせいか うまく動かなかったので(実際には、接触が悪くて電流が良く流れなかったからのように思う)、チップを外して+端子の根本に電源を接続した(-端子は金属箔がそのまま使えた)。試してみると、結構大電流が流れるらしく、細い線を使ったり、ワニ口クリップで接続したのでは うまく起動しなかったり、不安定だった。それで、太目の配線を基板や箔に半田付けしたら、何とか安定して起動し始めるようになり、設定やGoogleのログインをしたら、再び、使える状態になった。なお、ダイオードは ない方が動作が安定する感じだったが、1本接続した。

試して分かった大きな問題は、電池から流れる電流が結構大きいようで、普通のUSB電源アダプタ(約1A)では足りなくて(ダイオードを入れなければ大丈夫だった)、使用中に落ちてしまうことがあった。それで2Aのに換えたら落ちなくなった。どうも、スマフォは外部電源(USBは基本的には最大0.5A)だけでは消費電力を賄い切れないようで、メインの電源は電池で、外部電源は主に電池の充電に使っているのではないか。

良く考えると、これはおかしい。というのは、スマフォに添付のACアダプタだって1Aしか出ないが、例えば、電池の容量を2000mAhとし、残量50%の場合に充電が2時間で終わるとすれば、充電に使われているのは平均0.5Aで、その時に本体は残りの0.5Aを使える。充電に1A全部を使うとしても、充電しながら電池から本体の電力を取るという芸当ができるとしても、結局、その分充電電流を減らすことに相当するので、やっぱり、外部電源だけでも消費電力は賄えるのではないか? 負荷が高い時に不足するのかも知れないが。

• Nexus 4は背面パネルにWi-Fiのアンテナが付いているようで、裏蓋(背面パネル)を付けないと(Wi-Fi接続はできても)通信がうまくできず、Googleへのログインに失敗した。
• 意外なことに、Nexus 4の電池周りのフレームは金属で、ケーブルを通す穴が容易に開けられない(当然ながら、ニッパの刃が立たなかった)・・・
  • 今は、無理やりパネルの隙間を通している。
• なぜか、アプリや細かい設定がリストアされなかった。。。 (Googleにバックアップされているはずだったのだが。スマフォの名前が違うせいだろうか?)
  • 互換電池が動かない時に工場出荷状態に戻してしまったため、再度設定やアプリのインストールをし直す必要がある。
• システムとしては電源に繋がっていない(電池だけ)と思い込んでいるので、電力を食う作業をする時に電源接続を促されることがある。
• やはり、使っていると「電池」が減る。
  • 対策をしないと数時間で切れるようだ。
  • 設定や開発者モードを探したが、「電池が空でも動き続ける」とか「電池なしで動かす」のような都合のいい設定はなかった。
• ダイオードは意外に熱くなる。流れる電流が大きいのだろう。
• Androidが古くてDropboxが非対応・・・ → CX file explorerで繋がった。

あとは、上記のように、ダミー電池用の外部電源をUSBにも繋げて常時「充電状態」にすれば、基本的には「できあがり」なのだが、果たしてうまく行くだろうか? どうも悪い予感がするのだが・・・

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(7/26 4:56) 外部電源をNexusのUSBにも繋ぐ前に、どうなるか考えてみた。Nexusはダミー電池を充電しようとするが、ダイオードがあるので、充電電流は流れない。すると、以下のいずれかになるのではないか。

• 謎の原理で残量が増えてウマーｗ
  • 例えば、下記の「「満充電」と判断」であろうか。
• 永遠に電池残量が増えず、いつか落ちる。
• ただし、空になる前から繋いでおけば、電池からは電流が流れず(負の向き)、かといって充電電流も流れず(正の向き)、増えも減りもしないので、空になることはない?
  • 充放電の仕組み(アルゴリズム)上、いつかは空になる?
  • ずっと充電電流が0だと充放電アルゴリズムが「異常」と判断して、いつか使えなくなる?
  • ずっと充電電流が0だと充放電アルゴリズムが「満充電」と判断して、OK?
• 充放電回路が壊れて、いつか使えなくなる。

なお、USBをPCなど別の電源に繋ぐ場合に備えて、ダイオードは必要だと思う。逆に、繋いだPCなどが壊れる可能性もあって怖いが、さすがにそうならない回路が入っているのではないか。

それから、(Androidを停止してから)ダミー電池の電源を切ると、次回の起動時に電池が抜かれたと判断し(実際にはスリープ中のシステム制御処理が再起動するので)、残量100%から始まると思われる(→ その後試したら そうなっていた。下のグラフの8時頃以降)。ただ、一旦停めないといけないので連続稼働には効果がない。

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(7/26 9:24) 実際に試してみたところ、USB(外部電源)を繋いでいても、アプリ: 3C Battey Managerで見ると電池の状態は「放電中」(設定では「ACで充電しています」)になり、電池残量は減り続けた。上の予想の中では「永遠に電池残量が増えず」や「充放電の仕組み(アルゴリズム)上、いつかは空になる」に近い。消費電流は常に500mAを超えている訳ではない(一時的に超えることはある)から、(アプリの表示が正しいとすれば)USBで足りていない訳ではないはずだが。謎は多い。

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(7/26 20:15) その後更に試してみたが、ダミーバッテリーが減るのは解消できなかった。分かったのは、Nexusが意外に電流を食うようで、2Aの電源アダプタでは足らず、別の電源アダプタをUSBに接続したら、電池消費率が最低になったことだ。試しに定期撮影をして電池消費率を測ったところ、2Aの電源アダプタだと約1.7%/hだったが、電源アダプタを2つ使ったら、約1%/hになった。

いくら消費率が低くても最後に停まってしまうのでは意味がないので、この方法は保留にし、いい案が出るまではiPhoneを使うことにした。

(7/26 5:29, 7:14 若干加筆; 7/26 9:24, 9:43 外部電源を接続して試した結果を追記、修正, 20:15 追加の試行を追記)