battery-selector

バッテリーセレクター

組み込みプロジェクト向けのバッテリー化学系と充電回路の選定をガイドします。

リソース

このスキルには、以下のツールとリファレンスが含まれています。

• scripts/compare_batteries.py - 15種類以上のバッテリーを比較する計算ツール
• references/safety-guidelines.md - あらゆる化学系に対応した包括的な安全ガイド

クイックスタート

対話形式で選択：

uv run --no-project scripts/compare_batteries.py --interactive

コマンドライン：

# Find battery for 50mA project, 24h runtime
uv run --no-project scripts/compare_batteries.py --current 50 --hours 24

# Require rechargeable
uv run --no-project scripts/compare_batteries.py --current 100 --hours 12 --rechargeable

# List all batteries in database
uv run --no-project scripts/compare_batteries.py --list

使用する場面

• 「どのバッテリーを使えばよいですか？」
• 「このプロジェクトはどう充電すればよいですか？」
• 「リチウムとアルカリのどちらがよいですか？」
• 「このバッテリーは安全ですか？」
• 携帯型／バッテリー駆動プロジェクトの計画

選択フローチャート

START
  │
  ▼
Is project rechargeable? ──No──► Alkaline/Lithium Primary
  │                              (Disposable batteries)
  Yes
  │
  ▼
What voltage does MCU need?
  │
  ├── 5V ──► LiPo + Boost converter
  │          OR 3x/4x NiMH
  │
  ├── 3.3V ──► Single LiPo (3.0-4.2V)
  │            Directly compatible!
  │
  └── 12V+ ──► Multi-cell LiPo pack
               OR Lead-acid
  │
  ▼
How much current?
  │
  ├── <50mA ──► Small LiPo (500-1000mAh)
  │             OR Coin cell (CR2032)
  │
  ├── 50-500mA ──► Standard LiPo (1000-3000mAh)
  │                OR 18650 cells
  │
  └── >500mA ──► Large LiPo (3000mAh+)
               OR Multiple 18650s
               External power recommended

バッテリー化学系の比較

クイックリファレンス

化学系	電圧	充電可能	エネルギー密度	コスト	安全性
アルカリ	1.5V/セル	いいえ	中	低	非常に安全
一次リチウム	3V	いいえ	高	中	安全
NiMH	1.2V/セル	はい	中	中	安全
LiPo/Li-ion	3.7V	はい	非常に高い	中	⚠️ 取り扱いに注意が必要
LiFePO4	3.2V	はい	高	高	LiPoより安全
鉛蓄電池	2V/セル	はい	低	低	⚠️ 酸の危険性

アルカリ（AA/AAA/9V）

メリット：

• 安価で、どこでも入手可能です
• 充電回路が不要です
• 非常に安全です
• 保存期間が長い（5～10年）です

デメリット：

• 充電できません（電子廃棄物になります！）
• 放電に伴って電圧が低下します
• 大電流に適していません
• 容量に対して重いです

最適な用途：

• 低消費電力のプロジェクト（平均<20mA）
• 初心者向けプロジェクト
• 充電が現実的でない遠隔地／展開先
• バックアップ電源

電圧構成：

Cells   Voltage    Use With
────────────────────────────
2x AA   3.0V       3.3V MCUs (with LDO)
3x AA   4.5V       5V MCUs (direct or LDO)
4x AA   6.0V       5V MCUs (with regulator)
9V      9.0V       With 5V/3.3V regulator

---

NiMH（充電式AA/AAA）

メリット：

• 充電可能です（500～1000サイクル）
• アルカリ電池と同じサイズです
• リチウムより安全です
• メモリー効果がありません

デメリット：

• 電圧が低いです（1.5Vではなく1.2V）
• 自己放電します（月あたり約20%）
• 適切な充電器が必要です
• LiPoより重いです

最適な用途：

• 使い捨て電池を置き換えるプロジェクト
• 教育現場
• LiPoのリスクが高すぎる場合
• 手頃な価格の充電式ソリューション

充電：

• 専用のNiMH充電器を使用します
• メーカーや容量の異なる電池を混ぜて使わないでください
• Eneloop/Eneloop Proを推奨します

---

LiPo / Li-ion（3.7V）

メリット：

• エネルギー密度が高い（軽量で高出力）です
• 充電可能です（300～500サイクル）
• 放電曲線が平坦です
• さまざまな形状があります

デメリット：

• ⚠️ 誤った取り扱いによる火災の危険があります
• 保護回路が必要です
• 温度に敏感です
• 使用しなくても劣化します

最適な用途：

• ほとんどの携帯型プロジェクト
• 重量が重要な用途
• 動作時間を確保したい場合
• プロフェッショナルな製作

重要な安全ルール：

✅ DO:
- Use protected cells with BMS
- Store at 40-60% charge
- Use proper TP4056/similar charger
- Monitor temperature during charge
- Use battery with JST-PH connector (prevents polarity swap)

❌ DON'T:
- Puncture, crush, or bend
- Charge below 0°C
- Discharge below 3.0V
- Leave charging unattended (first few times)
- Use damaged/puffy batteries

---

LiFePO4（3.2V）

メリット：

• LiPoよりはるかに安全です（熱暴走しません）
• サイクル寿命が長いです（2000サイクル以上）
• 放電曲線が平坦です
• 過酷な扱いにもより耐えられます

デメリット：

• エネルギー密度が低いです
• 電圧が低く（昇圧が必要な場合があります）
• 価格が高いです
• 小型サイズの製品はあまり一般的ではありません

最適な用途：

• 安全性が最重要の用途
• 屋外／過酷な環境での展開
• 長期設置
• LiPoのリスクを許容できない場合

---

CR2032 / コイン電池

メリット：

• 非常に小型で軽量です
• 保存期間が長いです
• 3V出力（3.3V MCUに直接接続可能）です

デメリット：

• 容量が非常に小さいです（220mAh）
• 大電流の供給に適していません
• 充電できません
• ⚠️ 飲み込むと危険です

最適な用途：

• 超低消費電力の用途のみ（平均<10µA）
• RTCのバックアップ
• 小型センサー
• キーフォブ、ビーコン

電流制限：

Continuous: <2mA
Pulse: <15mA (brief)

DON'T use for: WiFi, Bluetooth, motors, LEDs

---

電圧レギュレーション

3.3Vシステム（ESP32、RP2040）

単セルLiPo → 3.3V：

LiPo outputs 3.0-4.2V
Most 3.3V MCUs tolerate this range directly!

Option 1: Direct connection (if MCU allows)
   LiPo(+) → 3.3V/VIN pin
   
Option 2: LDO for clean 3.3V
   LiPo(+) → [AMS1117-3.3] → 3.3V pin
   (Need 4V min input for AMS1117)

Better: Use HT7333 LDO (low dropout, low quiescent)
   Works from 3.3V input!

5Vシステム（Arduino UNO/Nano）

LiPo → 5V：

Option 1: Boost converter
   LiPo(+) → [MT3608] → 5V → VIN pin
   
Option 2: PowerBoost module (Adafruit)
   Includes charging + boost + protection
   
Option 3: USB power bank
   Already regulated 5V + charging built-in

---

充電ソリューション

TP4056モジュール（最も一般的）

┌─────────────────────────────┐
│  TP4056 with Protection     │
│                             │
│  [USB-C] ─► [TP4056] ─► [DW01+FS8205] ─► [B+/B-]
│   IN         Charger     Protection      To Battery
│                             │
│  Features:                  │
│  - 1A max charge current    │
│  - Overcharge protection    │
│  - Overdischarge protect    │
│  - Short circuit protect    │
│  - LED charge indicator     │
└─────────────────────────────┘

Wiring:
  B+ → LiPo positive
  B- → LiPo negative
  OUT+ → Load/MCU positive
  OUT- → Load/MCU negative

⚠️ 保護回路付きのモジュールを選んでください（4ピンではなく6ピン）

Adafruit PowerBoost 500C/1000C

次の機能を備えたプレミアムソリューションです。

• USB経由でのLiPo充電
• 5V昇圧出力（500mAまたは1A）
• バッテリー残量低下インジケーター
• 負荷分担（動作中の充電）

自作充電で避けること

❌ Never charge LiPo with a constant voltage supply
❌ Never charge LiPo with a phone charger directly
❌ Never charge at >1C rate (e.g., 1000mAh → max 1A)
❌ Never charge frozen batteries

---

バッテリー容量計算ツール

Step 1: Determine average current (from power-budget-calculator)
        I_avg = _____ mA

Step 2: Determine required runtime
        T_required = _____ hours

Step 3: Calculate minimum capacity
        C_min = I_avg × T_required × 1.25 (safety factor)
        C_min = _____ × _____ × 1.25
        C_min = _____ mAh

Step 4: Select battery
        Choose capacity ≥ C_min
        Consider: size, weight, form factor

例：

Project: Weather station
I_avg: 15mA
T_required: 48 hours (2 days between charges)

C_min = 15 × 48 × 1.25 = 900mAh

Selection: 1000mAh LiPo (gives ~67 hours actual)

---

よくある間違い

1. 不適切な充電器の使用

❌ "My 9V adapter should work"
   LiPo needs CC-CV charging at 4.2V max!
   
✅ Use TP4056 or dedicated LiPo charger

2. 低電圧カットオフがない

❌ Draining LiPo below 3.0V
   Permanently damages the cell!
   
✅ Use protection module OR monitor in code:
   if (batteryVoltage < 3.2) {
       enterDeepSleep();  // Protect battery
   }

3. 突入電流を考慮しない

❌ Battery can't handle WiFi TX spike (500mA)
   Causes brownout/reset
   
✅ Add 100-470µF capacitor near MCU
✅ Size battery for peak current, not just average

4. 逆極性保護なし

❌ Swapping battery wires = magic smoke

✅ Use JST-PH connectors (keyed)
✅ Add protection diode or P-FET

---

プロジェクトの種類別おすすめの構成

低消費電力センサーノード

Battery: 18650 (3000mAh) or LiPo 2000mAh
MCU: ESP32 with deep sleep
Charger: TP4056 with protection
Runtime: Weeks to months

ハンドヘルドデバイス

Battery: LiPo 1000-2000mAh flat pack
MCU: Any
Charger: PowerBoost or TP4056 + boost
Runtime: Hours to days

ロボット／大電流

Battery: 2S or 3S LiPo pack (7.4V or 11.1V)
Regulator: Buck converter to 5V
Charger: Balance charger (external)
Runtime: Minutes to hours

超低消費電力ビーコン

Battery: CR2032 or 2x AA
MCU: ESP32-C3 or ATtiny with deep sleep
No charger needed
Runtime: Months to years

クイック選択表

プロジェクトの種類	最適なバッテリー	容量	充電器
シンプルなArduino	4x AA	2500mAh	なし
携帯型ESP32	18650	2600mAh	TP4056
ウェアラブル	小型LiPo	500mAh	TP4056
ロボット	2S LiPo	2200mAh	バランス充電器
超低消費電力	CR2032	220mAh	なし
ソーラープロジェクト	LiFePO4	3200mAh	MPPT

共通の出力契約

共通のArduinoスキル契約を使用してください： 前提条件、必要なツールとバージョン、実装手順、証明段階ごとのテスト／証拠、 既知の制限事項、復旧／セキュリティに関する注意事項を明記してください。