【自作基板 / JLCPCB】リポバッテリー残量計モニターの製作① [ボード設計 – 基板発注]

最近の自作基板製作では、リポバッテリーを扱う機会が何かと増えてきました。

乾電池などと比べると小型ながら大きな電力を取り出せることや、エネルギー密度が高く機器の小型化にも有利なため、電子工作でも使いやすい電源のひとつです。(取り扱いには注意が必要です)

しかし、リポバッテリーを扱う機器では、セル電圧だけでバッテリー残量の推定や充放電状態の確認を行うことは難しくなります。

今日会社持って行って、一部の人にかなり受けが良かったやつ🎮😘 https://t.co/ithIvM00jn pic.twitter.com/mgywdp2535
— ガジェット大好き！！ (@smartphone_jp1) September 24, 2025

一般的にバッテリー電圧や残量表示では、抵抗分圧回路を使ってマイコン等のADCで測定し、その値から推定する方法がよく使われていると思います。

例えば、1セルリポバッテリーでは満充電時が約4.2V、放電終止付近が約3.0V程度となるため、電圧をそのまま割合換算して残量表示するといった具合です。

しかし実際のリチウムイオン系バッテリーの放電特性は直線的ではなく、多くの容量帯域では電圧変化が比較的小さく、終盤になると急激に低下するといった特性を持っています。

Please know that voltage readout is not a fuel gauge! You can’t tell accurately if it’s 80% or 30% charged.
I know you don’t have space for it, but there are special chips (called fuel gauge or coulomb counter) that track current going in/out. Those are way more accurate pic.twitter.com/O4hyz3tAah
— Vojta Degeš (@DegesVojta) June 23, 2026

さらに負荷電流が変化すると、バッテリー内部抵抗の影響によって電圧が一時的に低下するため、例えば以下のような現象も起こり得ます。

モーターや無線送信時だけ急に電圧が下がる
負荷を停止すると電圧が回復する
電圧だけでは残量推定が安定しない

実際にこれまで製作した試作回路を評価していると、瞬間的な電圧低下で残量表示が大きく変動してしまったり、まだ十分残っていると思っていたのに急に電源が落ちるといったことも起きたことがありました。

最近ではリポバッテリーを扱う機会が増え、そういったことも気になっていたので、以前からバッテリー残量計IC(Fuel Gauge)をいくつか試していました。

【自作基板 / JLCPCB】リポバッテリー残量ゲージIC、MAX17048を使ったブレークアウトボードの製作！

【JLCPCB】JLCPCBに発注していたリポバッテリー検証用ボードが届きました！ [BQ24075 / BQ27441]

残量計IC(フューエルゲージIC)は、単純な電圧監視だけではなくバッテリーへの充放電量を積算したり、バッテリー特性モデルを利用することで、より実際の状態に近い残量推定などを行うことができます。

例えば、現在のバッテリー電圧(V)や電流(mA)意外にも、残量(% / mAh)や充放電率(% / h)といった情報を取得することもできます。

専用チップということもあり、高い精度でバッテリー状態の推定や各種情報の取得が行えるため、試作や評価用途で使ってみると非常に便利でした。

フューエルゲージICを使ってテストを行い一通り理解も深まったので、今回はMAX17048をベースに、リポバッテリーの残量や充放電率などをリアルタイムで確認できるモニターボードを製作してみることにしました。

朝活、もうちょい…
すごく簡単な構成だけど、罠がいっぱいあった！
以前どなたかにプルダウンの定数高すぎないかい？とご指摘頂いた事あったけど、よく理解出来た！
電源切り替えのタイミングとかでMCUとかの内部プルアップorダウンにガチンコしてMosfetが暴走(意図せぬ挙動)が…は修正出来た😁 pic.twitter.com/sYIC2Vguep
— ガジェット大好き！！ (@smartphone_jp1) June 7, 2026

リポバッテリー残量計モニターの製作

リポバッテリー残量計モニターの製作

自作基板製作では、いつも試作回路を一旦組んで動作検証を行っていますが、リポバッテリーを扱う際は実際に組んだ回路(負荷)へバッテリーを接続し、消費電流や駆動時間などを確認しながらテストを行っていました。

例えば、「100mAhのバッテリーでは1時間程度しか駆動できなかったので、もう少し容量の大きいバッテリーへ変更しよう」や「待機時の消費電流が思ったより大きいので、回路を改善する必要がある」といった具合です。

朝遊び🎮
リポバッテリーからの駆動テスト。
300mAhのバッテリーで累積2時間ほど動かして2.8VくらいでRP2350が落ちた・・・
てかRP2350ってその電圧でも動くのね😏
1000mAh程度のバッテリーを想定してるので駆動時間は十分だな😏 pic.twitter.com/Pu9g4B56J6
— ガジェット大好き！！ (@smartphone_jp1) May 12, 2025

デジタルマルチメーター等を接続して測定することもできますが、その都度測定環境を用意する必要があり、長時間の消費変化や実際のバッテリー消費量を確認するには少し手間がかかっていました。

そこでこれらを自動で計測できると、例えばバッテリー消費率(%/h)が分かれば、1時間あたりに何%バッテリーを消費しているのかを把握できるため、「このバッテリー容量なら◯時間程度駆動できそう」といったことが簡単に予測できます。

また、待機時(電源OFF時)にもバッテリー消費率が比較的高くなる場合は、試作回路側の漏れ電流や不要な待機電流が発生している可能性があるため、回路構成や電源設計などを見直す必要があるといったことも分かります。

このように、単純にセル電圧を見るだけではなく、消費状況を継続的に可視化できると、試作段階での消費電力改善やバッテリー容量の選定などかなり行いやすくなります。

ボード設計・コンセプト

今回製作したリポバッテリー(1セル専用)の残量計モニターボードがこちらになります。

Fuel Gauge ICとしてMAX17048を使用し、私がこれまで試作段階で最低限欲しかった、バッテリー電圧(V)や現在の残量(%)、バッテリー消費率(%/h)をモニターできるシンプルな構成で製作したボードとなります。

左側の[IN端子]にリポバッテリー(1セル)を接続し、右側の[OUT端子]に負荷を接続することで、負荷側のバッテリー消費状態をリアルタイムでモニター出来るというものです。

計測時には、本ボード上のマイコン(CH552P)やOLEDディスプレイ、ステータスLEDなどもわずかに電流を消費します。

バッテリー単体でも本ボードを駆動させ計測することは可能ですが、その場合はボード自身の消費分も測定結果へ含まれてしまいます。

そこで外部電源としてUSBを接続した場合は、ボード側で消費するこれら電力を自動的にUSB側から供給する構成にしました。

外部電源(USB接続)を使用することにより、負荷回路のみのバッテリー消費量をより正確に測定出来るようにしています。

また、実際に試作回路で使用することを考えると、バッテリーを何度も交換したり外部充電器へ接続し直したりするのは少し面倒です。

そのため今回は、バッテリーの充電機能もあわせて搭載しました。

これらの機能を1枚の基板にまとめることで、負荷側(試作回路)へバッテリーを供給しながら、バッテリー残量(%)や電圧(V)、バッテリー消費率(%/h)の変化を本ボード上で確認でき、また必要であればそのまま充電も行える構成を目指しました。

言ってしまえば、「バッテリーを接続するだけで、負荷側の状態を可視化できる簡易測定ツール」のようなイメージです。

リポの残量計的なボードの負荷テスト🪫
自作基板でリポバッテリー使う事が多くなってきたので、充放電率とかチェック出来るのですごく便利👌
どれくらいのバッテリー容量にするか？とかいつも迷ってたので、事前に把握出来たりするのはいいんじゃね😁 pic.twitter.com/97NZIEEC4A
— ガジェット大好き！！ (@smartphone_jp1) June 18, 2026

本ボードを作成し、ハードウェア的に問題がないことを確認でき、ファームウェアの作成も完了したため、現在実際に使用しています。

これまで感覚的に「消費が多そう」「バッテリーが持たなそう」と判断していた部分も、バッテリー消費や待機時の消費の傾向を数値として確認できるようになったため、試作回路の評価やバッテリー容量の選定などがかなり行いやすくなりました。