| PAGE-SELECT |

≫ EDIT

大容量サブバッテリの走行充電

キャンピングカーのオーナーからメールを頂く事が増えてきています。

"大容量化したにも関わらず使用できる時間が少ない" "どうも寿命が短いみたい" "30Aのヒューズが時々飛ぶ" 、といった内容です。

100Aクラスサブバッテリ並列接続し、オルタネーターを容量アップしたものに交換し、電圧検知型リレー式走行充電というのが一般的なようです。(どこかのビルダー製の標準的装備だそうです)

私自身はその様な大容量システムは不要なので深く考えもしなかったのですが、メールを頂く方は走行充電やバッテリの選択の相談を頂く内容のメールが多くなっています。

昇圧型定電流定電圧走行充電基板やFETセパレーター型基板では20A級が必要となります。当サイト内ではすべて10A級以下ですのでお勧めできるものではありません。10A級では充電初期、中期では連続的な電流制限状態となってしまいます。

基板を2台並列にしても余裕がない、3台で何とか。電流制限が充電スタート時点では過放電バッテリでなくてもかかりと思われるし、3枚の基板が平等に受け持っても10A連続でどの程度持続するのか、当然スタートからファン冷却は必要と思われるが、どの程度の温度上昇がみられるのか、バランスが崩れると破壊に至らないかなど考えるとお勧めできるようなものではありません。

やはり単体で20A級、30A級があれば良いかも知れません。20A以上のDCDC基板設計などはWEB上でも見たことはない。ましてPWB上で実現するのも難しい。パワー素子はPWBから分離し、ガラスエポキシ基板上に銅板配線などで大電流対応するなど難題が待ち構えています。
20adcdc-fetsw-lt.jpg
先日の基板はLTSpaiceでのシュミレーションを行った。DCDC回路上では実現可能に見えるが、インダクタコアの選定や4重巻き線入出力ターミナルの4mm端子採用、基板内大電流配線など簡単にはいかない。

しかし世の中はHV車、EHV、EVやスズキのSエネチャージなどには最新技術が搭載されているものと思われる。興味は尽きる事はない。

大電流は低圧なので感電はしないがターミナルのネジがちょっと緩んだだけで焼損発火に至るケースは多いと聞く。下手に、手を出さない方が賢明かもしれない。

| 走行充電セパレーター | 18:49 | comments:0 | trackbacks:0 | TOP↑

≫ EDIT

アイソレータサブバッテリーチャージャーの誤解

買ってはいけない○○とか言いますが、電気の知識があまりない方には難しい選択かも知れません。

広告の説明では出力電流MAX60Aとか、低電圧保護機能、高電圧保護機能とか、マイコン搭載とかいかにも高性能であるとの内容であると判断しがちです。

上記内容の説明は間違いではありませんが、MAX60Aをいかにも強力に充電してくれそうに誤解します。60Aまで機器としては耐えてくれるという意味であり、能動的に60Aで充電するという意味ではありません。本来上記の説明には重要な知りたい説明が欠落しています。機器の回路の機能説明を省略しているのです。

機能表示を リレー式マイコン充電電圧検出制御式とでも表示する必要がありそうです。

これらの走行充電機器ではダイオードセパレーターとリレーで制御する方式のものがありますがダイオードセパレーターは電圧降下が必ず発生する大きな欠点があります。

リレー方式では電圧降下はリレー接点抵抗しかありませんが、いずれもオルタネーター充電制御されている、現代の車には充電されない時間が多く発生し、時間効率が悪化する基本的な問題があります。

もちろん単純リレーバッテリ並列充電より細かい電圧検出を行いリレーをオンオフするマイコン制御を搭載しており、安全面では十分と思いますが、今時の充電制御車のオルタネーターを制御し走行燃費効率を追求した車では充電時間効率が著しく悪化するのは当然です。

走行充電装置として機器の性能機能は昇圧電圧をコントロール、充電電流の制御機能を備えているかどうかが大変重要な要素なのですがその意味からいうと大昔のトランス式、セレン整流器、スライダック電圧調整がついた100V充電器がありましたが上記の物より逆に性能は良いと言えるのです。

追記:充電パターンの一つとして、過放電バッテリーを充電する時、メイン電圧(入力)がいきなり14.5Vとかで充電スイッチを入れる可能性や車両によっては(一般的キャンピングカー)昇圧は機能せず、14.5V-ショットキー電圧降下分を引いた分が過放電バッテリに流れます。ヒューズが飛んだり、配線が加熱するなど問題があります。その対策は回路的に考慮するしていないの差があります。昇降圧DCDCと電流制御を行う方法がスマートかもしれませんがDCDC回路の複雑化コストアップになります。

要は充電制御車などエコ車ではもう時代遅れで間尺に合わないと判断しても差し支えない様に思います。

時代の流れは昇圧方式走行充電しか選択肢は少なくなっています。いまだキャンピングカーではアイソレータ、サブバッテリーチャージャーで問題が少ないのはオルタネータがエンジン起動中14.5V程度の発電を継続している、旧来の車両であるからです。

≫ Read More

| 走行充電セパレーター | 12:52 | comments:0 | trackbacks:0 | TOP↑

≫ EDIT

FETセパレータ充電装着レポートいただきました。

鹿児島県の"IWA"さんからFETセパレータ充電装着レポートいただきました。
車はエブリイワゴンDA64W  サブバッテリはカオス60B19L
ACC給電です。 以下原文
---------------------------------------
2か月以上の北海道旅行でも何の問題なく正常動作致しました。
念のため4Aの充電器も持って行ったのですが、出番はありませんでした。
その後も短期の車中泊を繰り返していますが、問題は発生していませんので耐久性もOKだと思います。
性能は市販品以上ですが、取り付けのハードルが課題でしょうか?

ただ、やっぱり昇圧型でないと効率が悪いというか・・限られた走行時間では満充電は覚束ない気がします。
感覚的には2割ほど効率が悪い気がしました。そうなるとサブバッテリーの使用量もセーブしがちで、連日の車中泊では少しストレスが溜まりがちでした。

耐久性も性能も充分確認できましたので、昇圧型にステップアップしたいと思います。
-----------------------------------------
DA64Wは充電制御度合いは少ないので、FETセパレータ充電での走行充電は市販の一般的なダイオードセパレータより能力は高いものと思われますが、やはり走行充電は昇圧型ですね!

| 走行充電セパレーター | 23:21 | comments:0 | trackbacks:0 | TOP↑

≫ EDIT

FETセパレーター走行充電基板と Nch FETリレーをドッキング

 自分では使わないのですが、おもしろ電子工作です。でもオルタネータの稼働率の高い車(非充電制御車)では実用性は充分高いと思います。INに車の電流センサー通過後の常時電源を接続、OUTにサブバッテリをつなぎます。ACCにACCを接続すると充電を開始します。サブバッテリより走行用バッテリ側の電圧が高くなれば(その差は3mV以上で)。

当然、オルタネーターが発電していなければ充電はしてくれません。アイスト車や最近のエコ車では充電してくれる時間が短くなります。

いわゆる市販のアイソレーター、走行充電器の高性能版を目指して試作したものです。リレーを電子化し、FETセパレーターと合体しました。ACCラインは6.5mA程度しか消費しませんので運転席あたりと3路SWを構成することも観光スポットのです。扱う電流容量は10Aとしています。これは過放電バッテリーの充電に置いても電流制限抵抗の代替として機能します。この場合、充電初期においては10Aを超えた分はFETの熱損失となります。M2にはヒートシンクが必要となります。Q3,M1のFETの放熱は不要です。
 fetsepa_acc9.jpg
 
図の左"GND"は無視してください。
P1230041_1280.jpg
Nch FETSWはオン抵抗約2mΩ。FETセパレーター2SJ607-Zは2個で18mΩ 入出力間20mΩ。これは10A時電圧降下0.2Vとなります。
もっと大電力時たとえば100AHのサブバッテリを20A充電と仮定すると0.4Vの電圧降下となる。市販ダイオードセパレータとははるかに高性能と思われますが、Q3、Q4を並列使用することによりさらに半減可能です。0.2Vの電圧降下なら文句無いと思いますが。

ここまで挿入ロスを低下させれば、充電制御車でなければ昇圧方式を採用しなくてもオルタネータ直結充電のメインバッテリと同等の充電が可能となるのでは無いでしょうか。

試作は78L05の3端子で10.5V調整、各部電圧は図中に。

詳細はHPをご覧下さい

| 走行充電セパレーター | 11:39 | comments:0 | trackbacks:0 | TOP↑

≫ EDIT

FETセパレータ充電装着レポートいただきました。

FETセパレータ充電基板を試作、搭載された "gun " 様からレポートを頂きましたのでご紹介します。
以下原文のままです。

データ

・車両H19 ホンダ オデッセイ RB2

・サブバッテリー Panasonic Blue Battery カオス C5 N-60B19L

  (車両バッテリー 55B24L 7年使用)

・電源 シガーライター

・充電電圧 13.5から14.5V

充電制御車のため、昼間70Km程度以下の走行、メインバッテリー電圧が12.6V以上になると発電(充電)はされません。夜間およびスピードが上がると13.5V以上で充電します。サブバッテリーが新しく電圧が結構高いので頻繁に充電がストップします。

・充電電流 エンジン始動時 1から2A(シャント抵抗を設置していますが、秋月PM-128Eの電源の問題と思われますが動作が不安定で停止時のみの測定です。)

・設置場所

   FETセパレーター サードシート下のスペアタイアの上

   ・サブバッテリー 車内後方カーゴスペース

サブバッテリーメインスイッチ、照明・インバーターの切替はリレーを使用していますが、コイルの消費電流が多いためFETによる切替が必要と考えています。

電源はシガーライターですが、メインバッテリーからの配線は完了していますので、ACC連動に変更予定です。

ACC連動や電源の切り替えについては、PchJ607J334などでスイッチする予定で作成中でしたが、Nch ハイサイドスイッチの記事を読み再検討しております。

以上。大変参考になるレポートいただきありがとうございました。
充電制御車の様ですね。残念ながらエンジン起動中の充電が充分得られていないようです。最近の車の殆どは充電制御車などエコ対象車です。旧車ならロスが少ないので昇圧方式と大差なく、有効な方式なのですが。

FETセパレータ充電がダイオードセパレータの様な大きな電圧降下が無い事、リレー式単純並列充電の様な逆流が無い事は当然ですがやはり効率的な走行充電を期待するなら昇圧方式しかない様に思います。

| 走行充電セパレーター | 10:43 | comments:0 | trackbacks:0 | TOP↑

≫ EDIT

これ重宝! TO-263パッケージ3ピン用変換基板

 FETセパレータ走行充電用基板に使用しているPch FET 2SJ607-Z このZというのは表面実装型パッケージです。チップワンストップで通常タイプと間違えて購入したのが始まりです。
P1230003_1280.jpg
変換基板に載せて半田付。適当な足を付けると完成です。ドレインと銅箔に半田を盛る時、裏側銅箔側に熱が強烈に伝導しており放熱効果もあることがわかります。
2SJ607は9.5mΩと低オン抵抗では有りますが使用法によっては発熱もあり2SJ607-Zをこの用に放熱が可能となるような変換基板はありがたいグッズです。注意点は半田付は短時間で済ませ、すぐ放熱させる事でしょうか。

調べてみるとSOP8-DIP8P 変換基板もあるんですね。高性能なSOP8のICが使いやすくなります。

| 走行充電セパレーター | 10:32 | comments:0 | trackbacks:0 | TOP↑

≫ EDIT

走行充電器の配線 説明資料

Travelcharge_wg.jpg
 電気の知識の無い方に説明用配線図を記載します。
一応電気の配線図です。
Travelcharge_wg01.jpg
実体図、結線図です。
配線の太さは2SQ以上を使って下さい。サブッバッテリ側のアースラインもメインバッテリアースに必ず接続して下さい。 

≫ Read More

| 走行充電セパレーター | 09:20 | comments:0 | trackbacks:0 | TOP↑

≫ EDIT

LTspice でFETリレーの逆流防止型をシュミレーション

 昨日の回路でも目的は達成するとの事ですが、下記が正解。前日は苦し紛れのカットアンドトライの結果。
零氏からのコメントと正解の図
① Pch-FETはドレイン・ソースを逆に接続したほうが良いと思います。
   現状でも、Draft1でも動作しますが。ドレイン・ソースを逆接続した場合、寄生ダイオードでソースに電圧がかかります。
② 寄生ダイオードはFET内部にあります。外部には不要です。
③ TRのゲートは電源でコントロールしてください。
   時間的な制御できます。
完璧です。!
draft2.jpg

| 走行充電セパレーター | 10:36 | comments:0 | trackbacks:0 | TOP↑

≫ EDIT

FETセパレーター走行充電器 その4  完成です

 今日は調整すらなくした無調整化基板を試作しました。
変更箇所はVR1 10Ω→1/6W10Ω  R2 18K→1/6W33K の2ヶ所だけです。

基板も名刺サイズのさらに半分です。FETはアルミ放熱板に取り付けますが、10A流しても殆ど熱損失は無いはずです。今回は慎重に確認しながら部品半田付け。設計どおり、なにもせずに動作確認出来ました。設計どおりになっているか10オーム両端電圧をテスターで確認。入力11.5V時 3.5mVであることを確認。
P1000722_1280.jpg
サブバッテリ電圧は電流制限を動作させていますので12.9Vを表示しています。
吹けば基板が飛ぶので台紙にビニールテープでとめて動作確認しました。

こんな基板でもそのまま10A以上の制御は問題なく可能。
再びいうと、昇圧方式を除き並列充電では理想的なFETセパレーター走行充電方式であると思われます。回路は2回路試しましたがもちろん推奨は無調整化回路です。
松山の零様、素晴らしい提案ありがとうございました。机上だけの計算でここまでの物を設計できる能力には感嘆いたします。重ねてありがとうございました。


考察:
 この動画を撮った時のエブリイのメインバッテリーの状態は1週間ほどエンジンを掛けておらず従ってメインバッテリ充電の為にオルタネーター充電制御は10分程度の走行では有りませんでした。当然発電がありますのでサブバッテリーにも充電されています。

充電制御が為される条件はECUがメインバッテリの充電量、電圧を検知し充分な充電量と判断すれば加速時、減速時などに発電をストップさせています。DA64Wの場合、発電ストップの時間は長くて20秒程度です。発電停止すると当然エンジンの点火装置などに必要な電流3~5A程度消費されます。するとバッテリーはすぐ電圧低下し、再びECUはオルタネーターへ発電開始命令を出すわけです。

メインバッテリーがフル充電に近くなっても充電制御時間(発電停止)が長くなってもエンジン点火装置がブレーキになり長時間発電しないことはありえません。その割合は変化し一律なものでは有りませんが感覚的には10%を超える事は無いと思われます。

今回のメイン、サブ電圧比較検出して充電する効果的な充電方法でも上記の充電されない時間はエコ車の充電制御の程度差やメインバッテリの残量によって変化します。要はエコ車でない、旧車がサブバッテリー充電には最適と言う事になります。キャブコン、バンコンなどはエコ車で無いのが多数なのでこのタイプの走行充電方法は有効であると思います。

しかし今後は充電制御車は増加の一途で軽四などアイスト車が大半を占めるに至っています。キャンピングカーであっても将来エコ車になっていくものと思われます。将来的にはやはり昇圧型走行充電が最適な走行充電の方式であることは間違いないと思います。

今回の車載テストでは実験しなかった電流制限回路は文字通り設定ボリュームによりある一定値以内に制限します。たとえば過放電バッテリなどではオルタネーター発電の14.5Vでは過充電電流となりますので、電流制限が必要です。単純な並列充電でも0.1Ω~0.5Ω程度の大きなW数の抵抗や、長い電線を使った抵抗を入れたりします。これを電子的な回路で実現したものです。ボリュームの調整法は簡易的には放電したバッテリの充電初期にボリュームを回し制限が掛かるちょっと手前でOKです。100Ω側で凡そ10Aの制限となります。60B19Lで。

| 走行充電セパレーター | 22:26 | comments:0 | trackbacks:0 | TOP↑

≫ EDIT

FETセパレーター走行充電器 その3

 回路動作がおかしくなった時、ちゃんと回路を追いながら調べないとひどいカン違いを起こすことになります。回路は計算され尽し、簡潔です。定電流回路の⑤⑥、Vin+ Vin-を回路パターンで入れ替えてしまっていました。おまけにLEDを①番でなく、グランドに落としていました。

これでも動作其の物は正常動作したものですから。但しLEDが充電時消える。非充電時点灯するのは大昔のオルタネータのL端子を思い浮かべた。そんなはずは無いと思いながら何かおかしい。

使用したOPAMPはレールツーレールタイプという。Cmos低消費電力、高利得3mV(0.003V)差を検出比較出力し、Pch-FETをダイレクトドライブ可能。オープンコレクタなのでPch FETを直接ドライブできる。

基板パターンを手直し、部品挿入しなおして調整する。調整法はいろいろあるとの事ですが、LEDが消える点をVR1で調整するだけ。詳しくは入力を繋ぎドレイン、ソース間を短絡し、VR1でLEDが点灯から消灯になる位置。

ソース、ドレイン間電圧をテスターで見て3mVになる様VR1を調整する(無負荷で)のも簡単に出来る。

基板製作の注意点は高増幅率のOPAMPなのでVin+Vin-の2、3番、5、6番については半田付けなど絶縁に注意します。特に2,3番はICpinを基板に差さず12KΩを空中配線すると良いです(アプリケーションノートにて推奨)。mVオーダーの入力レベルを扱うわけですから。FETの放熱は殆ど無いのですがいつもの構成で3mmアルミ板に取付け7mmの6角柱で基板取付けとしました。

VR2の調整
電流量が変化します。僅かに減少を開始する点とします。定電流回路ですが過放電バッテリーへの大電流制御がこれで可能になります。

バラックセットで机上テスト風景充電中定電圧可変電源部では14.1V。サブバッテリーは28B19L充電量は50%くらいか?
P1000699.jpg 
ダイオードセパレーターなら最低でも0.4V程度の電位差が必ずある。
2SJ607はRds(オン抵抗)9.2mΩなので1.43A流して0.013Vの差となる。もうこのクラスの電圧計では測定不能のレベルとなる。今回は2SJ334でRdsは29mΩですが大差はありません。

静止時の消費電流は1.5mA程度。U1 VccはQ2ドレイン、ソース間寄生ダイオードにより通電される。サブバッテリーの暗電流となるが問題となる数字ではない。ゼロに越した事は無い。計算すると1ヶ月放置すると1.08Aとなる。小型バッテリーでは問題かも知れない。それより比較出力にはサブ側がゼロ電圧では比較にならない。シンプル・イズ・ザ・ベスト

無調整固定バージョンも可能。次回試作してみる。

LMC6482AINの規格について
絶対最大電圧は16V動作電圧は3V~15.5Vとなっています。動作範囲内ですが余裕は殆どなく今回の動作に於いて補償の限りでは有りません。

| 走行充電セパレーター | 19:08 | comments:0 | trackbacks:0 | TOP↑

≫ EDIT

FETセパレーター走行充電器 その2

シンプルな回路ですが、電圧検出、比較の方法もICコンパレーターとOPAMP_ICがある。それぞれ応答速度や切り替わりなどに特徴があるようです。用途により一般的なものから車両用など多品種で高性能なものが作られています。

しかしローコストにシンプルに仕上げたい。ICの中には最低でも同一回路2個入りが殆どです。回路は出来る限り簡単というのが今回の趣旨ですが、使わず無駄にはしたく無いのです。

提案回路を頂いた中で下記の回路を紹介いたします。部品は秋月電子などで入手可能です。
余り片側のOPAMPとFETで電流制限回路としたものです。簡素化からはちょっと外れますが電流制限抵抗を付けるより遥かにロスの少ない是非必要とする機能です。 注:FETに接続されたD1は内部の寄生ダイオードです
fetsepa_all.jpg 
fetsep_jitaizu.jpg fetsep_jitaizu_nega.jpg
比較充電の動作は旨く行きました。オフ時の切り替わりも極低速で無い限り問題ないようです。
少し、ほんの少し、実動作状態を机上で検証していて、疑問点が発生しました。それは次回に。
 

| 走行充電セパレーター | 20:54 | comments:0 | trackbacks:0 | TOP↑

≫ EDIT

FETセパレーター走行充電器 その1

電圧検知SBD複合充電は、双方の利点を補完する特徴を持つので市販の単純なダイオードセパレータより能力は高いのですが欠点は機械接点のリレーを使っていて経年変化、接触抵抗を持つ。電圧検出点がACCソケットと共用できない事など。

松山の零さんに評価コメントを求めたところ、よく出来ていますとの評価を頂きましたがやはり、リレーはFETによる電子化、充電検出法も見直しを提案されました。電圧降下(Vf)ゼロ目標は必須です。

私も回路簡素化も含めFET制御でと思いましたが寄生ダイオードによる逆流を防止する必要性から逆流防止ダイオードをキャンセルするリレー方式としたのです。

しかし、同程度の超簡単回路として ***提案頂いたのは、
pch FETハイサイドスイッチを使う場合、電流の方向はソースからドレインに流れるのが普通の考え方。しかしFETがオンすればどちらからでも電流は流す事が出来、オン抵抗も同じでサブからメインへの逆流は阻止できます。(同期整流型降圧DCDCのスイッチングでよく見られるとの事です。)

電圧検出はメインバッテリとサブバッテリとの比較とする。
LTspiceでシュミレーションした回路図 pchFETの逆接+超低消費電力ICコンパレータ
Separator.jpg
前回のICコンパレーターでの一定電圧検知し充電を開始するのとは設計思想が違う。
上図では同じコンパレータICを使用しても、Vin+、Vin-の接続点即ち比較点の違いがわかる。
(電圧検出では可変シャントレギュレーターで基準電圧を作っていた。)
ソース、ドレインの向きにも注意。
メイン電圧が低い時点からオルタネータ発電時の14.5Vまで切れ目無しに充電が可能となる。回路の電圧降下は使用するMosFETに依存する。SBDは0.4Vくらいですが2SJ607は10Ade0.09Vです。これならメインバッテリとほぼ同等の充電が可能となる。

次回に続く。



| 走行充電セパレーター | 13:59 | comments:0 | trackbacks:0 | TOP↑

| PAGE-SELECT |