2013年02月 | ARCHIVE-SELECT | 2013年04月

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昇圧型走行充電器パネル入れ替え

 新しい昇圧型走行充電コントロールボックスは少し大きい入れ物にしました。ベニア板でクランプ接着です。表面板は3mmベニヤに1ミリプラ板の2重貼りです。メーター部分はさらに1ミリ厚プラ板パネルの3重パネルです。
ついでに以前使用したソフトスタート充電7分タイマーも組込み。
7分でまだ流れすぎの場合手動再スタートボタンを設けました。0.68Ω強制キャンセルスイッチ(電流増加)も設けました。
画像は静止時・・・・充電オフ。出力オフ.........
静止状態
この状態ではサブバッテリには何も接続がありません。消費電流が流れると電流計はマイナス表示されます。ACCオンで充電swを入れると左側の表示ランプ、電圧計が点灯表示されます。出力swを入れるとサブバッテリ電圧が白色表示されます。
直結充電中
画像の表示状態は充電SWオン、アイドリング発電中14.2V。出力電圧14.7Vで設定。サブバッテリー電圧は14.3V。充電電流は2.71Aです。ソフトスタートタイマー中ですがダイレクト充電SW出力SWオンで直結充電中。 14.7Vと14.3Vの差は逆流防止のショットキーダイオード分。負荷は白色LED電圧計の0.02A程度です。

LCD電流計の小数点は少数2桁固定、プラスマイナス極性自動表示としましたが、少数1桁表示のほうが良いのかも?最後の数字はチラつき(ドリフト)がある。少数2桁表示は分解能重視ですが10.0A以上19.9Aは多分2桁目表示カットされる。10.00Aの場合00.0と表示されるが10A以上で充電したり放電することは無いので実用上問題なし。
液晶パネルメーターの消費電流は1mAと少ないのですが小数点固定方式と暗い時は見えないのはちょっと不便ですが安価なので我慢する。
7分タイマーのリセットSWは電話キャップ内に埋込み、ホットメルトで固定です。サブバッテリーの白LED電圧計は丁度うまくプレートキャップのSWサイズの電話口キャップに収まりました。カッタナイフ、ヤスリで細かい加工になりましたが、サイズ的にぴったりです。隙間は黒い樹脂埋め。

秋月のデジタルパネルメーターは電工壁面ボックスサイズには収まらない。

サブバッテリー昇圧型走行充電システムの記事はこちらです
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20Aデジタル電流計を1000円で自作

 サブバッテリ充電、放電電流を計るのに最大20A程度でよいのですが適当なものを探していました。

1000円デジタルマルチテスターをまんま組込む。10Aレンジを使う。
これは、却下
市販の電流電圧計を使う →高額で却下
シャント抵抗を使用したデジタル電流計を自作する
デジタルパネルメーター200mv電圧計(PM128)で性能、コスト共申し分のないので自作する。

必要なシャント抵抗は20A 200mV抵抗値は0.01Ω(10mΩ)になります。0.1Ωを10
個並列に繋げば0.01オームになります。ネットで探せば入手可能です。ワット数は1W以上でOK。 5%くらいの誤差はあると思われますが用途t的に充分。
amet.png配線図にするとこうなる。
放電時はマイナス表示
マイナス端子側にシャント抵抗を入れる
抵抗の両端電圧を測るのだ。
シャント抵抗10mΩを入手する必要な大きさW数は20Aまでなら1W程度でも良いが
200Aともなると専用の大型を選ぶ。
PM128の電源は9V乾電池で十分。
01oum.jpg0.01Ωを10個繋げば200Aが測定できるものが自作できる。必要W数は40W。0.1Ωを100本で出来ない事は無いが、電線で作成すれば最も安価。

 本来はバッテリのマイナス側に挿入するのが正規な方法。低容量のサブバッテリなら筐体内でも。
ammeter.jpg小数点2桁、極性自動表示に設定しました。画像の表示は設定出力14.7V 2.71Aで充電中。

メーターの電源は9Vの独立電源が必要なのでとりあえず、006P乾電池を電池ホックで接続。消費電流が1mA程度。1月くらいしか持たないので単3電池6個に後日交換予定。
20A電流計の 合計1020円也 出来上がり!
文字が大きくて見やすい。価格比文句など言えない。10mA単位で消費電流が測定できる。
電圧計は視認性も良い安価な
LEDデジタル電圧計にしました。消費電流が20mA程度。

もっと小型で安価なシャント抵抗を自作しました。
PM128を1個だけで電流、電圧切替使用可能としました。
サブ、メインの電流電圧計4個の接続用プリント基板を作りました。領布可能です。
SLエブリイホームメイドキャンパーに最終的に搭載している電流電圧表示システム。
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| 車載電流電圧計の自作 | 11:38 | comments:0 | trackbacks:0 | TOP↑

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LT1170,LT1270,LT1270A

昇圧型コンバータのIC  LT1270CTの規格 8Aタイプとありますが

データシートを良く見るとI_LIM Min10A~Max16Aとあります。
LT1170CT データシートでは I_LIM Min 5A~Max8A  
多分入力値と思われますが95%程度の変換効率が得られますので問題なく8A以上取り出せそうです。
I_LIM の意味は過負荷自己保護機能の制限電流値と思われます。 制限される範囲が8~16Aと思われます。(多分制限と思われますが遮断かも)
 
実はテスト中うっかり電流制限抵抗をキャンセル状態で8A以上く流しましたがなんとも無かったのです。
使用形態から見てもLT1270CTでは充電開始直後の10A以上流れてもICが破壊される問題は回避出来そうです。なお10AタイプとしてはLT1270Aという型番があるようですが国内検索では扱いが見当たらない。(リニアテクノロジー直販サイト有り)

ICの保護とバッテリの充電最大電流を考慮しての0.68Ωとソフトスタートタイマー回路ですが、ICは変換効率を考えても余裕があり、自己保護機能に依存してもよさそうです。またIC自身のソフトスタートは電源投入時の事と思われます。

0.68Ωの電流制限抵抗やタイマーによるキャンセル回路を省略するつもりはありませんが、タイマーを使用せず、ソフトスタートは最大電流制限、定電流充電とし(3A~4A)充電電流が低下してくればオルタネータ電圧の定電圧充電に移行する方法に回路変更した方が効率的と思われます。(私のスキルでは難儀ですが)ですが現状の電流制限抵抗タイマーキャンセル回路は実用的にも充分であると考えています。

 さらに大容量バッテリを簡単にブースト充電するにはこのLT1270基板ユニットを並列接続すれば可能と思われます。もちろんオルタネーターの容量が無ければメインバッテリーを消耗させてしまいますが。LT1270並列接続の使用例は見当たらず、データーもありませんが、実験の価値はあると思います。ブースト電圧設定は同じにそろえるよう、逆流防止ショットキーDを入れる程度で実用になるのではないでしょうか?3個並列なら30A充電電流を流せます。これなら走行充電でも短時間で満充電が可能となる。


 ついでにこんなもの見つけました【SzParts】
15AタイプDCDC昇圧コンバータ完成品です。使用ICなど詳細は不明ですが、放熱やケースまで付いています。最初これを見つけていたら自作しなかったかも。出力電圧は12Vで調整されています。1800円! 入手してテストしてみます。

比較テストも含めサブバッテリー昇圧走行充電システムの記事はこちら
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| サブバッテリー | 21:59 | comments:0 | trackbacks:0 | TOP↑

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ステップアップコンバーターでのサブバッテリー充電方法を試みる--4

  ----Max 8A 昇圧型走行充電システムの完成です----
この小さな箱に昇圧DCDCコンバーター、サブバッテリーへの配線、切り替えスイッチなどコントローラーと分電盤機能を集中し何とか詰め込みましたが、余裕が無く、放熱の問題もあります。点検調整などちょっと不便です。最後にソフトスタートスイッチを取り付ける場所が無く、ロッカースイッチを外に引っ張り出しました。
設定14.2Vで充電中0.68Ωはキャンセル
画像はエブリィワゴン後部ラゲッジサイドポケットに置き、配線接続した状態です。
表示の状況はアイドリング充電中で、電流制限抵抗はキャンセルしています。下段のLED電圧計はDCDC設定出力電圧。サブバッテリの電圧表示は出力メインSWはオンでナポレックスメーターのみ通電。13.6Vがターミナル電圧です。このときの消費電流はLED電圧計20mAナポレックスは2mAと合わせて22mA程度です。入力電圧14.4V、出力電圧(dcdcout)に14.2Vを表示しています。充電電流は2.44A。ナポレックス電圧計と出力電圧に電位差があるのは線路抵抗と2個目のショットキーDによるものです。

各モードでの表示は操作スイッチ全てオフでLED、電圧計は何も表示はありません。電流計は000表示表示です。この状態では液晶パネルメーターの9V乾電池から1mA程度消費しています。LED電圧計は同一電源型20mA程度自己消費します。
キーオフ、各SWオフ
電流計は入出力兼用です。TV-SWはメインSW経由です。LED表示はありませんが電流計は消費電流を表示します。

充電は(ACCオンの時可能)充電SWをオンするとSW右の電球色LEDが点灯し、最上部の電球色LED、最下部の緑色LEDが点灯します。電流計は状態の応じた電流が表示されます。プラス表示マイナス表示は無いようです。 

電流制限抵抗のキャンセラースイッチ(ソフトスタートスイッチ)は通常充電開始時はオフ(抵抗経由)としますが、充電時間短縮したい場合は充電電流が3A以下になればオン(抵抗直結)としますと充電電流が増加します。常時オフでも問題は無い。12.0V以上なら直結モード(ソフトスタートオフ)で良い。

下の画像は設定電圧を15.0Vとしました。バッテリーには14.4V。充電電流は2.67Aを表示しています。
設定電圧15.0V、抵抗もキャンセルでテスト 
 
ソフトスタート入れ忘れ充電開始すると許容電流オーバーします。10Aヒューズを入れてありますが、以前のソフトスタートタイマー回路をいずれ復帰させますが、制御盤は余裕はありません。いずれ筐体を作り直します。
 

春です。冬の間中こんな事ばかりして遊んでいました。さあ出かけよう!!!!
 

  ---------一先ず完成ですが更に改良を-?------------- 

ブログ記事の記載内容は変更が度々あります。下記HPに変更内容は随時掲載するようにしています。記事の誤り等もあると思いますが、ご容赦いただきたく。
SLエブリィ車中泊おもしろDIYに掲載しました。


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ステップアップコンバーターでのサブバッテリー充電方法を試みる--3

 机上で完成しました。画像のみ掲載します。 実体配線図。 
  LT1270昇圧DCDCコンバーター走行充電システム実体配線図
3路スイッチの運転席側から取るACCはヒューズボックスから
3P1140704.jpg 
右下





電流制限抵抗に並列に入れたキャンセルスイッチ(ソフトスタートSW)をを追加しています。電圧計も、もう1個OUT端子に挿入しています。

表の顔
走行充電システムコントロールパネル
入力電圧13.8V、電流計これは0.1Aと読むフルスケール19.9A充電と放電電流を表示、下が出力電圧(DCDCOUT)14.5V、サブバッテリ電圧は出力SWオンして外付けのナポレックスデジタルメーターで表示させます。右サイド電圧調整VR。

蛸足の配線
ちょと無茶詰め込みです。この倍の容積は必要です。裏蓋はしません。
あと詳細は SLエブリィ車中泊おもしろDIY HPに掲載します。   

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ステップアップコンバーターでのサブバッテリー充電方法を試みる--2

2013/03/07 試作、テストしてみました。
2.54mmピッチの試作基板と(本番も)ICのLT1170とショットキーバリアダイオードはアルミ放熱板に取り付けました。昔のファンレスCPUに付属していたジャンクです。1/2にノコで切断しています。最大5A程度は充分過ぎる。画像右はLT1270CTとショットキーは基板に直半田付けしています。インダクタも少し大きいので基盤も少し大きい。

注意点らしきものは殆どありません。配線も大きな電流が流れる経路は画像の様な太い線をお使い下さい。ICとショットキーは基板に取付けず放熱板に取付けし、リード線で基板に配線しました。基板サイズは20×60 放熱板は60×40×30です。 基板と放熱板はホットメルトで軟弱固定。
sutepupdcdc01.jpg
いきなりバッテリに繋いだりするのは危険です。
出力電圧調整を軽い負荷(12V5Wくらいの室内灯など)をかけてテスト調整します。回路図の抵抗値はカット&トライで決めたものです。22k+1K+1KVR+1.8Kと抵抗値ですと出力電圧の調整範囲は最大17V程度になります。下限は入力電圧~ですがなぜか入力電圧以下12.0V時、最低は11.73Vとなります。(ショットキー電圧降下分かも?)0.1V単位の設定は容易です。 最大値15.0V以上は要注意危険水域ですが自由に電圧が設定できるのは当たり前ですが痛快?です。ステップアップ用途だけでなくリミッターとしても使えます。

この方式であれば5時間くらいの走行充電だけフル充電も可能となるはずだ。電圧を少々上げて倍速充電も可能となる。AMラジオなどにスイッチングノイズが入るかも? 。車両から取り出す12V電源は後部端のアクセサリソケットからでも120Wまで取り出せるのでメインバッテリ直でなくても良い。むしろ、充電スイッチ切り忘れてもACCオフとなれば充電回路は遮断されるのだから。

2013/3/8 車載充電テスト実施しました。
 まず後部のACCソケットからステップアップDCDC経由しサブバッテリに充電開始です。設定は14.5Vサブバッテリは静止時12.4Vからです。電流は3.5Aから10分後1.6Aでした。当然ですが15Vまであげると2.5Aくらいに増加します。 この間、出力電圧の変化は0.01V単位でも認められなかった。

このとき後部のACCソケットから供給電圧は1.6A時13.6Vでバッテリでは14.3V。約1V近い電圧降下がありました。問題はありませんが、それだけロスですし。DCDCのLT1170は入出力の電位差があると発熱損失が増加します。ICに触るとほんのり暖かい感じでした。

やはりメインバッテリ直に取出した方がよさそうです。充電スイッチは以前と同じくACC連動リレーとします。メインバッテリ保護の為エンジン停止時は充電しない事にします。但し、キーがACC位置で放置するとバッテリ上がりになってしまいます。
 
 次はDCDC昇圧基板をコントロールボックスに収容し電流制限抵抗を取り付け最終設定電圧を決定します。さらに充電電圧を14V~15.5Vまでマイコンなどで微細にコントロールできれば完璧な充電システムが出来上がります。

私の場合は40B19L以上大きなバッテリを搭載する予定はありませんがB31クラスバッテリの場合普通充電電流は9A程度必要となりますのでLT1270CT 1本では苦しいですが2個並列運転すれば可能と思われます。(1270Aは10A)それぞれ出力側に逆流防止ショットキーダイオードを接続し、電圧をぴったり合わせれば可能となるはずです。。。。。 
     
  
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ステップアップコンバーターでのサブバッテリー充電方法を試みる--1

DCDCステップアップパワーコンバーターを使う方法です。
 2013/03/06~進行中。3/7試作完了。進行につれ記事を更新します。

高効率IC LT1170,1270 DCDCコンバーターで12Vを昇圧させ充電する。    
  ステップアップDCコンバーターは専用に設計されたワンチップスイッチングレギュレーターICが1500円程で入手できる。1個のICとしては高価な部類だ。5AのLT1170、8AのLT1270、10AのLT1270A。入力電圧12Vで出力電圧は12V~30V可変設定出来る。昇圧型可変定電圧回路となる。今回はサブバッテリ充電用ですが、ノートPCを車載で使用可能とするDCアダプターとしても理想的である。

なぜ昇圧しなければならないのかが理解できる方なら説明の必要は無いのですが簡単に言うとメインバッテリとの並列充電の困難さから逃れたいのが一番の理由です。同時に僅か1ボルト前後の昇圧が出来れば楽に走行充電が可能となるのです。

直流電源が簡単に昇圧できればしかも自由に電圧が設定できて。そんなことが簡単に出来てしまう専用のパワーICがあるのです。世の中は私のアナログ時代から格段に進歩しており、スイッチング電源回路技術は格段の進歩を遂げている。

DCDC変換、DCAC変換の技術
DCDCはコンバーターDCACは通常インバーターと呼称します。また携帯機器のACアダプターは殆どスイッチング電源になって久しい。100均で売られている携帯充電用のUSB5Vアダプターはワンチップで構成されるDCDCダウンコンバーターだ。MC34063AというICが使用されている。これは昇圧も可能。スイッチング用パワーFETを組み合わすと大容量昇圧電源も実現できる。
他にもパソコン、スマホや液晶TVなどに大量に使われていて省エネにも貢献している。

ここで紹介するLT1170系は5A、8A、10AもICとしては1200円~で高価な部類ですが秋葉原で買える。容量アップが必要なら2個、3個並列運転も可能だ。LT1170データシート  LT1270データシート   
lt1170.jpg   
    
 IC周辺部品点数は僅か。コンデンサは50Vを用いる。実験中には40V以上にも可変出来てしまうので。ショットキー、インダクタは5A以上のものを。IC,BAT双方の安全を見て電流制限抵抗もつなぎます。回路の電圧設定の定数は実験で決定した。入力電圧~ステップアップの15.5Vの範囲で調整可能な値に変更します。回路的に充電スイッチはACCに連動し、運転席からも操作できる3路SWですが、電源直結SW(ヒューズは必ず入れる)でも構いません。(ACCから取っても最大5A程度なので問題ない)この回路の特性上逆流はありません。ショットキーダイオードがある為です。充電スイッチを切り忘れても逆流の問題は無い。
 
回路の動作説明は難儀なので省略しますが、簡単に言うと数K~100Kの発振させそれを直流化し、定電圧化していると考えれば良いと思います。入力、出力にコンデンサーが付いているのは直流として平坦化したり、高い周波数のノイズとなる成分をバイパスするものです。120uHのコイルは発振コイルとお考え下されば理解できると思います。回路を直流的に見ると入力電圧はショットキー分電圧降下するだけと考えてしまいます。簡単、3端子レギュレータのような使いやすさです。
基板ユニットとしても5千~1万円程度で販売されています。こんな物を発見なんと15Aタイプが1800円(中身はMC34063とFETの組合せ)

部品入手先
LT1170CQ#PBF と インダクタ5A100uH はマルツパーツ館
 8Aタイプのものは東京デバイセズのLT1270CT 同じく100uH6.7Aも
マルツで扱っているのは表面実装タイプのもので放熱や試作には難しい。
50W0.68ΩはRSオンライン
ショットキーMBR3045FCTは全波整流用の片側使用。秋月電子通販にて。
8Aタイプがより安心なので作り直した。 余った5Aタイプは各社ノートPCのDCダイレクト給電にも使える。出来れば75クラスにも使用可能なLT1270CTと50W0.68Ωとした方がよい。105クラスにはパワー不足。複数並列すればよい。10AのLT1270ACTもあるらしい。
その-2 組立、調整に続く
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AC100Vインバーター+市販のバッテリ充電器でサブバッテリーを充電する

AC100Vインバーター+通常のAC100V充電器を使う方法   

  自車の走行充電についてはアイソレーターや、ACC連動のリレーを使用し独立性は保ちながら充電時だけは並列接続となっています。この方式では走行充電だけでフル充電は難しいようです。

それは、最近の車では殆ど全ての車が充電制御を行い、加速時など頻繁に充電カットを行い、燃費改善を行っています。ここ5~8年くらいでしょうか。単純な並列接続ではオルタネータカット時はサブバッテリーからエンジン点火装置に逆流します。走行中に充放電が繰り返されます。アイドリングストップ車ではなおさらです。そのためバッテリーは高性能のものを搭載しています。充電制御対象車では無い我がDA64Wでも加速時は時折カットしています。人気のハイエースも同様です。

この様な現代の車に並列充電を行うとどうなるでしょうか?
オルタネータカット時において、リレー方式では逆流が発生します。ダイオードアイソレータでは逆流は起きなくても充電は全くされません。この様に弊害ばかりが目立つような気がしてなりません。市街地走行中は頻繁にオルタカットがあると推定されます。(後日電流計で確認済み)

日頃、殆ど走行しない私の場合サブバッテリは車庫スペースで時々充電してはいますが、メインバッテリはサブバッテリ走行充電の為、充分な充電がされず、寿命が短くなる可能性もあります。メインも時々補充電の必要があります。

さて私の場合でも、過去の記事にある、充電スタート後、電流制限抵抗も無くしたりしていますが走行用と同等まで充電電流が得られないような気がしています。また、走行充電は文字の如く走行時間以上充電時間は稼ぐ事は出来ませんので、急速充電とまではいかなくても、単独の充電器並みの最低でも10時間率電流値3.5A位いは流したいと思うのです。出来れば5時間率充電とか..........................   
 
インバーターでAC100Vを生成し市販バッテリ充電器を使う 
 インバーター自動車用バッテリ充電器 
DC-ACインバータ、100Vからの充電器は手持ちで流用できます。購入しても両方で7千円くらい。300W+全自動型でも10000円くらい。コスト面、変換効率を考えると無駄なやり方だと思いますが、手持ち機材で実験は可能です。40B16LくらいのバッテリーならACCからそのまま充電可能かも...........

実験してみました 
inv_dccharge.jpg 
アイドリング時の画像。右上が常設している150Wインバーター。充電器は10年以上前のSEL-35というもの。3.5Aの表示がある。内部はトランス式の15.5V。早速接続テストした。ラゲッジルーム最後尾のACCソケットからインバーターを通し、AC100V充電器でサブバッテリに充電中、通電数分後の画像です。デジタルテスターの3.0AはACCを出たところ。充電器のアナログメーターは約2.9Aを指しています。このときの充電電圧は高めの15.6Vメーター指示値では95%もの高変換効率となります。

次に全て上記の接続は撤去し、既設の走行充電(アイドリング)に切り替えるとわずか0.5A5分後直結充電になってもわずかに増加しますが殆ど変わらず。


この様なテスト結果でしたが、テスト機材は安価な150W矩形波インバーター、充電器は10年ほど前の単純なトランス+ブリッジダイオード充電器です。使用機器で異なる結果が出ると思います。特に最近の充電器はAC100V→ダウンコンバーター方式では全く動作しないかも。

このトランス式での結果だけをみると、並列充電より多くの充電電流を流し込む事が出来ました。単純なやり方ですが意外と効果的です。なお上に示す家庭用充電器CV-50TやインバーターHG-150などを接続使用する事に対してメーカーは想定、考慮していないとの事です。実用上問題は見当たらない様に思われたのです、、、、 
 
結局実用搭載はしていません。その理由は繋ぎっ放しではエンジンキーオンオフによる、インバーターの突入電流等による過負荷などによる、インバーターの破壊故障の恐れがあるからです。実際に市販インバーターの説明書にはエンジンを掛けて、インバーターを接続してから負荷を繋いでくださいと記載があります。しかし、実使用上では面倒な作業で、以前インバーターは3台ほど故障させていますがこの様な使い方やACCプラグソケットの接触抵抗の増大によるインバーター故障もあったのだと思われます。

運用の仕方、起動時過負荷、接続の問題が解決すれば、

上記の様な単純で非効率に見える走行充電が最近の充電制御車には一番適しているかも知れません

 2014/05/26 追記

その後上記のAC100Vインバーター+AC100用充電器の組み合わせはインバーターの容量不足で私の調査結果では
ACE CHAGER 10A + 3WAYインバーター 400W となりました。(ブルーカオス60B19Lを想定)

但し、電気用品としての許認可の関係からもメーカーはこの様な使用はしないでくださいと言う事になります。補償対象外ともなります。一見インバーターの容量が過大の様に見えますが、200Wでは起動しない、瞬断などが発生しひいては早期故障の原因となります。技術上問題がなく動作可能で余裕のある、400Wタイプを選択しなければなりません。

しかし、実際に動作、実験したわけではありません。

想定する問題点やその対策は
インバーターの入力側配線はACCソケットの接続は厳禁。常時電源にヒューズ40Aを挿入し、ネジ止め接続でなければ接触不良焼損、火災の恐れがあります。バッ直は駄目です。センサー通過後の常時電源接続です。

動作効率は2度の電圧変換機器によるロスは大きく、実際に入力電流と充電電流の差を測定しておく必要があります。50%~90%の効率は予測されます。(一定ではない)

これでも、エンジン起動時のみ動作させるにはACC電圧が出ているときのみ動作するリレーなどを併用し、充電スイッチも追加する必要があります。
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