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

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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。

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

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

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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。



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

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ついにキャンピングカー火災による犠牲者が


11月連休の初日未明の岩手・北上市東北自動車道でキャンピングカー火災事故が発生。死亡を含む犠牲者が出ました。走行中火災発生の様です。ニュースによると6名乗車?全員が死傷した模様ですが、何故この様な火災大事故になったのでしょうか。

タイヤから車内に延焼したと報道されていますが、タイヤはバーストしますが火災に至ることは聞いたことはありません。停車し、車外へ逃げることが遅れたのが大きな事故に至ったのでしょうか。

私は現役時代家電製品の事故にも仕事柄直面することもありましたが、キャンピングカーの様な特殊な空間での火災では想像以上の危険性を秘めています。火災となる要因があまりに多岐にわたり、複合的に関与しあいます。

以前のブログ記事でその危険性を指摘した事はありましたが、火災で尊い犠牲者が出る事まで予測はしていませんでした。

この度の原因はまだ特定されていませんし、軽々しいことは言えませんがひとつ気付いたことはキャンピングカーの出入口については通常、巾のごく狭いドアが1箇所というのが殆どと思います。普通の車は後部でも左右2ヶ所というのが多いですが、定員乗車が大きなキャンピングカーでも出入口はひとつではないでしょうか?バスなどは非常口が必ずあるくらいです。

タイヤからの火災ならキャンピングカーでは改造を重ね、快適性を重視し、ベース車両からの重量増加があり、タイヤに過度の負担がかかり、事故に繋がるケースも考えられます。

車中泊改造の記事を書いている私も記事全体を見直したいと思いますし、今後とも安全面、マナーについても注意喚起にも努めていきます。安易に流れない様記事を書くものの責任を感じます。

キャンピングカー製造業者は安全が第一であることを忘れないでいただきたいと思います。使用者については無理な快適性の追求は今回の様な危険を伴う事忘れず、日常点検も怠らずやっていただきたいと思います。

前回の ”
キャンピングカーの危険性を考える” 記事はにはその発生原因について記載しました。

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| 防災 | 14:58 | comments:0 | trackbacks:0 | TOP↑

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