REX@きみつ

直流電源(補助バッテリー)

補助バッテリーとして使用しているディープサイクルバッテリーは満充電の状態から目一杯電気を使用し、 無くなったら再び充電して使用するような使い方を意識して作られたバッテリーなので ディープサイクルバッテリーの特性に合わせた使い方ができるように補助バッテリーの充電系を改造しました。 さらに、電気冷蔵庫や液晶テレビさらにはパソコンなどの消費電力の大きい機器の使用で補助バッテリーの負担が大きいこともあり、 稼働状態が的確に把握できるようにバッテリーモニターを設置するものとしました。
消費電力が多く補助バッテリー2個では一日で電圧低下してしまうようになったことから平成26年(REX満6年目)に補助バッテリー2個を追加しました。

改造に際しての要件

  1. 補助バッテリーを系統から切り離せること。
  2. 補助バッテリーなしでも外部電源あるいは発電機で電気器具が使用できること。
  3. 満充電できるようにサイクル充電電圧(高い電圧 15.5V)で充電できること。
  4. サイクル充電中でも電気器具保護のため給電電圧は13.8V以下であること。
  5. バッテリーの電流と電圧がモニターできること。
以上を織り込んで作成したのが右の「補助バッテリー系統図」です。
  1. すでに設置されているバッテリー充電器は外部電源や発電機からの直流電源装置として使用(電圧は13.3V固定)
  2. バッテリーの充電用としてサイクル充電できる充電器を専用に設置(電圧は15.5V、充電完了で自動OFF)
  3. バッテリーは並列接続のまま使用
  4. バッテリー切替器でバッテリーの接続経路を選択
  5. 個々のバッテリーに分流器を取付て電流を測定
バッテリーを並列接続すると特性のバラツキによりバッテリー間での充放電が発生し寿命を縮めるのではないかとの疑念はあるのですが 並列接続そのものは同一ロットのものを使用するという条件で一般的に行われているようですので今回はREX納車時の並列接続のままでさらに様子を見ることにしました。

補助バッテリー系統図
[履歴:2011/01/11時点]
[履歴:2010/11/24時点]
発電機のスターター電源はバッテリー直結ではなく給電系統から供給することにしました。(図では省略) 理由は、発電機のスターター電源をバッテリー直結にするとサイクル充電中に発電機制御回路に高い電圧(15.5V)が加わり、 発電機制御回路へダメージを与える恐れがあるためです。 【しかしながら、発電機のスターター電源を給電系統から供給したことで、発電機始動時に12V電源系統の電圧が低下し、FFヒーターなどの機器が停止したり、 機器の動作が一時停止したりの現象が発生したことや発電機の始動性も悪化の傾向が見られたことからバッテリー直結に変更しました。 発電機の詳細仕様がないので何とも言えませんが、もともと納車時の構成でありサイクル充電時の高電圧についてはなんとか耐えてくれるのではないかとの勝手な推測で妥協することにしました。(2011/01/11)】
本方式によれば、電気器具給電用のバッテリー充電器で負荷に電気を供給しながら 独立したサイクル充電専用の充電器から効率良くバッテリーに充電できるので 発電機の使用時間を短縮できるメリットがあります。


補助バッテリー配線図

補助バッテリーまわりの配線図です。
(2010/11) 配線が複雑になり配線量が増えるため補助バッテリー付近とセカンドシート下の直流電源室に端子台を設置して配線を整理します。
(2014/09) 後部荷物室に補助バッテリー2個を増設し、4個のバッテリーが監視できるようにバッテリーモニターを更新しました。

● 改造後補助バッテリー配線図

[履歴]
2014/09/30時点
2011/01/11時点
2010/11/24時点
● 納車時補助バッテリー配線図

 

以下の写真は完成後の各部の状態で、 バッテリーモニターはダイネットテーブル横に、バッテリー切替スイッチとバッテリー充電器はセカンドシート下に設置しています。


バッテリーモニター

バッテリー切替スイッチ
バッテリー充電器

バッテリーまわり

以下は計画内容と各部の詳細です。

分流器とバッテリーモニター

分流器とは大きな電流を測定するために使用する電流センサー(精密抵抗)です。 計測メーカーである日置の分流器から50Aの電流が流れると50mVの電圧が両端に発生するものを選定しました。 200mV入力で1999と表示されるパネルメータとの組み合わせると50mVで500が表示されます。
バッテリーモニターは2つのバッテリーそれぞれの電流とバッテリー電圧を表示できるものを自作しました。
・LCDデジタルパネルメータ 3・1/2桁(1999表示)[分圧器内蔵](黒)PM-128E(BLACK) 価格:¥1,000×数量:3
・DC-DCコンバータ(5V2A) YDS-250 価格:¥200
・1W級絶縁型DC-DCコンバーター(5V200mA)MAU102 価格:¥400
・100円ショップで買ってきたプラスチックケース
DC-DCコンバータは12Vを5Vに変換したものを電圧計用のパネルメータ用に給電し、 さらに、絶縁型DC-DCコンバーターで電源アースを絶縁したものを電流計用のパネルメータに給電しています。 パネルメータの入力電圧が非常に小さいため電流計用の分流器とパネルメータ間の供給電源配線による電圧ドロップの影響を排除する目的で絶縁型DC-DCコンバーターを使用しています。

分流器箱

分流器
日置電機株式会社
HS-1 (50A,階級0.5級)
定価 税込\2,310

50A で 50mV だから
デジタルパネルメータの入力は
DC±200mV で設定
200A で表示は 200.0 となる。

バッテリーモニター
2014/09退役(二代目へ)

バッテリーモニター裏面

バッテリーモニターパーツ

補助バッテリーモニター配線図(PDF)

【注意】絶縁型DC-DCコンバーターの出力電圧が高くなるので添付配線図のままではデジタルパネルメータを壊す恐れがあります。 (バッテリーモニター二代目参照)

【参考】バッテリーモニターはサンフジ電子が製造販売している製品があります

  1. A-V モニター 60A 110A 190A (21,000~26,775円) キャンピングカー向け、実用本位のA-Vモニター 取扱説明書(PDF)
  2. A-V モニター 120A (26,775円) 分流器による高確度な電流測定のA-Vモニター 取扱説明書(PDF)
市販品の方が手間暇かからずきれいにできるのですが 2個のバッテリーの状態を個別に把握したかったのでコスト削減と技術的興味から自作することにしました。

バッテリーモニター二代目

補助バッテリーの増設に伴いバッテリーモニターを補助バッテリー4個対応に作り直しました。(平成26年10月)
左側4つが電流計で右側2つが電圧計です。


バッテリーモニター

バッテリーモニター裏面
(電源基盤改造前)

電源基盤
バッテリーモニター二代目配線図(PDF)

部品表
部品名 型番 単価 主仕様 備考
デジタルパネルメータ PM-128E \1,000 LCD, 3・1/2桁
◆測定電圧範囲:(分解能)
・DC±200mV(0.1mV)
・DC±20mV(10mV) 他
秋月電子:PM-128E(BLACK)
説明書(PDF)
寸法図(PDF)
分流器 日置電機
HS-1-50A
\2,088 50A
50mV
イーデンキ:[HS-1-50A] 50A 分流器
DC-DCコンバーター
(5V0.5A)
M78AR05-0.5 \250 ・入力電圧範囲:DC6.5V~32V
・出力:DC5V/0.5A
・スイッチング周波数:330kHz
秋月電子:M78AR05-0.5
データシート(PDF)
DC-DCコンバーター
1W級絶縁型
(5V200mA)
MAU102 \350 ・5V入力5V200mA出力
◆安定出力される電流の領域:
  DC4mA~DC200mA
・スイッチング周波数:100kHz
秋月電子:MAU102
データシート(PDF)
低損失CMOS
三端子レギュレータ
(5V75mA)
S-812C50AY-B-G \100
/8個
◆ドロップアウト電圧:
  120mV (Iout=10mA)
秋月電子:S-812C50AY-B-G
データシート(PDF)
抵抗内蔵LED
5mm黄緑色
OSG8NU5B64A-5V \12 ・VF:5V
・IF:12mA
・PD:150mW
秋月電子:OSG8NU5B64A-5V
データシート(PDF)
ロッカスイッチ NKKスイッチズ
CW-SB21KKFF
\127 ●極数: 2
●電流容量(A): 6A 250V AC
モノタロウ:CW-SB非照光形
固定端子台 8P キムラ電機
TS-615 8P
\252 ●極数: 8P
●端子ねじ: M3×8セルフアップ式
モノタロウ:固定端子台 TS-615形
ケース \108 270 x 100 x 28 mm 100円均一の透明スチロールケース
2個使用

絶縁型DC-DC(MAU102)には定電圧機能がありませんので出力電圧は定格の5Vより高くなります (仕様には、「安定出力される電流の領域:DC4mA~DC200mA 無負荷では電圧が跳ね上がります。」とあります。) このため、抵抗入りLEDで12mAを消費して電圧をドロップさせましたが 出力電圧は約5.5Vでデジタルパネルメータの電源電圧5Vを10%程度オーバーしてしまいます。 高電圧のためかどうかは判りませんがデジタルパネルメータ2個が壊れてしてしまいました。 このため低電圧ドロップの三端子レギュレータを追加してデジタルパネルメータ電源電圧の安定化を図りました。

項目 Ⅰ系 Ⅱ系 備考
絶縁型DC-DC出力電圧 5.46V 5.43V 三端子レギュレータ追加前
三端子レギュレータ出力電圧 4.93V 4.95V
三端子レギュレータ出力電流 6.52mA 6.85mA 2.2mA/デジタルパネルメータ

バッテリー切替スイッチ

本来は2つのバッテリーを切り替えるためのスイッチですが今回はバッテリーに接続する機器を切り替えるために使用しています。
・購入:ニュージャパンヨットのオンラインショップ
・サイズ 100 X 100 X 75mm
・仕様 6~32V 連続280A(断続380A)
・税込特価 ¥5,859(定価¥6,200)
設置が接触不良の不具合が発生し、分解してみたところ銅板を固定しているボルトの緩みであることが判明しました。内部の構造はいたって簡単です。

バッテリー切替スイッチ

内部構造

バッテリー切替スイッチ設置場所

バッテリー充電器

バッテリー充電器は非常用にメインバッテリー(DC24V)も充電可能な機種ですでに積み込んでいたものを流用しました。
・メーカー:セルスター工業株式会社
・型式:CV-2000
・特徴: 全自動充電機能, オートストップ機能
・主要諸元
入力電圧:AC100V(50/60Hz)出力電圧:DC12V/24V 入力容量(充電):350VA/550VA 充電電流17A/15A 適合バッテリー電圧:DC12V/24V 適合バッテリー容量:32~105Ah(5時間率) 寸法/重量:295(W)×166(D)×82(H)mm /3kg
取扱説明書
適合バッテリー容量に対しては容量不足ですがオートストップ機能は働いています。
設置場所はセカンドシート下の分電盤室でバッテリー切替スイッチとともに収納しています。
充電中のバッテリー充電器の発熱が大きいにもかかわらず分電盤室は狭小かつ密閉状態であることからそのままではバッテリー充電器が過熱してしまうため 隣の直流電源室に排気するためのファンを取り付けました。

バッテリー充電器と冷却ファン開口部

冷却ファン(直流電源室と仕切り板)

充電器と冷却ファンのコンセント

バッテリーまわり

バッテリー上部(直流電源室の床下)に分流器と端子台を取り付けました。
端子台はたまたま手元にあった木片に6mmのステンレスボルトを取り付けて端子として使用しています。
端子台には短絡事故による配線の焼損防止のため100Aヒューズを取り付けました。
分流器とバッテリーモニター間はLANケーブルで接続しています。

バッテリーまわり(改造後)

バッテリーまわり(改造前)

直流電源室に増設端子台

直流電源室の中に大型の端子台を設置してバッテリー切替スイッチや充電器からの太い配線を処理しています。

増設端子台

DC電源端子台(改造前)

機器の消費電流

主な機器の消費電流をバッテリーモニターで測定しました。
各機器の電流値は無負荷電流を含まない値です。

機器 電流(A) 備考
無負荷 0.3 メインスイッチON
リレーの駆動電流
テレビ 3.9 LED REGZA 19インチ
インバータ,ブースタを含む
カーナビ 3.9 ドライブレコーダ,GPSレーダを含む
冷蔵庫 約6.0 WAECO CoolMatic MDC-90 (90L)
平均消費電力45W
エンゲル冷蔵庫 2.5 ポータブル冷蔵庫
エンゲル MD14F-D (14L) DC12V: 2.8A
テープLED照明 0.7 自作:カーテンレールに組み込み
15 LED 30Cm x3 消費電流 約170mAx3
ギャレーLED 0.2 自作:秋月の白色LEDユニットx4
ポーチライト 0.3 自作:1W LED x3
白熱ランプ 約1.5
蛍光灯照明 0.5
ノートパソコン 約5.0 インバータを含む
Wimax 0.2
発電機スタータ 約25.0

夜間にテレビと照明を使用すると約5A(60W)の電気が消費され、冷蔵庫の平均約4A(45W)が加わると連続して100W超の電力が必要になります。

(2010/11)

補助バッテリ交換

冬の到来とともにバッテリーの劣化が顕著になってきたため交換することにしました。
現在搭載されている「ACデルコバッテリー: M27MF」互換なものから捜してみました。
購入したのは「GLOBAL Battery Co.,Ltd.」製の SMF27MS-730のです。 購入先はマリン専門店「株式会社 プラスゲイン」が通販している G&Yu SMF27MS-730 マリンレジャーバッテリー で販売価格は 1個 \12,980円(税込)+送料(\1,000) を 2個 合計 \27,960 で購入しました。

用途サイクル用
電圧12 V
RC160 分
CCA730 A
20HR容量105 Ah
総高さ225 mm
横幅173 mm
長さ304 mm
重量22.0 Kg
取手形状可動式
下部形状フラット

(2010/12)

3年4ヶ月使用後の放電測定

バッテリーがへたって一日のキャンプで電圧が低下するようになったので実際にどの程度の容量で充電されているのかを測定してみました。

測定条件は

  1. バッテリーはG&Yu SMF27MS-730(105Ah)の並列接続で交換してから3年4ヶ月が経過しています。
  2. 実使用と同じ13.4Vの定電圧で充電した状態からの放電であるので満充電からの放電ではありません。
  3. 負荷は19型の液晶テレビと17インチノートパソコン、車内のLED照明で約9A(100W)です。
  4. 測定はバッテリモニターの電圧計と電流計を使用しました。


放電電流: 9A

終止電圧11.5Vで測定を終了しました。
測定した放電容量は50Ahで製品仕様20HR容量105Ahx2の25%でした。

【参考】
oink!さんのブログ「自作☆改造☆修理の館」
バッテリー購入と放電テスト [太陽光発電]
ディープサイクル1年目のへたり具合 [太陽光発電]
ディープサイクル2年経過 [太陽光発電]

(2014/4)

補助バッテリ交換(2回目)

なるべく長時間(望むらくは長期間)使用できるものとの思惑から国産のサイクルバッテリーに挑戦してみることにしました。
いろいろ調べていたところ格安の GSユアサ サイクルサービス用バッテリー EB65 をYahooのオークションで見つけたので購入しました。

価格は 1個 \12,000(税込)+送料(\1,000) を 2個で 合計 \26,000 でした。

用途小型電動車用
5HR容量65 Ah
総高さ225 mm
横幅173 mm
長さ305 mm
重量24.5 Kg
端子テーパー端子
取手形状ひも

EB65

満充電後しばらく放置で 12.7V

GSユアサ 高性能サイクルサービス用バッテリーカタログ(PDF)
GSユアサ サイクルサービス用(開放形鉛蓄電池)グランドスターEB形蓄電池の取扱説明書(PDF)

充電方法について取扱説明書によれば(一部抜粋 数値はEB65の時)
  1. 放電した蓄電池は出来るだけ早く要綱表の充電電流(15A)に従って充電をしてください。
  2. 開始充電電流で充電を開始した場合は単位電池電圧が14.4Vに達するか、 電解液よりガスが発生し始めた時に終末充電電流(4A)近くに減少してください。
  3. 充電終了は終末電流に変更してから3時間を経過した時
となっています。

(2014/04)

補助バッテリー追加

電源容量アップのため補助バッテリー2個を後部荷物室に追加しました。 追加した補助バッテリーは交換(2回目)で取り外した「GLOBAL Battery Co.,Ltd.」製の SMF27MS-730です。
試しにと始めたのですがやっているうちに本格的になってしまいました。
既存バッテリーとの接続は電圧ドロップ回避のため比較的太いケーブルが必要になります。 たまたま後部荷物室に設置されている発電機のインバータにスタータ給電用のケーブルが引き込まれていましたので 活用することにしました。
購入時期や仕様の異なるバッテリーを並列に接続することになりますので簡単に解列できるようのナイフスイッチを設置しています。
バッテリー用のカットスイッチは充電部の露出が大きく設置場所の性格上短絡事故を避けるため採用を見送りました。
車庫では浮動充電にするかナイフスイッチを切ることで特性の異なるバッテリー間での自己放電を回避することで運用します。
負荷側での短絡遮断用にヒュージブルリンクを挿入しています。
後部荷物室は密閉空間ですので充電による水素発生は許容できません。 福島第一原発の二の舞にならないよう十二分に注意しなければなりません。 開放形のバッテリーは危険ですので密閉型のバッテリーを選択する必要があります。


後部荷物室

開閉器・ヒュージブルリンク・CT

発電機インバータまわり
写真左の太い赤黒ケーブル
(2014/09)

追加した補助バッテリーの交換

購入から5年になる追加した補助バッテリーが気温の低い状態で機能しなくなりました。
ネットで探していたらヤフオクで格安のEB65バッテリーを見つけ 販売店の「一度利用してみて下さい。価格以上の価値は絶対にあります!」の売り言葉を信じて購入しました。メーカーはバングラディッシュのようです。
先に購入したGSユアサのEB65は開放型ですが今回のは密閉型なので密閉された荷室内に設置可能であり、 外形寸法も今まで使用していた SMF27MS-730 と同じなのでピッタリです。
端子部がもろに露出していますので100均で買ってきたケースをかぶせて短絡事故を防止しています。
「QA PASSED」と表示されているものの日本品質とは異なり片方のバッテリーに同梱されていたボルトの一本は寸法が短い上にナットとワッシャがありませんでした。(写真中央) このくらいは我慢できるにしても肝心の性能や耐久性に疑問符がつきます。「高性能、長寿命タイプです。」に期待しましょう。
自宅駐車場ではバッテリーの劣化を防ぐために浮動充電(13.4V)状態を保ちます。
※バッテリーの管理に関しては諸説あり本当のところは判りませんが総じてバッテリーの放電が悪影響を及ぼすとのことと、 購入時期や型式の異なるバッテリーを4個並列にしていることから浮動充電状態にしています。

価格は 1個 \10,600(税込)+送料(\0) を 2個で 合計 \21,200 でした。 (販売店より直接購入 [キャシュ])


購入したバッテリー

付属の端子用ボルト・ナット

設置状況

(2016/01)

ヒュージブルリンク

バッテリー直後に細い銅線で代用していたヒュージブルリンクを市販のヒュージブルリンク(100A)に交換しました。
短絡などで大電流が流れた時に溶断して配線を保護します。


購入先 モノタロウ ¥343(税別)

(2014/04)