ソーラー発電

ハイエースサブバッテリーをリチウムイオン化

ディープサイクルバッテリー4個全てが要交換に!

長い間お世話になっていたACDelcoのディープサイクルバッテリーですが、昨年(2021年)1月から2月にかけて大糸線や只見線に出掛けた際にずいぶんと容量が小さくなっている感じがしました。そこで2021年2月にベッドキットの床板を上げてバッテリーチェッカーで久しぶりにチェックしたところ4つ全てが劣化して要交換の判定でした。バッテリーチャージャーでメンテナンス充電をやっても改善せず。

今更ディープサイクルバッテリーを4個買い直すのもいかがなものかと思い、調べてみるとサブバッテリーにリン酸鉄リチウムイオンバッテリーを使っているという方がちらほらおられます。その中でも特に参考になったのがこちらのサイトです。

こちらの管理人さんはもともとショービジネスに携わっておられたとのことですが、リン酸鉄リチウムイオンバッテリーの特性や施工に関するまとめ方が素晴らしく、非常に参考になりました。

技術的な話はこちらの記事をご覧いただき、本記事ではわたしが導入したリン酸鉄リチウムイオンバッテリーの型番や仕様のご紹介をメインに記述致します。

配線図

バッテリーは自作と既製品の2系統

2021年5月から6月にかけて導入したリン酸鉄リチウムイオンバッテリーは、

  • アリババで購入した生セル(320Ah)とBMSを組み合わせて作ったもの (図の BAT1)
  • Renogyの100Ah スマートリン酸リチウムイオンバッテリー2個を並列に繋いだもの (図の BAT2)

の2系統があり、ロータリースイッチで切り替えて使います。

ただ、この冬はコロナを避けるため旅行には行きませんでしたのでこの2系統をフルに活用しなければならない状況にはまだ遭遇していません。

また、ディープサイクルバッテリーは24V系の回路でしたが、リチウム化後は12V系に変更しました。

あわせてインバーター、太陽光パネル、充電器などほぼ全ての機器を交換しました。そのまま使っているのは端子台の一部とブレーカーくらいでしょうか。(太陽光パネルは、図では2枚と記載がありますが、このあと1枚加えて計3枚設置しました)

リチウムイオンバッテリー回路図

24V系をやめて12V系に変更した理由

(諸説あるようですが)ディープサイクルバッテリーの並列接続はあまりよろしくないと聞いており、そうなると直列に繋いで容量を確保するしかありません。一方リチウムイオンバッテリーは単独でも十分な容量を持っていますし、人気のRenogy製品は直列接続禁止で並列はOK。そしてこちらも今人気のRenogy走行充電器は12V系にのみ対応しています。

よってわたしもあっさりと12V系に乗り換えることにしました。

生セル自作か、既製品か?

わたしがリチウムイオンバッテリーを導入した一年前は生セル自作も割安感があったのですが、今はRenogyのほか、より安価で信頼できそうなブランドからの既製品も増えていますので、敢えて生セルから組み立てるメリットは薄いと思います。BMSの設定も面倒ですし。

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アリババで買ったDCDCコンバーターを試す

前回の記事は11月にアップしたので、それからすでに3ヶ月経過してしまいました。もともとは、冬の到来に間に合わせるつもりだったのですが、2月にずれ込んでしまったのでした。

回路を変更してテストするが…

当初はこのように、ソーラーパネルとDCDCコンバーターのどちらかを選んでチャージコントローラーにつなげるような配線でした。

しかし、前回の記事でお伝えしたように、Drok DCDCコンバーターの電圧はチャージコントローラーが充電可能な36Vまで上がらないため、これを下記のように変更し、DCDCコンバーターからチャージコントローラーを介さず直接バッテリーを充電するようにしました。

作業を終え、ハイエースのエンジンをかけてDCDCコンバーターに供給したのですが、なんとDCDCコンバーターは反応せず。運悪くこのタイミングで故障してしまいました。

Drok DCDCコンバーター故障
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DCDCコンバーターによる充電能力アップは失敗

DCDCコンバーターでバッテリーの充電を試みるが…

以前の記事でハイエースのオルタネーターにDCDCコンバーターをつなげて12V直流を36V直流に変換、これをソーラーパネル用のチャージコントローラーに供給してバッテリーを充電しようというところまでご紹介しました。
この図でいうと、赤枠で囲んだDCDCコンバーターを追加し、ソーラーパネルに代わってここから供給した電気をチャージコントローラーに送ってチャージコントローラー(青枠)からバッテリーを充電しようという目論見です。

ハイエースソーラーシステムの能力アップ

がしかし、結局のところ取り出した12Vの電流をチャージコントローラーが作動する36Vまで昇圧することはできませんでした

使用したDCDCコンバーターはこれ

アマゾンHPより引用

DC8V-60Vの入力を10V-120Vに変換可能、出力も900Wを謳っています。わたしは150Wも出れば御の字なので、これを試してみました。この価格では国産の類似品は見当たりません。(国産だと価格の桁が違ってきます)
また、これ以外の中国系メーカーのものは☆が一つ、二つといった低評価なので怖くて手が出せません。

テストしてみる

商品説明では電圧は120Vまで上がることになっていますが、きちんとした仕様書があるわけではありません。取説もいかにも中国語を機械翻訳したようなわけのわからない英語が書いてあります。このお値段なので能書き通りに動くとは全く考えていませんでしたが…

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【災害時の電力】200Wソーラーパネルで使える電気製品は?

災害時の停電にどこまで耐えられるか?

私のハイエースは、通常はレジャーに使っていますが災害のときにシェルター代わりに使うことも意識して手を加えてきました。昨今は日本国内においても甚大な被害をもたらす災害が毎年発生しており、もはや絶対に安全な場所はどこにも無いという状況です。
電気や水道が長期間止まる事例も発生しており、わたしもなるべく多くの電力がまかなえるようハイエースの充電能力のアップを行ってきました。
しかし、燃料が手に入らず電気も止まったとなると、最後はソーラーパネルですべてをまかなわなくてはいけません。一体全体、私のハイエースに取り付けた200Wソーラーパネルだけでどの程度電気製品を使うことができるのでしょうか。

発電量と消費量の収支を知りたい

そこで、この秋、只見線を撮影するために福島県/新潟県に一週間ほど滞在した際、下記のデータを測定して発電される電力と消費される電力の内訳がどうなっているかを調べました。

  1. ソーラーパネルからバッテリーに充電される電力の積算値
  2. 走行充電装置からバッテリーに充電される電力の積算値
  3. バッテリーの電圧
  4. 毎日の天候(晴れか、曇か、雨か?)

収集したデータ一覧

主として朝起きたときと夜寝る前にバッテリーの電圧充電された電力の積算値を記録、これをもとに、充電された電力を計算しました。

車中泊旅行における充電量と消費電力データ一覧
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サブバッテリーの寿命だと思っていたら実はネジが緩んだだけだった

頻繁にヘタるバッテリー

以前の記事で、サブバッテリーが約一年でヘタってしまったことを報告しました。しかし、この判断は間違っていたようです。

と申しますのは、この記事にあるバッテリーの不調は昨年10月下旬。このときはよく調べずにバッテリーを交換しました。

その後、昨年末からの正月前後の旅行中にも同様の症状が出ました。さすがにそう続けてバッテリーがへたるのはおかしい。そこで、バッテリーチェッカーとバッテリー充電器を購入して状況をきっちりと調べることにしました。

購入した機材

バッテリー診断機

バッテリーの内部抵抗を測定する装置です。内部抵抗が大きくなると、大電流を流した時に電圧が下がってエンジンなどが起動できなくなります。湯沸かしのときも20A程度の電流が流れるので、内部抵抗が高いと同様の現象が起きます。しかし、内部抵抗値は0.01Ωレベルの微小な抵抗なので普通のテスターでは測定できず、こういった装置が必要となります。

ハイエースサブバッテリー電圧降下
アマゾンHPより引用

バッテリー充電器

当初はサブバッテリーユーザーから熱い支持を受けている下記の購入を考えていました。
ACDelco(エーシーデルコ) 新世代全自動バッテリー充電器 12V専用 AD-0007

ところがよく調べてみるとこのバッテリー充電器はOMEGA PROというメーカーの OP-0007 という製品〔現在は廃盤)のOEMでした。

しかもこのあと新製品が出ています。最高出力はOP-007が40Aに対してこちらは15Aと低いですが、わたしはせいぜい10Aあれば十分なのでこちらを購入しました。それ以外の機能は同等で、小型化されて価格も安くなっています。

ハイエースサブバッテリー電圧降下
アマゾンHPより引用

バッテリーを充電してチェックする(2019年1月)

バッテリーを充電する

まずは取り付けたばかりのAC100V対応スイッチング電源を使ってバッテリーをしっかり充電しました。

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【ソーラー発電・充電能力アップ】関連記事まとめ

【ソーラー発電・充電能力アップ】関連記事の内容と相互関係についてまとめました。

ソーラー施工関連

ソーラー発電システムの機器を選定し、これらを取付て配線作業を行いました。

ソーラー発電の施工にあたってかき集めた電気の基礎、部品などの規格、必要な工具の種類などの情報を、自分の覚えも兼ねてなるべく体系的にまとめてみました。

サブバッテリー2個を使ってデスクトップPCを何時間運転できるかテストしてみました。

バッテリー増設関連

当初はバッテリー2個を直列につないで使っていましたが、これでは厳冬期に電力が不足するため、2個追加して4個に増やすための検討を行いました。

検討に基づいてバッテリーを2個追加しようとしたのですが回路に致命的なミスがあったため、工事を中断して検討をやり直しました。

冬の北海道旅行に備え、サブバッテリーだけで電気毛布が何時間使えるのかをテストしました。

発電状態、充電状態がわかるよう、電圧計4個を取り付けました。

冬の北海道へ出かけて車中泊旅行をしながら厳冬期のバッテリーの持ち具合を調べました。

充電能力アップ関連

2回目の極寒北海道旅行に備えてチャージコントローラーを利用した走行充電装置を追加しました。

ものはついでと、家庭用100Vコンセントにつないでバッテリーの充電が行えるようにスイッチング電源を追加しました。

今までは同時に使えなかったソーラーパネルと走行充電装置ですが、ある部品が見つかったことで同時使用が可能となりました。

災害時にハイエースで暮らした場合、ソーラーパネルの発電する電力だけでどの程度の家電製品を使うことが可能なのかを検証しました。

走行充電用の充電装置をもう一台追加し、2系統あるバッテリーを両方同時に走行充電しようとしましたが、うまく作動しませんでした。

結局昇圧コンバーターは破損して使えなくなったので別の製品を中国のアリババで購入し、テストしたところ動作まで確認できました。

使い勝手向上関連

ルーフキャリアに取り付けたソーラーパネルの脱着が非常に難しいため、一部部品を交換して作業性を改善しました。

実際にサブバッテリーにどれだけ充電されているのかがわかるように、アマゾンで見つけた電流/電力計を取り付けました。

ソーラーパネル車検

初めての車検でしたが、ルーフキャリア、ソーラーパネル、各種機器を自力で取り外さずに済むようトライしました。

トラブル関連

使い始めてから一年強でバッテリー2個がヘタってしまいました。

定期的に発生していたバッテリーの電圧降下によって湯が沸かせなくなる問題の原因と対策がわかりました。

ソーラーシステムに電流・電力計を設置する

ハイエースのソーラーシステムに走行充電、100V充電を付け加え、更に走行充電のパワーアップも行ったのですが、それぞれどれくらい充電できるのかがよくわかりません。わかることと言えば、充電を行うとバッテリーの電圧が上がるので「おお、充電してるね」というくらいのものです。ソーラーパネルについても、充電能力が最大200Wということは知っていても、今、この天候でどれだけ充電できているのかがわかりにくい。(チャージコントローラーに表示させることは可能ですが、ボタンを何回も押さねばならず使い勝手はよくありません)そこで、前から付けたいと思いながら面倒で先送りしていた電流計をつけることにしました。

電流計を探す

できればアナログよりデジタル、ついでに電力も表示できればなおよし、と思って探していたら、良さそうなのがありました。電流、電圧、電力、それに積算電力まで表示できるとは素晴らしい。メーカーは、ハイエースソーラーシステムの充電能力50%アップで使用したDCDCコンバーターと同じDrokです。アマゾンで2,088円だったのですが、商品紹介ページが消えていますね。先日買ったばかりなのに。
メーカーのHPはこちらです。(そしてこちらのほうがずいぶん安い)

ハイエースソーラーシステムに電流計設置

ちなみに、DC用は、50A用、100A用もあるのですが、DCの100Aとなると被覆も含めた電線の太さが鉛筆くらいになるはずなのに商品説明にある端子の形はこの20A用と変わらないように見えます。どうやって配線するのでしょうか??

回路図

本体裏面に接続図が描かれています。

ハイエースソーラーシステムに電流計設置

つまり、こういうことです。(端子の番号はわたしが勝手に付けただけで、商品には書かれていません)

回路図
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ハイエースソーラーシステムの充電能力50%アップ

夏を涼しく過ごすために充電能力をパワーアップしたい

以前の記事、【暑さ対策】エンゲル冷蔵庫で食料と人を両方冷やせるか? でご紹介した通り、車内の暑さをアイスノンでしのぐためには現在の充電能力では電気が足りなくなってしまうことがわかりました。

このための対策としては下記の2点が考えられます。

① エンゲルポータブル冷蔵庫をもう一台追加し、食品を冷やすために保冷剤を凍らせることをやめる→保冷剤を凍らせるためには冷蔵庫をほぼフル稼働させることが必要であるが、フル稼働は消費電力が大変多いため、冷蔵庫を2台体制にしてフル稼働させる時間を減らす。
② サブバッテリー充電回路の能力を上げることで使える電力を増やす
今回の記事では、この②の課題を解決していきます。

何が問題か?

図を御覧ください。上のブロック図は現状の回路、下のブロック図は問題を解決するための改造案です。

ソーラー発電回路ブロック図

現状

発電側: スイッチAとBを使ってAC100V(外部電源)、ソーラーパネル、オルタネーター(走行充電)の中から一つ選ぶ
充電側: スイッチCを使ってバッテリー1,バッテリー2のいずれかを選ぶ
という回路になっており、バッテリー1とバッテリー2の両方を同時に充電することはできません

改造案

発電側: AC100Vとソーラーパネルのいずれかを選ぶ
充電側: スイッチBとスイッチCを使って選び、AC100Vとソーラーパネルのいずれかオルタネーター(走行充電)のどちらかをバッテリー1に、他方をバッテリー2に割り当てる

という回路に変更するとバッテリー1とバッテリー2の両方を同時に充電できます

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【ハイエース車検】DIYソーラー機器はどこまで取り外すべきか?

ついに車検がやってきた

ソーラーパネル、ベッドキット、ルーフキャリアと、好き放題にいろいろと取り付けてきたハイエースの初回車検がやってきました。面倒なのでどれも外したくはないのですが、どこまで外さなくてはいけないのでしょうか。

機器の脱着に必要な時間と費用

現在の姿

屋根の上にルーフキャリア、ルーフキャリアの上にソーラーパネルを取り付けています。

ハイエース車検

車内はベッドキットとソーラー発電機器を取り付けています。そして、床下にはサブバッテリーが4個。

ハイエース車検
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ハイエースサブバッテリーをコンセント電源で充電できるよう改造する

目指せスリーウェイ充電

先般の記事で走行充電をDIYで追加したことをご報告しましたが、調子に乗ってAC100Vを利用した充電装置も取り付けることにしました。

これがあれば、明日の出発までにバッテリーを満タンにしておきたいが曇っていて充電できない、といった時に役に立ちそうです。それに、ソーラー充電、走行充電、AC100V充電と3つそろっているとちょっと格好良さそうです。

今回の外部充電追加は、家庭のコンセントから取った100Vの交流電源をソーラーパネルの公称最大出力動作電圧に等しい36V直流に変換したうえでソーラーシステムのチャージコントローラーに供給してやろうという算段です。

下記のブロック図で言うと、前回実施した走行充電追加が青い部分、今回実施するAC100V充電追加が赤い部分です。

スイッチング電源はACアダプターの一種で、電圧、交直流の変換を行う装置です。

これをバッテリーに直接つなぐのではなくソーラーのチャージコントローラー経由とすることで、過充電の危険を避けることができます。

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