エンジンと電気

今時の車のフロントガラスの上部を見ると、たいていカメラが付いてます。今話題のドライブレコーダー…では無くて、自動運転や運転支援のカメラ。

個人的には、なんだか内燃機関な自動車って、もっと電気より遠いメカメカしいイメージがあり、今時の電子制御てんこ盛りの自動車ってどうなん?ってちょっと引っかかってました。

キャブレターがインジェクション化したばかりの当時も「電気で制御されたインジェクションなんて…」と、凄く異質な物扱いされてましたし。

じゃぁ、昔の自動車は電気を使わなかったのか?電気を使わない自動車とは?って考えていくと「点火プラグ」で電気がどうしても必要というところに落ち着くわけで。

内燃機関の歴史

広義には花火のようなロケットとか往復運動の無いものも内燃機関に含まれるんですが、とりあえず今時のエンジン的な物に限ります。

歴史を遡ると、今のエンジンの原型?というか、最初の「実用的な内燃機関」と言われてるのがルノアールのガスエンジンで、それが1858年。

んで、電気の方がもうちょっと歴史が古くて、1700年代には既に静電気として、実用とはちょっと外れながらも利用されてました(エレキテルとか)。

「溜めたら放電して終わり」の静電気では無く、直流として安定的に利用できるようになったのはちょうど1800年の「ボルタの電堆(電池)」の発明以降のこと。

そして、そのルノアールのガスエンジンで使用されたのが電気点火方式で、この時初めて「電気式点火プラグ」として実用化されたわけです。エンジンだけでなく「点火プラグ」も一大発明だったわけで。

そんなわけで今のエンジンは電気と共に生まれてきたのであって、電子制御化していくのもわりと自然な事なんかな…という気がしないでもなく。


余談1)ルノアールのガスエンジンで使用された電気点火方式は「初めて実用化された電気点火方式」としては画期的だったようですが、予備圧縮を上げると点火不良を起こしたり、当時は既に他にも幾つかの点火方式が実用化されていたのですぐには普及しなかったようです(電圧が低かった?)。しかし、1902年のボッシュによる磁石とコイルを使った高電圧スパークの実用化以後は、電気点火以外の方式はほぼ淘汰されてしまったようです。

余談2)実はルノアールのガスエンジン以前にもレシプロ的なエンジンは既にありました。「大気圧ガスエンジン」と呼ばれるもので、ガス燃焼の圧力を動力として利用するのではなく、燃焼後のガスを密閉・冷却したときに出来る真空にかかる大気圧を動力として利用。1800年代初頭ではそれなりに稼働してたようです。

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Beaudens B-1502-JP

【電池革命】Beaudens ポータブル電源 52000mAh/166Wh LiFePO4電池採用 10年超長寿命 2000回充放電サイクル AC(150W 最大200W)DC/USB QC3.0出力 小型軽量 家庭用蓄電池 車中泊 キャンプ 防災グッズ 停電対策 24ヶ月保証(B-1502)

LiFePO4採用を公に謳っている珍しいポータブル電源なんで、せっかくなんで重箱の隅をつつくように見ていこうと思います。(ぉ

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2018/2からDC出力可能なポータブル電源は「モバイル電源」というカテゴリで電安法の対象になりました。

で、一応PSEマーク有りますがいきなり表記が怪しいです。

経済産業省のページより

届出事業者名と電圧が載ってるのは良いとして、容量表記がNG。まず単位が違う。電力値(Wh)ではなく電流値(Ah)で書けよ…と。

そして「最大」って詐欺。正しくは「定格」で、5時間率にて実際に供給可能な電流、まぁtyp値。

あとAC出力が海外仕様の115Vになったまま。実測すると96Vくらいなんで、一応日本向け仕様にはなってますが、表記だけが間違い。

因みに出力波形はこんな感じ。バリバリ矩形波ですが、まぁこんなもんでしょ。おまけのインバーターに正弦波を期待するだけ無駄ってもんで。

分解

前側が充電/操作/USB系、後ろ側がACインバーターで真ん中に電池という構成です。どちらか片側に基板が寄ってるとおもったのでちょっと面食らいました。

主電源ケーブルが基板直付けなのは賛否が分かれるところですが、半田づけの状態も悪くなくポッティングしてあるのでまあ良いでしょう。電池側はコネクタ接続で、使用している電線も十分に太く不安は無し。(0.75~1.0sqくらい?)

主回路基板

バッテリ自体の電圧は、満充電で13.7V。電圧見る限り、確かにLiFePO4使ってそうです。

12V出力はDCDC変換通さず、On/Off用のPowerMOSFETと逆流阻止用のダイオードだけ通して、そのまま出力。

これだとDCDCより損失少ないはずなんで、先日実測した149Whというのがほぼバッテリーの実力ということになるかと。「最大」表記詐欺め…。

基板眺めてて気になったのは、あちこちで多用されるダイオードやFETの並列接続。あちらの国の設計で良く見るけど、これアカンやつ…。

部品毎の定格電流値が足りないんだろうけど、2つ並列接続しても2倍の電流流せないよ…。(ヒント:部品のばらつき)

最大出力で使うと、これらのうちのどっかから壊れそうだわ…。

電解コンは一応105˚C品。とはいえ、そもそもダメなメーカー製なら何使ってもダメなんですが。

昔電解コン使って設計してた頃は、アカンメーカーのブラックリストっていうのが設計にあったりしました。

AC出力コネクタ

AC出力の端子部

ACプラグ差しても、ゆるゆるですぐ抜けるんですが…、マジで使えない。

試しにペンチで狭くなるように曲げて見ましたが、1回ACプラグ差すだけで端子が広がってもうゆるゆるに…。

三つ叉タップの内部電極

本来こうあるべきなんすよ。

端子にあるぽっちみたいなのが、ACプラグのブレードにある穴に引っかかって抜け止めとして機能します。

また端子の材質も見て分るように真鍮バネ。バネ用リン青銅も良いのですが最近余り見なくなりました。

引っかけのポッチも無ければ、材質もバネ性の無い何か。生の銅ってことは無いだろうけど、たぶん何かの銅合金。だめだめ。


総評

まぁAC100V出力端子が機械的にだめだめなのを除けば、あとは期待以上でも無く以下でも無く…って感じでした。AC100Vは元々期待してなかったから、まぁ良いか…って感じで。

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モバイル電源検討

主にレース会場で洗車機や扇風機回したりするのに、余ってるバイクのPbバッテリー使ってました。

ただ、先日導入した扇風機の消費電流がけっこう大きく(DC12V/約3Amp)て、いつものPbバッテリーでは容量不足を感じるようになり、更に高容量のバイクPbバッテリーか今時流行りのLi-ion内蔵したポータブル電源か…と思い検討してみました。

各種バッテリー比較

ざっくりと、各種バッテリーの容量あたり単価と密度を比較してみました。

価格は密林やらネット価格やら。

鉛バッテリーについて

やっぱり容量あたりの単価では圧倒的に鉛バッテリーが安いです。

特に自動車用の開放型なんてダントツで安いんですが、開放型は深めの充放電繰り返すと、どんどん液がへっちゃうからウチの用途には向かないんですよねぇ。

MFなら液が減らないので、深めの充放電で使っても数百~数千サイクルくらい使えるけど、一方でお値段高め。いずれにせよ車用は大きすぎて使い勝手が良くないので、結局はバイク用MFから探すことになります。

容量的には今(12V6Ah)の3倍くらいほしいな~って考えてるんですが、それだとYTX20L-BSになり重さが6kgを超えてしまう。

サイズはまぁ許容できても、重さが辛い…。

そんなわけでLi-ionを検討。

Li-ionバッテリーについて

Li-ionといっても色々な形態があります。

鉛互換Li-ionバッテリー

バイクや自動車の過酷な環境でも使えるようになっているからわりと安心?かと思うも、SKYRICHとか見ると容量のわりに異様に高い。
(ぶっちゃけ良い商売してるなぁ…)

一方で車用で探してみたら、まぁサイズ的に使えないんですが異様に安い。

いや、コレ安すぎる…って思ったら、レビュー見たら1年もたないとか中開けたらゴミ入ってたとか散々でした。

Skyrichは実際使っててトラブルも無いけど、如何せんコスパ悪すぎるので鉛互換Li-ionは却下。

Li-ionセル単体

Li-ionにも実は色々種類があって、情報機器や家電で一般的に使用されているLi-ionと、バイク・自動車用で使われているLi-ionは別種になります。

LiCo系

主に正極に使っている材料によって分類されます。LiCoなら、正極にリチウムとコバルトの化合物を使ってるということになります。

情報機器でお馴染みのタイプがこれ。他の業界ではその危険性から倦厭され気味。

ぶっちゃけ、LiCo系は原理的に熱暴走起こして爆発or炎上するリスクが有るんですよね。徹底した品質管理を頑張って回避はしてるんですが…。

なんで燃えるかというと、高熱になるとH2(水素)をぶしゅーッと吹き出すから。そりゃ燃えるわ…。

危険性があっても、後に揚げる2種類と比較してLiCo系が最も電力密度が高く、スペック至上主義な情報機器系では今更後戻りできない…って感じなんですかね。

そんなわけで、熱暴走のリスクが無いor低い品種のLi-ionというのが世の中には有ります。

LiMn系

電気自動車や電動工具で主に採用されてます。LiCo系みたいに燃えたりしません。LiCo系よりややサイクル寿命が短いのが課題。

ただ、製造メーカーが日系・韓国系ばっかりなんですわ。つまり、あやしい中華バッテリーとして、DIYユーザーがアクセスできる部品市場には流れてこないんで、入手が難しい…。

セルが入手出来ないなら工具用のバッテリー流用を…と考えてみても、メーカー純正は結構高いし何よりもコネクタが特殊すぎる。
(工具にガチャって付けられるように)

サードパーティの互換バッテリーだと安いけど、アレLiMn系じゃなくてLiCo系入ってんじゃないの?っていう気がするし却下。シランケド
(電圧ほぼ同じ)

LiFePO4系

元は米国のA123社が特許押さえて独占的に製造販売してました。Skyrichや幾つかのバイク用Li-ionバッテリーに入ってるのもこのタイプ。

LiMn系と同じく、原理的に熱暴走・発火のリスクが無く、さらにLiCo系よりも倍くらい長寿命で、正極材料が安いのが売り。(鉄Fe/リンP)

ただデメリットとして、LiCo系やLiMn系よりも電力密度が1〜2割低く、今時の高容量化の流れに逆行するのが微妙な所。

起電力が3.3Vと他のLi-ionよりかなり低いのが電力密度が低い所以なんですが、一方で4cell直結で13.2Vと簡単にPbバッテリー代替が出来ます。
(LiCo系だと3.7V*4=14.8Vと、ちょい電圧高すぎる)

電圧変換とか入れる余裕の無い、バイク用Pb代替Li-ionバッテリーで重宝されるわけです。

ただね、自動車向けバッテリー不具合の補償問題で2012年にA123社は経営破綻。その後、中華系企業に買収されました。

んで、お陰様で、中華系の怪しいルートからLiFePO4が個人でも買えるように。\(^O^)/

ただ、それでもセル単体となると、そもそも個人ユーザーでセル単体を欲しがるなんて変人なんで、あまり買えるルートがない≒販売価格が高止まり。

ポータブル電源と比較したら、電源回路が入っている分、電力密度は劣るけれども、ポータブル電源の方が安いやん…ってことでポータブル電源を検討することに。

ポータブル電源

っていうか、LiFePO4搭載してるポータブル電源というと1機種しか見つからず。

166Whの物しかなく、ちょっと容量が心許ないですが、他に選べるあてもなく。

そんなわけで、Beaudensと言うところのLiFePO4のポータブル電源に。

実測

消費電流が約3Ampちょいの扇風機に繋いで、扇風機が電圧降下を検出して自動停止するまでの時間を計測。

実際の消費電流は、Pbバッテリー接続時は3.2A、モバイル電源(B-1502-JP)接続時は、ちょっと電圧が高いのか3.3Aでした。

鉛バッテリーは2種とも10時間率では6Ahを謳いますが、3Aのやや高レート放電では実際に使える容量が半分くらいにまで減ることが仕様・実測共に分ります。

スターター回すだけの大電流引けても、中くらいの電流レートでだらだら引くにはあまり効率は良くないようで。

また、NTX7L-BSの方はほぼSpec通ですが、YTZ7Sのほうはだいぶ劣化が進んでいる事がわかりました。

一方の怪しい中華Li-ion。仕様では 166Whを謳ってますが、実質これだけ引けたらまずまずかと思います。

そもそも、ポータブル電源は内部の電源変換回路の損失が数%~10数%あるはずで、実際に取り出せる電力なんて、必ず内蔵の電池容量から損失分目減りするわけです。

にもかかわらず、内蔵する電池の容量表記だけでOKっていう、現状のザル規制のほうがどうかしてますが…。

更に言うと電池の容量表記にしても、普通は欧州電池司令に従ってmin.表記が一般的なんですが、日本国内のザル法に従えばtyp表示でもOKなんで、typで表示している可能性も合ったりします。

そんな訳で、実質で90%引けるというのはかなりマシな方なんじゃないかな…と。

結果的に、今使ってるNTX7L-BSの3倍くらいの容量もあるようです。

ただウチが買った奴は、いきなり充電用のACアダプタが不良品でしたけどね。さすが中華?

言えば一式交換出来るんだろうけど、ACアダプタ必要ないし面倒だからそのままにしたけど。

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邪馬台国

なんかね、むかーしガッコで習ったときは「漢から金印貰ったりしながら卑弥呼が近畿地方のどっかを治めてたよ!」って聞いた気がする。

でも今では、近畿なのか九州なのか意見が割れているばかりか「三国志に載ってたよ!」ってだけで、国内で具体的な物証が何一つ出てなくて、そもそも存在したかどうかも危ぶまれるとか…。

じゃぁ金印は?って思ったら、そもそも出自について確かな情報が無くて、旧福岡藩主の人が明治維新後に「江戸時代に領民が見つけたらしいんだけど、何かウチに有ったから上京の手土産に博物館に寄贈するわ」って言うあたりからが確かな記録。

金印が邪馬台国に贈られたってのも仮説の一つで、箱とかの付属物も何も無いから、科学的な年代測定すら出来てない、よく分からないものとか。

金印の推定の根拠はというと、これもまた三国志。大昔の歴史書なんて勝手に創作入るし書写しで間違うしで、イマイチ当てにならん…。

いやまぁ、邪馬台国の所在について諸説あったのは知ってたけど、金印がそんな事になってたなんて知らなんだ。

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