シーラカンス号 電気二重層キャパシタ バッテリーレス装置バッテリーレス考察

TF125はセルスタータ等を必要としない最少限の電装で間に合う為、
6Vから12V化に伴い電気二重層キャパシタ バッテリーレスを試みた。

電気二重層キャパシタはコンデンサに分類される蓄電デバイスで、よく知られている蓄電デバイスの二次電池とその性能を比較すると、エネルギー密度(単位重量または容積あたりに蓄えられるエネルギーの量)では劣るが、出力密度(単位重量または容積あたりで瞬間的に取り出すことができる電力の大きさ)で勝るほか、大電流での充放電の繰り返しによる性能劣化が極めて少なく、寿命が長いなどの優れた特徴がある。
また、電気二重層キャパシタは完全放電が可能で、全エネルギーを放出することができない二次電池に比べると、電気二重層キャパシタは蓄電量に対して取り出せるエネルギーの割合が大きいという特徴を持っる。
保持しているエネルギー量の変化に比例して電圧が変動する点は二次電池と同じだが、0Vまで放電できる電気二重層キャパシタは電圧の変動も大きくなるため、負荷によっては電力変換(DC/DCコンバータ)全波整流レギュレートレクチファイア等による電圧安定化が必要になりる。
代表的な蓄電デバイスの関係をエネルギー密度と出力密度を基準に表すと
蓄電デバイス
電気二重層キャパシタは、アルミ電解コンデンサやセラミックコンデンサなどのいわゆる“コンデンサ”と、リチウムイオン電池などの“二次電池”の特性を補完する性質を持って、より多くのエネルギーを必要とする用途では二次電池、瞬間的な充電・放電や大電流による充電・放電、その繰り返しへの耐久性が求められ電気二重層キャパシタが向いてる。
それでは、最近までよくバッテリーレス化に使われてたコンデンサの静電容量と耐電圧を比較する
コンデンサ比較
例外になるが、昔から有るフィルムコンデンサは旧車バイクのポイント点火サージ吸収に使われてたが、最近のセラミックコンデンサを使う事により効果絶大である(残念ながら現在バイクのポイント点火は皆無に等しい)それだけにコンデンサ技術は変化進歩してると言えるだろう。

簡単なバランス回路を設け
コンデンサ
電気二重層コンデンサー10F 2.7Vで制作(通常の電解コンデンサだとこのサイズで3000~3500μF。)静電容量は300倍程有る。
DSC01242_R_20161005143815fb7.jpg
直列に6個なので2.7V×6=16.2V耐電圧
静電容量は10F/6=1.666F(写真左)

3V×6=18V耐電圧
10F/6=1.666F(写真右)
アナログテスターで全波レギュレートレクチファイアの出力は14V程度で安定するが、極端な回転の上下の中で一瞬電圧が上がる現象を確認したので耐電圧を少し上げた。(これは、気持ちの問題だろう・・・・アナログテスターの特徴かも?)

DSC01243_R_20161005143818f7d.jpg
電気二重層キャパシタ バッテリーレス装置をバッテリーケースに。
電気二重層キャパシタは、非常に熱に弱いのでシート下のエアー吸気付近に移設予定

ライトOFFでエンジンを10秒位始動させメインスイッチを切る→再びメインスイッチを入れエンジン停止でライトON
DSC01250_R.jpg
ライトは5秒位明るく灯る初期電流は1.257Aロービームで凡そ15Wの消費だろうか?キャパシタから放電されてる電流値。

エンジンを掛けてアイドリング時の電流変化(ヘッドライトON)
DSC01253_R_20161005154532fba.jpgDSC01252_R_20161005154533ca2.jpg
この辺の間で充放電が繰り返される(-0.5A~+0.5A)位
電気二重層キャパシタ の能力でこのように充放電が瞬時に繰り返すと推測する。
よって12V電装回路は安定してバッテリーレス可能と判断。
長時間アイドリングの常時点灯・ブレーキ・ウインカー使用の電圧降下は免れぬが通常使用にて問題は生じないと思う。また、その辺は通常使われる鉛蓄電池には適わない。
DSC01240_R_20161005161105362.jpg
シーラカンス号に装着した通常使われる12V鉛蓄電池は大きさに制限され狭いスペースとなる。


参考

77年ハスラー6Vノーマルに電気二重層キャパシタ バッテリーレス装置を付ける。
DSC01255_R_201610051642162c9.jpg
2.7V×6=16.2V耐電圧
10F/6=1.666F を使用
この77年ハスラーには整流器だけレギュレートはされてないが
耐電圧は16.2V有るので余裕。
結果はウインカー点滅もすぐに動作しなくなり容量不足。
6Vには無理と判断(単純に発電からの電流(A)は6Vの方が12Vの倍必要になる)
DSC01254_R_201610051642173eb.jpg

やはり、旧車等6Vは12V化で余裕のはる発電が必要で
12Vの発電と全波整流レギュレートレクチファイアが必要だ
電装系はLEDで極力消費電力を減らす対策など
通常使われる12V鉛蓄電池を使用するにもこの辺は必須だろう。


今回シーラカンス号は12V電気二重層キャパシタ バッテリーレス装置バッテリーレス化に伴い実用長期test runで見届けなければならないだろう。

                                                         
まずは、今週末京都までのツーリング予定だが・・・・天候は如何に。


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