蒼天航路 〜ドローンと空撮のブログ〜

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Phantom4Pro 現場でのバッテリー充電の話 その3 サブバッテリー

投稿日:2017年8月4日 更新日:

サブバッテリーの設置についての考察

車から3本同時充電は出来るようになりました。

が、しかし。サブバッテリーが無いので、エンジン止めたまま連続で充電すると、車のバッテリーの容量・健康度にもよりますが、5~6本の充電で車のバッテリーが上がってしまいます。

以前、九十九里で一回アガってしまいました。その時はこれを使って助かりました。

筆者の車のエンジンは直列6気筒の3000ccですが、すんなりかける事が出来ました。こんな小さいので・・ウソみたい!今の技術はすごいっす。

で、バッテリーをアゲないためには、エンジンをかけて充電しないといけない。それならいくらでも充電できますがエコじゃない…

これを避けるには発電機 or サブバッテリーの設置が必要になります。

筆者自身、まだ設置しておらず、検討している段階です。

サブバッテリーの容量を考える

まず、サブバッテリーの容量について。

車のバッテリーの表示って、ちょっとわかりにくいっす。

筆者の今のカーバッテリーは 110D26R で、これを例にすると

  • 110 は性能ランク。数字が高いほど高性能。しかし容量(Ah)を直接的に表すものではない。
  • D は箱の短辺側の大きさ
  • 26 は箱の長辺側の長さ(単位:cm)
  • Rはバッテリー端子の左右がどちらか?(L/R)

となる。

なので、最初の数字が大きいほど、容量も大きいと言えるけど、容量を直接表すものではないのがややこしい‥

Phantom4Pro のバッテリーは約90Whなので、それをエンジン始動無しで8本くらい充電できると良いかなぁ。単純計算だと容量的に720Wh 必要。

車のバッテリーは12Vなので720Wh÷12V=60Ahで、アンペア表記だと60Ah以上ってことになります。

8本の根拠はオレ的な「なんとなく」です。1回の充電時間は約70分なので、満充電にしたバッテリーを4本持って行って、

  • 1本目飛ばす(20分)
  • 2本目(20分)→1本目を充電開始
  • 3本目(20分)→2本目を充電開始/1本目(約40分=60%くらい?)
  • 4本目(20分)→3本目充電開始/2本目(約40分=60%)/1本目(約60分=ほぼ100%)
  • 1本目(20分)→4本目充電開始/3本目(約40分=60%)/2本目(約60分=ほぼ100%)

このループを2周出来ればな‥と。

必要なのは60Ah。インバーターロスを10%として約66Ah。

ただし、バッテリーは完全に放電させると性能が著しく下がるので、+30%程度のマージンを考慮すると約80~90Ahの容量が必要ってことでいいかなぁ。。?

で、さらにややこしいことに、車のバッテリーの容量表示には5時間率とか20時間率ってのがありまして。。

例えば容量80Ahを例にとると、

  • 5時間率80Ah=容量の1/5の電流(80÷5=16A)を5時間流せるバッテリー
  • 20時間率80Ah=容量の1/20の電流(80÷20=4A)を20時間流せるバッテリー

ってことになります。

バッテリーってのは、短時間に大電流を流すのと、長時間少ない電流を流すのとでは後者の方が「持ち」がいいわけで、同じバッテリーでも終電圧10.5Vになるまでに取り出せる電力が違う。

換算する時は、おおよそ

  • 5時間率→20時間率=5時間率の125%にアップ
  • 20時間率→5時間率=20時間率の80%にダウン

となるそうな。

ちょっと寄り道。バッテリーの容量表記について

ちなみに上に書いたのは一般的な鉛シールドバッテリーの話で、一般的に広く使われ、最近はカーバッテリーにも進出してきた「リチウムイオンバッテリー」には「時間率」という考え方はありません。深い放電にも耐えられるから。容量表記のAhをそのまま信じてOK。ただし売る側は容量を大きく見せるために「174000mAh」(=174Ah)とかいう「Ah」での表記を前面に押し出してきます。ただし、これには罠があるのです。Ah表記が大きいからと鵜呑みにするのはダメ。この数値は「そのバッテリーのセル電圧でのAh」なんです。

例えば、人気のこのポータブルバッテリー。例に出して申し訳ないが、こいつがまさに174000mAh(174Ah)を謳っている。しかしセル電圧が3.6Vなので、

174Ah ×3.6Vで626Whがこのバッテリーの容量です。書いてるけどね。なのでバッテリーの容量ってのは「Wh」で考えるべきなのです。

続き。ではP4Pのバッテリーを8本充電できる容量とは?

上にも書いた通り、P4Pのバッテリー容量は約90Whなので、8本充電するには720Wh必要。

ただし、安価な鉛バッテリーを使う以上、使い方による使用時間・取り出せるエネルギー量が変化するので、それを見越してもう少し考えないといけないです。

まず3本同時充電してる時の消費電力は約300W。300W÷12V=電流は約25Ahだから、5時間率80Ahの場合、5時間率の基準電流16Ahよりもかなりオーバー。

この使い方では5時間よりも早く空になる。しかし、8本を満充電するのに必要な時間は210分。3本同時充電しか出来ないので、3本70分×2=140分+2本70分。3時間半持ってくれれば8本くらいはいけるかもです。

逆に同時充電を2本にすれば電流は約16A。5時間率とほぼ同じ。これなら充電8本どころか、10本くらい行ける気がする。無理すればだけど。

バッテリー容量80Ah(5時間率)の場合、エネルギー量は12V×80Ah=960Wh P4Pのエネルギー量は約90Wh。

960Wh÷90=10以上。空っぽの状態から充電するわけではないので、約10本は可能ってことです。

これが3本同時だと電流量が5時間率の1.5倍となり「電流量が増えたから早く空になる」のに加えて「大電流だと取り出せるエネルギー総量が少なくなる」という意味で早く空になる。

ということで、なんとか80Ahでいけるんじゃねーか?と考え、5時間率80Ahのバッテリーを狙う事にします。20時間率表示だと100Ahのもの。

容量80Ahって、カーバッテリーの規格でいうとどのくらいなん?と調べた。

「カーバッテリー 性能ランク 容量」で調べたら、JIS規格にたどり着いた。

JIS規格番号検索で D5301 始動用鉛蓄電池を表示。

これによると、最初の数字が115で5時間率88Ahとなっているので、カーバッテリーの場合、115以上(旧式は95E41以上)のものを探せばOKということになる。

しかし、115のカーバッテリーを検索すると、とてもデカいし重い‥ 30kgくらいある。これはちょっとなぁ。。

バッテリーの種類

いくつかの種類がありますね。

  • カーバッテリー セルを回るために短時間に大電流を流せるように設計。エンジン始動後は常に充電されているので、深い放電はあまり考えられていない。完全に放電させると(1回でもアゲると)性能が著しく低下する。なので、使えるのは容量の半分~60%程度。
  • ディープサイクルバッテリー 深い放電を考慮して設計されたバッテリー。アガっても性能劣化は少なく、完全放電からでも300回程度の充電が可能らしい。
  • 密閉型 倒れても液漏れしない。液の補充の手間いらず
  • 開放型 倒れると液漏れ。液の補充が必要(やったことないけどw)

サブバッテリーは荷室内に設置するので、出来れば密閉型の方がいいかも。

そしてディープサイクルバッテリーなら深い放電まで耐えられる。とりあえず、ディープサイクルバッテリーの5時間率80Ah以上を狙う。

ディープサイクルバッテリーと満充電

ディープサイクルバッテリーで検索すると一発でこれが出るが、このACDelco製のバッテリーは、ある程度充電した後の最後、満充電にもってくための必要な充電電圧が15Vとかで高く、走行充電では満充電には出来ないらしい。

だからこいつ専用充電器で家の100Vから充電するみたい。それめんどくさいな・・・

ただし、走行充電で満充電にできるバッテリーもあるらしい。充電電圧14VでOKということ。BriteStar というバッテリーはいけるらしい。

「らしい」ばかりだが、そうらしい(笑)

てことで、ズバリ、これにする!

容量20時間率105Ah=5時間率84Ah

なるほどね。楽天1位だけど、1位には理由があるね。やっぱ。

Britestarはこれ。箱の文字が違うだけで中身は同じと思われる。型番同じだし。

充電方法の考察

バッテリーを決めたら、次はそいつをどうやって充電するか?です。

うすうす気づいていたけど、もはや完全にキャンピングカーの領域に入っています。

充電方法は幾つかあって

  • 家で充電
  • 走行充電
  • ソーラー充電

てなもんですかね。

ソーラー充電はソーラーパネルの設置が必要なので、とりあえず今は除外。後付けできるし。

家で充電するのは家庭用の充電器での充電。上に書いた通り、ACデルコのディープサイクルは専用充電器が必要だけど、SMF27MS-730 は不要!と云うことは、家にある安い充電器でも充電可能。。なはず。

しかしめんどくさい。。

やはり、できれば車で走ってる時にそのまま充電されてほしい。これを「走行充電」と言って、これまた何パターンかあるらしく。

アイソレーター式

走行充電器(アイソレーター)とゆー機械を噛まして充電。電流逆流防止でダイオードが使われているため、充電電圧が降下0.5~1V程度降下してしまい、完全に充電する事はできない。

リレー式

手動とイグニッション連動とがある。いずれも、手動またはリレースイッチによりメインバッテリーとサブバッテリーを並列接続させて充電。リレーを入れて配線つなぐだけなので安くできる。バッテリーは電圧の高い方から低い方に流れるので、エンジンを止めたままキーをACCの位置にして長時間使いサブバッテリーの電圧が下がると、メインバッテリーも道連れにアゲてしまう可能性あり。

また、リレー式は単にリレーを使ってバッテリーを並列接続させるだけなので、近年の車に導入されている「充電制御車」の場合、サブが元気=電圧が高いと、車が「充電の必要無し!」と判断してオルタネーターが回らず、充電されない恐れあり。筆者の車は古いのでその心配なしw

自動リレー式

リレー式の欠点を改善させたもの。キーがACCの位置で並列接続状態で使っていて、メインバッテリーの電圧が下がってきた時点で、並列接続を切り離して、メインを守る。その機械をセパレーターというらしい・・?

他にも完全に電子制御で賢い充電する奴もあるみたいだけど、大体こんなとこかと。

現場でのドローンの充電の場合は、ACCをオンにする必要もなく(てかしたくないからサブ積むわけで)純粋にサブバッテリーから充電させるわけなので、リレー式で十分と思われる。

走行充電だけで満充電は厳しい?

上に書いた105Ahのサブバッテリーの適正充電電流は12A以下と書いてある。

ということは、約0.1C充電。ということは、満充電まで10時間以上かかる。

リレー式で配線のみで並列接続したときの充電電流ってどんくらいなんだろう?コントロールできないよね・・あとでテスター当ててみる。

とりあえず、12Aだと10時間以上かかる… 走行充電だけで満充電するのは難しいかもしんない。だからキャンパーの皆さんはソーラー発電も付けるわけですね。納得w

エンジン始動時の逆流防止と配線

先人達のブログやらを見ると、これは注意しないといけないっぽい。。

要は、

  1. エンジン始動時=大電流が必要な時、メインよりサブの方が元気だったりすると、サブからメインに大電流が流れてヒューズが飛ぶらしい。
  2. 逆にサブが元気ない場合もありうる。その時は並列接続した途端、メインからサブに大電流が流れる事もあるそうな。

ヒューズが飛ぶ=並列接続が絶たれるわけで、充電されなくなる。しかも、逆流した大電流に耐えられず、リレーが壊れる事もあるみたい。

これは面倒くさいな~。。

とりあえず、大電流が流れてしまう可能性がある以上、太い配線で凌ぐ感じかな。

先人達のブログを見ると、2sqとか細い配線で並列に繋いでるけどこれはどういうこと…?と思ったら、逆に細く長い配線にすることによって、その抵抗を利用して逆流を防止してるっぽい。なるほどー・・ 熱持ちそうでちと怖いとも思いつつ、まぁ大丈夫なんだろうね。

でもせっかく8sqで配線したし、これを活かさない手はない。

バンテックっていうキャンピングカーメーカーは、やはり2の逆流に対応するために配線を太くして、リレーも70Aのものを使ってるそうな。

その方式でいくか。

12V70Aのリレーはこれ。

オグショー OGUshow トランポ用品 12V-70A サブバッテリー用リレー

ぐぅ・・お高い。。 リレー1個に4000円て。

Amazonで格安のを発見。80Aとか120Aだけど。どうせ50Aのヒューズだし始動時の大電流さえ回避できればいいしこれでいいや(笑)

 

 

 

また、1の逆流を防止するには、上に書いた、ダイオード使用のアイソレータを使う方法もあるけれど、電圧が降下する。SHIT!

注意すべきはエンジン始動時の大電流の逆流だから、今更手動式にするのも一案?(笑)

もしくは、やっぱり自動化したい!って場合は、エンジン始動時にACCになった時、始動するまでちょっとだけ(5秒くらい?)接続を待ってくれるリレーがあればいい。「オンディレイリレー」ってやつですな。

ググった。みつけた(笑)

しかし、たぶん・・てか絶対、70Ahなんていう電流には耐えられない。だったら、70Aリレーの前にこいつを配置したらどうだろうか?

以上を考え合わせると・・こんな感じかなー?

できたかも。えっと、今月中くらいにやってみようと思います。

そして、ソーラー発電

書いてるうちに欲しくなって調べたw

常に満充電OKの状態にするためには、こいつが必要となります。車停めてる間もずっと充電してくれるわけで。

発電量は晴れた日で1日3~4時間だそうです。

単純計算で、30Wのパネルを使ったとして・・

1日4時間発電で120W=12Vだと10A。

てことは、105Ahのバッテリーを10日で満充電できるってこと?まじ?結構良くない?残念ながら毎日ドローン飛ばすほどドローン多忙ではないので。。

ソーラーパネルとバッテリーを繋ぎっぱなしにすると、過充電の原因になって危ないので、こういう充電コントローラーを使うことになる。

高価なもんだと思ってたら、えらく安い・・ そんでソーラーパネルも30Wとか50Wなら全然安い。

このコントローラーの効率を80%としても、1日8Ahは充電できるってことかなぁ?

すげぇ良いな‥ 太陽エネルギーでドローンを飛ばすのって、なんか良いな・・ 欲しいかも。

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名前 : 岡崎 慎一

5歳でトイラジに出会い、それ以来ブランクはあれどずっとラジコン好き。
とあるアーティストのMV撮影でDJI INSPIREでの撮影を目の当たりにしてドローン空撮を志す。現在はそのMV撮影時に飛ばしていた人に師事。

ドローンの他、登山とマラソンとロードバイクと天体撮影とラジコンと音楽とデリカスペースギアとPCとカレーが好き。 これら全部を活かして、旅をしながら稼げるバックパッカーとなり世界一周に憧れてます!
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