ブログ特別編 非常用電源を作る
非常用電源を作る scene10 高圧電源の取出しテスト
やっとの事でノートeパワーが納車されました。こうして見ると値段の割には中々良い車です。
少し予算をオーバーしましたが結果コレで正解だったと思います。
さて、いよいよお楽しみの高圧電源の取出しです。 ここでは安全の為に絶縁手袋を使いますが、こんなものホームセンターにあると思い買いに行くと置いてありません、近くのワークマンにも寄りましたが無く、慌てていつものAmazonに発注しました。
まず、センターコンソールのあたりをバラすので、リヤスペースに有る12Vバッテリーのマイナス側を外します。
この付近にはエアバックの衝撃センサーが有り、何かの拍子に万一エアバックが開いてしまわないように電源を遮断して置けとの事の様です。
次に、ネット上にある整備マニュアルの緊急時の対応の中で最初にサービスプラグを抜くとあるので、絶縁手袋をしてとりあえずはこれを行い安全に配慮して進めます。
このサービスプラグを抜く事でリチウムイオンバッテリー内部の回路を遮断して、出力端子には電圧が出なくなるようですがマニュアルを見ても外し方が良く判らず、イラストで書いてありますが橙と緑に色分けしたパーツなので写真での説明のほうが判りやすいと思います。
ネットの情報の通りサービスプラグは助手席の足元のプラスチックカバーを開けると、さらに金属製のカバーが有りこれを外すとやっとサービスプラグが出てきます。
説明では判りにくいですがレバーを上げると簡単に外せて中に電極が見え、チャージされた分が残っているようなので触らない様に注意してテープで塞いでおきます。
昔、真空管式の送信機で4～500Vくらいの電圧をいじっていた事が有りますが、今回は300Vとは言え電流がとんでもなく大きいので舐めては掛かれません。
次にリチウムイオンバッテリーの電源接続部ですが、これはセンターコンソールボックスの真下の位置に有るはずなので、まずはマニュアルに従ってシフトカバーやコンソールボックスを外すと、カーペットの切れ目の下に写真で見たことのあるような物が見え、この切れ目をめくってみるとそこは接続端子箱のカバーで、ここまでは拍子抜けするほど簡単にアクセス出来てひと安心です。
コンソールボックスの下はどうなっているのかマニュアルでは良く判らず、開けて見て簡単に点検できるようになっていて助かりました。
ここまでは予習のおかげですんなり来られましたが、このカバーを開けて端子台を露出させるところは電源が切れていてもチョット緊張しますね。
カバーのネジを外して開けるとネットの写真で見てはいたのでアアこんなものかと言う感じで、高圧の＋と－はM8のネジで少しネジ部が長く出ているのでここに圧着端子をナットで接続するには好都合で、まさかここにケーブルを繋ぐ事を前提にネジを長くして有る訳でも無いでしょうが助かりました。
この端子箱にはインターロック用の2つの電極が付いており、蓋のほうには金属プレートが有って蓋を閉めると電極間が繋がるようになっていて、サービスプラグを抜き忘れてこの蓋を開けても高圧を遮断するようになっているようです。
触る前に念のため、テスターで高圧の＋－間を見てみると0Ｖで電圧は完全に遮断され、チャージ分も残っていないようで、電源を切るとすぐに電圧が降下してチャージ分が無くなるのも数秒のようですが、舐めて掛かってはいけません。
高圧に対してはしっかりとした安全策が講じられており、まず、電源を切るだけで数秒後には電圧は殆ど無くなり、それに加えてサービスプラグと接続Boxのインターロック接点と、間違えても感電しないようになっています。
これなら、電源を切ってから触れば大丈夫のはずですが、絶対と言う事はないので電源を切り、サービスプラグを抜いてテスターで電圧を測ってから触る様にします。
しかし、ぶ厚いゴムの絶縁手袋をして狭いところに小さなナットを入れるのは至難の業で、結局何度も電圧を確認してから薄いビニール手袋で作業をしましたが、最初に触る時は緊張しました。
ついでに気になっていたのが高圧回路の絶縁についてで、＋－共にシャーシ間で抵抗を測りましたがテスターでは∞で、これ以上はメガで測らないと判りませんがそこまでの必要は無いでしょう。
とい言う事で高圧系は完全にシャーシから絶縁されて浮いている事が判りスッキリしました。
そしてこのリチウムイオンバッテリーからモーター駆動用のインバーターを繋いでいるケーブルですが、一見5.5～8sqくらいにしか見えず、隣の12V用ケーブルのほうが余程太いです。
この線から見る限りバッテリーから流せる電流は、せいぜい50～60Aくらいで出力にすると15～18kw程と、とても車を走らせるのには小さく、チョットアクセルを踏込むとエンジンが掛かるのは、バッテリーだけでは電力が足りないのですぐにエンジンを始動させて発電を開始し、モーターに不足分の電力を送っている為のものと思われます。
もっと太いケーブルが使われていると思っていたので拍子抜けしました。
もっとも容量が1.5kwh足らずのバッテリーでは、そう長くEV走行させる事も出来ませんが、発進時などは特にバッテリーからのアシストは重要になりますが、このケーブルの太さを見る限り発進時にバッテリーからの供給電力は余り当てにしていないようにも思えます。
さて、高圧の＋－端子から電源線を引き出します。 本番では綺麗に配線しますがその前に仮にケーブルを引出し、インバーターに接続してノートeパワーのリチウムイオンバッテリーからDC300Vの電源を供給し、AC110V/220Vが正常に出力される事を確認し、そしてある程度の負荷を掛けてこの状態で20～30分くらい試運転して様子を見たいと思います。
このテストは大変重要で上手く行かなければ何か対策を講じる必要があり、それでもダメならこの計画は失敗と言う事でこれ以上の作業や検証を続けても無駄となってしまうので、今後の工程を大きく左右する為にしっかり確認しておく必要が有ります。
インバーターはscene4でソーラーパネルからPV端子に電源を接続して、しっかり出力できる事は確認できており、今回はソーラーよりも安定した出力のリチウムイオンバッテリーに繋ぐわけなので余り心配はしていませんが、もう一つ以前から気になっている『走行していないのに長時間電力を消費している事を、ｅパワーのソフトが異常と判断して、エラーさせエンジンを停止させたりしてしまわないか？』と言う心配を検証するのが大きな目的です。
昔の車ならいざ知らず今の車は走るコンピューターなんて言われる様に、全てソフトで監視･制御されているので、走行用バッテリーから最大数kwの電力を失敬するのを見逃してくれるのか？と言うことが最大の懸念材料です。
その為にはまず、カバーを外した高圧端子の＋側と－側ネジに8mmの圧着端子を付けた赤と黒の3.5sqのケーブルをM8のナットで接続して、元のコルゲートチューブの両脇から赤黒2本の線を仮に引き出しておきます。
確認の為の仮配線ですが安全に配慮し、＋側の線の分岐点に近いところにAmazonで購入した40Aと言う大きいヒューズが入ったヒューズBoxを分岐点に近いところに設置します。
耐圧はスペックには無く写真のように見た目には縁面距離も大きく、しっかりしているので300Vくらいは大丈夫だと思います。
これで万一ショートしてもヒューズが飛ぶのでリチウムイオン電池側の保護となり安心で、次に赤黒のケーブルをブレーカーの一次側に繋ぎ、二次側よりインバータのPV端子に接続してブレーカーをスイッチとして使います。
このような大電力を扱う回路にはヒューズやブレーカーを出来るだけ電源元に近い所に入れておく事は大変重要で、このリチウムイオンバッテリーがどれくらいの瞬間電流を流せるのか正確なスペックは判りませんが、もしも、ヒューズ無しでショートしたら3.5sq程度のケーブルなどは一瞬で燃えて消滅するような恐ろしい事になるでしょう。
端子Boxから強引に接続した赤黒の引き出し線は3.5sqと細く仮接続でチューブも通していないので隙間から引き出す事が出来たので、とりあえずBoxカバーを閉めてネジで固定し通電しても触れられない様にしておきます。
さていよいよお待ちかねの通電です。
外しておいたサービスプラグを元に戻して車の電源を入れる前にブレーカーの一次側で電圧を測ってみると0Vで、車の電源を入れるとリチウムイオン電池の電圧として298V出ているのが確認出来ました。
この車は電源が入らないとリチウムイオンバッテリーの端子には電圧が掛からないので、ONにして初めて出力します。
インバーターの電源スイッチはOFFのままでブレーカーを上げるとインバーターが起動しますが、インバーターには Grid、PV、Battry と3系統の入力が有りGrid又はPVどちらかが入力されると、インバーターはスタンバイ状態で起動して電源スイッチをONするとAC電力を出力する仕組みです。
尚、両方の入力が存在する場合はインバータの設定により優先順位を設ける事ができるようになっています。
インバータの出力は単相3線式になっているので、写真のように中古の60Aブレーカーの付いた屋内配線用の分電盤を用意してこのブレーカーの一次側に繋ぎ、各ブレーカーには15Aのコンセントを繋いだものをL1側、L2側で合計2個設置して1回路は200V用のコンセントを繋いでおきます。
まず、AC出力に何も繋がず無負荷の状態で電源スイッチをONして操作パネルで確認すると、L1、L2共に50Hzで110V出力されており、念のためにテスターで測っても同じでL1-L2を跨いで測ると220V出ておりここまではOKです。
次に負荷を繋いで見ますが0.9Kwと1.1kwの電気ストーブを用意して、L1とL2にそれぞれ繋いで見ますが電圧が110Vと少し高めなので注意してテストします。
実際にはケーブルによる損失などもあり負荷に掛かる電圧は少し降下していると思いますが、0.9kwを繋いだL1は消費電力が1.07kwで、1.1kwを繋いだL2は1.26kwで出力されおり、電源電圧が高い分電流が多く流れるので約1.1倍の電力となっています。
PV入力は2.5kwで出力合計が2.33kwと、効率が92.3%となりまずまずです。
次にL1-L2間の220Vのテスト用に大きな負荷としてリーフの充電器を繋ぐとL1とL2は同じで1.65kwとなり、この充電器は200Vでは1.5kwキッカリ流れるのでちょうど1.1倍流れていてOKです。
次にこの状態で先ほどの電気ストーブを繋ぐとL1は2.75kw、L2は2.92kwで単独の時と、同時の時とで計算は合いこのときのPV入力を見ると289Vで5.97kwとなっていて、電圧は変化するので無視して出力電力をを入力電力で割って効率を計算すると、(2.75kw+2.92kw)/5.97kw=94.9%とここはスペックの効率と一致しています。
周波数は50Hzピッタリで波形もトランスで10Vに降圧してオシロで確認しましたが、ノイズも無く綺麗な正弦波で出力されています。
このインバーターは単相3線式の出力で片側が3kwで合計6kwの仕様と、これがほぼインバーターの最大定格なので結果は良しとしましょう。
次は問題のノートeパワーのほうですが、PV入力の電圧(リチウムイオンバッテリーの電圧)を見ていると300Vくらいまで下がるとエンジンが掛かり、発電を開始して315Vをチョット超えるくらいで停止してこれを繰り返しますが、負荷によりエンジンが掛かっている時間(発電している時間)は変化し、当然ですが負荷が小さいとリチウムイオンバッテリーの電圧降下もゆっくりで、起動/停止の周期が長くなりますが、この辺は時間が掛かるのでもう少しゆっくり見る必要が有りますが、懸念していたeパワーのシステムがエラーと認識して停止してしまう事も無く、1時間以上に渡り起動/停止を繰り返していました。
ここで以前発注しておいたDC400Vで200Aまで計測できる、パネルメーターが届いたので仮に繋いでテストしておきます。
このパネルメーターは計測部と表示部が分離されており、無線もしくはUSBケーブルにより通信され表示部は離れた場所に設置できるものです。
計測部には３００Ｖの高圧が掛かり20Aもの電流が流れる為、いくら短い距離とは言っても車内を引廻す訳にも行かないので、分離されている事は非常に好都合で助かります。
テストの結果は上々で電圧と電流をリアルタイムで表示し、ここから色々な設定が出来て過電圧や過電流などのコンパレーター機能も設定できます。
このテストでひとつ、確認不足から大きな失態をしてしまいました。
その失態とは、eパワーのメーターパネルに車が串刺しになったようなマークのエラー表示が出てしまい、その後全くエンジンが掛からない状況となってしまいました。
パネルメーターの計測部を繋ぐ前は正常に動作していたので問題は計測部に有ると考えて、まさか？と思いましたが念のため計測回路と駆動回路の絶縁を見てみると、何とマイナス同士が繋がっており｢マジかよ？｣とびっくり。
普通、これだけの高圧を扱うのであれば双方は絶縁しているものと思い込んだ自分が悪いのですが、リチウムイオンバッテリーは車体(マイナス)から浮いているのにこの計測部でアースに落としてしまい、多分、eパワーが絶縁不良と観てエラーさせてしまったのでは？と推測しました。
数日時間を空けてからやってみましたが全く変わらず、仕方なく診断機で観てもらうとやはり絶縁不良のログが残っており、｢やはりそうか、俺の推測は正しかったろう？｣なんて言っている場合では無いですが。
絶縁不良は致命的なエラーの為に自然にリセットされることは無く、原因を確かめ修理してから診断機よりリセットする手順の様ですが、原因は犯人が判っていて明らかなのでその場でリセットしてもらいました。
これは計測部の駆動電源を車の12Vから供給した為に起きた事なので、実際に設置する時は計測部駆動用のDC12Vは絶縁型インバータを使って作り、車のDC12Vと高圧のDC300Vを絶縁させるようにします。
表示部のほうは直接車からDC12Vの電源を貰いますが、無線を経由して絶縁？されているので絶縁不良は起きないはずです。 この程度で済んで良かったです。
しかし、このクルマが串刺しになったようなエラー警告灯のデザイン、これはクルマのシルエットにビックリマークを重ねたもののようですが、確かに見たときはドキッとしますが私にはあまりセンスの良いマークとは思えず見たく無いですね。
また、インバーターの最大出力は6kwですが突入電流の大きい負荷などを接続すると、瞬間的にPV入力不足が発生しerror code10を出して出力をOFFしてしまう現象が起き、これは対策として配線ケーブルを8sqの太いものに変えてみましたが効果は無く、インバーターの設定でチョット気になるところを変えてみたところ少し改善されましたが、インバーターの特性上瞬時の過負荷に対しても敏感に検出し、保護回路が働いて停止してしまうので、突入電流の大きい負荷を繋ぐ場合には注意が必要です。
この件についてメーカーに問合せて色々話したところ、｢PV端子にソーラーパネル以外のものを繋いで故障しても保障の対象にならないので注意してくれ。｣と言われましたが、不安定な電力源のソーラーパネルを繋ぐPV端子に安定したバッテリーを繋いでなぜ故障するのか？と考えました。
反対にバッテリー専用の入力端子にソーラーパネルをを繋いだ場合、不安定な入力に対応していないのでこの場合はトラブルも懸念されますが、この言い分はチョット？と言う事で無視して進めます。
元々、インバーターもノートeパワーも最悪の場合、壊してしまう事もアリと覚悟の上で始めたことなので。
また、インバーターはフルパワーで運転を続けると有る程度暖かくなりますが、密閉したところで運転しなければブロアーも付いているので問題無いと思われ、実際には放熱の為収納部の蓋を開けた状態で運用する事になると思います。
このインバーターの変換効率はスペックからは95%と言う事なので、最大の6kw出力させると単純には5%が熱となりるので300w程度の発熱は仕方ないでしょう。
仮にインバーターを繋いでここまでテストした結果ですが、インバーターLVX6048のほうはもう少し粘り強ければと思いますが、この辺は容量に対して負荷を少なめに設定する事で何とかなりそうで、本来とは違う目的で使っているので無理もあり、また時間を掛けて別の余裕が有る製品を探す事も含めて良しとします。
ノートeパワーの方ですが、やはり走らないのに電力を使っている事で少しおかしいと感じている様で、残りの燃料から走行可能距離を表示する機能が－－－を表示しており、又、走行させた時の状況もテスト前と違っていて、以前は電池がフルに有ってもすぐエンジンが掛かり充電していましたが、テスト後は電池メーターが半分くらいでもエンジンが掛からずEV走行しており、以前よりも電池の容量幅を広く深く使っている感じがします。
聞くところによるとこの車、使い方によって有る程度学習するとの事で、このテストでの無理な？使い方に慣れたのかも知れませんが、何か履歴として残ってい無いか機会があったら診断機を繋いで見てもらおうと思います。
でも表面上は異常も無く動作しており、これならしっかり取付けて配線しても無駄になる事は無さそうなので、次の工程では上手く実装して綺麗にカッコ良く仕上げたいと思います。
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