デコの残日録
人間は死ぬために生きている訳だから、日記は残日録とも言える。311原発事故でその思いは益々深くなったが、この国の行く末を見届けるには、何とか生き残らないといけない。そのための愚考過程をメモ。
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リサイクルならまずはバッテリーを長持ちさせる事から始めよう
車屋や車専門誌の話を聞くと、車のバッテリーはきちんと使っていても5年後くらいから劣化するので、早めに交換しようなどと知ったふうな事を書いて茶を濁しているが、「民主主義を守ろう」、「そうすれば我々は幸せになれる」といったごく表面的な、耳ざわりの良い政治的スローガンを聞くのを思い出して反吐が出る。

鉛バッテリーは重い負荷をかけたあとはすぐに補充電し(放電しながら充電する)、放電最終電圧10V強を下回らないようにする事が大事だ。

そうすれば、電極表面にできるバッテリー能力低下の元、サルフェーション(酸化物)を減らす事ができる。けれど、普通、どんどんそれは蓄積されていき、最後はほとんど充電できないという状況になる。

2000年ごろ、ネットの電子工作愛好家の間で、デサルフェーサーという、ごく簡単な装置によって、このバッテリー劣化の原因であるサルフェーションを消滅させて、バッテリーが復活する事実が明らかにされた。この世紀の大発見に大メーカーは無反応だったのが、糞笑えたww

直後、俺もハンダごて握って歴ん十年なので、さっそく作ってみたが、オリジナルに近いアナログICドライブではさんざんで結果が出ず(効果あったがパフォーマンス悪かった)、今回アナログICドライブをやめてPICというマイコン・ドライブに変えたところ、好結果を得たので紹介しよう。

いま「パルサー」や「デサルフェーション」「デサルフェータ」などのキーワードで検索すると、山ほど回路や解説が登場するが、それぞれオリジナルの回路と微妙に違っており、そのうちのどれがいいのか、実験してはオシロスコープの波形を見て、結果を確かめてきたのであった。

その結果、いい感触だった回路が以下。結局のところ、オリジナルに近い回路に辿り着いた格好だが、唯一違うのはオリジナルのスイッチング素子、MOSFET-Pチャネルではなく、同じMOSFETだがNチャネルに替えてある事。

photo

(⇧回路図上でマウス右クリックから、「画像だけを表示」を選ぶと、拡大されます。)
PチャネルではなくNチャネルにすると、グラウンドを共通にして、オシロスコープで波形などの観測がしやすくなる事や、Nチャネルのほうが種類が多く、高スペックながら安価な事など、いい事が多い。

PIC側のドライブ出力波形がこれ。(あとでアップします)
一見、0V−5Vの方形波に見えるが、時間軸を広げて(短時間で)見ると、方形波ではなく正弦波に近い高周波成分が多く含まれている。これがサルフェーション除去に効く。これをリンギングというらしい。

MOSFEETをオンにするデューティはVR2で可変可能で、1%~12%あたりまで変えられる。PICのPWMをつかっており、ダイナミックにデューティを変えられる。デューティを上げると、ピーク電圧が上がり(電流も)、かつ消費電流も上昇するので、良い塩梅のところに設定するのがいい。

ちなみにパルス周波数は16kHzにした。とくにこれといった理由はないw クロックにPIC内部16MHzを使ったからともいえる。

消費電流は負荷によらず、20~100mAくらい。これはデューティー比による。60mAくらいが高圧もほどほど、MOSFETの発熱もそこそこで、目安になると思う。100mAも流すと、FETには素手では触れないほどだ。

VR1は、バッテリー電圧が何V以上だったら高圧パルスを出力するかを決定する。バッテリー端子間電圧は通常12.5V前後、エンジンが回っていれば13V以上になるので、13V前後を超えたらONするように設定するのがいいと思うが、この1kΩのVRによる設定はクリチカルだ。プログラム中、ON/OFFのスレッショルド電圧をON/OFFごとに変えれば多少改善されるかもだが……めんどくさい。あるいはVRのバックスラッシュかも。

このVR1については、実際のところ、この回路を車に積んで、テスターでON・OFF電圧を図りながら設定すべき。なんなら、良い塩梅に設定後、ホットメルトでこのVRを固めたほうがいいかも。

PIC動作確認用のLEDはGP3(PIC10F332ではA3ポート)の信号でドライブされるが、本来このGP3ポートは入力専用としか動かないが、入力専用でも、入力用弱プルアップの入切がプログラムで切り替え可能なので、それを使ってLEDを擬似的に駆動する。

このLEDとは電源ON(5V供給)で光るわけではなく、PIC内部のファームで光るので、きちんとPICが動いている事を確認する事ができる。GP1のFET駆動用ポートに、PWMパルスが出力されている事をオシロスコープなしに確認できる。

回路図にも書いたが、普通はLEDの電流制限用抵抗として、LEDとシリーズにTrコレクタ間に数百Ω~数kΩ入れるが、コレクタ電流はベース電流のhFE倍しか流れない(つまり簡単な定電流)である事を利用して、LED電流制限抵抗を省略した。

なお、PICの出力回路を見ればわかるが、上側Pチャネル、下側NチャネルFETによるトーテムポール出力になっており、ポート出力がLの場合、PIC内部で確実にグラウンドに接続されるので、スイッチング用FETのゲート・GND間に入れてゲートをプルダウン(OFFに)する数kΩ~数十kΩの抵抗は入れてない。入れてもいいだろうが無駄だと思う。PICの出力電流の総計は、±合計で20mA超あるので、十分だろう。

MOSFET+ファストリカバリーダイオードによる高圧出力波形がこれ。(あとでアップ)
高圧パルスの瞬間値は、無負荷時に50Vくらい(デューティー10%時)。+側高圧に比べて、それほど小さくないアンダーシュートも見えるが、無視している。

この高圧バルスの電圧のおよそは高圧発生用コイルのリアクタンスで決まるが、20uHくらいまでに小さくすると、300V~400Vが得られた。高圧が効くとは言えないが、実験してみるのいいだろう。

とは言ってもこの電圧は数uSecレベルの瞬間値であり、かつ信号源インピーダンスはものすごく高く、接続機器に影響を与えるような力はなく、それほど恐れる事はないと思われるが、まして高圧自身がデサルフェーションに効くわけではない事に注意しよう。むしろ、高圧パルス・ピークのあとに続く高周波成分(正弦波)、リンギングがサルフェーション除去に効くらしいのだ。

というわけで、高圧発生用コイルのインダクタンスは100uHにした。これでパルス・ピーク(無負荷)50Vくらいが得られる。

もう少しピーク電圧を高くしたいなら、50~70uHくらいでもいいかもしれない。パルス・ピークが100Vくらいになるだろう。負荷接続時、端子間電圧は測定器の内部抵抗にもよるが、ピークで20数Vが観測できると思う。

信号源にとっては重負荷といえる車載バッテリーを負荷としてつないだときの、バッテリー端子間の波形がこれ。
高圧パルス信号源のインピーダンスがかなり高いし、バッテリーの内部抵抗は限りなく低い(劣化が小さい場合)ので、こんなふうにパルスが見えるわけがないと思っていたが、きちんと12Vに上乗せされたパルス(+8~9Vくらい)として見える。つまり、高周波(16kHzだが)は直流とは違うという事。

高負荷かけてもパルスピークのあとに続くリンギングもかろうじて見えるので、バッテリー内部の電極にできて充放電を邪魔しているサルフェーション膜に共振して、16kHzのサイクルでこのにっくき膜を剥がしているだろう事が想像される。

まだ最終回路で実験を始めて1週間ほどだが、空バッテリー(端子間電圧11V強)への充電時開始時、端子間電圧の上がり具合いがゆっくりになってきた。充電開始後数十分間は、数アンペア流れているのが続くようになってきた。うれぴーであるw

劣化したバッテリーは充電しても、すぐに端子間電圧が上昇して電流が流れない=端子間電圧の上がり方が速い。つまり充電ができていないわけだが、逆にこの場合の電圧の上がり方がゆっくりになってきたのはなにかというと、つまり充電電流がきちんと流れ、バッテリーの電力の吸い込みが良くなっている事。別の言い方をすれば、バッテリーの内部抵抗が減少している(つまり復活した)と言う事ができる。

おそらく鉛バッテリーだけでなく、密閉型メンテナンスフリー鉛でも同じだと思うが、実験はしてない。

いまのところ、pic10F322のプログラム(Cで書いてる)公開の予定はないが(恥ずかしいので)、ご要望があれば、HEXファイルくらいは公開するかも。


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