車にサブバッテリーを自作したい！ややこしくてわからないを解消したい人の助けになるメモ PART. 2/ 4

前回(Part.1)から始まったサブバッテリーを自作すると必ず直面する仕組みのややこしさを解消してみようとした内容の続きです。まだ、前回の内容を読んでない方は下記から読めます！

前回は、まずサブバッテリーを使用して電化製品を動かせる状態にすることからはじめました。といってもサブバッテリーを充電しなければ元々溜まっていた電気を使用してしまえば使えなくため、充電する方法３種類

について考え、一番最初に思いつく原石状態のものを図にして形にしました。これによって課題点などを浮き彫りになったと思います。

今回は、コンセントから充電する方法について深掘りし、スッテプアップしていきたいと思います。

※電気を扱う時は細心の注意をしてください。場合によっては火災・破損など重大な事故につながります。DIYは自己責任でお願いします。

また、既製品のポータブル電源も悩んでいる方は下記記事にてボータブル電源を探すと必ず選択肢に入ってくるJackeryポータブル電源の2024年5月時点での全製品の比較をしています。ポータブル電源を選ぶ際に見るべきポイントも記載してありますので一度読んでみてください。

コンセントから充電を発展

Part.1 にてコンセントからサブバッテリーを充電する方法は実用的になりました。とはいえ前回でも軽く触れましたがサブバッテリーの種類などによっては省略できる場合もありますが、もしそういった機構(BMS: Battery Management System 等)がない場合はショートによる火災など防止するため、ヒューズを導入しなければなりません。

1. ヒューズを導入

まず左側が前回考えたコンセントから充電する仕組みです。これにショートによる電気火災などを防止するためヒューズを導入したのが右になります。ここで導入するヒューズはサブバッテリーにできるだけ近い位置に設置するのが重要。ヒューズ自体は、インバーターの定格電流より大きく、かつ配線電線の許容電流より小さいものを選ぶ必要があります。

2. バッテリーモニター バッテリー容量＆電流計＆電圧計導入

先ほど、インバーターとサブバッテリー間にヒューズを導入し安全に使えると考えられる物が完成しました。この配線でも十分ではありますが、アウトドアなどで利用するならばバッテリー残量などを確認したいと思いますよね。今回は、バッテリー容量・電流計・電圧計を導入してみようと思います。

今回導入するのは、Renogy・LiTimeさんや、キャンピングカー などに設置されているのをよく見るVotronicさんなどのバッテリーモニターを設置すると考えた配線図になります。

追加する部品は「シャント」と表示する「モニター」の２点だけです。

「シャント」は抵抗器で回路にながれている電流を測定するために用いるもので、単純な仕組みでありつつ精度が高いのが売り。日常でも電気回路などで使われており、コストが安く、耐久性があり、高精度に電流量をはかる事ができるためバッテリーモニターにおいて重要な役割を果たします。

そして、そこで計測された数値をモニターで見る形です。Renogyなどでバッテリーモニターを購入するとシャントやシールド線、サブバッテリーからシャントに繋ぐケーブルなどが付いているので導入自体はしやすいと思います。ちなみにサブバッテリーからシャントへと繋ぐ＋の線(赤い線)はモニターを動かすために接続している線になります。

3. コンセント充電中に同時に家電を使用(応用)

現時点では、基本的に家などのコンセントでサブバッテリーを充電し使用する。外出先ではサブバッテリーのみでインバーターを利用し家電製品を利用するという考えで作ってきました。充電中はインバーターを使用しない。インバーター使用中は充電はしない。という感覚です。

とはいえ、外出先でサブバッテリーの充電が減り、キャンプ場などで電源(ACコンセント)つきのサイトを予約するも用意されているコンセント口が１つなどでサブバッテリーの充電を優先するのか、家電製品を使用するのを優先するのか悩むシーンってありますよね。そんな時に役立つ、サブバッテリーの充電もしつつ、家電も使いたいシーンに直面した時に役立つ物を考えていきます。

欲しい機能は

の２点と考えて作っていきます。

市販の外部電源インバーター出力自動切替機・AC100V自動切り替えユニットなど便利な物を使用する方法もあるみたいですが、今回は電磁接触器(コンタクタリレー)を使用します。

上記写真のような配線になります。右下のコンセントが充電時に家のコンセント・キャンプ場のコンセントに挿すコンセントになります。そして家電利用と書かれているところが、普段車の中・アウトドア時に利用する電化製品を挿すコンセントの差し口です。

上記配線図を作る上で追加で用意するのは電線以外で

の５種６点になります。

1の “端子台” もしくは “ブレーカー” のオススメはブレーカーの方です。値段自体はネジ端子台が200円ほど、ブレーカーは1000円ほどになるため価格は上がりますが、安全性を高める上ではブレーカーの方が良いと思います。家においても入電してくる所に分電盤を設置し部屋などに振り分ける前にブレーカーを挟むことで安全性を高めています。

さて、上記配線図は２で作成した「普段はインバーター経由で家電製品を使う」前提に、「キャンプ場などコンセントのある所ではサブバッテリーを充電しつつ、インバーターは使用せずに家電製品を使える」「切り替える時にコンセントの差し替えは不要」という機能を両立させるための機能を追加しました。下記が追加した部分の配線図です。

2で作成した物では、

• 車用バッテリー充電器についているコンセントオスを家などのコンセントに挿し充電を行う
• 充電中はインバーターは使用しない。インバーター使用中は充電しない。

だったのから、上記図を追加することで

• 普段はサブバッテリーからインバーターを通して供給される電気で家電製品を使う
• キャンプ場などでコンセントに挿した時、コンセントから供給される電気でサブバッテリーを充電しつつ、家電製品にも電気を供給する

形へとアップグレードできました。

流れを詳しく説明すると、最初の状態は「サブバッテリー」から「インバーター」へ電気が流れ、その電気が「コンタクタリレー」を通ってコンセントへ行き家電製品を使用できる状態にしています。

次に、右下のコンセント(オス)をキャンプ場などのコンセントへと挿した場合です。右下の「コンセント(オス)」を通して入ってきた電気は、ネジ端子台(ブレーカー)部分で「車用バッテリー充電器」へ流れる電気と、「コンタクタリレー」へと流れる電気にわかれます。これによって、車用バッテリー充電器はサブバッテリーの充電を開始。そしてコンタクタリレーへ流れた電気は、インバーター側から流れていた電気を遮断した上で電気をコンセントへと供給し家電製品を使用できる状態にします。

番外編 電磁接触機(コンタクタリレー)の接続 1例

電磁接触機(コンタクトリレー)自体、各メーカーの各製品ごとに接続する場所が違うが１例として富士電機より出ているSH-4を使用した接続方法を上に記載してみました。上が電気が流れてくる側、下が電気を流し電化製品を使うためのコンセントにつながります。

まず、一番左はインバーターを使用している時を表しています。サブバッテリーから電気を使用している通常時(アウトドアなどで持ち歩いている時)は常に電気が流れる状態になっていて欲しいので21NCと31NCにプラス線とマイナス線を挿します。NCというのはNormal Closeの略で、通常時はスイッチが閉じている。つまり、電気が通る状態になっている回路をしめしています。インバーターから流れた電気が21NCから22へ、31NCから32へと行くイメージです。

次に真ん中はキャンプ場などでコンセントにさした状態の時を表しています。このときは通常時は電気を流す必要はなく、サブバッテリー充電用のコンセントがさされたときだけ電気が流れればいいので13NOと43NOにプラス線とマイナス線を挿します。NOはNormal Openの略で、通常時はスイッチが開いている。つまり、電気がながれない状態の回路をしめしています。キャンプ場などの充電コンセントから流れた電気が13NOから14を通り22へ、43NOから44を通り32へ流れるイメージになります。また、13NO・43NOから上のコイル用のネジ(下記図のA1とA2)へも電気が流れます。

この両方の配線を1つにまとめたのが一番右の配線になります。これが全て繋いだ時の完成図です。

また、富士電機のSH-4に限らず2A2Bの電磁接触機(コンタクタリレー)を購入した際、製品横などに上記図に似た物が描かれています。これを見ると他の製品でも作ろうと思えば作れると思います。

また、前述したNCとNOの意味がわかりやすいと思います。21 22と31 32のNC回路は常に閉じてつながっているため電気がながれています。それが上の画像のインバーター使用時の図になります。

それが、下のコンセント使用時は、13からA1に、43からA2に電気が流れまず磁力を生みます。これにより全てのスイッチがひっぱられる事で21 22と31 32の回路は繋がらなくなり、普段は開いている13 14と43 44がつながり電気が流れるようになります。

今回の3で完成した “コンセント充電中に同時に家電を使用(応用)” は車につけられているコンセントを使用する場合は要注意です。車に設置されたコンセントのW数などによって、サブバッテリーを充電しつつ電化製品を使った場合にヒューズが切れる場合があります。使用する電化製品が要求するW数と、車用バッテリー充電器が使用するW数を合計し車側のW数を超えてないこと(かつかつより余裕があった方がいいです)を確認してください。個人的には車のコンセントを使用する場合はサブバッテリーの充電なら充電のみ。電化製品を使用したい場合は充電を終えてからなどの方が良いかと思います。

Part.2 まとめ

車にサブバッテリーを自作したい！ややこしくてわからないを解消したい人の助けになるメモ PART. 2では、コンセントから充電する方法を発展させました。

まず最初にこのシステムを作成するのに使える部品をリストアップしておきます。(ヒューズはインバーターの出力と、サブバッテリーにBMSがあるか、サブバッテリーの電圧によって個人個人必要なものが大きく変わるため紹介しません)

部品リスト

コンセント(オス) ２つ

コンセント(メス) １つ

コンセント １つ

ねじ端子台 もしくは ブレーカー １つ

おまけ: 電磁接触機の既製品

もし電磁接触機の配線などをみて作成するのは…となった場合の既製品がこちらです。電磁接触機が2500円ほどになるので、こちらの製品は価格が大きく上がってしまいますが、楽に配線が可能になる点でオススメです。

今回は、最初にサブバッテリーとインバーターの間にヒューズを導入し安全性を確保し、次にバッテリーを使用するなら気になるバッテリー残量を確認できるモニターをつけ利便性を上げることにしました。最後は、ここまでは充電時はインバーターは使わない。インバーター使用時は充電しないだったのから、サブバッテリーを充電しつつ電化製品をインバーターを使用せずつかえる形にしました。

これで外出先のキャンプ場などで安心してサブバッテリーを充電しながら電化製品を使えるようになりました。バッテリー容量などを大きくするなどすれば日中の電気はまかなえると思うので実際、夜はキャンプ場などで充電しつつ日中は釣り・旅などを十分楽しめるサブバッテリーシステムになったと思います。

次回のPart3では “車のメインバッテリーから充電” について深掘りをしていきます。Part.1で浮き彫りになった問題点を解決した上で発展した物を考えます。

用語集

サブバッテリー	車に必要不可欠で必ず設置されているものがメインバッテリーといい、車のエンジンを停止した状態で家電製品など電気機器を使用するために車内に持ち込むバッテリーをサブバッテリーと呼ぶ
インバーター	カーバッテリーは自家用車がDC12V(直流)、トラックなどがDC24Vである。このDC電流を家のコンセントと同じAC(交流)電流に変換する装置を指す。
車用バッテリー充電器	家のコンセントと同じAC100V(交流)を、カーバッテリーのDC12V/24Vへ変換しカーバッテリーを充電するために使用する装置
オルタネーター	自動車に備え付けられている電気を生み出す装置。ナビ・パワーウィンドウ・ドライブレコーダー・エンジンの起動など日頃車に必要な電気を溜めておくのがメインバッテリー。そのメインバッテリーを充電するために発電機の働きをするのがオルタネーター
ボディアース	車は鉄でできており電気を通す。このことから車体にマイナス配線に必要となる電線の役割を担わす。端的に、マイナス電線＝車体 となり、この接続のことをボディアースという。本来プラスもマイナスも電線が必要。しかし、マイナス側の大部分を車体が担ってくれる為、配線の簡素化・車体のサイズ・重量の軽減・コストの低下などが可能
シガーソケット	車に付いている円形の挿し口のことを指す。以前はシガー、タバコに火をつけるシガーライターが設置されていたが近年では電源を取るためなどに使用される。
ACC電源	アクセサリー電源とも呼ばれるACC電源。エンジンをかけずナビ・ミラーなどを動かす事ができる。長時間使用不可で、メインバッテリーがあがる原因となる。
ヒューズ	電気回路に定格電流以上の過大電流が流れた時、回路を遮断して回路を保護し電気事故・電気火災などを防ぐために使用される部品
BMS	Battery Management Systemの略称。リチウムイオン電池などに導入されており、過電流・過充電・過剰放電・過熱 等の動作上問題が生じ安全が脅かされる可能性が生じた場合に電流を遮断するなどバッテリーを制御する仕組み
定格電流	電気器具を安全に使用できる電流(A)の量。これを超えて電線などに負荷をかけた場合熱を持ちはじめ、火災など重大な事故を引き起こす。これを防ぐためヒューズを導入し、過大電流(制限を超えた電流)が流れた際に回路を保護するため遮断する
シャント	抵抗器で回路にながれている電流を測定するために用いる。単純な仕組みでありつつ精度が高い。日常的に電気回路などで使われており、コストが安く、耐久性があり、高精度に電流量をはかる事ができる
シールド線	シールド線は、その名の通りシールド(盾・遮蔽)がある線を指す。このシールドがあることで電磁波などのノイズとなる要素から芯線(線)の中を通る信号を守ることができる。
電磁接触機	コンタクタ/コンタクタリレーと呼ばれ、回路のオンとオフ(開閉)をおこなう機能をもつ。例としては、aをしている時はa1をうごかす a→a1の動作をしている時、bが入力された場合a→a1を遮断しb→b1を行うようにするなどが可能となる。場合によってはa→A1を、bが入力された時b→A1へ切り替えるなども可能。
NO	電磁接触機の”NO”は”Normal Open”の略でスイッチが開放状態 = つながっていないため通常時は電気を通さない
NC	電磁接触機の”NC”は”Normal Close”の略でスイッチが閉まっている状態 = 通常時につながっており電気を通す