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. 3/ 4

前々回の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、Part.1/Part2の内容を読んでない方は下記から読めます！

前回は、コンセントからサブバッテリーを充電する方法について深掘りしました。まずヒューズをつけ安全性を高め、その後バッテリー残量を確認できるモニターを加えたシステムを考えてみました。最後に、ここまではサブバッテリー充電時はインバーターは使用せず電化製品も同時に使わないイメージであったのから、キャンプ場などでサブバッテリーを充電しつつインバーターは使わず電化製品を使うことができる物を考えました。

バッテリー容量などを大きくすれば日中の使用には困らず、夜間にキャンプ場などで充電すれば十分釣り・キャンプなどに使用できる実用的なものになったと思います。

今回は、“車のメインバッテリーから充電する方法” について深掘りして原石から実用化段階へと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。

車のメインバッテリーから充電する方法を発展

0. Part.1 で浮き彫りになった課題

※画像でも注意書きをしていますが、上記配線は危険なので絶対に作成しないでください。あくまで段階的に実用可能なシステムにするために記載している内容になります。

Part.1 にて記載したサブバッテリーをメインバッテリーとつなげると考えた時に一番最初に思いつく原石が上記図になります。

上記図で作った場合、まずショートを起こした場合に電気火災が発生してしまい重大な事故につながるためブレーカー(ヒューズでも可)を導入する必要があります。

次に、エンジン停止中にサブバッテリーを使用して電化製品を使用しバッテリー容量を使い切った場合、メインバッテリーの電気も無くなりバッテリー上がりをおこします。これはメインバッテリーとサブバッテリーが並列つなぎで一体化した１つのバッテリーになってしまい起こった事象です。メインバッテリーはエンジンの起動など必要不可欠であるため、下記２点の課題が浮き彫りになりました。

1. まずヒューズを導入(ブレーカー)

最初にショート(短絡)による電気事故・火災を防止するためにヒューズを導入した状態の物が上記図です。ヒューズ部分はサーキットブレーカーなどブレーカーにすることで万が一ブレーカーが過電流などで飛んだ際に復旧しやすくなる利点があります。

この図を見ると、上記図の右側に表示しているPart.2のコンセントから充電にてヒューズを導入した時の図とほぼ似ることになります。違いは、「車用バッテリー充電器とコンセント」が「メインバッテリー」となり、メインバッテリーとサブバッテリーの間にヒューズがあるかないかです。実際のところは、車用バッテリー充電器とサブバッテリーの間にヒューズを導入しなかったのは既製品の車用バッテリー充電器であれば機械自体にヒューズが導入されていることが多いため、実質はつながっている物は違いますがほぼ同じ図となるためです。

最初にヒューズを導入して安全性を高めました。次はメインバッテリーから充電する上で最大の問題点であるサブバッテリーを使っているつもりなのにメインとサブの両方のバッテリーが無くなってしまうと、メインバッテリーの充電を優先的に行いサブは余剰分で行う仕組みを考えていきます。

2. 走行充電器の導入(アイソレーター)

オルタネーターで生み出された電気は、車のエンジン起動・電子鍵の制御などに必須のメインバッテリーへ優先的に流し、サブバッテリーへは余剰分を流す。かつ、エンジン停止時はメインバッテリーの電気を使わないように遮断する仕組みを考える上でオススメは “走行充電器” の導入です。

走行充電器はアイソレーターとも呼ばれ、元々はisolation 隔離・絶縁・分離を指す言葉から名付けられた電子部品をさし、機器の保護・ノイズ低減などを行います。日常では電気自動車・ハイブリッド自動車・携帯電話などでも使われています。

この走行充電器の部分は、自作しようと思えば自作できなくもないとも言われていますが正直…大変なため変に触るより安全のためにも既製品を導入する方がオススメです。

1の状態に走行充電器を導入

1のまだメインとサブバッテリーの並列つなぎ状態を解消するため、メインバッテリー(ヒューズ込み)とサブバッテリーの間に走行充電器を入れます。これによって走行充電器がメインバッテリーの状態を確認しつつ、余剰分をサブバッテリに流すことができるようになります。また、エンジン停止時にはメインとサブの繋がりは遮断され、サブバッテリーのみを使用できるようになります。

右側が走行充電器のイメージ図です。エンジンが動いている時、オルタネーターで発電された電気が左の青矢印です。一番上の図は、メインバッテリー(左の円柱)に十分な容量があるため、真ん中の走行充電器(筒)を通ってサブバッテリー(右の円柱)へと電気を流します。次に上から2番目の図のように、もしメインバッテリーに十分な電気がない時は走行充電器はサブへと電気を流さないようにします。そして、一番下の図のようにエンジン停止時はメインバッテリーに十分な要領があったとしてもサブバッテリーに電気がいかないように遮断をしてくれるイメージです。

これだけで十分サブバッテリーシステムとして完成と言えると思います。ただ、やはりサブバッテリーの残量は確認したいですよね。

※充電制御車の場合や、エンジンが稼働しているかの信号をを走行充電器が受け取るためにIGN/D+ケーブルの接続などが必要な場合があります。

3. バッテリーモニター(電流計・電圧計付き)を導入

Part.2で触れたRenogy・LiTime・Votronicさんなどのバッテリーモニターを設置すると考えます。Part.2と変わらず、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。

配線自体もPart.2では「車用バッテリー充電器」だったのが「走行充電器」となり、「コンセント」だったのが「メインバッテリー」に変わっただけです。そのため、変わったところを灰色にし、変わっていないところを緑の背景にしていますが、実際はほぼ同じ配線となっています。

コンセントから充電の時と同じにはなりますが、シャントを使用して電流を計測するためにマイナス側の電線をシャントの片方へつなぎ、片方は１本サブバッテリーに繋ぐ形です。サブバッテリーからシャントに伸びるプラス線はモニターを動かす為の線。またシールド線は、電磁波などによって測定した信号にノイズが入らないようにシールド(盾)を備えた線になります。基本的には、Renogy・LiTimeさんなどの既製品を買うとシャント、シールド線などは同封されています。

バッテリー残量も確認でき便利になってきました。とはいえ、充電するためにはエンジンをかけて車を動かさなければなりません。アウトドアや車で旅行行く時、連日満充電になるまで走れればいいですが観光などで少ししか走れずサブバッテリーの残量が心配…なんてことが起こりそうですよね。

という事で、キャンプ場などACコンセントがある場でサブバッテリーの充電ができたらいいですよね。という事で車用バッテリー充電器を追加していきましょう。

4. 車用バッテリー充電器も導入

さて前の項でも書きましたが、サブバッテリーを日中など使用するけれど、あまり走行できない時にも安心の車用バッテリー充電器を導入します。追加するのは「車用バッテリー充電器」のみです。これをPart.2のコンセントから充電と同じようにプラス線側はサブバッテリーに、マイナス線側はシャントへと接続します。

これによって、車のオルタネーター(メインバッテリー)からだけではなく、キャンプ場などのコンセントを利用してサブバッテリを充電できるようになりました。かなり便利になってきました。

ここまで来たら折角なので、サブバッテリーの充電をしつつ、元々インバーターに挿していた電化製品も抜き替える事なくキャンプ場などの電気をつかって使用できるようにします。

5. コンセント充電中に抜き差しせず家電利用

市販の外部電源インバーター出力自動切替機などもありますが、今回もコンタクタリレーを使用した図となります。

追加したところは上記の図となり、追加するのは

の５種６点です。

またしてもの図ですが、やはりメインバッテリーと繋ぎ走行充電機能があって車に据え付けておくか、持ち運びしやすいポータブル電源的な使用をするかの違いだけで増やしたい機能が同じであれば少しの追加(走行充電器など)があるだけで同じになります。

電磁接触機の接続方法はPart.2の番外編にて詳しく説明してます。繋ぎ方で悩んだ時に読むと役に立つかもです！

ここまで来れば、例えサブバッテリーを走行のみで満充電にできなくても安心でき、困ることもないと思います。とはいえ折角なのでソーラーパネルを導入した場合の図も考えてみます。

6. ソーラーパネル導入

今回追加するのは、「ソーラーパネル」と、「ヒューズ」の二つです。実際導入しようと考えた場合、複数枚つなげるのか・直列が可能か・並列につなぐべきかなど走行充電器などとの兼ね合いがあります。今回は簡易的な例が上記図となります。

MPPT制御機能(Maximum Power Point Tracking)が組み込まれている走行充電器を使用している場合、ソーラーパネル近くにヒューズを接続し、そのまま走行充電器に接続することができます。ソーラー充電の方式は走行充電器の種類によって大きくかわり、接続までは一緒でも「エンジン稼働中は充電しない」「エンジンと半々で充電する」など各メーカー違いがあるので要注意です。

Part.3 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. 3では、車のメインバッテリーから充電する方法を発展させました。

コンセントから充電する方法を考える中で出てきた図と似た図が多いのが今回でした。似ると考えていた為、部品が少し少なく済むコンセントから始め、次にメインバッテリーから充電する方法へと深掘りしていきました。

コンセントから充電を行う方法の利点は持ち運びができる点です。キャンプなどでテントを張って電気を使いたい時など、Part.2でふれた図をRV boxなどを加工して持ち運びやすい形にすることができれば簡単に車から下ろして持っていけます。一方で、どうせなら車で走行中に充電してキャンプ場などで電気の補給をしないでも旅ができるようにしたい。キャンプ場にACコンセントがいつもあるわけではないし…と考える人もいるかもしれません。

そんな時は今回Part.3 で考えたメインバッテリーから充電する図が役に立つと思います。メインバッテリーとつなぐ為、持ち運びにくくはなりますが、車の設備として格段に便利になると思います。

自身のアウトドアや・車旅スタイルに合わせて作る方を選べるのがオススメポイントです。どちらとも作って楽しむ方法も…

次回のPart.4では“シガーソケットから充電”する方法について深掘りしてみたいと思います。

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
走行充電器	アイソレーターとも呼ばれ、サブバッテリーを充電する上でオルタネーター・メインバッテリー・ソーラーパネルなどの配線を接続することで効率よく充電をおこなるための機器。主にメインバッテリーの状態をみた上で余剰分のみをサブバッテリーに流すなどをおこなう。
MPPT	Maximum Power Point Trackingの略。ソーラーパネルは天候(日照量)の影響を受けるため、最適な電圧と電流の組み合わせが変わる。これをMaximum Power Point(最大値)にTracking(調整制御)する仕組み。