SaeXaのブログ一覧

空気は電気を通さない絶縁体なのだけれど、一定以上の電圧がかかると絶縁状態がたもてなくなり一気に電気が流れるようになります。
これを”絶縁破壊”と言うそうです。
自然現象では雷がそれですし、身近なところでは点火プラグがその状態を応用した機器です。

電気パルス式サルフェーション除去装置の実験をしていて、それと似た感触を受けました。
「検証実験：サルフェーション除去 事例S」では、14.4Vを30分かけても全く電流が流れなかったものが、パルスをかけた途端電流が流れ始めました。

サルフェーションはバッテリーの電極が硫化鉛となって電気が流れにくくなる現象です。
硫化鉛は電気を通さない絶縁体であり、それに覆われると電気を通さなくなります。
通常の充電電圧14.4Vでは全く電気が流れなかったところが、電気刺激（50V程度のごく短い電圧）を与えることによって電気が流れるようになったのです。
この電圧の間に、硫酸鉛の被膜を破るポイントとなる電圧があるはずです。
これを”絶縁破壊”と考えるならば、むやみに高い電圧をかけるより、”絶縁破壊”を起こす程度の低い電圧をかけたほうが安全かつ効果的だと思われます。

かける電圧が低くて済むなら、周辺機器に及ぼす影響も小さくなるでしょうし、消費する電力も小さくなります。さらに、電力が小さくて済むなら、使用する部品も小さくて済みさらに小型化できることになります。

サルフェーション除去ができる最低の電圧と装置の小型化が次のテーマとなりそうです。


サルフェーション除去のまとめはこちら
「バッテリー・サルフェーション除去装置の制作と効果」

https://minkara.carview.co.jp/summary/1099/

エヴァンゲリヲン２８号さんの制作・実験がが興味深かったので、シミュレーションしてみました。

発熱するということは、想定以上のエネルギーがかかっていると考えられます。
パワートランジスタのように放熱器を取り付けることが前提でも、それは想定の内ですし、
放熱器を取り付けない（取り付けられない）部品は規格内で使うか、必要な規格のものを選ぶ必要があります。
発熱の原因がどこにあるかシミュレーションしてみます。

回路図が見当たらなかったので、得られた情報から主要部分だけのシミュレーションです。
出力パルス１５～２５KHｚ、Hi期間　２．５～５μsec
電源電圧 14.4V、パワーインダクタ 4.9μH 6600mA（6.6A）、チョークコイル 220μH 1.3A

シミュレーション回路は次の図です。



出力パルスを 20ｋHz、Hi期間を小さいほうの値である 2.5μSec を採用して行います。



パワーインダクタL1に流れる電流は14Aを超しています。
パワーインダクタの飽和電流が6600mA（6.6A)ですから、それを越して磁気飽和の状態になっていることが考えられます。
磁気飽和を起こすと一気に電流量が増えるので、パワートランジスタに負荷がかかり発熱しているということが予想されます。
チョークコイル220μH（L2）には2Aの電流が流れています。定格の1.3Aを大きく上回っているので、これがコイル発熱の原因と考えられます。

このような状況から抜け出すには、パワーインダクタの定格内で駆動できるように、通電時間（Hi期間）を調整するのが手っ取り早いと思います。

電源電圧 14.4V、パワーインダクタ 4.9μH（0.0000049H) 飽和電流 6600mA（6.6A）、通電時間ｔ とするならば、

電流I ＝ （14.4V÷0.0000049H）× ｔ ＝ 6.6A

となるように ｔ を設定します。
ここでは、2.24μSecになります。
一般的に、インダクタの半分の容量で設計するようですので、ここでは1.2μSecに設定してみます。



パワーインダクタ（L1)に流れる電流は、ピークでも6A以内に収まっています。
また、チョークコイル220μH（L2）に流れる電流は0.6Aになっています。
これなら、規格以上に負荷をかけることはなく、発熱が抑えられることでしょう。

これはあくまでもシミュレーションによるものです。
実際とは異なることもありますが、試作前に確認しておいたり、不具合の原因を探したりするのには有効かと思います。


この記事は、車載対応サル退治器　発熱対策D型装備？について書いています。

サルフェーション除去装置で送り込むエネルギーを計算してみます。

SaeXaが作成したものは、電源電圧13.8V、インダクタ（コイル）100μH（0.0001H）、通電時間 7μS（0.000007秒）、周波数5000Hz です。
正確にはトランジスタの飽和電圧を電源電圧から差し引いたりしなくてはならないのですが、ざっくりと計算します。

まず、インダクタに流れる電流です。

電流I ＝（電源電圧÷インダクタ）×通電時間

ですので、

I ＝ （13.8÷0.000007）× 0.0001　＝ 0.966

約１Aとなります。
100μHで電流2Aのインダクタを使用して、基本通り半分の１Aで設計しているのですから当然の値です。
次に、エネルギ量を計算します。
分かりやすく、1パルスのエネルギｐを計算してみましょう。

ｐ ＝（（電圧×通電時間）＾２）÷ （２×インダクタ）

２乗の表記ができないので「＾２」は２乗記号と読み替えてください。

ｐ ＝((13.8×0.000007)＾2)÷(２×0.0001）＝ 0.0000466578

全エネルギは、周波数をかけます。

Ｐ＝ ｐ × 周波数　＝ 0.0000466578 × 5000 ＝　0.233289

0.233Ｗ

と、なりました。

jipperさんの実験も計算してみます。
電源電圧13.8V、インダクタ（コイル）4.9μH（0.0000049H）、通電時間 1.4μS（0.0000014秒）、周波数24000Hz です。

まず、インダクタに流れる電流です。

I ＝ （13.8÷0.0000014）× 0.0000049　＝ 3.942857143

3.94A　約4Aとなります。
次に、エネルギ量を計算します。
1パルスあたりは。、

ｐ ＝((13.8×0.0000014)＾2)÷(２×0.0000049）＝ 0.000038088

全エネルギは、周波数をかけます。

Ｐ＝ 0.000038088 × 24000 ＝ 0.914112

0.914Ｗ

と、なりました。

SaeXaのとjipperさんのとを比較してみると1パルスあたりのエネルギーは大きく変わりませんが、周波数が高い（1秒当たりのパルスが多い）分、jipperさんの方が全エネルギーで4倍も高くなっています。

それでも、比重変化が同じような経過をたどるのはなぜなのでしょう？
バッテリーが大きい分、たくさんのエネルギを必要として、同じになったとも考えられますし、・・・
いろいろ要因がありすぎて整理しきれません。

今回の計算は、入力エネルギー＝出力エネルギーとして考えています。
もし、インダクタが磁気飽和など起きていないことを前提に計算してみました。

この記事は、パルス印加後のCCA値 (車載）について書いています。

ここ2週間、Ｊｉｐｐｅｒさんの「パルス印可○○日目」を興味深く見せていただきました。

「パルス印可12日目」で一区切りをつけられたようですので、ＳａｅＸａの実験あわせて考えさせていただきます。

SaeXaの実験でもパルスを加えることによってサルフェーションが除去されることを確かめていますが、Jipperさんの実験でより確かたものとして確認できました。

パルス印可を始めた数日間は急激に上昇し、10日目ごろに横ばいになっています。
不思議なことに電解液の比重変化がほとんど同じ道筋を通っているのです。

事例Ｋ


事例Ｓ


事例K と 事例S は、同じ ピーク値60V で 5kHz 設計のサルフェーション除去装置を使用しているのでほぼ同じ結果が得られることは理解できます。
Jipperさんは、ピーク値77Vのパルスを23kHzでかけています。

パルスが違うのに同じパターンで回復していくことをどのように考えたらよいのでしょう？

いくつか仮説が考えられます。

仮説１
与えたパルスのエネルギーが同じだった。
SaeXaのパルスとJipperさんの周波数は、4.6倍も違うけれど、一発のエネルギーが1/4程度でトータルとしてほぼ同じエネルギー量になった。

仮説２
パルスの刺激で電流が通るようになるが、比重の上昇に役立っているのは補充電の方であり、比重の上昇はバッテリーの特性によるものである。
パルスのエネルギーや質ではなく、バッテリーの特性と充電の関係で比重が変化していく。

仮説３
たまたま結果が同じようになっただけ
バッテリーの質やパルスの質の違い、補充電の量などプラス・マイナスの要因が相殺されてたまたま同じ結果になった。

いずれにせよ、もうちょっと追究していく良いテーマができました。


もう一つ
　パルスの質によって回復の速度が変わらないのであれば、どこまでピーク電圧をさげて回復させるかが追究のテーマとなります。
パルスは、別の意味ではノイズであり、また、機器破壊の原因ともなります。
安全に使うためには、効果を保ちながら他の機器に影響を与えないぎりぎりのところを探っていくべきなのだと思います。

SaeXaの中では”区切り”がついていた”パルス式サルフェーション除去装置”でしたが、また新たに作ってみようという気持ちになってしました。


「パルス式サルフェーション除去装置」については、まとめ「バッテリー・サルフェーション除去装置の制作と効果」を見てください。

この記事は、パルス印加１２日目 について書いています。

Jipperさんのサルフェーション除去・パルス印可実験の数値をグラフ化してみました。

このように電解液の比重変化を観察している方を見るのは初めてなので、SaeXaもちょっと興奮気味です。

10日目ごろ正常域（1.25）に入り、14日目（2週間）ごろにプラトー状態になるのではないかと予想しています。
これからが楽しみです。

この記事は、パルス印加６日目 について書いています。


まとめ「バッテリー・サルフェーション除去装置の制作と効果」もご覧ください。
https://minkara.carview.co.jp/summary/1099/