はじめに

DSCN03165年ほど乗っている我が家のワゴン車ボクシーのバッテリーがダメになりました。
電圧が10.8Vに下がり充電しなくなりました。

すぐさま新しいバッテリーと交換しましたが、古い方のバッテリーが余りました。

廃バッテリーとして廃棄も考えましたが、以前インターネットにデサルフェータなる記事が有ったことを思いだし、このバッテリーを復活させてみようと思いました。

以前、「こんな事が出来るのか」程度にインターネットの記事を読んだことはあるのですが、いざ実際に作るとなると何だかさっぱり。

そこでインターネットの「デサルフェーター」「バッテリー延命器」「バッテリー復活」等々のキーワードで片っ端から検索し、先達皆様の記事を参考にさせていただき作ってみました。

理論的にはどうとか、電気工学的にはこうとかは全く解りません。
自分なりの勝手な解釈と屁理屈で判断し作りました。

結果、サルフェーションに対してかなり有効性が確認出来ました。

もちろん我が家のダメバッテリーも新品の様に(??)復活しました。

デサルフェーターの有効性も合わせて検証しようと思います。

 

なお、
本サイトを閲覧して実施される場合は、全て自己責任で実施していただきますようお願いいたします。
いかなる事情が発生しようとも、当方では一切の責務を負いません。

仕様

ネットの先達皆様の記事を参考にさせていただき、バッテリー延命機(デサルフェータ)の使用を決めてみました。
デサルフェータの詳しい原理については、ネットに先達皆様の詳しい説明がたくさんありますので、「デサルフェータ」「バッテリー復活」などのキーワードで検索してみてください。
 

DSCN0392適応バッテリー電圧デサルフェータのネットの先達はDC12V用 , DC24V用 別々の仕様となっているのが多いのですが DC12V/24V兼用 とします。

発信パルスの周波数いろいろネットを当たった結果、決定的な結果は得られなかったのですが「10kHzがいいのではないか」とのご意見が多いので 10kHz と決めます。

パルスの発信タイマーICの定番LM555 (U1とします)を使用します。

LM555の供給電圧はDC4.5V~16Vとなってます。
DC12Vバッテリーが深く放電した場合10V以下に、DC24Vバッテリーの充電電圧は30V以上(ディープサイクルバッテリーの場合)となります。
さらに後述の74HC04の供給電圧がDC2~6Vですので 7805U2とします)により DC5Vに電圧を安定させます。

LM555の出力時間は Pin7の抵抗(VR1とします)とPin6の抵抗(VR2とします)により決まりますが、Hレベルの出力はデューティー比50%以下には出来ません。(実際にはVR1が”0Ω”を禁止されているので50%にも出来ません)
そこで 74HC04 インバータ(U3とします)HレベルとLレベルの出力を反転します。
もちろんトランジスタとかPNP系のFETを使って出力反転してもいいのですが、私はデジタルICが好きなのと、GNDが一本化出来るので私のような単純な頭でも後で検証しやすいためインバータICを使いました。
したがいましてスイッチングICへのHレベルの出力時間(TH)Pin6の抵抗(VR2)Lレベルの出力時間(TL)Pin7の抵抗(VR1)にて決定されます。

発信パルスの周波数を決める重要な要素の一つでありますPin6のコンデンサ出力Hレベル時間 tH =0.693(R1+R2)C出力Lレベル時間 tL =0.693(R2)C発信パルス周波数 f =1/tH +tL = 1.44/(R1+2xR2)C にいろいろ数値を代入して、一番よさげなところで 1000pFC2とします)と決定します。

パルスが回路に入るのを防ぐためのコイルパワーの源となるコイル皆様適当のようなので私の環境の中で入手可能で皆様の値に近い、それぞれ 1mH 3AL1とします)と 330μH 3AL2 とします)に決めました。

コイルL1をLM555の出力の反転したタイミングで電流をON,OFFするスイッチ鋭いパルスを期待してON抵抗の少ないMOS-FET 2SK2232Q1とします) を使用します。
また、かなりの発熱が予想されますのでヒートシンク(基板を大きくしたくないのでなるべく小さな物)に取り付ける事とします。

発生したパルスをバッテリーへ流すダイオードは やはりこれも鋭いパルスを期待してファーストリカバリーダイオード ER504D2とします)に決定します。
これも熱対策をしたいのですが適当な物が思いつかないので、とりあえず秋月電子通商で販売されているクールスタッフ(放熱フィルム)なる物を巻いてみました。効果のほどはわかりません。

バッテリーの基本電圧を蓄えるコンデンサーC5とします)ネットの先達皆様の電解コンデンサー 470μF としてる方が多いようなので私もそれに倣いました。
耐圧は50V以上が望ましいのですが、わたしの利用している秋月電子通商には200Vのものしかなく、外観的にかなり大きな物となってしまうのですがこれを使用する事としました。
なお車載用のものを作るのであれば耐熱温度105℃は必須となります。

以上を踏まえて次に回路図を書いてみます。

 
なお、
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回路図

決定した仕様をもとに回路図を書いてみました。

Desulfator 12-24V回路図

使用している部品の説明をします。

S1:

ON-OFF スイッチです。デサルフェータの稼働、停止を行います。

S2:

ON-ON スイッチです。12V-24Vの選択をします。

U1:

正出力三端子レギュレータでNJM7805を使用しています。
バッテリーから供給される電圧は10V以下~30V以上と大変幅広いので、U2、U3へ供給する電圧を5V一定に安定させます。

U2:

定番のタイマーICでLM555を使用しています。コイルL2に流す電流の時間や周波数をコントロールします。CMOS版のLMC555CNでもかまわないと思います。
むしろこのノイズ発生器(デサルフェータ)にはノイズに強いCMOS版のLMC555CNの方がいいかもしれません。
出力電流が50mAと少々少ないですがMOS-FETを駆動するだけなので問題ないと思います。

U3:

LM555の出力を反転するためのDH74HC04インバータです。
6組のインバータが入っていますが一組だけ使います。
残り使わない5組の入力ピンは必ずVccに繋ぐかGNDに落としておいてください。
LM555のHレベル出力はLレベル出力より短くできないので、出力を反転使用しなければなりません。
そこでLM555の出力をDH74HC04インバータを通し、反転した出力で2SK2232をスイッチングします。
トランジスターで反転するかPNP系のMOS-FETを使用してもいいと思います。
事実ネット上ではPNP系のMOS-FETを使っている物が多く見受けられます。

VR1:

LM555のHレベル出力時間すなわち2SK2232のOFF時間を決める抵抗です。調整できるように200kΩ半固定抵抗を使用します。この抵抗で発信周波数を決めますが、だいたい5kHz~60kHz位(120kΩ 辺りで10kHz)調整出来ます。

VR2:

LM555のLレベル時間すなわち2SK2232のON時間で、コイルL2に電流を流す時間を決める抵抗です。これも調整出来るよう20kΩ 半固定抵抗を使用します。
コイルL2のON時間(TH)は1μs~14μs(10kΩ 辺りで7μs)調整できます。

R3:

炭素皮膜(カーボン)抵抗で330Ω 1/2Wです。
U1のNJM7805の入力電圧は35Vと十分に高いのですが、電圧の高い分は熱として放出されるので、U1の発熱を出来るだけ押さえるため挿入します。
12Vバッテリー接続時にこのR3 330Ω を通してU1に電源が供給されます。
今回1/2Wの物を使用してますが、この抵抗に発熱がなければ1/4Wでもかまわないです。

R4:

炭素皮膜(カーボン)抵抗1kΩ 1/2Wです。
これもR3と同じ理由で挿入します。
ただしこちらは24Vバッテリー接続の時にR3と直列接続で使用されます。
これも発熱さえなければ1/4Wでかまいません。

R5:

炭素皮膜(カーボン)抵抗10kΩ1/4Wです。

C1:

電解コンデンサ22μF 35Vです。
定格電圧16V以上有ればいいです。
車載を考えると耐熱は105℃は必須でしょう。
NJM7805の出力を安定させます。
容量に関してはこんなもんでいいのでは。

C2:

積層セラミックコンデンサ1000pF 50Vです。
これも定格電圧16V以上あれば大丈夫です。
C2コンデンサ容量は前述のVR1,VR2とともにパルスの発信周波数やL2の通電時間を決める重要な要素で、これを決定するに当たり、LM555のデータシートに記載された計算式に実際数値を色々いれて計算をしてみて、この辺が良さそうだと言うところで適当に決めました。

C3:

積層セラミックコンデンサ0.1μF 50Vです。
これも定格電圧16V以上あれば大丈夫です。
ネットの先達方々はこのPin5を開放のままにしている方が多いのですが、私はこのノイズ発生器の電源ラインからのノイズ進入などによる誤動作を防ぐため、0.1μFのコンデンサを通してGNDに落としました。

C4:

電解コンデンサ22μF 50Vです。
このコンデンサはNJM7805の入力を安定させます。コンデンサは容量はC1と同様でいいと思いますが、定格電圧はC1より遙かに高い電圧がかかるので50V以上は必須でしょう。
耐熱に関しても車載があり得るなら105℃は必要です。

C5:

電解コンデンサ470μF 200VコイルL2に多貯められたエネルギーがスパイクとなってバッテリーへ放出される際、放出スパイクの基本電圧となります。
このC5の電圧にL2のスパイク電圧が加わってバッテリーに放出されます。
いつも利用している秋月電子通商には470μFのものではこれしかなかったので、オーバースペックでかなり場所を取りますがこれに決定しました。

Q1:

NチャンネルパワーMOS-FET 2SK2232 です。
L2コイルにパワーを貯めたり、貯まったパワーをバッテリーへ放出する切り替えをします。
鋭いパルスの発生と発熱を抑えるため、ON抵抗の低い物を選択します。
熱対策として、小さいヒートシンク(20.0℃/W)をつけました。

D1:

Q1のMOS-FETがONの時点灯するLEDです。
実際は10kHzで点滅しているわけですが、LEDは連続点灯しているように見えます。
LEDの種類はパワーLED以外であれば何でもかまいません。

D2:

ファースト・リカバリーダイオードER504です。
L2に貯められたエネルギーがQ1のOFFによりスパイクとなってバッテリーへ放出される際の通り道となります。
回復時間が短いほど鋭いスパイクが期待できるのですが、そのぶん大きな電流が流れて発熱が予想されます。
この熱対策に対してはこれと言った対策は無かったのですが、秋月電子通商で売られているクールスタッフ(放熱フィルム)というシートを貼り付けてみました。

L1:

チョークコイル1mH 3A です。
L2で発生したパルスが回路の方へ戻らないためのノイズフィルターです。
これでなくてはならないと言った定義は無いのですが、私の環境で入手可能なこれを使用します。

L2:

トロイダルコイル330μH 3A です。
ネットの先達皆様は200~330μHが多いようなので私もこの辺りに決めました。
パルスエネルギーを蓄えるコイルで、出来るだけ大きなコアの物を選択するのがよいようです。

ヒューズ:

ガラス管ヒューズ2Aです。
ヒューズはどの様なかたちの物でも良いですが、必ず2A程度の物を入れるべきです。

 

なお、

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製作

回路図を元に実際にバッテリー復活器(デサルフェーター)を作ってみました。

DSCN0392上のトグルスイッチは12V-24V切り替えスイッチ
下はデサルフェーター稼働-停止スイッチ
ヒートシンクは2SK2232がかなり熱くなるのでその熱対策
ヒートシンク右横はLM555の出力を反転するDH74HC04インバーター
左上の超オーバースペックのコンデンサーのためヒューズを置く場所が無くなり、写真のタイプのヒューズホルダーを基板外に取り付ける事になりました。
導線は赤(+)がヒューズホルダーに元々ついていた1.25sq(たぶん)X30cm、黒(-)が1.25sqX28cm

 

個々の部品調達について。

部品番号

品名

購入先

価格

S1  基板用トグルスイッチ3P 秋月電子通商   80.-
S2  基板用トグルスイッチ3P  秋月電子通商  80.-
U1  三端子レギュレーター 5V1A NJM7805FA 5個入  秋月電子通商  200.-
U2  タイマーIC NE555N(LM555) (5個入)  秋月電子通商  100.-
ICソケット ICソケット 8P  秋月電子通商  10.-
U3 TC74HC04AP CMOSロジックIC 10個 千石電商 320.-
ICソケット ICソケット 14P 秋月電子通商 10.-
VR1  多回転半固定ボリューム たて型 3296W(200kΩ)  秋月電子通商  80.-
VR2  多回転半固定ボリューム たて型 3296W(20kΩ)  秋月電子通商 80.- 
R3  RD50S 330Ω カーボン抵抗(小型品) 1/2W 330Ω±5% 最低数量10個  千石電商 16.- 
 R4  RD50S 1KΩ カーボン抵抗(小型品) 1/2W 1KΩ±5% 最低数量10個  千石電商 16.- 
 R5  RD25 10KΩ カーボン抵抗 1/4W 10KΩ±5% 最低数量10個  千石電商  6.-
 C1  電解コンデンサー22μF50V85℃  秋月電子通商 10.- 
 C2  絶縁型ラジアルリードタイプ積層セラミックコンデンサー1000pF50V±5%5mm10個入  秋月電子通商 100.- 
 C3  積層セラミックコンデンサー0.1μF50V (25個入)  秋月電子通商 100.- 
 C4  電解コンデンサー22μF50V85℃  秋月電子通商 10.- 
 C5  電源用電解コンデンサー470μF200V105℃  秋月電子通商 350.-
 Q1  パワーMOS-FET 2SK2232(60V25A)  秋月電子通商  100.-
 D1  超高輝度5mm赤色LED 7cd60度 OSHR5161A-QR(10個入)  秋月電子通商 150.- 
D2   ファーストリカバリ・ダイオード 400V 5A(10個入) ER504  秋月電子通商 350.- 
L1  インダクタ,ラジアル,744822301,1mH  RSコンポーネンツ 489- 
L2  インダクタ,PE-53117NL  RSコンポーネンツ 255.- 
ヒューズホルダー  MF-503 ヒューズホルダー(インライン・標準用)  千石電商 42.- 
ヒューズ  N30C-250V2A 標準ガラス管ヒューズ 250V 2A 6.35X30mm 最低数量10個  千石電商  35.-
基盤  片面ガラス・ユニバーサル基板 Bタイプ めっき仕上げ (95x72mm) 日本製  秋月電子通商 120.- 
放熱シート  クールスタッフ(放熱フィルム) 30x30mm(2枚入)  秋月電子通商 100.- 

 

 

なお、
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動作(DC12V)

ダメバッテリーに取り付け動作させてみました。

DSCN0418

 

ご覧の通り充電しても直ぐ充電完了となり右のような状態になります。

デサルフェータの調整を兼ねて充電を何度か繰り返しましたところ、充電完了電圧は14.5V位、待機状態で12.8V位まで回復しました。(二日程かかりました。その間デサルフェーターの動作は継続です。)

次の写真でその調整状態でのオシロスコープの波形を表示します。

 

オシロスコープの波形です

DSCN0413
DH74HC04出力波形

 

周期 T= 約100μs

ハイレベル出力時間 TH = 約7.5μs

この時の VR1, VR2 の抵抗値はそれぞれ 104kΩ と 8kΩ でした。

DSCN0417
DH74HC04出力波形 拡大

これ以上VR2値を大きくしてTHを延ばすとL2コイルとD2ダイオードがかなり発熱します。
バッテリー電圧が12.8Vの時、L2コイルに手で触れて仄かに暖かい程度のところに設定しました。
それでも充電完了の14.4Vになるとかなりアッチッチになります。
MOS-FETはヒートシンクのおかげで如何なる状況でも仄かな暖かさを保っています。

 

リンギング波形

DSCN0421
デサルフェーター出口のリンギング波形

 

リンギングのピーク電圧は約30V

パルス電圧は約17V

パルスの立ち上がり時間は100ns弱

 

DSCN0436
デサルフェーター出口のリンギング波形 拡大

 

リンギングのピーク電圧は約30V

パルス電圧は約17V

パルスの立ち上がり時間は100ns弱

 

 

 

 
バッテリーターミナルのリンギング波形
バッテリーターミナルのリンギング波形

 

バッテリーターミナルリンギングピーク電圧は約17.5V

パルス電圧は約4.7V

 

 
バッテリーターミナルのリンギング波形 拡大
バッテリーターミナルのリンギング波形 拡大

 

これらの写真から解るように基板の出口とバッテリーターミナル間では70%以上も減衰しちゃってます。

 

この接続電線をもっと太く短くして、バッテリーターミナルのパルス電圧を高くしようとも思いましたが、サルフェーション防止には電圧より鋭いパルスが重要なようなので、また、このままで良い結果も出ております事でもあります故、このままで遊んでみることにしました。

 

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動作(DC24V)

24Vに繋いでみました。

DSCN0451このバッテリーは太陽光発電に使用しているもので、
DC12V x 2個直列接続 = DC24V 、115Ah/5時間率で、
2011年6月に購入したディープサイクルバッテリです。

普段 1.5kW(最大3kW)のインバーターを通して LEDの室内照明、パソコン、スピーカーのアンプ、インターネットのモデム/ルーター、IP電話 等の電源として、約10~11V位まで充放電を毎日繰り返し使用してます。

なお、今回使用しているデサルフェターは2号器で、写真ではヒートシンクがついてますが実際はヒートシンクを削除した物でデータを取りました。

 

 

オシロスコープでパルス波形をみてみます。

DH74HC04出力波形

DH74HC04出力波形
DH74HC04出力波形

 

周期 T= 約100μs

 
DH74HC04出力波形 拡大
DH74HC04出力波形 拡大

 

ハイレベル出力時間 TH = 約4μs弱

この時の VR1, VR2 の抵抗値はそれぞれ 106kΩ と 4.6kΩ でした。

これ以上VR2値を大きくしてTHを延ばすとL2コイルとD2ダイオードがかなり発熱します。

バッテリー電圧が25.6Vの時、L2コイルに手で触れて仄かに暖かい程度のところに設定しました。

それでも充電完了の29Vになるとかなりアッチッチになります。

MOS-FETはヒートシンクが無くなった分1号機よりぐっと熱くなります。

 

リンギング波形

デサルフェーターのリンギング波形
デサルフェーターのリンギング波形

 

なぜか2回のパルスが発生してます。

最初のパルス発生から4.5μs程後に、二回目のパルスが発生しています。

 
デサルフェーターのリンギング波形拡大
デサルフェーターのリンギング波形 拡大

 

最初のリンギングのピーク電圧は約105V

パルス電圧は約80V

二つ目のリンギングのピーク電圧は約50V

パルス電圧は約20V

 
バッテリーターミナルのリンギング波形
バッテリーターミナルのリンギング波形

 

バッテリーターミナルリンギングピーク電圧は、最初のパルスが約60V

二度目のパルスが約25V強

 

 
バッテリーターミナルのリンギング波形 拡大
バッテリーターミナルのリンギング波形 拡大

 

パルス電圧は最初が約25V

二度目が約6V

 

 

やはり基板の出口とバッテリーターミナル間では減衰がかなり見られます。
これはバッテリー電圧が高いほど顕著のようです。
特に24V以上で使用する場合はバッテリーとデサルフェーター間の導線としては太さ2sq以上、長さを25cm以下を推薦します。

 

なお、

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まとめ

デサルフェーターを普通の自動車用バッテリーに繋いで、ディープサイクルバッテリーのように深い放電をさせてみました。
デサルフェーターがサルフェーションを防止してくれるなら、自動車用のバッテリーでもディープサイクルバッテリーのように使えるのではと考え、その辺のところを一ヶ月以上に渡り検証してみました。

 

実験台になるバッテリーです。

DSCN0362

我が家のワゴン車ボクシーに付いていて、5年ほど使用してダメになった物を復活させたバッテリーです。

ボクシーには新しいバッテリを購入したのでこのバッテリーの使い道を考えていました。

そこでふと考えついたのが このグットアイデア? でした。

なお、このバッテリー復活器(デサルフェーター)はもう一つ追加製作した物です。

基本的な仕様は1号器と変わりません。

ヒートシンクを取り去ったのでヒューズホルダーを基板上に付けられるようになりました。

 

 

放電用の負荷です。

DSCN0383

秋月電子通商で購入した 白色パワーLEDバー(1Wタイプ12個付)OSMC57I12GP-W4XME1C1E を2本、12V-24Wです。

私の小さな書斎ではこれだけで十分な明るさの照明となってます。

それにしてもLEDの省エネには驚かされます。

なんせこのショボイバッテリーで、12時間以上も十分な明るさで点灯し続けるのですから。

お陰様で太陽光発電の方の負荷が少し減りました。

 

 

実験内容です。

DSCN0358

 

毎日平均この位まで放電しています。

この状態から充電器に接続すると何もなかったように、普通に充電を完了します。

これを現在まで一ヶ月以上続けています。

10V位までは照明の明るさにそれほど変化はありません。

 DSCN0388

週に一度はこの位まで深く放電する事があります。

この位の電圧になると少し暗くなった事に気づきます。

また、デサルフェーターのパルス波形が怪しくなってきます。

たぶんLM555への給電が電圧不足になるためでは無いかと思われます。

DSCN0382 

 

このような充放電を繰り返して一ヶ月以上経ちますが、未だバッテリーに異常は見られず正常に充電を完了します。

気の付くような容量の変化も無いようです。

正に ”これってデープサイクルバッテリー?”

 

 

なお、

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