今回は改造計画の実行前にコンプレッサーの挙動調査をしました(=ﾟωﾟ)ﾉ
こういう事は計画する前にやっておくべきなんですけどねwww
改造計画についてはコチラ ⇓
ハイブリッドエアーコンプレッサーに搭載されている純正電源ユニットを使用し、定格24Vの電圧を18Vに降圧して検証。
※詳細な仕様は無く定格電圧以外での使用は動作保証なし
スイッチング電源なのでボリューム調整で電圧は可変可能
昇圧：出力側コンデンサやMOSFET等の耐電圧を超えれば破損する為、要注意
降圧：定格電流以上の出力はできないので電圧を小さくする程、最大出力は小さくなる
⇓ 稼働前の印可電圧は17.96V≒18V
エアー充填を開始すると、インバーター制御なのでエアー充填による負荷の増加と共に徐々に電流が増加していきます。
純正電源を電圧18Vで設定した場合、出力99%で稼働させると最大出力電流は22A程度で、0.35MPaまで充填すると電圧は急激に低下しエラーE01（低電圧停止）でエアーコンプレッサーは停止します。
⇓ 電圧が急低下する直前の状態 電圧：14.66V、電流：21.84A
これはモーターが550W出力の為22A～30Aの電流を引き出そうとしますが、この使用環境下での電源ユニットの能力限界(22A程度)である為、電流制限動作によって電圧を下げます。
コンプレッサー側は更に電力を維持する為に電流を要求する為、電圧がコンプレッサー側の低電圧の閾値を下回り低電圧保護が働いた事になります。
以後はコンプレッサー側で充填を停止すると、電源ユニットの電圧が回復する為、コンプレッサが再稼働しますが、エラー停止と再稼働の無限ループに陥ります。
⇓ 停止⇒稼働⇒停止の無限ループ
このエアーコンプレッサーは出力制限できる為50%出力に制限する事で、低電圧停止⇒稼働⇒…の無限ループから抜けることが可能です。
⇓ 50％出力で0.75MPaまで充填した時 電圧：15.71V、電流：20.61A
実際に18V設定で出力50%で稼働させ、0.75MPaまで充填した時の電圧は約15.7Vで電流は20.6Aとなっており、変換効率は85%となっています。
550W×50％÷15.7V÷20.6A=0.85≒85%
電源ユニットの初期値が電圧24.6Vで設定されていたことや、今回の挙動から考えて、この電源ユニットは22A程度の能力が限界のようで、99%出力する為に24Vという電圧仕様の電源ユニットを選定していると考えられる。
24.6V×22A=541.2W
18Vのリチウムイオンバッテリーの放電能力は6Ahで30A
18V×30A=540W
最大0.9MPaまで充填するのに540Wの電力を有すし、変換効率92%で機械出力を圧力に比例して増加させると仮定すると、
99%出力0.90MPa時に540W
99%出力0.35MPa時に396Wだったことから、
圧力差：0.90MPa-0.35MPa=0.55MPa
電力差：540W-396W=144W
99%出力0.75Mpa時は0.35MPaから0.4MPa増加するので、
増加する電力：144W÷0.55MPa×+0.4MPa=+105W
396W+105W=501W
501Wの出力ができれば0.75MPaまで充填可能と言えます。
純正電源ユニットの電圧は何Vまで下げて使用できるか？
99%出力0.75Mpa設定だと22.7V程度が限界となります・・・
501W÷22A=22.7V
50％出力0.75Mpa設定だと0.70MPaあたりから2V近く電圧降下を起こしており、18V程度が限界となります。
また上記結果より15.7V×20.6A=323Wとなるので、設定圧力を0.75MPaまでとした場合、50%出力であれば330W程度の電源ユニットでも問題なく使用できると言えます。
最大出力330WのPBA300F-15を使用すれば最大電流22Aで、純正電源と同じ最大電流であることから50%出力であれば問題なく使用可能と判断できます。
そして、標準電源よりも小さいので無改造で筐体に収めることができる(；ﾟДﾟ)
・・・もうケースを改造しちまったよ⊂⌒~⊃｡Д｡)⊃
コンプレッサー側の低電圧の閾値は？
エラーE01（低電圧停止）の閾値は12.8Ｖ以下で、13Ｖ以上をキープできれば稼働する事が確認できました。
PBA300F-12でも13V以上に昇圧すれば使用可能ですが、出力が落ちる事や最大電流が上がる事を考えると、PBA300F-15を標準で使用するか降圧して使用した方が間違いはないと思います。
12Vのカーバッテリーについては電圧が12.8V以下の為、コンプレッサーの最低動作電圧値を下回り、HG-DC5090Mでもオルタネーターや太陽光による発電した充電電力で動作させる事が前提となっています。
純正電源ユニット600W(24V25A)を18Vまで落として使用する事に問題は無いように思いますが、99%出力だと0.35MPa上限となってしまい、頻回に停止と稼働を繰り返すため、電源ユニットおよびインバーター基板にストレスが大きく、低電圧仕様にする以上、出力50%モードで動作させることが必須となります。
また純正電源ユニットの場合、限界電流22A程度で出力し続けることになるので、電源ユニット自体のストレスも大きくなります。
⇓ 18Vで連続稼働させた時の温度
一番温度の高い部分は赤のマーキング位置で73℃
電解コンデンサの温度は58℃前後まで抑えられています。
24Vで稼働させた時100℃超えしていたことを考えると、18Vに降圧し実質6V差で40℃近く下がっている事になります。
⇓ 標準24V仕様での温度に関してはコチラの記事を参照
電圧に比例して熱損失による温度も変化する事から、
40℃÷6V=6.7℃/V・・・1V降圧すると6.7℃低下が見込める。
ところで・・・
代用として購入したTDK RWS600B-12(12V50A)と、COSEL PBA600F-15(15V40A)は無駄になってしまうのだろうか・・・(;´Д｀)
TDK RWS600B-12の場合
99%0.75MPaまで充填すると・・・
501W÷13.5V=37.1A・・・(;´･ω･)ロッカスイッチとケーブルの増強は必須・・・
圧力設定0.05MPaあたり24W程度増加するので
144W÷0.55MPa÷11=23.8W≒24W
13.5Vにおける最大出力は405W
13.5V×30A=405W
99%0.75MPaの必要電力よりも低い電力で運用する場合、設定圧力を落とせばよいので
0.75Pa-(501W-405W)÷24W×0.05MPa=0.55MPa
0.55MPaで圧力を設定すれば99％出力でも使用可能となる。
PBA600F-15で99%0.75MPaまで充填した場合
501W÷16.5V=30.4A・・・微妙
出力電圧設定は16.5Vで、圧力設定を0.70MPaであれば出力が24W程度減少し、ロッカスイッチの定格30Aに収まり問題なく使用可能となる。
当初の予定通り電源ユニットをPBA600F-15を使用して圧力設定を1ランク下げればケーブルを12AWGにグレードアップする必要はあるが、ロッカスイッチはギリ定格内で収まるので使用上問題は無いという結論となります。
ただ電圧は16.5Vに昇圧する為、当初の計画だった電圧よりも3V程度高くなります・・・
それでも電解コンデンサの温度は50℃程度まで下がる想定なのでやる価値は充分あると判断できます(=ﾟωﾟ)ﾉ
ちなみに電源ケーブルの基板側スルーホールは2.0mm×2.5mmの楕円となっており、12AWGのケーブルは何とか挿入できると思います。
またソレノイドバルブに印可される電圧は、
16.5V×30Ω/(10Ω+30Ω)=12.375V
定格電圧12Vに近い理想的な入力電圧となるのでバッチリですね♪
※分解・改造を行うとメーカーの保証が一切受けられなくなるだけでなく、感電、発火、爆発などの重大な事故につながる恐れがあります。
※これは筆者の所有する機器の実測によるデータを基に記載された記事なので、測定環境や個体差によってすべて一致するとは限りません。
※万が一、本記事の内容を参考に作業を行い事故や損害が発生しても、筆者は一切の責任を負いかねます。必ず自己責任で作業を行ってください。
[BMS]や[VCM]といった違うMPUのデータを混在させると更新周期が落ちるので、レスポンス重視したい時は、同じMPUのデータで統一させた方が良いです。
