大功率電池充放電保護器的設計和製做

事情的原由是這樣的，由於北京要限制超標電動車，因此頭腦一熱，從網上訂了個絕對超標的電動車，電動車的電池是72V60Ah的。配的充電器也還行，挺重的，可是充電電流還只有10A，充電速率只有1/6C，過低了點，爲了加快充電速度，又買了個18A的充電器，18A也沒超過0.5C，不過考慮插頭插座的容量和總功率，沒有找更大的，在樓外面作了個充電箱。由於常常聽到電動車充電引發的火災，我這個又是個大個的電池，這種動力電池不少都沒有電池保護電路，或者是保護電路不怎麼樣，雖然是在樓外面充電，但萬一着火了，這個動靜也不會小，因此爲了儘量出事，就產生了作一個充電保護的裝置的想法，在淘寶上也試圖找找現成的產品，發現要麼是單純的電池容量顯示，或者是簡單的定時器，要麼只是充滿電流下降檢測進行關閉電源的保護器，實在是沒有什麼比較合適的成品，因此只好本身去作一個了。

         在淘寶上逛的時候，如今淘寶找東西也真不容易，垃圾一大堆，搜索也又各類貓膩，想按照本身的想法找到適合的東西實在是很難，最終找到了一款庫倫計，電壓能到90V，而且帶各類保護功能，價格也適中，因而買了一個進行測試，爲了進行意外狀況的保護，須要進行關斷的操做，能夠切斷220V總電源，或者切斷電池，最終決定，爲了符合電池測保護的做用，並防止由於充電器短路形成的過電流，最終決定切斷電池，不過這樣一來麻煩就來了，一開始沒太注意切斷電池有兩種方法，一種是採用低導通電阻的 MOSFET，另外一種是採用傳統的電磁繼電器，主要是MOS管方案雖然體積很小而且價格不貴，可是總歸比繼電器的可靠性要低，畢竟繼電器不通電就不導通，頂多就是觸點接觸很差形成觸點燒燬，沒什麼太大的反作用，只要驅動不出問題，不會出現擊穿問題，並且這種保護器正常使用也是常閉，不會頻繁切換，因此就更不容易出現這類問題，也考慮過固態繼電器，但導通電阻太大並且也很貴。但這樣一來，麻煩就來了，一開始沒太注意，光看電流了，從網上買了個100A的繼電器，等收到了一仔細看說明書，電壓才能支持直流32V。

 

        如今能支持交流220V的繼電器很好找，但能支持直流高電壓的繼電器太少了，而且價格很是貴，通過不屑的努力，終於找到了一款DC100V,電流能到50A的繼電器，原本像選100A的，價錢貴太多了。等拿到繼電器一測，繼電器的電流要200mA到300mA，庫倫計上面的繼電器驅動管只是TO-92封裝的，功耗就不夠，無法法，繼續滿淘寶找現成的繼電器驅動板，最後只找到一種光耦隔離的驅動板，功率卻是夠，就是有點大，接線也有些麻煩，爲了可以方便充電箱的安裝，找了個PLD控制器的外殼，把庫倫計和驅動板給裝到裏面去了，

 

        

         樣子通常吧，不過用起來也沒什麼毛病惟一的問題就是電池組作在電動車裏面了，不容易把溫度探頭裝進去，溫度檢測只能用在充電器上了。最終組裝完的充電箱就是這個樣子的。

    

 

        作完了充電箱，偶然關注到論壇上的帖子，有幾個由於充模型電池着火而形成的慘痛事故，想到航模電池也是沒有電池保護板，而且爲了充的快，充電電流也不小，一旦過充很容易形成事故，再想到我本身作的充電保護，以爲用在航模電池充電或方便保護上也應該合適，庫倫計除了容量顯示，也能夠過欠壓保護，過欠流保護，溫度保護，容量保護等。不過用在模型上面就不能像我用在電動車充電上面那麼粗放了，怎麼也要能和模型充電器的檔次相差太多，怎麼也要體積不能太大，而且外觀要好看些，接口也要用着方便等等，因而繼續根據已有的器件的尺寸進行外殼和麪板的尋找和設計，爲了省錢，儘量去找現成的外殼，可是爲了好看，普通塑料的也不能用，最後根據CAD的設計，找到了一款比較小的鋁型材，可以把繼電器，電路板，表頭什麼的塞進去。爲了好看和方便，保護器沒有使用外接的引線，而是採用了插頭插座的鏈接，由於設計電流是50A，而且要考慮插頭的體積，接觸電阻和是否能作成面板安裝方式等，最終選用了一款一體式的直徑是8毫米，內部帶消拔插火花電阻的插頭座，就是價格貴，要24一對，比普通香蕉插座貴多了，比普通的8mm接插件也貴3倍，可是普通香蕉插座接觸電阻太大，普通8mm接插件又很難作成面板安裝方式，模型用的插頭座固然不能直接進行面板安裝，須要從新設計適合的固定座，加工的時候由於厚度很厚，少許機加工的價格比較貴，最後不得不採用3D打印的方式來製做，就是作好的東西精度通常，須要打磨才能夠，不過由於是放在內部，外觀卻是無所謂，插頭插座用機米螺釘進行固定，最後再用螺絲固定再外殼上。

        

   

         當拿到鋁型材外殼的樣品後發現，庫倫計原配的電流檢測繼電器驅動板雖然尺寸正好能放進鋁型材外殼內，可是板子上器件和引線距離鋁殼太近，若是爲了不短路或打火的隱患，必須用絕緣膠帶進行隔離，很差看也不方便安裝，因而從新找了分流器，從新設計了板子，而且把繼電器驅動三極管換成大電流的，就不須要單獨的驅動板了，把驅動板接上表頭和繼電器進行測試，用熱成像儀看了下，驅動三極管的溫度不高，沒有任何問題，繼電器仍是挺熱的，12V200mA的功耗確實不低。

       

         面板就沒現成的了，只能根據鋁型材和所需的功能進行設計，考慮了鋁合金，玻纖板和碳纖板，PP板等，綜合了價格和外觀，最後選擇了黑色玻纖板，我更傾向於碳纖維板，不過碳纖維板的報價要貴幾倍，不得不放棄了，固然，若是有人捨得掏錢就另說了，不過玻纖板加工也不算便宜，上面有倒角和挖槽。

     

板子和外殼上的接插件都用上了我以前給音響上的高級鍍金件和進口的接線柱，絕對不含糊。

    

        

      作裏面的鏈接線的時候出了問題，以前作電動車接線時用的銅線鼻子太大了，用個人碩大的壓線鉗也壓不住線，

         

 

         沒辦法，只好從新買適合的銅線鼻子和小的壓線鉗，結果第一次買的澤光品牌的冷壓端子，號稱0.8mm後，結果收到後卡尺一量才0.5mm厚，太偷工減料了。

 

 

         不爽，繼續往上找，最後又買了鳳凰品牌的1mm厚的冷壓端子，到貨實際是0.9mm，還能夠，下面的照片能夠很容易看到大小和厚度的差異。

  

  

         爲了防止由於熱縮管太薄，安裝和平常使用時磨破了，又買了冷壓端子專用的絕緣套，按照內部適合的長度和走向把線壓好彎好，擰到繼電器和檢流板上，華勝的壓線鉗還行，不貴。

 

         最後一個讓我很糾結的就是內部要不要放保險絲，若是放了，問題就是若是由於電池短路燒掉了，更換起來會很麻煩，由於大連流的保險管沒有體積小又帶座的，並且會附加必定的電阻，若是不放保險絲又真怕那些不小新的人短路了插頭形成危險，雖然庫倫計帶過流保護，但畢竟速度是比較慢的（雖然保險絲實際速度也不算快，但畢竟仍是能保證燒斷的），最終仍是決定裝上，找的是一款80A的片式保險絲，無法用座就只好焊在引線中間了，之後也能夠考慮外置串在輸入線上，或用個電動車的直流空開。

 

         內部的東西都準備好了，該作頭的作頭，該擰緊的擰緊，把線也焊上而且套好熱縮管和絕緣套。鋁外殼爲了防止內部短路，在殼子的底部和上測螺絲的部位都貼上了0.3mm厚的玻纖絕緣板，

 

  

 

         最後把整套機芯塞進殼子，內部空間仍是比較緊湊的，靠裏面的電線就能夠把各個部分固定緊了。裝上面板和側板，在外殼底部貼上硅膠腳墊，整機看起來就像點樣子了。

   

   

 

         電池保護，溫度的檢測是很關鍵的，爲了可以保證可靠的溫度感應，而且避免損傷電池，沒有選用圓柱或圓點的溫度探頭和方形的溫度探頭，找到了一種薄膜封裝的薄片探頭，能夠很方便用膠帶貼到電池上，缺點就是探頭比較脆弱，須要仔細，不過也沒幾塊錢。探頭的插頭爲了換線方便，買的是3.5mm的轉接頭，就是個頭偏大，不過這個也好辦，小的插頭有的是，只不過焊下就好，也沒有極性問題。

   

         最後固然是插電測試了，12V的電源是網上買的名牌路由器配電源，爲的是可靠，固然雜牌的也問題不大，頂多就是燒掉保護器或沒電，繼電器的好處就是沒電了就斷掉了。

 

         插上電源和溫度探頭，讓繼電器吸合，連續工做了幾天，繼電器對應的外殼位置有些溫度，用熱成像儀看了下總體狀況，一切正常。

    

 

         保護器的保護功能包括了超功率，過電壓保護、欠電壓保護、過電流保護、過溫度保護。可以顯示電池電壓，充放電電流，充放電功率，充放電容量值和百分比，溫度和充電時間，功能還算不錯，除了能夠當充電保護器外，當放電保護器也沒問題，花百八十元配上個大功率的可調電阻，能夠當個放電器來使用，配個能衡流或限流的電源，當充電器也沒問題，當功率計慘點，由於繼電器的容量問題，別超過50A用。

      下一步的工做就是電流電壓的校準和實際的帶載測試了，由於相應的儀器還在路上，暫時沒法進行。