双电瓶控制系统.docx

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双电瓶控制系统

双电瓶控制系统

双电瓶控制系统！

F153太阳能供电、F182柴油电辅加热

基础知识普及——1楼；

双电源控制（隔离）器功能介绍和选购——7楼；

深循环（卷绕）电瓶的功能介绍和选购——8楼；

电瓶电压监控系统介绍和部件选购制作——22楼；

总体电路设计和施工安装——24楼；

太阳能电池供电的解决方案——153楼；

柴油发动机电辅助加热方案（简易版）——182楼；

 由于我不良的用车习惯（老忘关灯）和原车发电机调节器故障（详见我的帖子：

维修分享，1000元变200元，让人无语的4S技师！

）   我的原车电瓶到了27000公里就OVER了。

不仅如此，由于电瓶亏电，汽车无法启动，还让我多次抛锚在机场、国道、岛屿码头。

这让我产生强烈的为哈哈加装双电瓶控制系统的欲望。

   由于国内没有量产的双电源供电车型，只能到网络上寻找车友改装的双电瓶供电系统攻略。

然后自己再进行对比分析、设计电路、选购配件、组装调试。

由于只能在业余时间开工，整个工作大约历时半年。

其中收集资料和分析对比用了大约1个月，电路设计大约用了半个月、选购配件大约用了1个半月，制作组装用了半个月，上车安装用了半天，使用测试大约用了三个月。

现在可以负责任的向大家隆重推出我设计的双电源供电系统了。

   由于我们论坛的改装发烧友比越野一族少，大多数是新手，所以只好先发个扫盲贴，普及一下基础知识

@什么是双电瓶系统？

   就是在汽车上安装两块电瓶，用以给汽车供电；常见的汽车双电瓶供电系统又有四种：

发烧友们则在其基础上，再将原车的双电瓶系统改装成第4种“双电瓶智能供电系统”！

@为什我们需要双电瓶供电系统？

   现如今，诸如车载冰箱、逆变电源、辅助车灯、车载电脑、发烧音响和数码相机等车载用电设备令人目不暇接，如果单让启动电瓶来提供电力，简直就是不可能完成的任务。

   而对于户外越野驾驶者来说，野营灯、高位射灯、车载电台、绞盘哪一个用起电来但都不是吃素的主儿!

没有双电瓶系统的保障，你都不敢离开公路30公里以上！

   想一想，如果一旦带着MM到野外野营，轻歌曼舞、纸醉金迷、胡吃海喝、HAPPY了一夜之后，第二天发现电瓶没电了，难道你还指望MM们在荒郊野外帮你推车启动吗？

@双电瓶系统是装两块电瓶吗？

   是、也不是。

首先他肯定有两块以上的电瓶，但又不是简单的将两块电瓶用电线连起来。

我们将电瓶想象成水桶，将连接电瓶的电线想象为水管，便可以很轻松地理解电流与电瓶之间的关系。

如果在未设定系统的情况下连接两块电瓶，便如两个水桶之间通过一根水管相连，两块电瓶之间的电量是一致的。

   此时，如果其中一块电瓶用完了一半电量，另外一块电瓶同样也会消耗相同的电量。

因为电瓶（亦即“水桶”）之间连着“水管”，无论哪一块电瓶的电量降低，另外一块电瓶的电量就会对其进行补充，从而使两者达到平衡。

从安全角度考虑，这种“平衡”是有害的，因为两块电瓶的电量很容易消耗殆尽，进而可能连车子都无法启动。

   如何才能解决这个问题呢？

这需要一个多功能水龙头才能解决，就是说这个龙头既要控制往哪个桶里注水（充电），也能控制从哪个桶里放水（放电）。

   这个多功能水龙头就是双电源控制器。

这种“水龙头”既有只含简单的开/关功能的基本型号，也包含具有高度自选功能的高级型号。

高级型号可以监控水桶中的水深（亦即电瓶的电压），也可以防止水桶里的水涌出（亦即防止产生电压尖峰）。

@汽车双电源系统的构成

   一个齐备的汽车双电源供电系统由：

主电瓶、辅助电瓶、控制（隔离）器、原车电路、附加（车载电器）电路、原车发电机、备用充电电源共7部分构成。

   这7大部分的构成关系如下图（我用CORELDRAW画的，不专业，大家凑乎着看吧）：

@双电瓶供电系统的基本功能

   1、发电机向电瓶充电时，隔离器将双电瓶连接同时充电；智能型的产品还能优先将主电瓶充满电后再为备用电瓶充电。

   2、用电器需要从电瓶大电流取电时（发电机不工作或者发电机电流输出不足以供电），隔离器将双电瓶自然隔离，确保用电器不会将两块电瓶同时耗尽。

   3、当汽车启动电池损坏或亏电，只需手动（也有自动型的）合上电池隔离器开关就可利用后备电组（有的型号是同时使用两块电瓶）来启动汽车。

   4、副电瓶为其他附加用电设备供电。

   5、可外接除原车发电机之外的第三方电源为系统电瓶充电。

   6、可对主副电瓶的输出电压进行监控，及时发现异常。

   简单的总结一下，就是说一套好的汽车双电瓶供电系统需要“充电可控、放电可控、电量可检测、系统可扩展”四大指标。

可遗憾的是，除了军用特种车辆和少量改装发烧友的改装车外，目前民用乘用车中没有一款量产车型可以达到上述标准的，无论是奔驰宝马还是JEEP丰田。

大多数量产车型仅具有上面的2-4种功能已经是很不错的了。

@双电瓶控制（隔离）器的发展历程

【手动开关隔离器】

   双电瓶隔离器系统最基础的形式为手动（单刀三置）切换开关。

当时这种隔离器在车载半导体类电子产品尚未出现的年代曾经风靡一时。

   这种系统结构简单，只包含三档开关，即“电瓶1”、“电瓶2”以及“两者都选”。

换句话说，如果将车子切换至“电瓶1”，则只会消耗电瓶1的电量或给其充电，同样的情况也发生在电瓶2身上。

但是，如果选择了“两者”，则两块电池会被“并联”在一起，它们的电量会趋于一致，而且两者的充电或耗电速率一致。

   这些基本的隔离系统有着它的弊端，最大的弊端是操作错误。

每当你在夜晚撑起帐篷的时候，必须要将系统切换至第二块电瓶。

如果忘记了这档子事，或者如果电瓶开关处于“两者”位置上，则两块电瓶的电量会在一夜之间耗尽。

   这种系统极其简单，只要有高中物理知识的人都能改装。

【电磁隔离器】

   第二种流行的隔离系统为电磁隔离器，它是一个可以通过电路遥控触发的简单开关。

   有了这种系统，你可以仅凭驾驶室内的一个开关对辅助电瓶进行有效的隔离，并且在发动机关闭时，系统也会自动隔离辅助电瓶。

甚至，你还可以通过发电机信号或油压开关激活电磁铁。

   但是没有一种系统是完美的，我们还用水桶作比喻。

如果你将一个水桶的水取尽，随后又通过水管将两块电瓶串联在一起，则两块电瓶的电量都会降到一半的水平。

   电磁隔离器也是同样的道理，如果你用完辅助电瓶，那么第二天早晨发动车子时，两块电瓶电量都只有一半。

   如果不去丛林闯荡，这种类型的隔离系统会让你很难分辨启动电瓶是否发生故障。

因为汽车启动时会同时从两块电瓶取用电量，即使有问题发生，也会被掩盖。

因此可能会发生虽然由辅助电瓶提供点火电力，但你却只能在下一次的露营旅程中发现辅助电瓶用光时才会发现问题所在。

   电磁隔离器会发生的另一个问题是电压尖峰。

电压尖峰是指瞬间迅速产生的电压浪涌，由于电磁隔离器是感性组件，它可能在电路接通或断开时发生感应电动势。

电压浪涌可以使车载计算机系统当机。

但是电磁隔离系统具有成本低和性能可靠的优势，它们可以在水中浸泡，也极少会发生损坏。

【二极管隔离器】

   让我们重新以水来作比喻，二极管隔离器就像是一个单通水阀，它只可以让水往一个方向流动，但却不可逆流。

二极管是市场上出现的第一代电子隔离器，它们的优势明显。

它们允许以相同的速率同时对两块电瓶进行充电，但不允许两者“串联”在一起，因此电瓶间不会出现补偿情况。

电瓶之间电流是无法流通的。

   这种系统的妙处在于辅助电瓶无法从启动电瓶摄取电量。

当然，由于两块电瓶并未相连，因此也不会同时用于发动汽车。

    二极管系统的缺点同样存在，这种设计会产生压降，同时它们还要求安装尺寸可观的散热片来消除产生的热量并防止二极管出现故障。

如果车上装有内置感应系统的发电机，它不会反映由二极管引起的压降，所以你的电瓶将可能永远无法充满电。

但是如果发电机具有外部感应器，发电机只会读取电池的电压读数，所以电池可以充满。

   二极管的其他问题会对一些安装有发动机管理系统（ECU）的汽车造成不良影响。

产生的压降可能会欺骗ECU系统，导致仪表和感应器无法给出准确的读数。

【智能电瓶管理控制器】

   这是最新技术的双电瓶控制系统，又被称为“智能电瓶管理”系统，这种隔离器集成了逻辑芯片、二极管、继电器等原件，有多种功能，具有性能可靠，操作简单的特点。

   它们会在启动电瓶充满电（约为13.6伏）后再对辅助电瓶充电，因此可以保证你的启动电瓶永远都是满的；并且在给辅助电瓶充电的同时，该系统还可以兼顾启动电瓶。

如果给辅助电瓶充电需要一段时间，且在此期间内启动电瓶电压低于预设值（即12.7伏），发动机即会重新给启动电瓶充电。

   另外这种系统还大多内置有电压尖峰保护和延时触发装置，不仅克服了浪涌电流，还会根据电压在一段时间的变化趋势来判断是否该进行状态切换，避免瞬间电流变化造成的误操作。

因此我们叫它为“智能”系统。

   这种智能电瓶管理系统还有不同的型号以满足不同的需求。

如果你装有三块以上的多电瓶系统、或者你想集成一个太阳能电池板。

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   同样的，你也可以加装电瓶电压监控器，即可一目了然地掌握电瓶的使用情况。

我强烈推荐安装电瓶监控器。

不仅是因为它可以及时地追踪电瓶的电量，而且还可以预先警告，电瓶在六小时充电之后还未充满，你就可以判断此电瓶需要更换了。

也可以在你野营时提醒你不要过度浪费电，留点给明天使用（当然也可以作为你催促MM早点进帐篷睡觉的最有力理由

）。

下面我们来说说这套系统的相关部件的选择。

首先是最核心的部件，双电瓶控制（隔离）器。

@市面上可采购的双电瓶控制器

【SUREPOWER】美国货，价格区间：

950-1200元

型号:

AP-1314-1315系列（1314|100A/200ASurepower）

典型应用:

SUREPOWER双电池分离器美国原装进口

1314型：

只在主电瓶电压高于13.2-13.5伏时才激活

1315型：

在主电瓶或辅电瓶电压高于13.2-13.5伏时均可激活

双电池分离器设计用于多电瓶系统，用以保护车辆充电系统。

双电池分离器有两种基本的操控特性：

辅助发动机启动

当启动开关打开时，双电池分离器会比较主、辅电瓶的电压。

如果主电瓶电压低于辅电瓶电压，电瓶隔离器将接通辅电瓶以辅助发动机启动。

该操控的进行至少需要3伏的启动信号电压。

保护车辆充电系统

双电池分离器会监控电瓶系统以确定是否给电瓶充电。

当主电瓶或辅电瓶（1315型），或主电瓶 （1314型）电压达到13-13.5伏时，将指示充电，电瓶隔离器会接通两个电瓶。

如果辅电瓶或 主电瓶从接通的电瓶系统中取电致使系统电压降至低于12.4-12.9伏时，双电池分离器将断开两个电瓶间的通联，可以保护另一个电瓶的电不被耗尽。

在控制电路中整合了延迟功能，可避免电瓶隔离器对瞬间的电压波动作出响应。

 其优越性在于可辅助发动机启动，如果需要还可保护充电系统以免耗电过度。

SurePower一年质量保证

【VICTRON】荷兰货，价格区间550-1300元

这个品牌产品线较全，国内可以买到的主要型号和参数如下图

可以看到，其产品涵盖了从80A-160A，双电瓶和三电瓶的方案。

主要性能:

>>安装方便简单，不用改原车线路

隔离器直接连主电池正负极、付电池正级，不需要连接到点火开关控制线，不用改原车线路。

（接线图在本页最下方）

>>无电压损失（无电压降）

Cyrix电池连接器是微处理器控制的自动并联电池组继电器，当其中一组电池电压达到预定值时（电池在充电），几组电池并联在一起，当电压低于浮充值时（电池在放电），电池组之间断开。

Cyrix电池分离器是二极管分离器的最佳替代品，它主要的特性是没有电压损失，发电机或电池充电器电压无需增大。

>>优先启动电池

在典型的设置中，发电机直接连到启动电池，辅助电池组和其他电池通过CYRIX连接器连接到启动电池，当CYRIX获知启动电池达到预定的电压时，可以同时并联对其他电池组充电。

>>双向电压感应

Cyrix同时感应两组电池，例如：

当充电器对辅助电池组进行充电时，Cyrix电池隔离器也会同时工作。

两组电池都可以对隔离器供电。

>>自动隔离主副电瓶

Cyrix电池隔离器会自动隔离汽车启动电池与后备电池组。

>>主电池电量不足时，借副电池电力启动车辆（借电）

若汽车启动电池损坏或亏电，只需手动合上电池隔离器开关就可利用后备电组来启动汽车。

即当主电池电量不足时，借副电池电力启动车辆。

>>12V/24V自动适应:

Cyrix-i12/24自动检测适应12/24V电池电压系统。

>>智能电池检测避免不必要的开关操作

一些品牌的电池隔离器在短时间大电流负载下会断开，或由于电压的迅速下降而不能连接到耗尽的大容量电池组，CYRIXi12/24不是简单地基于电池电压和固定的延时，Cyrix-i12/24会判断趋势（电压上升或下降），只有在反向趋势超过一定时间，才执行反向操作，延时时间由电压变化趋势决定。

上面的两幅图片是三电瓶方案；

这个是24V，400A的大功率双电瓶控制器，主要用于军用和民用特种车辆。

【AN-POWER】上海产、价格区间350-500元

主要特点：

汽车启动电发机工作时，电池隔离器对两个电池进行独立充电，它允许一个大容量的辅助电池和一个小容量汽车启动电池共同使用，由于它不是将两个电池并联充电.所以大容量辅助电池在充电的时候不会对启动电池进行充电。

常见型号：

42131--140A

典型应用:

1.独立充电   当汽车启动电发机工作时，电池隔离器对两个电池进行独立充电，它允许一个大容量的辅助电池和一个小容量汽车启动电池共同使用，由于它不是将两个电池并联充电.所以大容量辅助电池在充电的时候不会对启动电池进行充电。

2.固态   电池隔离器是使用固态电子器件，并且固定牢靠,不采用大型开关，所以不会产生“浪涌电压”。

3.多电压12V/24V/36V&防水   电池隔离器能够使用在12V/24V/36V的汽车电源系统，是按照船级防水设计。

4.适用于外部感应器的发电机   众所周之，二极管隔离器会在输出与输入之形成一个电压降，An-power的产品仅会产生0.8V的电压降。

5.电池隔离器将每路充电电流分开使用，而不会影响别的电池。

6.全密闭工业设计。

【T-MAX】国产、价格区间750-850元

主要参数：

工作电压    8v-16v

系统电压    12v 

检测电压范围    8v-16v

显示电压（电池电压）    11.0v-12.8V

显示电压（充电电压）    13.0v-14.5v

误差    +/-2% 

功耗    5mA 

显示器功耗45S    150mA 

继电器    13.3v 

继电器电流    0.8A 

继电器负载电流    250A 

继电器接触层材料    银隔片 

工作温度    -20℃-+60℃ 

外壳材料    ABS，黑色 

尺寸    103x21x100mm 

防护等级    IP40

T-MAX双电池系统特点：

    DBS02双电池系统设计相比国内一些双电池系统来说静态功耗做的非常小，还有独立的显示面板及控制按钮，可让系统在自动或手动连接模式下工作。

相比国外（如TJM品牌）的一些双电池系统，我们采用了微处理器进行控制，这样对两个电池的连接及电压的检测都能做到智能化，还可以双向充电（如在辅助电池加太阳板，可以用太阳能充电器对辅助电池及主电池进行充电，TJM品牌只能通过发动机对主电池及辅电池充电，反过来它就不可以），当主电池电压过低时我们还能进行报警，提示用户及时的对电池充电或更换电池，内部有浪涌电压保护及反接等保护，这样使得系统更加可靠。

这套控制器的优点是已经带有电压检测的显示功能，虽然显示的不是动态数字，但也可以看个大概，可以省略后期加装电压检测的麻烦。

【建伍】国产，价格区间300-400元；

双电瓶控制隔离器（双电瓶保护器）

1、电瓶电量不足时，断开付电瓶，首先保证主电瓶的充电与工作。

2、主电瓶电量充满后，自动为付电瓶充电不影响用电设备供电。

3、未充电时自动切断主、付电瓶的联接不用担心缺电无法发动引擎。

4、设有过载与短路保护电路

二、使用环境：

按军工产品指标设计生产的高性能产品

工作温度：

－50到125摄氏度

防水，防震，防磁

适用对象：

军队、探险、越野车辆及汽车音响发烧友、车内装用大容量用电设备的车辆自排车辆

建议改装时：

电动绞盘、大功率射灯、大功率音响及外加电路直接使用副电瓶。

   这是目前淘宝上造价最低的解决方案，安装也比较简单。

技术控制人在福建，你只要花10万元，他就可以吧生产技术转让给你，市面上的货大多数湖北出的。

上面就是目前市面上可以买得到的双电瓶控制器产品，为了避免做广告的嫌疑，我只能说在淘宝上全都可以买得到，如果你感兴趣，可以自己去搜。

有了隔离器，下面就是另一个核心部件，备用电瓶。

   需要说明一下，我们汽车上常用的免维护铅酸电瓶是一种启动型电瓶，优点是瞬间放电电流大（也只是相对的），缺点是不能深放电，一旦深度放电，使用寿命（也就是充电次数）就会急剧降低，下面我把常规免维护电瓶的放电寿命参数列一下，您可以自己看看。

             放电25%充电，寿命=1000次。

             放电50%充电，寿命=200次。

             放电80%充电，寿命=30次。

             放电99%充电，寿命=5次。

   也就是说，如果你把大灯开着，熄火走人，只用1天，你的电量就会耗掉约95%以上；同样的事情你做上3-5次，你的电瓶就报废了。

我的电瓶经历了这样的事情3次，结果就OVER了

！

   所以，如果你还选用这样的电瓶作为备用电瓶，那么结果还是很可悲的，因为即使你选用一个60AH的电瓶（原车配的电瓶是瓦尔塔65AH），为寿命着想，你每次最多可以使用20-30%的电量，也就是约15AH的电量。

怎么形容呢？

就是熄火状态下，纯靠备用电瓶供电，你可以

   ……点亮一盏10W的野营LED射灯18个小时；

   ……或是使用车载电脑3个半小时；

   ……或是听原车CD音响（8喇叭，不带低音炮的普通音响）4个小时；

   如果以上的电器你同时使用，那最多可以坚持1.5到2个小时。

当然你也可以继续使用，电池会坚持到约4个小时才会罢工（这时你的放电量会达到50%左右），但你的电池寿命就会大大降低。

   如何才能避免这种事情的发生呢——答案是你需要一块深循环型备用电池。

   深循环电池，顾名思义，就是深度放电也不会影响其寿命（循环充电次数）。

下面是深循环电池的放电机寿命参数：

           放电25%充电，寿命=1500次。

           放电80%充电，寿命=1000次。

   可以看到，深度放电基本对其寿命没有影响。

除此之外，深循环电池还有内阻小，自放电小，可以大电流放电，快速充电等优点。

   汽车蓄电池和深循环蓄电池都是铅酸蓄电池，它们在作业时发生的是完全相同的化学反应过程。

两种蓄电池的差别在于它们优化自身设计的方式不同：

   汽车启动型蓄电池   的作用是在较短的时间内提供较大量的电流。

汽车在起动时需要用此冲击电流来起动发动机。

发动机起动后，交流发电机将提供汽车需要的所有动力，因此汽车蓄电池终其一生所消耗的容量也不会超过其总容量的20%。

采用这种方式，汽车蓄电池能够持续使用3-5年（理论寿命5-7年）。

   深循环蓄电池   的作用是在较长的一段时间内提供较稳定的电流。

如果需要，深循环蓄电池也能够提供冲击电流，但不如汽车蓄电池提供的强大。

深循环电池还得反复进行深放电（普通汽车蓄电池这样做将会迅速导致其报废）。

   讨论汽车蓄电池的性能，通常使用两个参数值：

   CCA（冷起动安培数）——在零摄氏度环境下，蓄电池在30秒内所能产生的安培数

   RC（备用容量）——蓄电池在保持电压高于10.5伏的情况下，输出25安培电流所需的分钟数

   通常，深循环蓄电池的备用容量是汽车启动型蓄电池的两倍或三倍，但却只能提供一半或四分之三的冷起动安培数。

另外，深循环蓄电池可承受数百次的完全放电/重新充电循环，而汽车蓄电池则不能完全放电。

@备用电瓶的最佳选择——深循环型卷绕电瓶

  为了避免深循环电池的缺点，经过技术优化，目前是厂商提供了一种新型的卷绕电池，就是把免维护电池里的铅板制作成很薄的“铅膜”；把铅酸电池里的液态酸液改制成胶体状的“酸胶”并用特制的纤维网固定；然后把铅膜和酸网卷在一起，这样就可以把铅和酸的化学放电反应面积扩大若干倍。

于是卷绕电池就可以提供强劲的CCA和RC值，不仅如此，由于反应面积的扩大，它还可以短时间快速充电，其充电性能堪比锂电池。

卷绕电池的性能与优点:

    1．卓越的高低温性能，可在-55℃~75℃下工作。

    2.充电非常迅速：

40分钟内可充入95％以上的电量。

    3．超长寿命，太阳能领域设计寿命10年以上，25%DOD循环达3000次。

     4.100%深放电后再充能力强，100%DOD深循环260-300次。

    5．平稳的高输出电压，更高的能量密度。

    6．结构坚固，抗震性强,至少能承受4G（33HZ）震动12小时以及6G震动4小时。

    7．无游离电解液，可任意方向放置工作。

    8．超强的高倍率放电能力，最大放电倍率为18C10。

    9．极高的耐小电流深放电能力。

    10.汽车使用可质保两年，使用寿命长达6年。

启动专用卷绕蓄电池性能特点：

    1.启动电流是普通蓄电池的3倍,

    2.（12V50AH零下18℃时的最大输出电流高达830A,）,

    3.启动次数最少12000次,是普通蓄电池的3倍,

    4.存放250天,仍有起动电量,零下55℃-65℃可正常使用.

    5.启动时间最快为0.6秒.使用寿命为普通电池的4倍以上.

    6.至少能承受4G（33HZ）震动12小时以及6G震动4小时.

    7.生产以及使用可实现零污染,不需定期维护.

    8.50AH的卷绕电池可替代150-200AH的普通蓄电池

    9.充电非常迅速：

40分钟内可充入95％以上的电量。

 其它主要应用领域

    仪器仪表、电动工具、健身器材、医疗器械、太阳能灯具、输送电设备

    各种备用电源、混合电动车及汽车起动。

卷绕电池的缺点

   1、由于其结构原因，导致其铅板过薄，冲放电次数多时，会很快被腐蚀掉，所以其寿命相对于不同免维护铅酸电池要短；理论寿命：

   普通免维护电瓶    5-7年；

   卷绕电瓶   3-5年；

   当然，如果你选用进口的卷绕电瓶，其使用寿命仍然大于国产的普通免维护电瓶。

   2、卷绕电瓶工艺难度大，造价比同等规格的免维护电瓶要高出50%-70%；

   基于以上原因，只有军用车辆、高端民用乘用车才会选用卷绕电