从零造电动汽车第五期——改造油车:电池及充电器的制作
EV技研
公众号EV技研作者1900 2019-8-20 电动汽车


深循环铅酸蓄电池:支持深放电

深循环铅酸蓄电池与普通铅酸蓄电池的特性比较见表1。

表1

混合动力汽车、电动汽车一般使用镍氢电池和锂离子电池。对于自制电动车,出于入手难度、操作性、安全性、价格等因素,笔者推荐选用深循环铅酸蓄电池。

确定电池电量的方法

第1步:确定里程

笔者将日均里程设定为30km。

第2步:根据耗电率确定所需的额定电流

市场上的电动助力车的耗电率为125W·h/km。采用的是锂离子电池,车体质量为100kg,行驶30km所需的电池电量为125×30=3750(W·h)。考虑到铅酸蓄电池30%的损耗,行驶30km所需电池电量为3750×1.3=4875(W·h)。

由于所用的直流电机的额定电压为96V,根据P=V・I可得额定电流约为50A。然而,即使是深循环铅酸蓄电池,也不能大电流放电直到电池电量为零。假设应剩余30%电量,则额定电流50A时应选择放电电池为70A的电池。笔者所用的深循环铅酸蓄电池的额定电流为90A,质量为17kg(实测为18kg)。电池占用空间大,载客数从4人减至2人,拆下汽车后座后安装电池盒(如图1所示),载客量从4人减为2人。电池箱使用的是带盖塑料盒。

图1


其他安全装置和便利功能

电池充放电时析出氢气

在充电快结束时,氢气析出现象十分突出。如图2所示,电池箱是密闭结构。因此,需要安装乙烯基软管,将氢气排出车体,如图3所示。

图2


图3


主断路器和副断路器

电路图如图4所示,高压侧安装了最大电流为450A的断路器。还有图4中的副断路器,用于隔离主电池和150V电压表及电量表,进行仪表维护或长时间用车时关闭。

充电器的制作与测试

用市售配件制作充电器改造电动车的一大难题是电池充电器的制作。市售充电器的价格超过3314元,为降低成本,笔者自制以下2种充电器。

三端双向可控硅车载充电器:三端双向可控硅车载充电器作为便宜且简单的车载设备,可以在任何地方使用AC100V电源轻松充电。图4所示为充电器外观。

图4


三端稳压器的恒流涓流充电器,当电动车长时间不使用时,电池应保持充满电的状态,以延长寿命。图5所示为恒流充电器的外观。


图5


主电池电压:96V(12V×8)

混合动力汽车和电动汽车的主电池电压约为300V。笔者计划提高电压,以减小工作电流。

如果使用铅酸蓄电池,则安装的电池数量将增大,会压缩车辆空间、增大车辆质量。

交流电经二极管全波整流、电容滤波后,即可得到脉动直流电。

三端双向可控硅车载充电器的制作0.1c充电,对电池友好,充电电流以0.1c为宜。笔者采用的是充电电流约为90A×0.1 =9A的电路。

深循环铅酸蓄电池的理想充电方法见表1所示,本次制作的两种充电器都可有效充电。

简易车载充电器电路

充电器电路如图6所示,主电池电压为96V。


图6

测试1:全波整流的电流过大

最初的电路中没有三端双向可控硅,只有桥式整流器和滤波电容。空载时的输出电压为138V,理论上接近100√2V。连接负载电池后,电压大幅下降,预期充电电流为10A。虽然充电电流取决于电池剩余电量,但电流在电池剩作约50%电量已超过15A。从设计规格来看到25A都没问题,但还是适当降低为宜。

测试2:三端双向可控硅的初级电压控制

笔者曾经考虑在初级用变压器来降压,但考虑到10A的电流太大,于是决定用三端双向可控硅控制输出功率。市售的20A三端双向可控硅通用调光套件是个不错的选择。

图7

如图7(a)所示为导通角为90°时的输出电压波形,用万用表实测电压为52.4V。

如图7(b)所示为导通角为180°时的输出电压波形。在该可控硅的门极控制延时为16.7 ms(60Hz),大约占导通周期的10%,实测输出电压为90.2V。整流后的直流电压为90.2V×√2=127V,充电电流为7.5A。当电池电压超过105V时,充电电流几乎为零,相当于该充电器具备了自动停止充电功能,可以放心用于电池充电。

恒压涓流充电器的制作

用一个三端稳压器LM338和一个电阻制作恒流电源,三端稳压器LM338的输出电流Iout=Vref/R1,如图8所示。仅靠一个电阻就可调节电流。


图8

普通涓流充电器的电流单位一般为A,因此设Iout为3A。查询数据手册得知,Vref为1.24V,R1约为0.4Ω。由于没有5W的水泥电阻,于是将0.3Ω电阻与0.1Ω电阻串联使用。

涓流充电是指以小电流充电,不会给电池带来负担,可防止自然放电,进而延长电池寿命。

电路

图9所示为实际制作的电路。利用电解电容滤波后,输出端的空载电压理论值为138V,实测电流为2.2A。将0.1Ω电阻换为0.3Ω电阻后,输出电流为2.5A。实测发现,0.3Ω电阻的阻值已接近0.5Ω。要注意的是,最大输入/输出电压差为40V。为此,当电池电压低于终止放电电压时就应停止使用。


图9


散热器

LM338的散热器尺寸为100mm×100mm,表面积为540cm2。为行驶、充电电流的安全检测,钳形直流电流传感器,测量10A以上的大电流时,切断电路后接入电流表的方法不现实,采用分流器检测会更麻烦。采用钳形直流电流传感器,在不改变电路的情况下可安全检测大电流。

电流传感器输出的是与检测电流成比例的±4V电压信号。如图10所示,传感器接±15V电源,数字万用表测量传感器输出端子上的电压,再乘以25即可得到电流值。


图10


实验:测量充电电流

笔者使用USB PIC控制板测量主电池的充电电流。实验有一些麻烦。USB PIC控制板的最大电压幅值为±1.17V,无法直接输入钳形直流电流传感器的输出电流。

为此,笔者增入了一个1/10衰减器,结合了20kΩ的可变电阻和1kΩ的固定电阻。之后,将测量数据输入Excel中,将原始数据乘以250并绘制图形。

之后使用车载充电器充电,每隔5s充电一次,采样200次充电电流数据,如图11所示。明显可见,充电电流随着的时间增加而减小。


图11


1

END

1



往期精彩





来自 电动汽车

想参与大家的讨论?现在就 登录 或者 注册

ID:{{user.uid}}
{{user.username}}
{{user.info.certsName}}
{{user.description}}
{{format("YYYY/MM/DD", user.toc)}}注册,{{fromNow(user.tlv)}}活动
{{submitted?"":"投诉"}}
请选择违规类型:
{{reason.description}}
支持的图片格式:jpg, jpeg, png