主题:越野车安装DC-DC和MPPT
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改装电路有风险,如果物理电学基础知识不够扎实,或者没有深厚的电工经验,那么就不建议进行此类改装。
以前在我的越野车上安装了SurePower 1314双电瓶隔离器和Optima D31深循环副电瓶,由于车辆使用的是“智能”发电机,导致副电瓶总是充不满,于是有了这次的电路改造。

为什么需要双电瓶
原因很简单,就是为了夏天露营的时候能喝上冰镇饮料、吃上冰激凌。那么就需要车载冰箱,于是副电瓶就成了刚需。

哪些电瓶可以作为副电瓶
能安装在车内的电瓶有AGM电瓶、Optima电瓶(有多种称谓:胶体电瓶、固体电瓶、卷绕式电瓶,其产品说明指出要按照AGM电瓶充电)、锂电瓶。
普通的AGM电瓶不是深循环的,如果在保证电瓶“健康”的前提下,最多只能使用50%的储电量。也可使用更多的储电量,但过度放电会严重影响电瓶的寿命。
Optima深循环电瓶,这个算是非常成熟的产品,有几十年※※的老产品,也是我对比很久后选择的电瓶。
锂电瓶,这里只说相对安全一点的磷酸铁锂电瓶。磷酸铁锂电瓶由若干电芯组成,按照生产厂的说法电芯分为A、B、C三个等级。但是在市场上只能看到A级电芯,B级和C级电芯去哪儿了?我买到的标称A级电芯组装成的电瓶里肯定是A级的吗?另外市场上还有很多拆机电芯、磨码电芯、※※电芯……这些让我对锂电瓶望而却步。
磷酸铁锂电瓶有两个指标躲我来说是比较重要的:
1、最大放电电流。都说磷酸铁锂电瓶的放电电流大,但是对于汽车来说,常见的磷酸铁锂电瓶的放电电流是真的很小。副电瓶有一个功能是辅助启动启动,甚至当主电瓶完全没电,依靠副电瓶也能启动车辆。启动发动机所需的电流至少在200A以上,而对于越野车能安装的磷酸铁锂副电瓶来说也就100AH到200AH,再大的话没有空间安装了。100AH的磷酸铁锂电瓶通常最大的放电电流是100A左右,200AH的是200A左右,这个放电电流无法满足启动车辆。
2、最低充电温度。由于生活在北方,冬季温度经常会低于零摄氏度。磷酸铁锂电瓶低温放电能力不差,但是低温充电能力先天不足。看了一大堆品牌的磷酸铁锂电瓶,有两个品牌的参数能满足低温充电的需求。一个是可以买到的如果新能源的Smart Lithium Iron Phosphate,自带加热膜,低于5度时充电,会用发电机的电先给电瓶加热,当电瓶的温度升高后再给电瓶充电。还有一款是Redarc Alpha 150,最低充电温度-30度,而且最大输出电流是350A(10秒),满足跨接启动的需求。
但是Redarc Alpha 150根本买不到,即使能买到也会是天价。如果新能源的倒是可以买到,但最大输出电流为100A。其实如果新能源的电瓶是不错的,内部是16个软包的电芯,即使有严重故障,也是只会冒烟,不容易“砰”。而且其内部的电缆是两条XT90,也就是可以处理180A,对于最大放电100A的电瓶来说,用料是够足的。
选来选去,还是选了20多年前就买过的Optima深循环。

如何连接副电瓶
常见的有三种方法:
1、直接把主电瓶和副电瓶并联,或中间加一个手动开关。
2、双电瓶隔离器。
3、DC-DC。
直接并联主副电瓶最大的问题是无法防止用电器跨电瓶取电,如果用电过多会导致主副电瓶同时亏电,也就是无法启动车辆。可以用手动开关控制,但只要是需要人工干预的都有可能会忘,结果跟并联一样。
双电瓶隔离器是为以前的传统发电机设计的,启动车辆后电压一直维持在高于13.2V。以SurePower 1314隔离器为例,接通副电瓶的电压是13.2V,而电压低于12.8V时会断开副电瓶。车辆使用的是“智能”发电机,会根据主电瓶的电压调整输出电压。我记录到的发电机发电电压在11.9V到14.4V之间徘徊,大部分时间电压低于12.8V,也就是无法通过隔离器为副电瓶充电,导致副电瓶总是充不满,最高也就能达到80%的电量。
另外并联或隔离器这两种连接方式不适合副电瓶为锂电瓶,因为锂电瓶允许更大的充电电流。通常100AH的磷酸铁锂电瓶允许的最大连续充电电流在50A左右,200AH的在100A左右,而原车发电机的最大输出电流是120A。如果一个200AH的磷酸铁锂电瓶亏电,其“吸”电的能力会持续达到100A左右,有可能会烧毁发电机。如果使用锂电瓶作为副电瓶,唯一安全的方法是选择DC-DC。
因为之前用隔离器无法充满副电瓶,只能拆除隔离器,安装DC-DC。DC-DC除了像隔离器那样能够防止用电器跨电瓶取电,更重要的功能是应对“智能”发电机。当DC-DC检测到车辆启动后,就会为副电瓶充电,而且是把发电机的输入电压进行升压到满足副电瓶的充电电压。可以根据不同类型的副电瓶进行设置,避免电压过高损坏副电瓶,也能避免电压过低不满足副电瓶的最佳充电电压。
在国内能买到的DC-DC品牌有Victron、Redarc、如果新能源……
Victron是船界和房车界的一哥,对于海洋的盐雾有很好的防护性能。待机电流小于1mA。虽然能当传家宝传给下一代,但是贵,放弃了。有支持蓝牙的型号。
Redarc是越野界的老大,除了DC-DC,还加入了MPPT太阳能。以Redarc BC-DC 1225D为例,输出电流为25A,优先使用绿色能源。例如可以从太阳能板获取20A,同时从发电机获取5A,共计25A。而且防水,可以安装到发动机舱里。不过所有DC-DC的要求是尽量靠近副电瓶,避免导线过长产生损耗。待机电流小于8mA。缺点是太贵,也放弃了。不支持蓝牙,他们家也有能支持蓝牙的Manager 30,但是价格超级贵。
如果新能源,也叫Renogy。他们家DC-DC的价格比较亲民,也是我选择他们产品最重要的原因。虽然有些船用的用户抱怨Renogy的可靠性,但是在越野车和房车用户中Renogy的口碑还可以。我买的是Renogy RBC30D1S,集成了DC-DC和MPPT,最大输出30A。不过如果同时通过发电机和太阳能板为副电瓶充电,发电机和太阳能板的最大电流都是15A,不能像Redarc那样自由徘徊。不过Renogy的价格喜人,就不抱怨了。通过太阳能充电时,如果副电瓶充满了,Renogy还可以用太阳能板为主电瓶充电。我为RBC30D1S配了个蓝牙模块,能用手机查看工作状态。

设计
之前我的Optima副电瓶安装在后备箱抽屉改装的夹层里,抽屉箱体和后排座之间固定了逆变器、气泵、保险盒、自动断路器,这个地方没有安装空间了,而且Renogy的要求是上下左右和正面要预留空间。在网上看到有卖后备箱侧窗置物架,倒是一个不错的解决方案,可以把DC-DC等电器固定到后备箱主驾一侧的侧窗竖板上。于是下单买了一对,网上卖的板子是网状的,不容易固定设备。又找汽修厂按照面积最大化的原则在后备箱侧窗制作了一个竖板,在这个竖板上规划好所有设备的位置。

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保险丝
保险丝的功能不是保护设备,而是保护导线,避免导线温度过高引发的危险。
按照产品说明,所有DC-DC with MPPT的设备都需要三个保险,分别用于主电瓶、副电瓶、太阳能板。常见的保险有插片保险(汽车上用的多)、玻璃管保险(比如I-COM车台配的,并不是工业或家用配电箱里的自动熔断器,如施耐德、正泰)、叉栓式保险(比如车辆电瓶正极桩头里)、T型保险(可以说是最安全的,但是价格不美丽)。一旦设备故障发生短路,大电流导致的高温有可能会把插片保险和玻璃管保险保险座的塑料融化,变得无法更换保险片。叉栓保险有三种规格:ANS、ANM、ANL,也就是小中大。更换保险时,越大越容易操作,但是占用空间大。卖保险丝的都会标明熔断的安培数,部分卖家会再标明电压,几乎没有卖家会标明AIC。AIC是指在高于某个电流时保险丝虽然会熔化,但大电流会导致熔化的金属连成一条线,维持电路连通。插片式保险和玻璃管保险的AIC通常都在1000A左右,叉栓式保险的AIC在2000A左右(ANL的AIC可以达到6000A)。这次改装还用到了一款不常见的MRBF保险,其AIC为10000A左右。而安全等级最高的T型保险AIC达到20000A。我的副电瓶是Optima D31,其CCA为975A,CA高于1000A。这次要用到的保险都是要直连副电瓶的,所以首先要排除插片保险和玻璃管保险,符合要求的只有叉栓保险、T型保险和MRBF保险。再加上价格因素、更换保险的难易程度和安装空间,最终选择了ANM叉栓式保险和MRBF保险。

手动断路器/自动断路器
对于加装的设备还应该有个手动开关,方便手动控制和检查故障。由于是安装在金属板上,所以不希望有裸露接线桩头,只找到了汽车音响上用的一类自动断路器,可以当作断路器使用。可靠的自动断路器也可以保护电缆,反应速度比熔断器(保险丝)要慢一点。但是我买不到靠谱的。很多人对常见的车用自动断路器做过测试,发现几大类问题:
1、未到断路电流时就断路了,这个电流可能是标称的三分之一;
2、达到或超过标称电流时,不断路;
3、两侧接线柱外部的塑料防护罩融化;
4、表面看着是跳闸了,但内部电路还是连通的。
有靠谱的车用直流自动断路器,比如Bluesea,但是不容易买到,而且价格太贵。所以我只能把自动断路器当作手动断路开关使用,而且都是按照设计电流的三倍来购买,避免过早自动断路。

工业用/家用直流自动断路器、熔断器 vs 车用的
考虑过施耐德、正泰的直流自动断路器、熔断器,但是要区分电流方向,电源方向连接+。其他的DC-DC可以考虑这种方案,但是对于Renogy RBC30D1S却不行,因为在使用太阳能板充电时,如果副电瓶充满,太阳能板可以为主电瓶充电,电流方向反过来了,只能放弃这个选项。

导线
对于相同规格的导线,不谈导线的质量,只考虑导线的横截面积,其可长时间允许承载的电流有多种说法。主要有两大类,一类是各种行业标准,这个是肯定不会出问题的。另一类是各种卖家的宣传。这两类的数值存在很大差异,信谁?请自行判断。

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改造
因为以前安装了副电瓶和隔离器,需要对原来的安装进行改造,使其更安全可靠。按照保险丝距离电瓶最近的原则,把原来副电瓶的正极桩头卡子更换为带叉栓保险的(类似原车的电瓶正极卡子)。拆除以前副电瓶至主电瓶之间的自动断路器(因为不知道是否靠谱),改为一个两柱两档的手动开关,用于主电瓶没电时可使用副电瓶跨接启动,平时处于断开状态。
拆除主电瓶附近的双电瓶隔离器,改为一个三柱四档的手动开关(需要的是三柱三档,但是没买到)。在平时使用的接线柱上安装一个MRBF保险(主副电瓶之间要有两个保险,分别在两个电瓶附近),另外一个接线柱平时用不到,在需要副电瓶跨接启动时手动调整开关的指向,否则MRBF保险会被熔断。
拆除以前的库仑计,因为使用车载冰箱,要了解剩余电量,于是安装了库仑计。图便宜,买了个装上之后发现待机功耗在1W左右(80mA),太大了。于是选择了业内一哥的产品,待机电流不高于1mA。

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安装
这是一个很细致、很费工夫的过程,要按照电气施工规范。要正确使用红线和黑线,要使用接线端子、热塑管,导线过孔要使用护线圈……

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