碎碎念

由于本人于RM2024赛季开源的超级电容模组Lite没有设计保险丝（其实设计之初这个版本不叫Lite，是有设计短路切换功能，以及更多更完善的硬件保护，而非现在的纯软件保护，但是技术能力不足，嫌太复杂了，遂砍成了Lite），所以如果超级电容模组爆炸了，电源管理模块就会直接“通道0过载”，导致这一小局比赛直接成经验包。

那么，除了重新设计一个新板子，还有别的解决方案吗？

本设计就彻底解决了未添加保险丝的这个设计缺陷。

据我所知，超级电容模组存在“并联型”和“串联型”两种连接拓扑，并联型可以很轻松地通过一个保险丝来切断超级电容模组与母线之间的连接，但是串联型必须存在一个切换电路才能完成这个过程。那么本设计可以适用于以上两种连接拓扑的超级电容短路失效保护，并且不会触发电管理模块的通道0过载（这个就是靠保险丝来起作用了）。

设计思路

本设计主要解决的是两个问题：

短路失效保护；
供电路径切换；

短路失效保护

这个问题很好解决，最可靠的方式就是加快熔断保险丝。下面就说说如何选择这个保险丝。

短路失效保护是避免电源管理模块通道0过载的，所以保险丝的熔断速度必须保证在通道0过载阈值以下，但是又不能太低，否则会在一些底盘峰值功率处熔断。

电源管理模块的通道0过载保护测试数据如下：

15A：无保护现象（持续超过30分钟）
16A：15秒保护
20A：2秒保护
25A：0.8秒保护
30A：0.4秒保护

数据见：电源管理模块“电源96：通道0过载”的触发阈值以及如何恢复🔗

以下是LittelFuse公司451/453系列快熔断保险丝的参数：

我将20A与30A的保护阈值标注到了曲线图上，由此可看出，本系列的12A或者15A保险丝可以保证短路之后电源管理模块不会触发通道0过载保护。

保险丝我是从优信买的10A保险丝，其可以保证短路瞬间熔断而不触发电源管理模块通道0过载。但是似乎比手册标的熔断电流更小，车子起步的时候有可能会使保险丝熔断（没有保险丝的时候不会过载）。需要电控稍微调整一下代码。

供电路径切换

需要切换路径，首先要分析电路连接拓扑，看看断开哪里，切到哪里。

串联型超级电容模组

串联拓扑.png

串联型超级电容模组接入母线之后，其所有电流都需要流经超级电容控制板，同时对电容进行充电与底盘供电。想要完全切断与母线的联系，就必须切换电源路径，不能简单地添加保险丝就可以解决。由于所有模块均为共地，即使坏了，不切断地的连接也不会产生影响，所以当超级电容模组爆炸的时候，只需要避免他把VCC短路到地即可。右侧两个X为切断点，这样才能完全排除超级电容模组对母线的影响，所以需要一个双刀双掷开关，同时对两个点进行路径切换。

并联型超级电容模组

并联拓扑.png

并联型超级电容模组与母线VCC只有一个连接点，在这条线上，电流具有两个流动方向以实现充放电功能。若是超级电容不充电也不放电，电流会直接流到电机，而无需经过超级电容控制板。因此只需要切断这条连接线，即可达成断开超级电容模组的效果。

为了保险起见，其实建议像串联型那样去切换供电路径，因为这里的检流电阻仍然连接着母线，如果是检流芯片坏了就有可能还是会造成电源管理模块通道0过载

电路原理图

原理图.png

双刀双掷开关这里选择的是继电器，需要选择24V线圈电压，24V以上直流额定电压，5A以上额定电流的继电器，建议其拥有较好的感性负载切换能力，以免反复开关造成继电器粘连。

目前我找到的比较合适的是HF175F/24-2ZTF（其实2024年就准备好了，砍掉的功能作为DLC加入了//），但是这个手册上写的都是交流参数，不太确定其直流应用下的可靠性。

欧姆龙似乎有低压大电流的继电器，还没有仔细研究（官网选型好难受，没有选型手册）。

作用原理

不通电的状态下，继电器触点处于常闭端口，此时超级电容模组其实是处于断开状态。

现在接入电源，会出现两种情况：

保险丝正常（超级电容模组正常）：此时保险丝导通，保险丝后有电压，所以继电器吸合，触点切换到常开端口，将超级电容模组接入母线。

保险丝熔断（超级电容模组爆炸）：此时保险丝断开，保险丝后没有电压，所以继电器不工作，触点保持常开端口，超级电容模组与母线切断。

效果

空载上电

带载5A上电

空载下电

带载5A下电

切换

绿色尖峰本来是电流探头的波形，但是可能是探头比较烂，没测出来，但是勉强可以看到，其短路熔断时间大概为50ms（不是30A熔断时间），而电压跌落是此时继电器切换需要时间。

修订记录

V1.0.2511：首次发布。

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