燃气表干电池供电的改装

随着管道天然气供气的普及，燃气表逐步进入普通的家庭用户。当前，市场上流行的燃气表普遍采用4节串联的1.5V/AA型5号碱性干电池供电。这种供电方式具有设计简单、安全性高、电池更换便捷等优点。但在实际使用中存在一些缺点：由于燃气表的放置环境密闭潮湿，电池的连接电极弹片或弹簧容易锈蚀，内部的储能电容容易损坏，导致燃气表的静态电流和工作电流均远超正常值，引发俗称的“漏电”或“跑电”现象，电能消耗较大。由于1～2个月甚至1～2个星期就要更换4节高容量干电池，干电池用量较大，以每年总共更换24节南孚牌1.5V/AA型5号碱性干电池计算，一块燃气表每年的干电池费用为2.50元/节*24节=60元，导致支出额外费用较多。

本文介绍一种采用聚合物锂离子电池进行供电改装的方法。聚合物锂离子电池具有体积小、重量轻、容量大、技术先进、安全性高、充电速度快、放电特性优良、循环充电使用次数多等优点。该方法不仅设计简约、可行性强、安全性高，而且费用较低、制作容易、调试简单、使用便捷、性能稳定。

1．工作原理

目前市场上流行的燃气表普遍可在DC4.75V～DC6.3V的供电下工作，静态电流≤20uA，工作电流≤100uA。如果采用4节串联的1.5V/AA型5号干电池供电，当该电池组的电压低于DC5.2V时，显示“电量不足”，提醒用户及时更换电池；当该电池组的电压低于DC4.8V时，则自动关闭阀门，停止供气。因此，改进时可选用DC3.7V的聚合物锂离子电池作为充电电池，再经过DC-DC升压模块升压，变换成约DC5.75V（理论上，该电压值在DC5.2V～DC6.3V之间均可），给燃气表供电。改装的电路原理图如图1所示。

图1  燃气表供电改装工作原理图

图中，P1是直流充电器，输入AC220V，输出DC4.2V。并联的BT1和BT2均为DC3.7V/6000mAh的大容量聚合物锂离子电池，接在DC充电接头J1上进行充电。BT1和BT2充满电量后，该电池组的电压升至DC4.2V，可在DC2.75V～DC4.2V的放电区间内，对后面的负载供电。

单色发光二极管D1和限流电阻R1，组成聚合物锂离子电池组供电发光指示支路。

S1为控制开关，M1为DC-DC升压电源模块。当S1接通时，M1可将聚合物锂离子电池组输出的直流电压升压到DC5.75V，经DC接头J2，给燃气表供电。

J3为一对鳄鱼夹，与燃气表干电池仓中的正、负电极对应连接。这对鳄鱼夹还通过合适长度的两根导线，与输出接头J2配套的DC接头对应连接，获取DC5.75V的供电。

2．元器件选择

充电器P1可选用适用于聚合物锂离子电池的高效成品充电器，输入AC220V，输出DC4.2V。要求输入电压范围宽，输出电压纹波和噪声小，额定输出电流≥1000mA，采用恒流、恒压、涓流三段式充电模式，含防雷、超温、过载及短路保护电路，带输入和输出电源线及插头。

BT1和BT2选用成品聚合物锂离子电池，标称电压为DC3.7V，储存电量为6000mAh，内阻小于60mΩ，可在DC2.75V～DC4.2V的放电区间内输出0A～6A工作电流，带有过充电、过放电、短路、过流保护功能电路板及正、负极导线。

J1选用与充电器P1的输出插头配套的DC电源插座，外/内径为5.5mm/2.5mm或5.5mm/2.1mm，带有孔塞。

直流升压电源模块M1选用高性能的XL6009型DC-DC可调升压模块，采用高频开关技术，超宽输入/输出电压范围。

控制开关S1选用圆形自锁按钮开关，直径为12mm，额定电流/电压为3A/250V。

电阻R1可选用3.3KΩ/0.25W的RTXE型碳膜电阻器。发光指示二极管D1选用直径为Φ3mm或Φ5mm的单色发光LED。另外，适当增大R1的电阻值，可以降低发光二极管D1的亮度及功耗。

J2选用一对配套且长度合适的DC电源公、母插头，外/内径为5.5mm/2.5mm或5.5mm/2.1mm。

J3选用一对带红、黑色胶套的小号鳄鱼夹。

3．制作

由于改装设计十分简约，用到的元器件数量不多，制作相当简便，只需焊接相关引脚并连接起来，即可进行调试、组装和投入使用。

3.1 焊接

器件连接时，可用功率为25W左右的电烙铁进行焊接。焊接时，有如下注意事项：

（1）焊接DC电源插座J1的正、负极引脚前，先用万用表测量无误后再焊接。

（2）由于聚合物锂离子电池BT1和BT2的正、负极输出引线带电，将其分别焊接时，要注意防止短路。另外，由于其保护电路板含有MOS管，焊接时还要注意将电烙铁接地，以及佩戴防静电手腕带。

（3）为方便使用，可将DC电源公、母插头J2的母插头的引线，分别对应焊接到一对带红、黑色胶套的鳄鱼夹J3上；将其公插头的引线，分别对应焊接到直流升压电源模块M1的输出端上。

3.2 测试

确认器件质量可靠、焊接无误、连接正确后,即可进行充、放电及输出电压的测试。步骤如下：

（1）聚合物锂离子电池组BT1和BT2的充电接头与充电器P1连接后，该充电器的充电指示灯一般先发红色光，待电量充满后，自动跳变为绿色光。

（2）接着，拔掉充电器P1，按下控制开关S1后，发光指示二极管D1应该正常发光。

（3）然后，用万用表的直流电压挡检测直流升压电源模块M1的输入端，应该检测到大约DC4.15V的电压。由于直流升压电源模块M1的输出电压可调，因此应该在该模块通电以后，接入燃气表以前，调节其精密电位器，使其在空载状态下的输出电压为DC5.75V。

进行以上测试时，如果某成品模块或分立元器件工作不正常，可以对照工作原理图进行检查，直至故障被排除。

3.3 组装

测试通过以后，为了安全、美观和实用，可将以上焊接的绝大部分器件，一起装入尺寸大小合适的防水盒里。组装时，有如下注意事项：

（1）可在盒子侧面的合适位置，钻取一个直径为Φ7mm的孔，将DC电源充电插座J1固定。

（2）可在盒子正面的合适位置，钻取一个直径为Φ12mm的孔，将圆形控制开关S1固定。

（3）可在盒子侧面的合适位置，钻取一个直径为Φ3mm或Φ5mm的孔，将发光指示二极管D1的顶部露出并蘸取少许502胶水加以固定。

（4）可在盒子侧面的合适位置，钻取一个直径约为Φ12mm的孔，安装一个PG7防水接头，以方便穿过连接鳄鱼夹的电缆。

（5）为了安全起见，在盒内安放直流升压电源模块M1时，还应将其外套绝缘套管或采用其他绝缘隔离措施。

以上组装后的效果图如下：

图2  改装后的电池组内部

图3  改装后的电池组

4.使用

使用前，先在燃气表的电池仓仓盖的正中间位置，钻取一个直径约为Φ3mm的孔，以方便DC电源公、母插头J2的母插头的引线电缆穿过（可先将鳄鱼夹焊下，待该电缆穿过后，再将鳄鱼夹焊上）。接着，找出电池仓内原来串接的4节干电池中首尾两节电池所连接的正、负极金属弹片或弹簧（一般情况下，与正极连接的，为较短的金属弹片或弹簧；与负极连接的，为较长的金属弹片或弹簧），并借助万用表的欧姆挡，找出原来4节干电池串接的中间连接金属片，用油性记号笔作好标记。然后，将红、黑色鳄鱼夹分别与正、负极金属弹片或弹簧牢靠地夹上。如图4所示。

图4  改装后的电池组连接图

合上燃气表电池仓的仓盖，将供电改装后的电池组放在燃气表上部，再把J2的公、母插头接在一起，然后按下控制开关S1，即可启用改装的聚合物锂离子电池供电了。最后，按下燃气表上的启动按钮1～3下，燃气表即可正常使用。如图5所示。

图5  改装后的电池组使用场景图

一旦发现改装后的电池组电量不足，应及时卸下电池组，使用配套的充电器P1单独对其进行充电。待充满电量后再放回继续使用。

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