Re: [閒聊] 自組鈦酸鋰5號電瓶

機車

96831

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觀看前的小碎念：

這篇可能有點擋人財路
我會把一些市售品稍微拆解的圖片放上

但會把廠牌遮起來避免光陽法務重演
也請各位在底下推文務必小心 = =

然後也不要站內我或該或不該買哪牌的電池
我沒收半毛錢也怕被告ㄏㄏ

然後這篇會講的很簡單很簡單除了內容很長之外保證猴子都能看懂
但因此舉例上可能就沒辦法100%的精確還請見諒

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市面上出現許多奇奇怪怪的的鋰鐵電池

「不會出事拉這電池有保護板耶」

「鈦酸鋰電芯很安全拉東芝的耶」

「這個銷售數量5000多耶要有災情早有災情了」

今天就來說一說鋰鐵電瓶的秘密

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對我個人來說

鋰鐵電瓶
對於我個人來說　最重要的元件其實不是電芯種類或是過充過放的保護

我說實話過充過放保護真的不是必要
有均衡板的情況下可以透過外部監控取代之(電壓錶之類)

均衡板的設計才是一顆鋰鐵電瓶的核心

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大功率電瓶裡頭　
單顆電池很難提供足夠的電壓　因此需要串聯多顆電池提升供電電壓
但當串聯多組電池時電池數目越多對於電壓差異就會越大

所以在組裝電池時大家都會去量電池的內阻甚至挑選同一廠牌與批號的電芯
目的就是盡可能讓電池互相的差異盡可能縮短

但這種差異是物理限制上的差異

兩顆電池性能不相同
同一個媽媽生的國棟與統神兩者個性不相同

甚至兩個雙胞胎正妹也一定也會有哪裡不同
至於哪裡不同可能外表可見可能需要更深入的研究ㄏㄏ

甚至是原本兩個組裝時一樣的電芯使用一段時間之後其中一顆先老化了

雙胞胎正妹
一個嫁給了黑人一個嫁給了韓國人
彼此的經歷不同之類的
至於哪裡不同各自有什麼樣的經歷可能外表可見可能需要更深入的研究ㄏㄏ

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這會有什麼問題？

https://i.imgur.com/jGUIR0P.png

假設一個電池(電芯) 工作電壓是4.2V~2.75V
分別代表滿電時電壓與沒電時的電壓
超過工作範圍就會造成電池的損害

https://i.imgur.com/5ExENud.png

一顆電池的情況下
今天把這個電池接上一個會震動跳舞的電動兔兔玩偶兔兔玩偶消耗功率為2.75V 1A

滿電時4.2V
到趨近於2.75V的時候需要截止超過的話電池就過放死掉了

https://i.imgur.com/VgscyBP.png

那假設今天這個震動跳舞的兔兔玩偶需要比較大的功率兔兔玩偶需要5.5V 1A
因此我串聯了兩顆電池

一顆電池提供4.2V~2.75V電壓
兩顆串聯提供了8.4V~5.5V電壓
到趨近於5.5V時需要截止超過的話兩顆電池就過放死掉了

但就是這個但
理想很豐滿現實很骨感
兩顆電池勢必存在差異
https://i.imgur.com/uFPvHdr.png

因為內阻不同性能不相同
導致兩顆電池相同時間充飽電後一顆有4.2V 另一顆只有3V
導致串聯後電壓只有7.2V

https://i.imgur.com/DgqAwtl.png

但此時兔兔玩偶仍可以正常使用
因為截止電壓是5.5V

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串聯電流 I=I1=I2
串聯電壓 V=V1+V2

並聯電流 I=I1+I2
並聯電壓 V=V1=V2

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X電池輸出 3V電壓 1A電流
Y電池輸出 4.2V電壓 1A電流
串聯兩者流出的電流是一致的

這就有問題了

https://i.imgur.com/jB7wnIc.png

假設X電池先沒電了電壓已經被消耗到剩下2.75V
但Y電池還勇的還有3.8V

此時XY串聯仍有6.55V 仍然還沒達到截止電壓
對於兔兔玩偶來說 6.55V仍是有電電流一樣不會停

這時候繼續使用兔兔玩偶
對於X電池電壓就降到<2.75V
X電池就死掉了

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對於充電來說比起放電還要更危險
https://i.imgur.com/jigLkZA.png

假設一情況
充電器充電目標為8.4V 充電電流1A
電池Y 已經充飽了電壓達到4.2V
電池X 還沒充飽電壓仍在3V

對於我這個充電端來說
電壓仍在7.2V

充電端的目標很單純的只是想要把電池充到8.4V

https://i.imgur.com/Iyx0mTG.png

這時候電流仍繼續在跑
但Y電池已經達到4.2V了卻仍有電流持續流進Y電池
就會把Y電池充到>4.2V 嚴重的話電池就會爆掉燒起來或冒煙

所以對於串連電池
過充過放並不能從總輸出功率下去判斷而是必須對單顆電池(電芯)下去判斷

即使總電壓沒超過的狀況仍會導致串聯電池中的其中一顆電池的過充過放

絕對不是幾顆電芯串一串就能當電瓶用
跟炸彈沒兩樣

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這時候均衡板的用處就來了

均衡板的功用就是
消除各電池之間的差異使得各電池電壓相同
避免充電設備或消耗設備對單一電池(電芯)造成過充過放

均衡板有幾種電路架構

主動式：
1.電容式優點：較精準
2.電感式優點：較快效率

3.電源轉換器平衡優點：單獨對各電芯監控充電
此方案不適用於汽機車電瓶系統

被動式：
電阻式優點：可靠耐用

主動式：
把多餘的容量搬移到其他較少的容量使用

被動式：
把多餘的容量直接作用於電阻轉化成熱量消耗掉

平衡判斷很簡單
用一顆50塊不到的IC先找出最高最低的電芯電壓
順便判斷殘餘電量是否過低(若低於門檻則不平衡防止無限自耗電)

平衡條件也設定一下比如說最高與最低電芯電壓差>0.01V就啟動還是>0.05V啟動
就能對電量進行轉移或消耗

電路長怎樣呢
https://i.imgur.com/MNSEo7e.png

假設今天
遇到了電池不平衡的狀況
https://i.imgur.com/5A1n7Zb.png

這時候IC判斷 4.2V的電池要將電量轉移到3V的電池

https://i.imgur.com/kXXT742.png

第一步先對電容充電 IC使三極管開關 4.2V電池對電容充電

https://i.imgur.com/H4eYMOH.png

第二步 4.2V電容對3V電池充電

因為電容跟開關非常快
循環個幾次就能把兩顆電池平衡好非常方便

阿如果串多顆一點電池呢
一樣畫葫蘆

https://i.imgur.com/Ov3xh11.png

第一步先對電容充電 IC使三極管開關兩顆4.2V電池對C1C2充電

https://i.imgur.com/eisnZzg.png

第二步兩顆電容對3V電池充電

大概就這樣
電池均衡後看電瓶總電壓才有意義
電池沒均衡前根本不知道哪個電芯虧電哪個電芯飽電

這時候談過充過放都是枉然

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接下來大家最喜歡的血流成河

再三聲明
以下產品都是本人胡搞瞎搞的電路

就算是市售品我也都不知道廠牌
如有雷同純屬巧合

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一個好的鋰鐵電瓶需要至少有幾個特點
1.良好的BMS保護最低需求一定要有均衡板過充過放特定情況反而會造成危險隨喜
2.大電流進可能採用銅板即使使用電線作為大電流路徑仍要使用最低6AWG之粗度
3.洩壓閥設計避免漏氣導致外殼無處洩壓進而炸裂
4.充足的緩衝與內部線路的固定包括絕緣保護避免長期震動磨破電線造成短路
5.有品質的電芯

https://i.imgur.com/iKI6puo.png