電池組平衡自救必備：航模充電器

    
    電動機車之前，其實早就有一種發展已久的市場—遙控車/船/飛機。不知為何，里柯喜歡將之統稱為”航模”。

    航模界相較於電動機車則由來已久，從早期的吃油而演化到了現在幾乎全為吃電的局勢，足見”燃油驅動”確實對於小型動力機械來說已然是過時了！當然在航模由油轉電的過程當中，也歷經了眾多種類的電池，而目前最廣泛使用的，應屬活性強、可支持超高充放倍數的”鋰聚合物電池”。但這篇的主角並不是電池，而是在航模界歷經數不清的進化、改良，與數種電池磨練而產生出來的”航模充電器”。

    航模界的部品，因為全球死忠的玩家與市場的需求持續不斷的擴大，所以技術上可說已經發展的非常完整與成熟，所以里柯當然是認為”只要原理相通當然可以通用”。航模充電器，最多能對七種(鉛酸、鋰聚合物、鋰離子、鋰鐵、鋰錳、鎳錳、鎳鎘)的電池同時進行1至10顆、0.2A至40A，與數種模式(一般充電、快速充電、平衡式充電與儲存模式充電等)的充放電，夠嚇人了吧！如果各位去一趟航模用品專賣店，就可以找到這種神級般好用的充電器。

    什麼時候會使用到航模充電器呢？最簡單的例子，就是”當你需要對電池組進行單顆或數顆電壓平衡補充電的時候”，例如當發現電池組當中，有幾顆電芯的電壓值明顯落後於其他的電芯時。所以航模充電器幾乎可以說是大功率玩家們必備的充電器！除此之外，它當然也可對一般汽機車的鉛酸電瓶進行充電。以下里柯就以自身所購買與使用的航模充電器”ECO8”來做示範與說明。

先來個”原汁原味”的ECO 8 性能諸元：

Capable of charging any size Lipoly battery up to 8 cells or at 7A.
The ECO-EIGHT includes Auto current detect and temp, amp, voltage safety features to prevent over-charging. The ECO-EIGHT includes an array of charging plugs and wires to suit almost any application and comes with JST-XH balancing plugs so you can charge and balance your ZIPPY/TURNIGY packs easily.
Input power is 11-18v, perfect for car batteries or a pc/laptop powersupply.

Features;
Microprocessor controlled
High power and High performance circuit with maximum power of 150W
Delta-peak sensitivity (NiMH/NiCd)
Individual cell balancing
Li-ion, LiPo and LiFe capable
Ni-Cd and NiMH capable
Large range of charge currents
Fast & Store function, allows safe storage current
Time limit function
Input voltage monitoring. (Protects car batteries at the field)
Data storage (Store up to 10 packs in memory)

Spec.
Input Voltage: 11-18v
Circuit power: Max Charge: 150W / Max Discharge: 5W
Charge Current Range: 1-7.0A
Ni-MH/NiCd cells: 1-27
Li-ion/Poly cells: 1-8
Pb battery voltage: 2-36v
Weight: 574g
Dimensions: 170x110x35mm

Note: Power supply not included.

    像這樣功能齊備的一台神奇萬用充電器，若含電源供應器也不到兩張的小朋友，真是物超所值！充電器與電源供應器分開販售，是基於由使用者自行搭配選購，像里柯的電源供應器，因為當初只設定拿航模充電器來做補正式充電，所以只買了105W型的：

再來看看里柯平時都拿它來做些什麼：

I.單顆至8顆串聯式電壓補正充電。當發現電池組跑平衡的時候使用，可一顆一顆的充、或對任意1到8顆的電芯做串聯式充電。

II.並聯式充電。使用並聯式充電，將航模充電器的電壓值設定為1顆(鐵鋰電池為3.6V)，不但可以充飽電、還永遠不用擔心會有過充的問題！欲將剛入手的電池芯做"齊頭式平衡充電"時使用。

    至於航模充電器內的”平衡式充電”功能，因為它所採用的平衡方式是也是小電流放電的”被動式”，所以里柯不太愛用，里柯寧願用一顆一顆的補充電方式來讓電芯們”齊頭”。

    鐵鋰電池在使用上會”跑平衡”似乎是件必然的事，基本上電芯間的體質落差越大、且充放電電流越大時則平衡跑掉得愈快。以現在的技術，似乎還無法讓每顆鐵鋰電池的容量與內阻都能夠彼此絕對相同；舉個例子，如果把每顆電芯比做一個個的小水桶，如果透過相同口徑的水管讓他們在同一個高度下同時放水與進水，照理說在進/放水數次後他們彼此間的水量還是應該相同的才對。但事實上即使是極小的些微差異，在歷經數十次、數百次的充放電之後，這個差距就會因為不斷的累積而越來越大。電芯的內阻值，各位可想像成小水桶的水管裡有水垢、造成進出水量略比其他水桶來得小一點點；電芯間的容量上彼此間也常有些微的差異。所以電芯再怎麼匹配的電池組，也只能說其跑平衡的現象只是比較慢而已，定期作電池平衡的必要性幾乎可說是勢在必行。

    那電池組內不是都有”平衡板”這個東西嗎？他們的功能不就是在電池充放的時候進行平衡的嗎？看看現行的電池組平衡板，因為成本的關係，幾乎全是採用被動式，利用對電壓較高的電芯放電、等待電壓較低的電芯繼續充電的原理來達到平衡的目的，但電壓較高的電芯同時也還在一併的被充電，等於是處於一邊被充電、一邊又放電的狀態，這就會有一個問題產生：

    充電器的CC-CV模式，當時是否有做用到了充電電流小於平衡板的放電電流？如果一組電池組的平衡跑得很嚴重，只有一、兩顆電芯先充到了啟動平衡機制的設定值(假設為3.55V)，因為還有十幾顆的電芯電壓值還相對的很低而沒有進一步的變化，而充電器的CC-CV模式又是以整組電池組的總電壓值變化來為依據而做調整的，結果就是充電器的CC-CV模式無法發揮，此時充電器的電流根本降不下來；而被動式平衡板的放電電流往往只有250mAh到500mAh(也就是僅0.25A-0.5A)，放電的速度跟本比不上充電的速度，最後電芯就當然還是過充了！

    如果以上的文字敘述各位還是看得有些霧煞煞，沒關係！以下里柯就以自身使用鐵鋰電池所發生的實際狀況來做”實戰講解”：

    首先來看看下面的這組鐵鋰電池組，當初在組配好、並以單顆補充電的方式”齊頭式平衡”過後的第一次充放電曲線圖：

上面第一張是充電時的8顆電芯電壓值變化圖形、第二張則是放電時。由於當時是使用僅1組的16S2P電池組，所以到後段時因為殘電將盡，使得電芯間的電壓值開始明顯的拉鋸開來，里柯都戲稱此現象為"彩虹圖"。

    當然以上這組電池組有個但書，就是里柯事先沒做過”匹配”這個動作，因為手邊的電池芯就那些，沒得選，所以雖然這些電芯的狀況不詳，也只能通通組配上。不過這也剛好讓里柯有機會可以快速的驗證當電池組在”不匹配”的狀況之下組配使用後一段時間，會發生些什麼樣的狀況。

下圖是這組電池組在使用約1,500公里過後的充放電圖形：

由上面兩張圖形可以看到，優先充到3.55V的電芯只有兩顆，也已經不是原來的粉紅色線那顆電芯了。放電時，雖然該次使用了兩組的16S2P電池組，照說壓降應比僅使用一組的16S2P電池組來得小，但"彩虹圖"卻提早很多就清晰可辨了，這表示電芯間的電壓落差已開始拉大。

    其實這組不匹配的電池組跑平衡的速度比里柯當初所預期的來得快上許多，記得在充放的第三、第四次開始，就已經是呈現”固定某些電芯優先到達3.55V”的這個現象了。而到了第1,000公里時，更是已經失衡到”當固定某幾顆電芯已到達3.55V、必須以手動斷開充電器時，當時的充電電流才由滿檔的10A，下降到了約8.5A左右”而已！里柯相信現在還沒有任何一個平衡板的放電電流有超過8.5A的吧！如果沒有靠Cell Log監測並設定警示電壓，這幾顆電壓先攻頂的電芯老早就嚴重過充了！真的會是怎麼死的都不知道！

    值得一提的是，這次的跑平衡”有跡可循”：兩組的16S2P電池組，都是靠近正極輸出端的頭兩顆電芯組(因為電芯是以2顆先並聯，故稱之為組)，與第7、第8顆這兩顆電芯組的電壓”優先攻頂”！雖然里柯目前還不知道是為什麼，但這個現象應非巧合。

    接下來的工作就是”做平衡”了。其實較好的作法是應先觀察每顆電芯的充放電變化曲線，然後依曲線重新排列電芯的位置，將電性相近的電芯盡量排在一起，並將容量較大的電芯排在靠近正極輸出端的前兩個、與電池組的第7與第8這兩個位置；但既然這組電池組在體質上就已經是不太匹配了，先天不良，這個動作的實質意義也就不太大了，由於拆組電池組還算是個頗繁瑣的工作，此次里柯就直接對” 電壓優先攻頂以外”的電芯組做補充電吧：

里柯當初由於要求證以8AWG航模大電流線與2mm銅片串連兩組8S2P的差別，可以看到上面兩組16S2P電池組的銅片方向是不一樣的。但初步的結果證明，這兩組電池組跑平衡的電芯組位置是完全一模一樣的。

    還好電壓優先攻頂的電芯組不是分散的，所以此次平衡充電只做了4個動作即可完成，即分別對兩組16S2P電池組內的第1-6組與第9-14組電芯組直接以6S串聯的方式、並設定最大5A的電流來進行補充電：

    以此法做完平衡式補充電後，理論上電池組會變成”原本電壓優先攻頂的電芯組電量略低於以外的電芯”，因為使用一般的48V充電器，只能安全的將電池組充到約97%左右，最後必須靠降低電流才能慢慢充進更多的電，但這個部份已經因為電池組平衡跑掉，而致使充電器的CC-CV模式等同失效而無法順利的進行了。

但里柯覺得這樣應該也撐不了多久又會恢復到”又是那幾組電芯組第一名”了。

    還有一個現象也在此值得一提，就是這組電池組的組配是16S2P，也就是16串2併，並在使用數次後發生了如上固定某幾顆電芯組優先充飽電的失衡現象；但在此之前，里柯是採用16S1P的方式組配電池的，而當時在使用過一段時間後的失衡方式卻不是如此，而是”分散式的失衡”—優先充飽電的電芯是分散在電池組當中的幾個不同的位置。

    可見鐵鋰電池單顆雖然非常強大，但若以各種不同的方式串併起來做充放則是會”鬧脾氣”的！勢必得先多嘗試，才能慢慢的摸清楚它大小姐的個性！