2015年8月30日 星期日

IFR-38120圓柱型鐵鋰自組範例

















兒子的奶粉凸顯了里柯不安份老爸的個性...

    於安全上的考量,里柯一直不敢嘗試使用鋰離子電池,而雖說圓柱型鐵鋰在搭配支架的情況下無論在散熱結構強度上都甚為理想,但空間的需求量卻也是所有鐵鋰當中最大的,這對原本就空間有限的兩輪電車來說無疑是件相當奢侈的事,所以里柯並沒有在一開始就採用。

    無奈,方型鐵鋰在里柯的摧殘之下,不到萬把公里,各個膨脹每顆都能在地上打轉,也壞過幾顆電芯。

    所以最終里柯的目光還是拋向了這個吃空間大王。這里柯所採購的是IFR-38120圓柱型鐵鋰,單顆容量為10Ah,額定電壓3.3V、單重260g,含支架、銅片、螺絲、彈簧華司與墊片等所有必要的配件再加上運費,平均每顆的入手價約為三百多台幣


←單支的IFR-38120大小就跟傘柄差不多。電極是採內凹的螺槽式,靠螺絲華司來鎖付銅片,里柯覺得還是極柱搭配螺帽的型式比較方便(銅片可先套進去極柱)。



由於支架二聯式的,所以最小的組配單位為2支(40*80*150mm)。

若以益通E-GO坐墊下空間為例,在支架一體的情況下最多可組配到80支,也就是60V40Ah(2400Wh)
 

 


GOGORO的電池一套為2顆43.2V30Ah串聯,即2600Wh

    而里柯的魔椒電池艙則最多只能排進悲劇的50支,即使非一體,極限也只能擠進60支(完輸E-GO啊...),所以只好回歸最早里柯的第一台大功率KW-3的老方法─裝工具拉桿袋後放腳踏

    這附輪子的拉桿袋本身就是設計來放置工具的,最高承重可達30Kg內部空間在支架一體的前提下可以排到100支(照片中即是在進行試排),可組成滿編60V50Ah(3000Wh)、或96支72V40Ah48V60Ah(2880Wh),為符合里柯的性能與用車里程訴求,就決定編成72V40Ah

100支的排法為兩層、每層5*10支,兩層就是20*40*30cm、成重約26Kg

老問題,先串後併還是先併後串?
    這個問題的答案將直接影響到組配的複雜程度用料的多寡。因為72V40Ah先串後並勢必得拉上4組的監測線(24串*4組),那豈不是要搭配4片保護板16台Cell Log?所以如果要"用料簡單",非先併後串莫屬,一組監測線、一片保護板或4台Cell Log搞定(4並*24串);但先併後串最大罩門就是當其中一串裡的某顆電芯掛點了,將很難察覺

所以當某串電池中有某顆電芯掛點了,通常的結局就是整串完蛋,就像團隊遊戲裡豬一樣的隊友,只需一隻就能讓整隊全軍覆沒...

    先串後併由於是"4組24串的電池組平行充放電",理論上影響充放電不均衡的外在因素較低、且當其中任何一組電池組裡的某串(=顆)電芯有狀況時,可以立刻查覺而馬上進行處置,缺點當然就是費時費力費料

    總之選擇先併後串最為簡明,但帶有點"賭一把"的意味,里柯決定賭一把XD。由於72V40Ah96支電芯要放進拉桿袋內需做成上下兩組,也就是每層12串4併(36V40Ah)、最後再將上下兩層串連起來即為72V40Ah

    理想上,在進行組裝電池組之前應先對電芯分容組配將容量與內阻最趨近於一致的電芯編制在同一組電池組,這個動作在向電池廠家購買時可以要求他們先做好。第二步是對所有將要準備組裝的電芯進行【齊頭式充電】,最快的方法是先將所有電芯都並聯起來、然後用固定3.5~3.6V的電壓充到飽為止

完成以上兩個步驟之後,接下來就可以開始組裝電池了:


←第一組。先將5*10的支架組立好,上下共兩組,組好後就將電芯照組配圖(紙上作業)上的正負極方向一支支的把電芯排進去支架。電芯排進去前里柯是習慣先用電表再Check一下電極。





←看得出串併間的排列關係了嗎?圓柱形電池與方形電池最大的不同之處是電極並不是在同一個面上,所以兩邊電極在連接銅片時的方法也不太一樣。

←套上上面的支架。
←上銅片。此時另一面是還沒有任何銅片連接的狀態。膠頭錘透露了這支架並不是很輕易的能夠裝上去的訊息。 
←另一面。與上圖兩相對照即可看出完整的串併關係












←還是看不出個所以然嗎?沒關係!現在里柯將上面兩張照片加上極性串序,現在看得懂了吧:)
←空的兩個電池槽剛好當作走線的管道間。這個支架可組可不組,反正里柯是組了。
←開始拉監測線。支架間形成的十字槽剛好用來走線。關於監測線的接線方法可以複習一下這一篇
←十字槽上面貼以膠布,監測線群則以束帶綁定。
←一孔走監測線、另一孔走大電流線分流。
←翻身拉另一面。
←最後接上正負極輸出/入大電流線。
←每面都加上3mm透明壓克力做基本防護。但後來發現這樣做會妨礙散熱,其實既然是要放進拉桿袋,大可僅在上下兩面銅片電極面加上壓克立板即可。
←以封箱膠帶簡易固定。
←基本完成一組。監測線這次要做成中空接頭的形式,如此另一端要做成能接Cell Log或是保護板、甚至分線兼顧兩者都可以,也方便線路的更換與維護,甚為靈活。

←接著做第二組,基本上就是同樣的事做兩遍,唯一不同的是線長而已(下組的線要比較長)。
←兩組36V40Ah基本完成。
←上組的線比較短。
←都做好後接上分壓充電器檢查。
←這台是CB86,內阻其實量測不太到,現已歸建,里柯還是比較習慣用UNA9
←這組電池里柯還是不打算使用保護板,所以是常時接上Cell Log做監測(切記每台Cell Log最多只能接6串電池,由於設計上的瑕疵,接上第7與第8串會導致電池組的不平衡)
中空接頭監測線群的走布。理想上電池組在做好後,應於正極串上一顆熔斷型保險司,防止正負極誤接短路(瞬間熔斷),但這次里柯偷懶了XD
←準備放進拉桿袋內。
←置入後。
←將將好:)









←再配合同好神伯所設計的純手工打造充電保護器,當Cell Log警報響起時就能馬上斷開充電。
←一台可接上4台Cell Log的警報信號埠。
Cell Log所隨附的警報信號埠接線在接頭處還蠻容易斷線的,所以這次神伯特別幫里柯上膠加強。







Cell Log + 充電保護器的作動範例短片。由於Cell Log的警報條件是可以自行設定的,所以也等於適用於任何種類的電池,大致上可以設定單串、整組的過欠壓與壓差警報值,相當靈活。



    Cell Log + 充電保護器可以防止電池組的過充電,但過放電則還須自行留意,而里柯基本上用車里程固定,所以除了控制器端有加以設定欠壓斷電外,就沒有多做其他的過放電處置了。

24S*4組的組法
如果想不計成本,編成4組24串的電池組,該怎麼組呢?下圖可提供給各位做個參考:


↑如上圖同樣做兩組就是72V40Ah了。



§電性表現
以下里柯直接以魔控運行紀錄圖形來解說這組IFR-38120圓柱型鐵鋰的充放電表現:

↑這個圖形是里柯騎魔椒在三芝101線道的牛人坡所跑出來的,可以看到當主線電流作持續90A輸出時,電池電壓78.9V(空載)降到了72.1V(90A負載),並在持續22秒的電流輸出後停止,之後電壓旋即回升到78.25V

    90A40Ah的電池組而言是2.25C的放電倍率,也就是說這套電池在2.25C的放電下壓降約為8.6%,而且回壓頗為迅速,果然是動力型電池的電性表現。


↑再來看看平路極速時的表現,車子時速72.5KPH時,電壓約為75.25V(在這段持續負載前的空載時為78.75V)、持續電流輸出約為38A

也就是約莫1C放電時,壓降約為4.45%


↑再來看大電流回充時的電性。在上圖中約為期5秒磁煞回充期間,持續電流高達了40A,剛好是1C,在這段期間電壓從79.2V竄升到了81.6V、並在回充結束後回降到了79.5V

也就是1C充電時,昇壓約為3.03%

鐵鋰電池支持高倍率充放的特性,很適合配合電動車的電磁剎車電能回充


↑接著看看電池的回壓表現。當電池停止負載後,在100秒空載時間電壓79.35V回升到了79.53V其實看不太出個所以然,倒是在圖形前段剛切斷輸出時的瞬時回壓很俐落,接著開始磁煞回充、之後才是紅色區塊的100秒回壓動力型圓鋰跟以往里柯所使用的儲能型方鋰回壓的特性方面有著頗大的差異,動力型在剛切斷負載後就能迅速的大幅回壓、而儲能型則需要比較長的時間來回壓(100秒前後的壓差較為顯著)


↑整程78分鐘42公里電壓變化圖形。初始電壓80.07V最高電壓81.625V(出現在磁煞回充時)、最後經過1分鐘回壓後的電壓為78.67V

    一套起始電壓80.07V40Ah電池在連續騎了78分鐘、42公里後才放個1分鐘電壓竟還有78.67V只降了1.78%(1.4V)!?沒錯,這就是鐵鋰想用電壓變化來預測殘電量?門都沒有!




11 則留言:

  1. 沒錯,我的60v50ah騎了40km之後只要放一會就會回到66v左右,跟20km時的電壓跟本沒差多少。我的還是方型的鋰鐵ㄝ

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  2. 請問Rico大,在平常使用下,這顆電池可以跑多少公里數?

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  3. 沒把它放到很低過,但以同樣路線、載重、車輛與里程來說,電耗跟之前的鐵鋰都差不多,都是每公里45~50Wh之間。

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  4. 那如果說,在中間串一個像是130a這樣的功率計是不是可以大概知道消耗了多少瓦數,至少勉強可以預估參餘電量。

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  5. 蠻難的唷,因為輸出功率是隨時都在變化的,鐵鋰最好還是定程使用,不然就是加裝備用電池。

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  6. 你好,我用這種電池四顆串連,接到汽車上取代原有的鉛酸電池,可成功啟動引擎,啟動後有用電流勾表量測充電電流,電流會從開始的45A左右,隨電池組電壓的上升,慢慢變小,最後當電池組的電壓約到14.25V左右,充電電流會小於1A。然後大概就電壓保持在14.25V,電流小於1A,沒什變化。

    想請問,若以14.25v的狀況,應該是車子的發電系統設計的上限了,因原本設計是給12V鉛酸電池充電用的,所以用來充鐵鋰是達不到14.6V充飽的,所以是否就不會有過充(單顆電壓過3.65V)的情況發生?是否就不須加所謂的過充保護板?
    另以大電流45A充電,是否會縮短電池的壽命,當然不是一路大電流到底,從啟動後電壓約13.25V到14.25V,電流45A到1A,約耗時10分鐘。

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    1. 大概兩年半前,我有用過4串12V18Ah的鐵鋰電池當作250大羊的啟動電瓶(http://www.mobile01.com/topicdetail.php?f=622&t=3432454),當時因為那4顆電池已經不太一致,所以啟動後進入發電機充電時很快的達到單串過充、最後以手動斷開告終。

      所以過充與否的關鍵在於"串聯電池間的一致性與平衡性",鐵鋰似乎只有在"單串使用"時絕對不會有過充的問題,兩串以上,串數越多、即使組配初始很一致、很平衡,如無使用保護板,日後隨著使用時間過充風險越高。

      至於"以大電流45A充電,是否會縮短電池的壽命?"則看您鐵鋰電池的容量與屬性,基本上要其長壽,個人淺見,還是控制在1C以內充電為妥 :) 

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  8. 請問一下鋰鐵電池電壓表都不准你是用什么方式預測的庫倫計嗎

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  9. 最近也想玩看看38120,但是體積比較大,有推薦其他的鋰鐵電池嗎,要給自行車用的,謝謝

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