我的第一台露營車Space Gear改裝大作戰（磷酸鋰鐵電池組裝 篇）

自己組電池：

在剛開始改裝露營車的時後，其中電力系統所使用的12V 200AH鋰鐵電池組是直接在露天拍賣網站購買的，我猜那應該是用比較舊款的電池芯組裝起來的，因為體積顯然比最新式的同容量電池組要來的較大些，於是當我要安裝第二顆電池組的時後就有了一個念頭：是不是可以自己購買電池芯回來組裝成電池組呢？因為這樣可以使用最新款的電池芯來組裝，理應 功率／重量 比 與 功率／體機 比 會比較高些，於是乎我就在中國的掏寶網上購買了　寧德時代　生產的3.2V 200AH的全新鋰鐵電池芯4顆，打算組裝成12V 200AH的鋰鐵電池組。

第一顆12V 200AH鋰鐵電池組：體積16L、重量20Kg

 

要把4個3.2V的鋰鐵電池芯組成電池組時需要一個關鍵性零件，那就是電池保護板，一定要使用4芯鋰鐵電池專用的電池保護板才行，而且電流規格要能達到200A以上，我選用的是300A的保護板，並內建充電均衡電路（關於均衡電路的功用後面會提到，這悠關電池組日後的使用容量能否與設計容量相近）。

基本上的組裝原理很簡單，就是把4個電池芯的正負極相串連起來之後再串上電池保護板就成了，不過有一些施工細節則要非常的注意，不然使用容量可能無法達到設計容量的規格，或是輕載時容量沒問題但是重載時容量卻不足。

 

以下是完整的組裝電路：

 

組裝細部注意事項：

1.    電池芯的正負電極千萬不能短路到（雖然鋰鐵電池比較不會自燃，但是還是應該避免正負極短路）
2.    電池芯並排於鐵箱內時六面都要固定支撐（防止頃倒時電池芯位移）
3.    所有的電器連接一定要使用厚度至少1mm的銅板（我使用1.5mm厚的）
4.    銅板與電池芯或是與保護板接觸的接面要使用砂紙刨光（降低接觸電阻）
5.    銅板銜接處要盡量保持平整（增加接觸面積）
6.    螺絲與螺帽間至少要使用一個開口彈性墊圈（防止震動鬆脫）

 

以下是組裝過程的照片：

將電池芯安置於訂製的鐵箱內

 

裁切與彎折銅板以符合各接點間的連結

 

 接上保護板的 電池芯偵測介面 與 電壓表

 

 將保護板接上銅板並與 電池芯、輸出端子 連結
 

 

 組裝完成的第二顆12V 200AH鋰鐵電池組：體積12L、重量16Kg

電池芯的容量校正：

電池芯組裝完成後其實僅完成了一半的工作，因為還需要進行每個電池芯的容量校準工作，這是最費時間也最為重要的步驟，首先要先對電池組充電，當快要抵達滿充電壓時要觀察每一個電池芯的電壓，然後對電壓較高的電池芯進行獨立放電直至電壓下降至與其它電池芯一致，如此反復對每一個電池芯進行量測與放電，直到每一個電池芯的電壓都能同步達到滿充電壓3.65V為止，這是在電池充電進行中必須執行的容量校正程序，悠關日後電池組使用時的容量能否達到設計容量的規格，乃組裝鋰鐵電池組最重要的步驟。這樣的校正如反覆進行幾個回合的充放電循環則會更為精準，完工後更能確保長期使用下的容量規格（一般的電池組裝廠並無進行多次循環的校正，所以經常聽聞電池組使用幾次充放循環後就開始漸漸有充不飽與放不盡的狀況，這就是容量規格下降的表現）。

均衡電路是甚麼：

之前提到電池保護板的均衡電路，就是為了在電池使用期間對電池充電時可以自動的對電池芯進行電壓量測與放電，以致讓每個電池芯在接近滿充時能有一樣的電壓，這樣才不至於發生充電過程中因為電池芯容量的不一致而使得尚未滿充即被停止充電的狀況（因為保護板會偵測：當任一電池芯抵達滿充電壓後（3.65V），保護板即刻會切斷充電回路），所以保護板的最大均衡電流規格代表這塊保護板對於電池芯間容量差異的校正能力（或是容忍能力），以我的經驗保護板如號稱最高的均衡電流為2A，實際使用時大約只會用到0.2A不到，對於容量200AH的電池芯這0.2A似乎僅達到容量的0.1%（而且需要持續1小時的均衡動作才能達成，這與實際的充電樣態不符，因為正常滿充後不到15分鐘就會斷充，也就是實際只能達到容量0.025%的校正力），這是遠遠的不足，所以本次電池組裝完成後進行的容量校正是必要的步驟（先行將電池芯間的容量誤差拉近至0.025%以內）。

老電池的電池芯容量重校：

由上面詳細的解說容量效正與均衡電路之後，這裡就能容易理解很多鋰鐵電池組的使用者說的電池組掛掉，決大多數其實只是電池芯間的容量差異所造成的掛掉假象（充不飽、放不盡），這問題可以經由前述的電池芯容量效正來改善。也就是當老電池組在充到14.6V以前就自動斷充的話（或是斷充後電池阻的電壓快速回落至14V以下），代表內部至少有一顆電池芯已經容量不均衡了，需要進行電池芯的容量校正。過往我們使用筆電時經常遇到電池用沒多久就掛掉，其實也多是頻繁充放電後電池芯間的容量差異所致，並不是電池真的死了，但是因為筆電電池並不貴所以就乾脆直接買新的電池取代之，不過現在這種露營車用的大電池組動輒上萬元，發生掛掉的症狀時還是送修重新進行容量校正比較划算些，也環保些。

電池組的內阻大小攸關使用效率：

完成電池的組裝與校正之後，對電池的內組進行了簡單的基本量測，以150W的12V電暖器做為放電負載，量取空載與負載時的壓差，將此電壓差值除以負載電流就是該電池組的內阻值，經量測計算後得1.5mOhm。這樣的內組數據在實際高達200A的負載使用下大約會有0.3V的電壓損耗，也就是約為97.5%的效能（ (12-0.3)/12 = 0.975 ），相當於2400W的負載下電池組的內部損耗為60W（ 0.3x200=60 ）。所以購買電池組時要注意內組大小這一項規格，不然很容易買到使用效率低的次級品。（電池的輸出功率與負載電流成正比，但內部功率損耗卻是與負載電流的二次方成正比，所以說輸出功率越大的情況下電池的內組參數數越是重要）

電池組的能量密度：

另關於新舊電池組容量密度的比較，第一顆鋰鐵電池組的 容量／體積 與 容量／重量 密度分別為150WH/L 、120WH/Kg，第二顆鋰鐵電池組的 容量／體積 與 容量／重量 密度分別為200WH/L 、150WH/Kg，第二顆電池組約改進了25%左右的能量密度。