# 關於電池這回事
Author: 家答
這份文件的目標是讓大家對於電池該怎麼選，電池有甚麼參數，在選擇時有甚麼注意事項有一點基本的認識，~~這樣之後再打聽敵情的時候才知道要問甚麼~~。

如果沒特別說，那數據會用 VR7.5 當作例子
- 電芯：昇陽電池 PC40155LFP
- 電池箱配置：120s1p (120 顆電芯全串聯)

[Index of tested LiIon batteries](https://lygte-info.dk/info/batteryIndex.html) 這裡有各種圓柱電池的測試數據，有興趣的人可以隨便翻翻
[VOLTT](https://voltt.aboutenergy.io) 這裡面可以看各種電芯的數據，

# 基本名詞介紹
## UN 38.3
這個是我們的車車能不能到國外比賽的關鍵，如果電池要空運或海運，通常會看電芯有沒有過 UN 38.3 這項測試，這個測試會測試電池在各種情況 (高溫、低溫、震動、衝擊、過度充電、過度放電) 是否依然安全。會需要問電池商是否有這個測試報告，有些貨運公司會要求一年內的。如果我們是一組 segment 運去國外，一般來說也要送去做 UN 38.3 測試，但聽說測試時長很不確定，可能會拖半年到一年。

這個是 [Molicel INR-21700-P42A](https://www.molicel.com/wp-content/uploads/2201-UN-INR21700P42A-ATC-R6A1RL3021-20190712.pdf) 這顆電池芯的 UN 報告，可以速速看一下裡面有什麼東西。

## 電壓
通常會看三個電壓

| 參數 | 敘述 |
| ------------------------- |:------------------------------------------ |
| Charging Voltage | 最多能夠充到幾伏 |
| Nominal Voltage | 使用時通常的電壓 |
| Cut-off Discharge Voltage | 最低能夠放電到幾伏，再低就有損毀電池的風險 |

如果用我們 VR7.5 用的昇陽電池 PC40155LFP 當例子
| 參數 | 數值 |
| ------------------------- |:------------------------------------------ |
| Charging Voltage | 3.65V |
| Nominal Voltage | 3.3V |
| Cut-off Discharge Voltage | 2.1V |

怎麼使用這些數據呢？以一個 120 串聯 (簡寫成 120s) 的電池箱為例子的話
- Max voltage 要用 charging voltage 算，也就是 3.65 * 120 = 438V，規則規定這個要小於 600V
- 設定 BMS 時， overvoltage 要 <= charging voltage, undervoltage >= cut-off discharge voltage。
- 在車上通過 TSMP 量到的電壓通常是 nominal voltage * 120 = 396V

## Discharge Characteristics
- 實際上電芯的電壓會隨著電池的電量與放電電流而變化, 通常 SoC 越低或放電電流越大，電壓越低
- 來看看昇陽電池的 discharge characteristics，x 軸是總共放了幾 Ah 的電，y 軸是電池的電壓，中間很多不同顏色的線是在不同放電電流的情況下的數據
- 放電能力這邊用的是 幾 C 表示，這裡有 0.2, 0.5, 1, 2, 3 C。幾 C 對應到的放電電流需要和電池的 Ah 一起看。這顆電池是 20Ah，1C 放電表示一小時能把電放光，也就是用 20A 放電。2C 表示 2 倍快，半小時能夠放完，也就是 40A。
- 總結來說，C 越大，電流越大。
- 看圖表的部分，可以看到最左邊接近 0Ah 的地方大家都在 3.5V 左右，但一放電就迅速掉到 3.2~3.3，中間緩慢的下降，到超過 20Ah 的時候急速下墜。這個圖表可以對著上面說的三個電壓數值一起看。
- 從這張圖表理論上可以從電池現在的電壓知道目前的電量剩多少，但頂多用高精度的三用電表確認大家的電量是不是差不多，想要回推現在電芯的電量還是用 BMS + current sensor 比較準


## State of Charge, SOC
- 現在電池有多少電，滿電會說 SOC 100%，一半就 50%
- 在組裝電池箱的時候，最好先確保每顆電芯的 SOC 都一樣，或是更準確地說，電池芯的 SOC 分布很集中。
- 有電芯的 SOC 比其他人高：充整個電池箱電時只會充到最高 SOC 的電池電壓接近 charging voltage 就停止，此時其他電芯就不會充飽
- 有電芯的 SOC 比其他人低：在放電時低 SOC 的電芯電壓會先碰到 BMS 設定的 under voltage，2025 日本賽 endurnance 就是有一個電芯的電壓特別低導致跑到一半 BMS 跳 under voltage fault。
- 如何確保電芯的 SOC 一樣？
- 用電池負載把**每一個**電芯的電都放光 (放到 cut-off discharge voltage)，再充固定的 SOC (北科建議 30%，組裝時出事的時候比較安全)。
- 用高精度的三用電表 (日本賽的電檢評審中西先生建議要精準到小數點後四位) 再組裝錢量每一個電芯的電壓並記錄，看分布上是否有離群值，把他換掉

## 放電能力
電芯的放電能力會直接影響到馬達的輸出功率。同樣看昇陽的 PC40155LFP
- Max. Continuous Discharge Current: 60A
- 18 pulse @ 2.5V: 250A
上面的意思是持續放電最大可以放 60A，可以也可以在 18 秒內放 250A 的電 (瞬間輸出能力)
簡單計算一下，120s 的電池箱的持續放電功率大概是 (3.3 * 120) * 60 = 23.7kW，瞬間放電功率是 2.5V * 250A * 120 = 75kW。

怎麼知道電池箱的輸出功率夠不夠？可以從以下方面思考
- 規則規定的最大輸出功率是 80kW
- 四項動態賽中，直線和八字繞環會在 10 秒內結束，autoX 通常一分鐘到一分半，Endurnance 20 ~ 40 分鐘
- 持續放電功率最好 > Endurnance 的輸出功率

# 電池內阻
[Lithium-ion battery thermal modelling and characterisation: A comprehensive review](https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2352152X25018274)

# 電池模型

# EIS
[Electrochemical Impedance Spectroscopy─A Tutorial](https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsmeasuresciau.2c00070?fig=fig3&ref=pdf)
[Image Source](https://www.zsw-bw.de/en/leistung/services/analysis-of-battery-components.html)