# 鋰電池應用

## 1. 電池

各式鋰電池


市面上最常看到的是18650的三元鋰電池，有統一的規格，因此廣為使用，可以在電動車、筆電、電動工具電池中看到，同時也是Maker常用的電源來源。

三元鋰電池充飽電壓為**4.2V**，下限電壓為**3.6V**，**充放電的過程為一條曲線**，因為大部分操作時間會在3.7V，所以市面上的三元鋰電池都是**標稱3.7V**。

依照不同的電極材料會有不同的電壓，

### 放電能力

購買鋰電池時，除了標稱容量外，也需注意放電能力，通常放**電能力越高**的鋰電池**內阻越低**，越不容易發燙，因此能承受更高的電流。

通常在購買時可以看到放電單位C，指的是可釋放最大的電流，以2200mAh電池為例，10C就是只每小時可以放10顆2200mAh電池電量，也就是說最大電流是

$2200 \text{mAh} \times 10 \text{(次/h)} = 22000\text{mA} = 22 \text{A}$

### 電池的敵人
- 過熱
- 過冷
- 短路/過電流
- 電壓太高
- 電壓太低

可以使用電池保護板可有效防止電池受損，購買時要注意幾項參數:
1. 串聯多少顆電池? 商家通常會標註"?串"或"?S"，例如"3串"或"3S"
2. 需要多少電流? 根據需求選擇過流保護的安培數，通常用(A)表示


### 平衡充電
電池在串聯電路中會每一顆的電壓都會不同，就可能造成充電時部分電池過充，或在使用中造成部分電池過放的危險。下圖A-C為幾種電池不平衡的狀態，所有電池需運作在0~100%，高於或低於皆會造成電池損壞。而D為其中一種平衡充電的方式，在充單顆飽電後，就會停止充電。

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## 2. 常用應用方式

- 行動電源
- 動工具電池
- DIY電池包(串聯)
- DIY電池包(並聯)

### 行動電源

得益於各種充電協議的發展，行動電源不只提供5V的電壓了，如今多數行動電源可以達到12V/2A的規格。而且合格的行動電源都有很好的多重防護，能量密度也比較高。

如果行動電源有快充協議例如:PD、QC，使用相對應電壓誘騙器就可取得所需電壓。


優點:
1. 安全
2. 成本較低
3. 用途廣

缺點:
1. 充電協議混亂，有時會無法取得想要的電壓
2. 供電能力較弱，一般只能提供20~30W

### 電動工具電池
驅動電動工具通常需要大功率，一般DIY較難直接使用。


優點:
1. 安全
2. 可提供較大電流

缺點:
1. 需要購買相對應的充電器
2. 不容易使用在DIY電路上
3. 大品牌通常較貴

### DIY電池包(串聯)
自行製作提供更大的彈性

優點:
1. 可根據需求訂製

缺點:
1. 製作較複雜

### DIY電池包(並聯)
可以並聯電池就**不會有平衡的問題**，後續可以使用升壓電路提供需求電壓。

但須注意升壓後的**總需求功率要小於電池能提供的功率**。


優點:
1. 設計簡單

缺點:
1. 升壓會有能量損失(5~20%)

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## 3. DIY電池包充電方式

- 一顆一顆充
- 平衡充電器
- 帶有平衡充電的電池保護板
- 進階:引入BMS(Battery Management System)電池管理系統

### 一顆一顆充

使用鋰電池充電器，一顆一顆充。

優點:
- 不會有電池平衡的問題

缺點:
- 每次充電皆須把電池拆下來

### 平衡充電器
如果有玩四軸或遙控模型應該對這個應該不陌生，基本上這就是個全功能的充電器。


優點:
1. 功能全面
2. 可充不同類型的電池

缺點:
1. 價格較高
2. 不好攜帶
3. 需要拆卸電池

### 帶有平衡充電的電池保護板

可以使用相對應電壓的充電器，例如3串18650三元鋰電池，單顆充飽電壓為4.2V，所以需要$4.2 \times 3 = 12.6V$的充電器。

優點:
1. 增加安全性
2. 體積小

缺點:
1. 需焊接
2. 需要相對應電壓的充電器

### 進階:引入BMS(Battery Management System)電池管理系統

BMS常見功能
以下列出目前已知的常見功能。
- 電壓量測（必備）
- 通訊
- SoC估算
- SoH估算
- 異常警告
- 異常保護
- 均衡（被動均衡或主動均衡）
- 其他管控電路（如電池迴路繼電器控制）
- 溫度量測
- 電流測量
- 診斷
- 搭配充電器提供對應充電策略

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Reference:
1. 锂电池种类千千万，你知道他们的区别吗？ - 工科男孙老师
https://www.youtube.com/watch?v=zs4nTHXEc-s
2. BMS Cell Balancing | Active cell balancing | Passive Cell Balancing | Battery Management System - Owl WiS
https://www.youtube.com/watch?v=ONmyxtp-p54
3. Battery balancing
https://en.wikipedia.org/wiki/Battery_balancing
4. 電池管理系統
https://zh.wikipedia.org/zh-tw/%E7%94%B5%E6%B1%A0%E7%AE%A1%E7%90%86%E7%B3%BB%E7%BB%9F