电池PACK小谈

一个电池的pack是一个满重要的课题，pack的好坏程度直接影响到电池的规格及产品的运用性。单独使用一个电池芯，可以很充分的利用这个电池芯的优点，比如可以运用这个电池芯最高的放电C数、最高的充电C数、其内阻一致、不需平衡电路、散热快、最大的Cycle Life等等。但如果多颗电池串并起来使用的时候，我们就需要考虑以下需要的规格：


1、       瞬间放电C数能力及可承受时间


2、       持续放电C数能力


3、       最大充电能力


4、       可串接能力


5、       散热能力


6、       Cycle Life


7、       温度控制


8、       充电截止方式


9、       放电截止电压设定


10、   平衡电路的设计


11、   电池芯串并接方式的内阻考虑


12、   高低压侦测能力


13、   各电池芯电压和容量及内阻是否一致


    以上的规格限定原本的电池芯的规格，一个良好的电池芯因串并接的问题，必须考虑到以上的条件，这将限制电池芯原有的条件，原本可以100%使用的规格，因为这些的受限，必须降下相当程度来使用，但也因为串并接的使用，让它可以运用在更多的产品上，算是有得必有失吧！


    上面所述的规格，都指向一个良好的BMS的设计，一个设计不完全的BMS，在测试上可是会产生许多的问题，让我来一个个的说明。


瞬间放电C数能力及可承受时间：通常这会要求电动产业提出，该产品使用的时候，所需要的瞬间放电能力，例如一辆电动机车原本行驶的平均电流约在10~15A左右，但是在启动或是爬坡时需要较大的电流来支应产品的动力需求，因此在短时间内会需要电池提供最大限度的电流来支应，通常这个时间不会太太，都是可以由软件设定的。


持续放电C数能力：指产品在使用过程中，常态的电流输出，例如某一电动机车其输出功率为1000W，电池供应的电压为24V，根据公式P=V×I，P等于1000W，V等于24V，I等于41.67A，所以持续放电能力要设计在41.67A，通常这部份会加上一些，当做容许值，这部分通常可以使用软件来设定。


最大充电能力：这充电能力通常会询问电动业者需要多快的充电时间，1C充电是指1小时对电池充电完闭(理想值)，2C充电是指0.5小时对电池充电完闭(理想值)，3C充电是指20分钟对电池充电完闭(理想值)，但越大C数充电，其电流越大，快速充电对电池充饱的容量约在90%~95%。


可串接能力：马力越大的产品，所需的电压越高，这部份就必须看电池是否可以串接越多颗的电池，来对大马力产品提供所需的高电压，但大部份厂商的设计能力似乎有限，有待突破，部份电池公司已有专门技术可供使用。


散热能力：电池在充放电的时候，会产生热能，尤其电池串并接数越多的时候，这热能会累积，这跟电池的尺寸大小及排列方式、外壳的材质、包装方式、PCB电路的设计、电子组件的选择、使用的线材，使用的环境、镍片的厚度及点焊的方式都有着密切的关系。


Cycle Life：在所有的功能设计出来后，其Cycle Life会跟随的改变，变高变低，端看设计方式及电池的使用方式，有些电池业者或设计一计数器来计算电池使用者，充放电次数总共多少次，但计数这充放电次数有其规定，比如电池放电深度达到一定的百分比，才计算一次，充电达到多少百分比才计算一次，藉由这样的计算方式来保固电池，也可以避免一些纷争。


温度控制：电池在充放电的时候，对温度有绝对的要求，比如放电的温度通常建议不超过60度，充电温度不超过45度，电池的环境温度超过所设定的温度，最好不要使用，温度过高会导致电池出现异常，这部分通常可以使用软件来设定。


充电截止方式：通常这部份会要求做在充电器上，但有些BMS的设计会加入，因为可以做第二层保护。


放电截止电压设定：这部份会设计深层放电跟浅层放电，深层放电其截止电压会设定较低，浅层放电其截止电压会设定较高，这部分通常可以使用软件来设定。


平衡电路的设计：这部份是担心电池使用时间较长后或是各个电池芯本身电压不一致的时候，做为一个平衡用，通常平衡的时间是在充电的时候动作。BMS会监控每一个电池芯的电压位准，但有的过高有的过低，过高的部份经由电阻消耗，过低的部份则继续保持充电，但平衡电路在电池使用大C数充电时，几乎是失去作用的，这个平衡电路设计是维护电池的使用寿命。


电池芯串并接方式的内阻考虑：每一个串并接的电池芯必须考虑其内阻是否一致及串并接线阻值和镍片点焊的阻值是否相同，每一并联出来的阻值，若是不相同，这会影响到电池的Cycle Life、平衡电路等等，并造成电池芯互相充放电的情形。


高低压侦测能力：这部份配合放电截止电压设定及充电截止方式和平衡电路的设计，若没有一个精准的侦测能力，这些设计将无法使用。


各电池芯电压和容量及内阻是否一致：在组装成一个pack以前，必须针对电池芯做一筛选，每一个电池芯的电压、容量、内阻最好是相同，若是有些差异，则电池Cycle Life将会减少。当每个电池芯电压不一致的时候，会造成电池芯相互充电，容量不一致会造成某些电池芯过放电或是过充电，内阻不一致会导致某些电池芯输出电流永远较高有些输出电流永远偏低。