鋰電池充電器的設計考量

最近需要自行設計個大電量的行動電源。有時覺得自己真的很圈圈插插，幾百塊就可以買好幾顆，要多少買多少。但好奇怪的不知為什麼就是想自己ＤＩＹ。👀

大約就是覺得市售的行動電源，不夠自由吧？？或者有想要的但賣的頗貴。既然如此，那就開始設計吧。

目前想法大約是半模組化。

模組的分類如下：

1. 充電模組
2. 鋰電池組
3. 放電模組
   

一般行動電源是把上述３個模組放在一起，但因為個人有在玩一些有的沒的，有時需要的電壓電流需要可調節的。市上販售的充放板具可調節功能的通常頗貴，尤其大功率者更是貴森森，重點是還很容易燒壞，所以放電模組勢必與充電模組分開，燒掉就算了😁。

整個設計，需考量最多的地方是充電模組，經網路查詢，得到以下資料：

＂一般鋰電池充電器是以定電壓及定電流方式對鋰電池充電。透過偵測這顆電池的電壓與電流，來評估這顆電池是否已經被充飽電力。

充飽電時電池電壓：

鋰離子電池Li-ion    4.2V/Cell 

鋰鐵電池LiFePO4    3.6V/Cell

鋰電池充電電流，0.2c最合適。比如12ah的電池，0.2c的電流就是2.4a。這個是標準的充電電流，對電池組的效能以及迴圈壽命最好。  

最大充電電流，建議不要超過1c，就是電流是容量的一倍。超過1c充電時，鋰電池的溫升會很高，也會影響鋰電池的迴圈壽命。

太小的充電電流，充電時間會很長，影響使用者的體驗感。比如0.1c左右的充電電流，充電時間會達到11個小時左右。0.2c充電電流，充電時間會達到6個小時左右。0.5c充電電流，充電的時間會達到3個小時。＂

以上資料，我們可以得知： 0.2c最合適

然後心中就出現一堆問號有沒？？為什麼有最適？什麼是０.２Ｃ代表的意思？

簡單說，所謂的最適是考量電池的壽命及安全性還有充電的時間。

０.２Ｃ，就是充電電流與鋰電池容量有關。 電池容量／充電電流＝０.２Ｃ是最合適的。

電流就幾安培，１Ａ＝１０００ｍＡ。電池容量＝放電電流Ｘ放電時間（安培小時）

那如果我的鋰電池是２２００ｍＡｈ要多少電流充為最適？

２２００／０．２＝１１００ｍＡ 

網購一些ＴＰ４０５６ ，號稱１Ａ充電，但實際測量，約只有０.４Ａ，差很大。

 

接下來我們要談到關於充電時間的計算。

 由網路上查到的資料１２ＡＨ的電池，０.２Ｃ充電需６小時。

１２／０.２／１０＝６

代回我們的問題

２.２Ａｈ／０.２／１０＝１.１小時

但這樣子的計算是錯誤的。充電時間不是這樣算的👴

搞屁丫。沒屁搞。充電時間的計算其實要複雜很多，沒有要談的意思。但有必要了解相對的。

就是如果

２.２Ａｈ／０.２／１０＝１.１小時是事實，那代表１顆鋰電要充１.１小時

如果並聯１０顆鋰電池，則需花１１小時左右來充電，太可怕，但如果我們有１１個充電模組，則還是只需 １.１小時的時間。

以上就是充電模組的相關知識。 

接下來要談的是放電模組的規劃。以下是網路資料的查詢：

＂鋰電池的缺點為不耐過放與過充，錯誤使用除了減少電池壽命，甚至會有熱失控導致爆炸燃燒的安全性疑慮。市面上絕大部分的鋰電池都會配備保護電路，或在電池芯結構上設計防爆機制。

鋰電池保護電路

鋰電池保護電路的主要目的為監測電池電壓，在發生過充電、過放電異常時，做出保護反應，例如在電池電壓過高時，終止電池充電，或是在電池電壓過低時，終止電池放電。目前鋰電池保護電路的形式有三種，分別是使用 MCU 控制、Gauge IC 控制與直接用鋰電池保護 IC 控制。前二者可將電池資料數位化紀錄、電壓與電流偵測點可調，但是必須額外編寫相關程式、包裝大且成本高。相比之下，使用現成的電池保護 IC 設計簡單、包裝小且成本低，只是電壓與電流偵測點多已固定，且無法對電池資料進行紀錄。
市售的鋰電池大多使用保護 IC 形式，普遍具備過充電壓保護、過放電壓保護、過放電流保護與短路保護等。IC 應用電路通常由電池組、IC、FET 元件電路與檢流電路構成，見圖三，IC 讀取鋰電池端電壓與檢流電路訊號，辨別電池是否處在正常工作狀態，若有異常則觸發保護功能。FET 元件電路平時狀態為 ON，維持鋰電池組對外之迴路，當保護功能觸發時， FET 元件電路狀態由 ON 切換為 OFF，斷開迴路、終止電池充/放電。

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• 鋰電池充放電理論及電量計算法設計

  1.2 最高充電電壓 (Max Charging Voltage)最高充電電壓和電池的化學成分與特性有關。 鋰電池的充電電壓通常是4.2V 和 4.35V，而若陰極、陽極材料不同電壓值也會有所不同。當電池電壓與最高充電電壓差小於100mV，且充電電流降低至C/10，電池可視爲完全充電。＂
   
  由於目前我們是以大電量手機充電行動電源為主，所以一般鋰電池都不會有什麼大問題， 主要是不要過放及過充還有放電倍率的問題。簡單說，１Ｃ的鋰電安全的使用電流是１Ａ，此為放電倍率，購買鋰電時需注意，如果需要２Ａ的電流，那就並聯１顆。
   
  最後就是各模組的組合，這就看各位看官的使用需求再搭配各種ＩＯ端子。
  對我來說最難的就是模具的製作了。之後再跟大家分享。