|
我修理和组装锂电的过程 16年5月我买了一辆电动三轮车（老年代步车）接送孩子上学，随车配置了一块60V20AH锂电，为防半路停电又在网上定购了一块60V30AH锂电，两块电池轮换用，一直很正常。可在18年10月份，那块定购的60V30AH锂电忽然充不上电了，插上充电器10分钟不到就转绿灯，装上车也只能行走几十米就断电，询问供货商家后说两年保修期已过，但可以帮助检查，来回运费得我出。结果我化了近200元的运费得到的结果是修不好，原因也没有说。这款电池我是化2700元买的，才用了二年零五个月，确实心有不甘。需知我是二组电池轮着用，每天接孩子来回也就5.5公里的路程，每组电池我都来回六次后充电，平均每周才充一次电，算下来一年才充电52次，二年五个月一共充电最多也就是130次。2700元的价格算算每年的电池费用一千多元，也太贵了吧。我不相信锂电的寿命会这么短，所以我决心自己来修理这块电池，不行就自己组装一块。 我原先对锂电一窍不通，先在网上了解一些初步知识，尤其是发现这个网站后马上注册登录，真是如获至宝，非常感谢这个网站和网上各位网友的帖子，加上我原本就是学电气的，对自己修理及重新组装锂电充满了信心，现将我修理和重新组装锂电的过程及体会写出来与大家分亨，并请各位批评指正。 一、原电池的修理 首先打开盖子，才看到电池内部的真象，原来是很多小电池组合起来的，外加一块保护板，根据网上学到的，知道这种小电池叫18650聚合物电芯，多个电芯并联成为一串以达到电流容量要求，然后将多个串串联起来以达到电压要求，原理并不复杂，这组电池是13并17串，每个电芯容量2200mAH。另外还有一块保护板，保护板有分口和同口之分（我这块是分口的），起着充电时对每串电压上限和放电时每串电压下限的保护，有的还有平衡各串电压的均衡功能等，（见图1、2、3）。 图1 打开电池盒 图2 取出电池 图3 电池标记 先测量各串电压，发现第4串（从总负极起）电压较低，比其它串约低0.2V，其它串的电压比较接近（压差0.07V）。按网友提示，我单独给这一串充电到和其它串电压一样（用2A的手机充电器），然后装车能跑了，但跑一公里左右又断电了，看来没有解决问题。 心想既然这一串有问题干脆将这一串去掉，反正少一串电压也够。于是将这一串去掉并重新联接，同时重排保护板的排线。拆一串电池很麻烦，商家用的是整块镍板点焊，应该说点焊质量不错，费了不少劲才拆开，手划了不少口子不算还短路过好几回，每回都吓一跳，工具也烧坏了多处。原来18650的正极周围就是负极壳体，在拆正极焊板时不小心很容易短路，（见图4、5、6、7）。改好后充电再装车，这次跑得长了，心想问题解决了，可跑了约3公里又断电了，虽比以前好但3公里也不行啊。
图4 拆除一串电芯 图5 拆下的电芯 图6 重新连接 图7 空出处加了一块垫 到这时我才知道除了第三串外，其它串的电芯也有问题，便放弃了修复打算。干脆将所有电芯全部拆下来，想找出好的电芯组装一组电压低的电池。电芯拆下后如何知道好坏呢，从网上了解到电芯的好坏主要决定其内阻及容量，于是在网上买了电池内阻测试仪（YR1035）和容量测试仪（见图8）。先测内阻，我将所有的电芯都编上号，并将测试结果记录下来输入电子表格中。共221节电芯，费了不少时间，内阻从21毫欧到170毫欧不等，其中30毫欧以内的仅19节，30-50的31节，50-80的30节，80-100的23节，其它都在100毫欧以上。再测容量，测容量很费时间，我只是随机在各内阻档中抽出几节，发现总体上内阻大的容量也低，但也不全是这样。从这几节测试的结果看，容量大的也只有标称的一半多一点（约1300 mAH），小的一半都不到（约960 mAH），看来这些电芯真的不行了（不过发生短路时反应还是蛮利害，所以旧电池也不能随便乱扔）。 图8 各串编号测容量 我打算把这些电芯中内阻较低的组焊一组的电池，一则可以当普通直流电源用，二则也为下一步自己组焊新电池练练手。根据测试情况决定组一8并10串的36V电池。于是按内阻从小到大选择了80节电芯（用电子表格的自动排序功能很方便）。问题来了，这些不同内阻的电池如何配置呢？网上有说30毫欧以上直接扔了（不舍得啊），有说内阻相同的并一串，有说每串应配不同内阻使各串的总内阻接近，想想都有道理。最后我认为相同内阻并一串更合理，这样在充放电时串内的各节电芯不会相互影响。为组装这组电池我专门买了一台点焊机和镍片等附材（本想用锡铁焊省下焊机钱，考虑到正极与负极的外壳相距较近就放弃了）。 这台电焊机很好用（见图9），焊接规范只要在旧电池上试几次就可以掌握（注:买点焊机时一定要带点焊笔，因为点焊机上的焊头伸出距离有限，只能焊二排电芯，用点焊笔范围就大了），很快电池组焊完成（见图10、11），为了测试这组电池的性能，又买了一块蚂蚁带蓝牙的智能保护板，便于在手机上观察各串的参数变化。同时自制了一块放电板，放电板采用2500W电炉丝加瓷接线端子和瓷套管等组成，很便宜（见图12），电炉丝不剪断只是来回在接线端子上拆返，这样还可以有好几种阻值可用。 图9 点焊机 图10 焊接完成 图11 捆绑完成 图12 通过放电器进行放电 组装完成后先对各串电池进行平衡充到4.18V，费了二天时间（见图13）。然后接上保护板开始放电（见图12），放电电流2.4A，放电二个半小时（电炉丝不发红但很烫），期间发现内阻高的相对电压下降较快，此时最大压差达0.175V。再接上36V的锂电池充电器进行充电，充电流1.9A，期间发现内阻低的电压上升较快，与放电相反，然电压最低的并不是内阻最高的那串，可能还与电池容量有关。 图13 平衡充电 最后换上专门的10串保护板再放电，放电电流2.9A，共放电4小时，放电电流会随着电压的降低而减小，最后电流只有2.2A，一直到内阻最高的那串发生低压保护为止。 通过这一充放电说明，（1）内阻高的放电时电压下降快，充电时电压上升慢，（2）整组电池容量已不足，已不能用于电动车，但可以作普通直流电源用，如准备一个可调压的DC转换模块可输出各种直流电压，用于电脑、手机充电、收音机、电动玩具和应急灯等还是不错。如果再准备一个逆变器还可能得到220V的交流电，用途更多，只是功率要看电池容量，我这组电池可以带100W以内的电器。（3）锂电的寿命很大程度决定电芯质量，网购时要小心，尤其定购组焊好的电池一定要买有信誉的产品。（4）这块电池在开始充不上电是因为有的串电压已达上限，而跑不远是因为有的串电压已达下限，保护板在起作用。在这种情况下保护板还是有作用的，否则会过充或过放。 说明一下，由于我当时手机不会截图，蚂蚁板显示的参数没有保留下来，后来才学会。 二、新电池的组装 既然这组电池不能用了，加上有了前面的经历，就准备自己组装了，反正电动车还得用。关键还是买电芯，在陶宝上搜了很长时间也下不了手，品牌的很贵，便宜的又不敢买。后根据网友们的意见还是在站内买相对稳当，就在站内选择了“福斯特”的产品，货到后先测内阻，误差很小，多在23-27毫欧范围内。然后就组装（见图14、15、16、17、18、19），过程不多说了，网站上有不少类似文章，且比我做得更好。之所以要交叉布置是为了能放进原来的盒子里。 图14 排列好 图15 开始分组点焊 图16 分组捆绑 图17 整组捆绑 图18 接保护板排线 图19 装入原盒中充电 这组电池组装后因各串电压接近没有进行平衡冲就直接用充电器充电，手机观察各串电压很接近，压差一般在0.002-0.003V，最高0.004V（见图20），电流负数表示在充电，图中是最后的小电流浮充。 图20 充电参数 充满电后即装到电动车上，跑了约30多公里的情况如图21。北京现在天气较冷，也不知这种情况是否正常。顺便说一下，我的电动车电机功率1000W，正常运行时一般电流在20A以内，全把启动和快速加速时可达40A以上，但一会就下来了。观察各串电压虽下降但压差很低，可以说平衡不错。图21 跑30公里后的参数 以上就是我这次修理和新组装锂电池的介绍，福斯特的电芯目前看还可以，只不知寿命如何，这要时间来证明。 以上过程我一共化了二个多月时间，也是每天学一点做一点，还要购买器具等，时间较长。从中我有以下体会：1）锂电虽然有安全问题但并不可怕，只要在组装和使用时做到不短路（瞬间短路没有问题），不激烈碰撞（一般不会），不过充（用定时器便可），不在高温下（一般也不会）等，还是很安全的，不必担心。2）用智能保护板确有很多好处，但在车辆行走时最好不要观察，我这次在行走中为观察电池参数差点出交通事故，所以还是安全第一。3）失效的锂电池完全可以再利用，因为总有性能还好的电芯，只是不能再作动力电池用而已。4）初学的网友如想自己动手则应先学点电气知识，毕竟锂电池也是电器啊。
最后再一次感谢网友们的帮助！
| 
发表于 2019-1-19 17:06:58