磷酸铁锂电源模块DIY过程记录

【风险提示】本篇文章介绍了笔者diy了磷酸铁锂电芯的过程。最终目标是搭配出一款相对实用的户外电源。操作过程中有一定的风险。包括而不限于：因为操作失误导致的锂电池短路、触发电弧、自燃起火并释放有毒有害气体等。因为施工过程中操作疏忽带来人身伤害比如我被烙铁烫着手了。以及因为制作出的电芯在搬运和使用中的不科学操作带来的自燃风险和电击伤害等。我们分享diy的过程是希望有机会和大家共同交流。并能够全方面的感受到diy带来的乐趣（还有省钱）。但是安全还是最最重要的环节。

谢谢你们听我的唠叨。我们这就开始。

秋天是露营的好季节。可惜现在大家都有点儿离不开现代化产品。粗犷的传统露营方案那种好像修行一样的行为有点儿不被待见了。大家都喜欢奢靡铺张的现代化露营方式。所谓电气化的露营。

这类露营大多围绕着一个便携的储电设备展开——所谓户外电源。有它在。一切都好办。站内也有过不少相关介绍。

但是在我看来它们都太贵了。动不动几千块不是我的风格（钱包）所能承受的。所以今天。我考虑自己干一票。

定制前的准备

首先先想好准备弄个多大的电池。我的想法是不能太重。

电池

常见的12V20AH的铅酸电池。尺寸是固定的：

长：181mm

宽：77mm

高：170mm

所以三块铅酸电池堆一起大概是17.5cm x 22.7cm x 17cm这样的尺寸。而电压方面。目标是60伏特。

为啥选这个电压。因为功率一定的情况下。电压和电流成反比例关系。如果为了手机充电。那自然弄个5伏特的电池包最方便。但是考虑到露营会有大量的220V交流电设备。将5伏特的直流电池升压到220交流电。损耗较大的情况下。同样输出功率产生的电流也不小。因此。我选择了搭建一块60伏特的电池。这样如果升压到220V并且带个1500W的电磁炉。电流也就30A以内。可以不要用太粗的电缆连接电源和升压模块。而如果需要给数码设备充电。这个电压因为是二轮电动车常见电压。因此有现成的支持QC 3.0的转换模块可以买。

所以。就是60V了。

选电芯并准备装配

锂电池常见的有三元锂电池和磷酸铁锂电池两种。三元的特点是能量密度一般高于同规格的磷酸铁锂。而且同样电量的三元重量还比铁锂轻不少。但是呢。上新闻的概率也高过磷酸铁锂电池。

不过。磷酸铁锂电池也有缺点。就是放电曲线很不理想。开始电压掉得比较平缓。但是到了电量快耗尽的时候。会突然猛掉。一下子就冲到保护电压了。所以磷酸铁锂电池用的时候。尽量给自己留足余地。

所以想来。铅酸电池除了各种缺点以外。放电曲线还真是优秀。小电流放电能放很久。

考虑到组装电池很麻烦。所以我自己是到了一个厂里施工的。因此施工现场图片会看起来怪怪的。

我们这就开始吧。

首先是挑选电芯。我这次是带了一张电池外形底面1:1的平面图去现场挑的。

右边纸上就是我画的图。直接去电池堆里面翻电芯。选尺寸合适的往纸上摞。不超过边框就可以了。

大家还可以看到。我选的是软包电池包。不是那种硬壳电芯。

因为硬壳电芯的规格比较难找。恰好符合我要求的不多。而且我感觉硬壳电芯组装起来浪费的空间多。不过硬壳电池确实保护要好一点。

反正我还是用的是软包电池。

这几块电池长约208mm。宽度应该是85mm。厚度倒是没测量。应该是17mm的样子。至于电量就更不知道了。毕竟我是从电池堆里摸出来的东西。每块电芯个头倒是蛮大的。几乎要有一万毫安时的聚合物锂电池大。

磷酸铁锂电芯的标准电压是3.2V。堆到60V的电池一般是选20个同规格的电芯串联在一起。看上图里。我取出来的电芯。有的是已经焊接好了的。那是两个24V的模块。我给每个模块再串2块电池进去后再串联在一起。就是60V了。

然后。这些电芯还得先检查一下它们的具体电压和内阻方面的信息。这个就需要通过专门的设备来检查了。比如这种内阻测试仪。

上面是电池内阻。不到5毫欧。下面是电压。空载的时候是3.299伏特。

每一块电芯都要测量。电芯之间的电压差别不要超过20mv。我这批电池。电压最高的是3.309伏特。最低的是3.293伏特。差别是16毫伏。绝大部分都是3.299伏特。

这个时候。电池就算挑选好了。

焊接和加装BMS

电芯都有两个耳朵。也就是正负极。这种软包电池的正负极一般没有标识。除了用万用表测。还可以用手去摸。

摸到有微微麻手的就是正极。否则就是负极。（划掉）

摸到软乎乎的。就是铜片做的正极。如果比较硬一点的。就是铝片做的负极。

然后。你找个大功率的烙铁过来焊接它们。软硬搭配。

这边有个概念。叫“转镍”。铜铝直接用锡焊接起来。容易发生电化学反应。时间长了会出问题比如焊点腐蚀。所以一般会把铝电极表面处理一下加一个“镍”层上去。避免了直接接触。

然后。你就可以焊了。

左边10串。右边10串。中间用一根粗导线把正负极再一串。一共20串锂电池电芯就准备好了。

上图。最左下角是负极。最右下角是正极。一共21个裸露的电极。这些电极。需要再焊接电池保护板的检测线上去（顶部红线连接的算一个电极）。

我买的保护板是嘉百达的20串铁锂保护板。30A规格的。

之前我们算过。这个电流配合60V电压。能实现1800瓦的超大输出功率。户外带设备才带得动。

看到图里面的那些线头了么？按照顺序。一根一根的焊接到刚才那块大电池的每一个电极上去。

然后。再检测一下。这边是工厂。所以有这种很方便的直接从插头这边检查每个线头之间电压的工具。家里做的话。只能用万用表耐心的一个一个慢慢戳了。

这个图里也能看到。最低电压是3.287。最高电压是3.307。刚好是20mV的差别。那到了这一步。这个电池就基本上差不多了。

接着。把保护板上的负极（下图里的黑线）拉出来。作为整个电池的负极。再把蓝线焊接到电池负极上。同时。电源正极那边。焊接一个红线出来当正极。这个电池就真额快完工了。

电池

这块电池。是软包的电芯组成的。所以做成电池装车前。还得弄个包装。保证防水和防穿刺。

我最终会考虑再找个金属盒子装着它们。不过想要拿回家先用起来。还是要有个外包装。

看。先用纤维胶带（抗撕扯性能较好）将电池固定住。因为后面要来回翻动电池。再给各个面摆上黄色的玻璃纤维板。如果需要。再用纤维胶带固定好。

给电源保护板的检测线那边的插头。涂上密封胶。防止以后脱落。然后。就可以套上超大的热缩膜了。套膜的时候注意。最好把纤维板的几个角都包一下。不然热缩过程中。纤维板会戳破热缩膜。

然后你用电吹风吹啊吹。吹完以后。把两端多余的热缩膜吹热吹软。再用电池把这一面压在下面等冷却。这活儿就真的快结束了。

测试及总结

这块电池。总总量只有12.4kg。体积相当于3块铅酸电池。厚度略厚。相比较于铅酸电池单块5公斤以上的重量。减重效果明显。推行和搬动都明显省力。

然后。我网上又购买了下图的这种接头焊上。就是上图右上角的那种插头。

有了这个插头。就能方便我替换各种模块。比如之前看的那个5V充电器。

还有220V的逆变器。直接输出交流市电。但是这个模块。我还没买。因为逆变器目前不太靠谱。功率虚标的较多。或者说。1500W它也不是达不到。就是发热比较厉害。我还在观望。不过建议大家购买的时候选择标记为“纯正弦波”的型号。不要方波或者三角波模拟交流电的。非纯正弦波的产品带加热器没啥问题。但是带电机的话。会有噪音。而且可能会加速电器的损坏。

这些个模块。我准备接下来根据需要慢慢添置。这两天电池扛回家了。很开心。

这块电池除了电池保护板一百出头和接头10多块钱。别的都是从从厂里面找来的。所以这么看来。找个厂去上班。似乎也蛮好的。