在過去的幾年中，太陽(yáng)能電池板的成本正在急劇下降，但離網(wǎng)太陽(yáng)能系統(tǒng)的總體成本仍然很高。與太陽(yáng)能模塊（25 年以上）相比，傳統(tǒng)使用的鉛酸電池的成本及其有限的使用壽命增加了整個(gè)系統(tǒng)的總成本。因此，如果您計(jì)劃為您的家庭或辦公室安裝新的太陽(yáng)能電池板，為您的系統(tǒng)選擇合適的電池非常重要。您需要容量更大、功率潛力更大、使用壽命更長(zhǎng)、可持續(xù)、安全且符合您需求的電池解決方案。

鋰離子電池已成為太陽(yáng)能系統(tǒng)儲(chǔ)能的首選，但隨著技術(shù)的進(jìn)步，儲(chǔ)能解決方案競(jìng)賽中出現(xiàn)了新的贏家：磷酸鐵鋰電池 (LiFePO4)。與傳統(tǒng)鉛酸電池相比，LiFePo4 電池有許多優(yōu)點(diǎn)，將在下一步中詳細(xì)介紹。

在此 Instructable 中，我將向您展示如何為離網(wǎng)太陽(yáng)能系統(tǒng)、太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)、電動(dòng)汽車、電力墻等應(yīng)用制作 LiFePO4 電池組。基本原理非常簡(jiǎn)單：只需組合 LiFePo4 電池的數(shù)量串聯(lián)和并聯(lián)以制造更大的電池組，最后通過添加 BMS 來確保安全。LiFePo4 電池有多種尺寸，但這里我使用的是 32650 型。

材料 ：

1. 磷酸鐵鋰電芯
2. 電芯采用32650型。
3. 鎳條
4. BMS
5. 電纜
6. PVC 熱縮包裝
7. 熱縮管
8. 大麥紙
9. 玻璃纖維膠帶
10. Kapton 膠帶
11. 雙面膠帶
12. XT60 連接器

使用的工具：
1. 點(diǎn)焊機(jī)
2. 點(diǎn)焊筆
3. 烙鐵
4. 線切割機(jī)
5. 剝線鉗
6. 熱風(fēng)機(jī)
7. 萬用表

第 1 步：鉛酸電池與 LiFeP04 電池

恒功率輸出：

磷酸鐵鋰電池和鉛酸電池的一個(gè)主要區(qū)別是磷酸鐵鋰電池的容量與放電率無關(guān)。它可以在整個(gè)放電周期中不斷地提供相同數(shù)量的功率。但是，對(duì)于鉛酸電池來說，額定容量會(huì)隨著放電倍率的增加而降低。

生命周期：

鋰電池的循環(huán)壽命也比鉛酸電池長(zhǎng)。LiFePO4 電池也可以使用很長(zhǎng)時(shí)間。優(yōu)質(zhì)電池的額定循環(huán)次數(shù)約為 3000 次，完全 100% 充電/放電循環(huán)。如果您每天都這樣做，那么您的騎行時(shí)間將超過 8 年！當(dāng)在低于 100% 的循環(huán)中使用時(shí)，它們的使用壽命甚至更長(zhǎng)，事實(shí)上，為了簡(jiǎn)單起見，您可以使用線性關(guān)系：50% 的放電循環(huán)意味著兩倍的循環(huán)，33% 的放電循環(huán)，您可以合理地期望三倍的循環(huán)。

充電時(shí)間：

在 LiFePo4 電池的情況下，充電速度是鉛酸電池的四倍。因此，充電時(shí)間更短，電池使用時(shí)間更長(zhǎng)。電池僅需 2-4 小時(shí)即可充電 100%。

高/低溫性能：

與鉛酸電池相比，它還具有出色的高溫性能。與鉛酸電池相比，鋰電池在高溫下的性能尤其出色。鋰電池在低溫下也具有更高的放電容量。

電池安裝：

LiFePo4 可以安裝在任何位置，因?yàn)樗鼈儧]有任何泄漏的可能性。而鉛酸電池漏液的幾率很高。

重量：

LiFePO4 電池的重量還不到類似容量鉛酸電池的 1/2

第二步：串并聯(lián)

電池可以串聯(lián)和/或并聯(lián)使用，以獲得更高的工作電壓和/或容量，從而達(dá)到特定應(yīng)用的預(yù)期要求。

串聯(lián)：

串聯(lián)連接的電池增加了兩個(gè)電池的電壓，但它保持相同的額定安培數(shù)（也稱為安培小時(shí)）。

示例：串聯(lián)連接兩個(gè) 3.2V / 6000mAh 電池將產(chǎn)生 6.4V，但總?cè)萘勘３植蛔儯?000mAh）。

并聯(lián)：

并聯(lián)連接會(huì)增加您的額定電流（安培小時(shí)），但電壓將保持不變。最終您將制造出具有更高容量的單個(gè)電池。

示例：將兩個(gè) 3.2V / 6000mAh 電池并聯(lián)將產(chǎn)生 3.2V，但總?cè)萘繉⒃黾拥?12000mAh。

第 3 步：估計(jì)所需的電池?cái)?shù)量

制作電池組，首先要確定電池組的標(biāo)稱電壓和容量。要么以伏特、毫安時(shí)/安時(shí)或瓦時(shí)為單位。您必須將電池并聯(lián)以達(dá)到所需容量 (mAh)，并將此類并聯(lián)組串聯(lián)以達(dá)到標(biāo)稱電壓 (Volt)。

對(duì)于這個(gè)項(xiàng)目，要求是：12.8 V 和 42Ah 電池組

使用的 32650 電池規(guī)格：3.2V 和 6000 mAh

容量（mAh）：
電池組所需容量=42AH或42000mAh。

每個(gè)電池的容量 = 6000 mAh

并聯(lián)所需的電池?cái)?shù)量 = 42000 / 6000 = 7 nos

通常并聯(lián)的電芯縮寫為“P”，因此這種電池組將被稱為“7P 電池組”。當(dāng) 7 個(gè)電芯并聯(lián)時(shí)，最終您制成了具有更高容量的單個(gè)電芯（即 3.2V，42000 mAh )

Voltage(Volt) ：
電池組所需的標(biāo)稱電壓為12.8V。

每節(jié)電池的標(biāo)稱電壓 = 3.2 V

串聯(lián)連接所需的電池?cái)?shù)量 = 12.8 /3.2 = 4nos

串聯(lián)的電池通?？s寫為“S”，因此這種電池組被稱為“4S 電池組”。

所以我們必須將4個(gè)并聯(lián)組（每組7個(gè)電芯）串聯(lián)起來制成電池組。

最終的電池組配置被指定為“4S7P 電池組”，最終規(guī)格為 12.8V，42AH。

第 4 步：分離細(xì)胞

在并聯(lián)電池之前，首先檢查各個(gè)電池的電壓。重要的是要使用相同電壓的相同型號(hào)的電池，切勿混用不同年齡的電池。為了并聯(lián)電池，每個(gè)電池的電壓應(yīng)彼此接近，否則，大量電流將從電壓較高的電池流向電壓較低的電池。這會(huì)損壞電池，甚至在極少數(shù)情況下會(huì)導(dǎo)致火災(zāi)。

如果你用的是全新的電芯，電芯電壓在3.1V到3.2V附近，你可以放心的把它們拼接起來。但是，如果電池電壓不同，則必須使用優(yōu)質(zhì)的電池充電器將電池充電至相同的電壓水平。

如果需要更精確的隔離，則檢查每個(gè)電池的內(nèi)阻。具有相同內(nèi)阻的電池可用于制作電池組。您需要一個(gè)測(cè)試設(shè)備或充電器來檢查單個(gè)電池的內(nèi)阻。

注意：與鏈類比中的薄弱環(huán)節(jié)不同，弱電池會(huì)對(duì)電池中的其他健康電池造成壓力。多包電池必須匹配，尤其是在暴露于高充電和放電電流時(shí)。

串聯(lián)電池中較弱的電池會(huì)導(dǎo)致不平衡。這在串聯(lián)配置中尤為重要，因?yàn)殡姵氐膹?qiáng)度取決于最弱的電池（類似于鏈中的薄弱環(huán)節(jié)）。弱電池可能不會(huì)立即失效，但在放電時(shí)可能比強(qiáng)電池消耗得更快。充電時(shí)，弱電池可能會(huì)先于健康電池充滿并過度充電。

第 5 步：選擇合適的電池條

要制作電池組，您必須通過鎳帶或粗線將 LiFePo4 電池連接在一起。通常，鎳帶被廣泛用于此。市場(chǎng)上一般有兩種鎳帶：鍍鎳鋼帶和純鎳帶。我會(huì)建議購(gòu)買純鎳。它比鍍鎳鋼貴一點(diǎn)，但電阻低得多。低電阻意味著在充電和放電過程中產(chǎn)生的熱量更少，從而延長(zhǎng)電池的使用壽命。

鎳帶具有不同的尺寸和長(zhǎng)度。根據(jù)當(dāng)前額定值選擇條帶。

第 6 步：準(zhǔn)備電池座

您可以使用熱膠或塑料 32650 電池座將電池組裝成電池組。我使用塑料 32650 電池座/墊片來組裝 28 個(gè)電池。使用這些電池座的主要優(yōu)點(diǎn)是

1.您可以根據(jù)您的要求定制任何尺寸的包裝。這就像解決一個(gè)難題。

2.它在電池之間提供空間，讓新鮮空氣通過，電池容易冷卻。

3.它使您的電池組堅(jiān)固可靠。

4.它為您的電池組提供安全性和抗振性。

首先，將電池座排列成 4 行 7 列。我們必須制作 2 個(gè)這樣的矩形支架，一個(gè)用于底部，另一個(gè)用于頂層。

第 7 步：組裝 32650 電池

從上一步可以看出，我們的電池組是由4個(gè)并聯(lián)組（4 x 3.2V = 12.8V）串聯(lián)而成，每個(gè)并聯(lián)組有7個(gè)電芯（6000 mAh x 7 = 42000 mAh）。現(xiàn)在我們必須將 28 節(jié)電池正確排列在電池座中，以便在它們之間進(jìn)行電氣連接。

將第一組并聯(lián)電池（7 節(jié)）放入塑料支架中，正極朝上，然后將第二組并聯(lián)電池負(fù)極朝上，然后是第三組并聯(lián)電池，正極朝上，最后是最后一組并聯(lián)電池消極的一面。為了更好的理解，大家可以看上圖。

排列好所有電芯后，放置頂部電池座并稍微對(duì)齊電池以使其完美貼合。現(xiàn)在我們可以在 28 個(gè)電池之間進(jìn)行電氣連接。

第 8 步：點(diǎn)焊與焊接

您有兩個(gè)選項(xiàng)可以將 18650 電池連接在一起：1. 焊接 2. 點(diǎn)焊

最好的選擇始終是點(diǎn)焊，但點(diǎn)焊機(jī)比優(yōu)質(zhì)烙鐵貴得多。

焊接：
您應(yīng)該知道為什么點(diǎn)焊優(yōu)于焊接，焊接的問題是您向電池施加大量熱量并且不會(huì)很快消散。這會(huì)增強(qiáng)電池中的化學(xué)反應(yīng)，從而損害電池的性能。最終你會(huì)失去一些細(xì)胞的容量和壽命。

但是如果您沒有興趣購(gòu)買昂貴的點(diǎn)焊機(jī)，您可以按照一些預(yù)防措施和技巧將鎳片焊接到電池上：

1. 為盡量減少烙鐵在電池上的接觸時(shí)間，確保表面充分磨損，并使用大量助焊劑以實(shí)現(xiàn)快速焊料流動(dòng)。
2. 最好使用質(zhì)量好的高瓦數(shù)（最小 80W）熨斗，熱容量好，這樣它可以快速將熱量傳遞到接頭處，這樣您就不必長(zhǎng)時(shí)間將熨斗放在電池上讓熱量散發(fā)滲入其中，造成電池?fù)p壞。

點(diǎn)焊：
我們點(diǎn)焊的原因是它可以牢固地將電池連接在一起，而不會(huì)給它們?cè)黾犹酂崃俊?/font>目前市場(chǎng)上有兩種等級(jí)的點(diǎn)焊機(jī)：業(yè)余級(jí)和專業(yè)級(jí)。一個(gè)像樣的業(yè)余級(jí)點(diǎn)焊機(jī)成本大約為 200 到 300 美元，而一個(gè)好的專業(yè)級(jí)點(diǎn)焊機(jī)的價(jià)格可能是其十倍左右。

所以我建議從 Banggood、Aliexpress 或 eBay 等任何在線商店購(gòu)買業(yè)余級(jí)點(diǎn)焊機(jī)。我使用的是 Banggood 的 SUNKKO 709A 1.9kw 點(diǎn)焊機(jī)。

第 9 步：點(diǎn)焊鎳帶

現(xiàn)在是時(shí)候了解使用點(diǎn)焊機(jī)的過程了（我說的是我在這個(gè)項(xiàng)目中使用過的點(diǎn)焊機(jī)）。點(diǎn)焊機(jī)有固定焊頭、帶腳踏開關(guān)的固定焊頭、帶腳踏開關(guān)的移動(dòng)點(diǎn)焊筆三種焊接選擇。我更喜歡使用第二個(gè)選項(xiàng)。焊接前，您必須準(zhǔn)備好鎳帶和焊機(jī)。

焊接成功：
您可以通過拉動(dòng)鎳帶來檢查焊接質(zhì)量。如果它不會(huì)因手壓而脫落或需要很大的力量，那么它就是一個(gè)很好的焊接點(diǎn)。如果你可以輕松地將它剝離，那么你必須增加電流。

安全：在開始點(diǎn)焊之前，始終佩戴護(hù)目鏡。

第 10 步：添加 BMS

電池管理系統(tǒng)（BMS）是管理鋰電池組的電子系統(tǒng)，主要功能有：

1.監(jiān)控電池組內(nèi)所有并聯(lián)組，充滿電后斷開輸入電源

2.平均平衡所有電池電壓

3.不允許電池過度放電。

BMS負(fù)責(zé)保護(hù)電池；它會(huì)在電池放電或可能會(huì)過度充電時(shí)斷開電池連接。BMS 還負(fù)責(zé)限制充電和放電電流，監(jiān)控電池溫度（并在需要時(shí)減少充電/放電），并且大多數(shù)電池會(huì)在每次充滿電后平衡電池

購(gòu)買 BMS 所需的兩個(gè)重要參數(shù)是：i) 串聯(lián)電池的數(shù)量——如 4S/6S/8S

ii). 最大放電電流——如20A /30A /50A

對(duì)于這個(gè)項(xiàng)目，我使用了 4S 和 50A BMS 板

按照上面顯示的接線圖連接 BMS。

第 11 步：布置電纜

平衡線和充放電線焊接好后，線材散落在電池組四周。所以，我們必須妥善安排這些雜亂的線纜。我用 Kapton 膠帶整理電纜。你可以看到上面的圖片。

第 12 步：絕緣頂部和底部

安裝 BMS 后，電池組在技術(shù)上就可以進(jìn)行維修了。但是在現(xiàn)實(shí)生活中，我們不能在裸露的情況下使用它，以免發(fā)生意外短路。電池組中的任何短路都可能導(dǎo)致著火和爆炸。

首先，在電池組的頂部和底部添加一層絕緣大麥紙。大麥紙是具有高電絕緣性能的純纖維素，這使得它們可以用于制造便攜式鋰離子電池組。

大麥紙有多種尺寸，因此您必須根據(jù)電池組尺寸訂購(gòu)合適的寬度和長(zhǎng)度。使用大麥紙非常簡(jiǎn)單，因?yàn)樗哂凶哉承?，因此您必須像使用貼紙一樣使用它。貼好薏米紙后，一定要保證沒有裸露的導(dǎo)電部分暴露在空氣中。

為了做出合適的磚塊形狀（避免任何不平整的表面），我在大麥紙上加了一層額外的絕緣層。我用紙質(zhì)購(gòu)物袋包裹電池組。

第 13 步：用熱縮管包裹

現(xiàn)在您可以將電池組放入 PVC 熱縮套管內(nèi)，并在電池組周圍施加熱空氣。幾分鐘后，您會(huì)注意到 PVC 包裹收縮形成一個(gè)堅(jiān)固的立方體，里面裝有電池組。

第 14 步：為電池組充電

磷酸鐵鋰電池分兩個(gè)階段充電：首先，電流保持恒定，或者使用太陽(yáng)能 PV，這通常意味著我們嘗試將盡可能多的電流輸送到電池中。在此期間電壓將緩慢上升，直到達(dá)到“吸收”電壓，即上圖中的 14.6V。一旦達(dá)到吸收，電池就充滿了大約 90%，并且在電流緩慢減小的同時(shí)，電壓保持恒定，以填充剩余的方式。一旦電流下降到電池 Ah 額定值的 5% 到 10% 左右，它就處于 100% 充電狀態(tài)。

典型的12.8V磷酸鐵鋰電池組可參考上述充電曲線。

請(qǐng)按照以下幾點(diǎn)設(shè)置您的充電控制器以給 LiFePO4 充電：

1.散裝/吸收電荷：

您可以將充電控制器的批量/吸收設(shè)置設(shè)置在 14.2 和 14.6 伏之間，這對(duì) LiFePO4 電池非常有用。

2.浮充：

對(duì)于鉛酸電池，浮充電是必需的，因?yàn)樗淖苑烹娐屎芨?，因此需要不斷滴入更多的電荷以保持它們始終處于充電狀態(tài)。但與此同時(shí)，LiFePO4 不需要浮充電，因此如果您的充電控制器無法禁用浮充電，只需將其設(shè)置為足夠低的電壓，不會(huì)發(fā)生實(shí)際充電。任何 13.6 伏或更低的電壓都可以完成這項(xiàng)工作。

3.均衡充電：

LiFePO4 電池不需要均衡充電。如果無法從充電控制器禁用均衡階段，請(qǐng)將其設(shè)置為 14.6V 或更低，這樣它就變成了一個(gè)常規(guī)的吸收充電周期。

溫度補(bǔ)償：

磷酸鐵鋰電池不需要溫度補(bǔ)償！所以，你必須從你的充電控制器上關(guān)閉它。

注意：如果您沒有足夠的電池充電經(jīng)驗(yàn)，我強(qiáng)烈建議您購(gòu)買具有為 LiFePO4 電池充電功能的優(yōu)質(zhì)充電控制器（EPEVER TRIROn 系列）。

如果您制作的電池組不是用于太陽(yáng)能應(yīng)用，那么請(qǐng)從全球速賣通或亞馬遜購(gòu)買優(yōu)質(zhì)充電器。充電器的額定值應(yīng)按照數(shù)據(jù)表中的電池充電-放電速率進(jìn)行。一般來說，0.5C或一半Ah容量的充電器對(duì)電池組充電是安全的。

示例：對(duì)于 42Ah 電池，充電電流為 21 安培。

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本文由日本NEC鋰電池中國(guó)營(yíng)銷中心于2023-05-14 11:59:57 整理發(fā)布。
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