关于电池的工作原理与故障成因。

睿普工业科技 · 发表于 2024-10-18 16:02:46

本帖最后由睿普工业科技于 2024-10-18 17:00 编辑

昨天看到有水友发电池被烧毁的吐槽，
希望他的人和发射器都没事。
刚好继上次mp9火控的故事之后，
http://app.sdgun.com.cn/mag/circle/v1/forum/threadWapPage?tid=2748731&themecolor=000000&circle_id=198

今天主要聊一聊我那坏掉的电芯。

今天定位是科普帖，那就先讲知识，
再讲故事。

咱们用的基本上都是锂聚合物电池，
循环寿命330次左右，正极材料为锂合金，
负极为高分子聚合物，中间使用隔膜隔开，
隔膜仅允许锂离子穿过，电子无法穿过。
当电池正负极加上负载，
锂离子从正极脱出，穿过隔膜嵌入负极，
同时电子将从负极通过外接导线流向正极，
形成电流驱动我们的电机工作。
这就是我们所用锂聚合物电池的基本原理。

聚合物电芯的标称电压是3.7V，
而咱们常用的7.4V电池或者11.1V电池，
其实是由多个电芯串联而成的。
在电池行业每一个串联电芯称为1S，
俗称的7.4V就是2S，11.1V是3S，
14.8V就是4S了，串联可以使电压升高，
这样做的好处很明显，单位电流的功率高了，
发射器的秒速自然就快了。

但是这是标称电压，满电亏电都不是这个数。
咱们常用电池静置满电电压是4.2V每S，
而放电截止电压是3V每S，
那么当多个电芯串联在一起的时候，
有趣的事情就发生了.......

如果你手里有一块3S电池，当前电压11.4V，
那么它是有三块3.8V的电芯组成的呢，
还是两块4.2V和一块3V组成的呢，
这就是我们所碰到的，电芯不平衡。

此时如果你继续使用电池，4.2V的电芯还好，
但3V的电芯就会很快到达截止电压，
截止电压虽说不再有效做功，
但是电芯在有负载下依旧会持续掉电压，
还记得我们刚才说的原理么？
“锂离子从正极脱出，穿过隔膜嵌入负极。”
过低的电压会导致过量的锂离子在负极堆积。
这会出现两个问题，
首先，短时间的大量堆积，
会导致锂离子在负极无法脱嵌，
表现为电芯电压很低，却充不上电。
其次，长时间的堆积，
会导致锂离子在负极材料表面结晶，
锂离子结晶如树枝一样，也被称为“锂枝晶”。
这些枝晶过度生长或碰撞挤压都会刺穿隔膜，
导致电池内正负极直接接触，
引发电池内短路，随机热失控引发爆燃。

那么是不是我们让电池充满电，就好了呢？
反之亦然啦，哪有在隔膜一侧堆积出事，
在另一侧堆积就不出事的道理。
而且因为满电正负极电压差更大，
一旦内短路，爆燃会更猛烈些。
只不过咱们的平衡充，
都不会给电池充入过高的电压，
这显著减少了锂离子在正极的堆积量，
延缓了“锂枝晶”的生长速度，
但是满电存放依旧会使正极逐渐结晶。

那么细心的小伙伴就会发现，
既然亏电会出问题，满电也出问题，
有没有一个平衡点让两边的锂离子一样多，
谁也不堆积呢？

有，就是我们买了电子产品回来，
一开机看到的55～60%电量，
及每电芯3.85V电压。

也就是说，咱们在发射器使用阶段，
有火控保护电芯不过放。
在不使用的时候，将过高的电芯放掉，
将过低的电芯充起来。
最终将每个电芯的电压都稳定到3.85V。
即可最大程度的，延长电池使用寿命，
降低热失控爆燃风险。

好啦～知识讲完了，下面就是纯故事咯，
鉴于以上的原因，
我又写了一张需求表交给公司技术。
得到的反馈是：咱们的火控，
可以提供2S，3S，4S电池的高频动态保护，
如果要搞充电器，
想对电池进行3.85V均衡养护也没问题。
但是这个屏幕UI、交互逻辑、电芯状态告知、
等等一系列和人打交道的内容，
你得给个设计框架才行，
不然不知道要走多少弯路。

他们说的没错，
人是这个世界上最复杂的存在，
所以要做一款：
美观，便携，简单，易用；
能安全高速均衡的给电池充电；
还能快速的平衡电芯差异，修复过放电芯；
能及时发现电芯故障，给出提醒与评估；
还要能在酣战之后，
将电池均衡养护到3.85V安全储存。

这一切，怎么可能那么容易呢，所以.......
做个原型测试一下吧，万一成了呢。

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