改裝電動自行車電池 (鉛酸電池→磷酸鋰鐡電池)

去年九月間買了台非常廉價的電動自行車,花了一萬多塊,如果扣除那個從去年申請、迄今仍未見到的環保署三千元補助款,那這台是略小於一萬塊的。只是看似環保的電動車,配置的卻是極不環保的鉛酸電池!而這電池,在車子未滿一歲就死了!電完全充不進去。這說來其實是讓人有點心冷的:一台要價萬把塊的電動車,電池居然才撐幾個月。


還沒一歲電池就死了的電動自行車


在大陸昆山大潤發看到的,速克達造型的電動自行車普遍多是兩千來塊錢人民幣,折合台幣約莫一萬塊;但這東西在台灣的價格是……

電池死了並不是什麼大不了的事,這台電動自行車是使用三顆 12V 8AH 鉛酸電池串聯而成的 36V 8AH 電池,在電池行或拍賣上買三顆同規格的電池回來換,約莫兩千塊可以搞定。只是… 換新電池後可以撐多久呢?這台才買不到一年,電池就已經全壞了!而且就說明書上是說充飽後可行駛 40 公里,但別說 40 公里了,連一半的 20 公里也沒有,甚至連 10公里都未曾出現過!5公里?沒印象… 換新電池後真的就可以跑 40 公里嗎?會不會一樣不到一年就又死了?


三顆不環保只保固半年的鉛酸電池,總重 8.2公斤

上網研究了下,電池的兩大致命傷--過充和過放,這輛車搭的是廉價的充電器,過充是有可能發生的。在台灣大部份的鉛酸電池充電器都是恆壓/恆流/浮充的三段式充電器或更簡單的充電器,多半不防過充;比較先進的脈衝式充電器並不多見且要價不菲,在拍賣網站上看到的脈衝式充電器,價格全都在兩千塊新台幣以上!偏偏這種脈衝式充電器在大陸卻普遍在一百多塊人民幣而已,且台灣拍賣網站上看到有些分明就是對岸在淘寶上販售的的東西,進到台灣,就多了好幾倍價!話說回來,如果想延長電池的壽命,勢必要換成脈充式充電器才行,透過換脈衝式充電器可以解決過充的問題;但不曉得這輛車的電路上是不是有防止過放保護?如果沒有,那只保護了一半,花了四五千塊換的新電池和脈衝式充電器還是有機會因為過放電而提早夭折。而四五千塊已經夠買重量輕很多,體積小很多的鋰電、鋰離子電池、甚至是更先進的磷酸鋰鐵電池了!所以有了乾脆改裝電池模組的想法。


非常簡單的充電器

鉛酸電池除了高污染、體積大、重量重、更致命的是能量效率差,能量效率只有60%,這台電動自行車約30公斤,其中電池組就佔了8.8公斤;如果換成現在很夯的磷酸鋰鐵電池,不僅體積變小,重量變輕,且能量效率高達95%,改換同樣容量的磷酸鋰鐵電池,行駛距離可以多出60%!而鋰鐵可而充2000次以上、壽命達五年,遠大於鉛酸的可充500次、壽命兩年,這麼吸引人的條件,當然值得改裝囉!更多電池的比較可以參考這裡


重達8.8公斤的電池組

不論換成鋰電池或磷酸鋰鐵電池,都需要電池保護板去做過充、過放和均衡充電的保護,電池保護板在拍賣網站上可以買得到;淘寶上也可以看到外型規格完全相同,但價格卻不到一半的產品。以這回要用到的 12串鋰鐵電池保護板來說,露天拍賣上約莫 1100台幣可以買得到,同樣的東西,這回出差從大陸帶回來,只要100塊人民幣。


大陸帶回來的電池保護板,價格低了一半

接著還要準備充電器,充電器的充電電流會影響到充電時間,這在大陸時沒特別去找適用於台灣110V規格的產品,所以只好在拍賣上找,最後選用的是 5A 的充電器,拿來充 8AH 的電池約要一個多小時,鋰鐵電池允許以1-2C充電,所以其實可以買更大電流的,但需配合電池組的容量大小,免得勢得其反,提早把電池給充壞了。只是充電器的價格會隨著輸出電流上昇而快速的成長,2A 的才七、八百塊,5A 要再多個一千塊,10A…… 再多個一倍價!算算還是安份點,拿時間換金錢。


5A 的充電器,其實也是大陸做的

充電器買回來後,為了要延續使用原先的充電器接頭,所以得改一下,把舊的插頭拆下來,銲在新的充電器上,不過這邊為了避免哪天被人不小心誤用了鉛酸充電器而造成電池損壞(例如出於善意的自行車店),所以 genie 也把接腳的位置做了調整,萬一插上舊的鉛酸電池充電器,也不會有事。


修改好的充電器

最後就是電池主體了,由於能量效率較高,如果要達到等同 8AH 鉛酸電池的效果只要 5AH 的磷酸鋰鐵電池就夠了,不過電池室那麼大,忍不住想塞多一點,最後決定採用 18650大小、1100mAH 的電池採 12S8P 的組合來兜出 36V 8.8AH,約等同於鉛酸 36V 14AH 的容量。也許是大陸電動車發展較進步,電池這東西也是大陸買便宜,但一來不確定航空法規能不能帶那麼多顆電池(12S8P 等於是 96 顆的電池)回來,再者電池需要做些許加工打鎳片做串聯、並聯的,且需要專業的內阻儀去篩揀電池做最佳的組合,在大陸時不確定電池室規格,不能在大陸就打好帶回來,所以回來後才在台灣訂做。


需要特別訂製的電池組(相片由電池賣家 Andy Lu 提供)

18650電池的直徑為18mm,長度65mm,比一般常見的AA電池大了些,其實 genie 覺得改裝最困難的工作,是在計算電池在電池室裡到底要怎擺放才能塞入最多的電池?這可以殺死許多腦細胞的。鋰鐵電池一顆容量約 1100mAH,需要多顆並聯來提高蓄電量,像這回 genie 採用的是八顆並聯成一串,讓蓄電量達到 8800mAH;而一顆電池的電壓約 3.3V,需要12顆串聯後電壓才達到 39.6V,所以需要剛八顆並聯的電池12串,總共96顆。但 genie 本來的想法是每10顆並聯,每四串組成一大顆電池,這樣做出來的電池比原來的鉛酸電池略小一點點點點,三大顆塞進去,可以最充份利用電池室空間,只是若塞 12S10P 整整120顆的 18650 鋰鐵電池,光電池的要價就跟整台電動自行車相當了!且 120 顆的電池蓄電量,已經是原來鉛酸電池的二倍有餘,genie 還沒打算騎腳踏車上下班,應該可以不用那麼大的蓄電量,所以錢還是省點花吧。



18650電池和 AA 電池相較,不過相片中的是鋰電池;不是鋰鐵電池。

決定好電池怎擺置後,接下來就是跟電池賣家溝通,看是用鋰電還是鋰鐵電池?用哪家的電池芯?要幾串聯幾並聯怎排列?要不要代打鎳片?電源輸出線與分壓線又該如何拉?要不要熱收縮膜之類的細節。電池芯的選擇很多,有大陸製的、有台製的,還有美製著名的a123廠牌,這之間的價差很大,怎取捨…… 可以跟賣家討論看看適合自己的組合。鎳片指的是多顆電池串、並聯時,透過鎳金屬薄片去連接每一顆電池,當然,不用鎳片的話,也可以自己拿銲錫和電線慢慢銲,只是近百顆的電池…… 銲完應該也瘋了吧!算我懶,用機器打鎳片的看起來漂亮許多。分壓線是指在並聯的每串電池正極拉出來接到保護板上的線,用來偵測每一組電池的電壓,如果使用電池保護板,那得記得拉分壓線。輸出線當然就是最後完成的電池組正、負極的那條線。而這麼多顆電池外層多上個熱收縮膜,可以協助各電池芯間的固定、避免極性外露和看起來漂亮一點。在這之前,得記得先查好自行車馬達的功率,這會關係到電池的放電能力、鎳片的負載和必須採用的電源輸出線粗細。以這次改裝的車配置 36V 250W 馬達來說,最大輸出電流會落在 7A 上下,當採用 12S8P 電池組時,最大放電落在 0.8C 左右,不會讓電池超載。


打上鎳片、漂亮整齊排列的電池(相片由電池賣家 Andy Lu 提供)

在拍賣上有許多鋰鐵電池賣家,有些是很熱心於解答各種疑問的,製作之前不妨發發 email 和賣家討論,聽取他們的經驗和建議。之後就是詢價、下訂而後等著收代工完成的電池,好進行最後的組裝了。


收到電池囉


新電池和舊電池尺寸比較,體積為鉛酸的 80%,若是改成 10P(加上藍色那排電池) 就變成跟鉛酸一樣大


三顆總重 3.9公斤,是鉛酸 8.2公斤的 47.5%,不到一半的重量,容量卻比原來還多 92%

組裝也是件簡單但很累人的工作,首先把舊的鉛酸電池拆下來,連同已經把接頭拆下來的充電器拿個袋子裝起來,等環保局清潔隊回收車來時當回收物處理,可千萬別把這高污染物品當垃圾丟了!接著擺好各電池和電池保護板的位置並固定,然後就開始配線了。電池保護板上通常會告知從電池負極開始,逐串把分壓線依次接上,別弄錯順序。電池接好後,接著還有充電線、負載端的輸出線。原先的充電孔輸入端還串了顆二極體來避免極性弄錯,這邊 genie 也拿掉了,整個電路還滿簡單的。


讓人配到瘋掉的線

最後就是封上盒子、鎖回車上、接上充電器、插電,等著把電池充飽、收工囉!


組好的新電池,連電池盒重 4.6 公斤,是原先 8.8公斤的 52%,輕了 4.2 公斤


組好,充電囉!

※政府對電動腳踏車是有規範的,不管是總重量必須小於40公斤、還是最高速限必須低於25公里…… 審驗合格會有閃電符號的認證貼紙,才能合法上路;不是隨便普通自行車裝了改裝套件就可以了的,不合法是會被罰的。電動腳踏車在交通法規中歸類於慢車,是有交通規則要遵守,不然也是要罰錢的,更多資訊請見台灣電能車輛發展協會頁面。


有合格貼紙才能合法上路

※後記:換好電池好些天了,實際上騎起來,首先,當然行車距離變長了,隨便騎個六公里十公里的,電壓都維持在39.6V,還沒能挑戰看看最遠能跑多遠?是不是夠上班來回的 33 公里就是。接著是爬坡力變好了,也許是放電電流較大,騎回家門口的小爬坡在使用鉛酸電池時,爬坡力明顯不足,且大燈會變暗;換鋰鐵電池後,可以爬較高,大燈也維持固定亮度。拿來騎萬壽路的話,原先連200公尺的政大國關中心都爬不到;現在完全不踩就可以直接爬到政大一街口,只是這中間有一度速度會掉到比步行還慢就是。


爬坡力比較

 

 

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18 則回應給 改裝電動自行車電池 (鉛酸電池→磷酸鋰鐡電池)

  1. Tony 說道:

    你有再幫人改電池嗎?

    我買沒有一年的電池也不能用了

  2. 活蹦亂跳的小精靈 說道:

      對不起,我不以此為業耶,我很樂於回答您任何問題,但恕無暇幫您改。在拍賣上您可以查到幾個寄電池盒去就幫您改到好的店家,雖然收費比自己動手高了許多,卻也不啻是個選擇。

  3. Tony 說道:

    對阿!有問到一 萬多的!

    真的很貴!

    你有認識比較便宜的地方嗎?

  4. 活蹦亂跳的小精靈 說道:

      一開始看了幾個代工的網站,但看到報價和製作出來的品質似乎不太成比例,居然還有用瓦楞紙板包覆電池的!加上未標示使用的電池芯廠牌型號資訊(這價差可大的了),就決定改跟賣電池的商家訂電池自己來了。

      有的賣家很熱心,像提供我電池相片的賣家就是,寫信給他們詢問問題,他們很快就回覆,來來回回我也問了好多現在都覺得自己問得好蠢的問題,像是不是只要加了保護板?要幾顆串聯之類的。

      所以抱歉我沒能提供您哪家改裝代工較便宜的資訊,不過如果您會用烙鐵焊線的話(其實也只有拉到保護板那幾條線,不會太多),自己來就行了。我覺得整個過程真正難的是去算到底怎樣可以塞進最多顆電池(別忘了還要留保護板的空間哦),其他都是很簡單的。

  5. Jack 說道:

    請問一下,你的腳踏車馬達是36V 250W,可是電池有達到39.6V 348W,這樣馬達不會有事嗎? 最近也在看電動腳踏車的東西,覺得最麻煩的是電池! 參考一下你的網站覺得DIY也是可行的^^

  6. 活蹦亂跳的小精靈 說道:

    1. 電壓的話波動還算很小,原先的鉛酸單顆充飽會 14V,三顆就 42V 了,這邊才 39.6V
    2. 電流的話在電池保護板中就已經做了第一重限制,後面還有一個馬達控制器,那個控制器也會再做一次把關。 

  7. Jack 說道:

    謝謝版主回應! 如果說我用3個12V 8ah的鉛酸電池也是可以用在36V 250W 馬達上了?

    原本也想跟版主一樣用18650做我得動力來源,但我在美國,那個過充保護的電路板在這不便宜也不好買。

    而且ebay上的便宜的18650電池大多是3.7V 3ah,所以感覺也不好配! 所以還是先用看看鉛酸電池~

    目前是在網路上做功課,無意間看到版主的文章所以想問問看電池的事

    謝謝分享喔!

  8. 活蹦亂跳的小精靈 說道:

      3.7V 是鋰電池或鋰離子電池,一般會用三串 11.1V 去兜,只是鋰電池的穩定性差鋰鐵電池一些,不過在市售商品上還是看得到鋰電池的版本。

      鉛酸電池當然也能用,但請找深循環的電池,以免壽命快速縮短,另得考慮放電電流達 7A,電池容量最好大於7Ah。

  9. Jack 說道:

    沒提到深循環這幾個字我還沒注意到,這邊網路可以買到的應該是Yuasa NP7-12這顆,但是他很像是”深放電”但不是”多循環”電池,不知道可以撐多久就是了!

    Item picture

    Yuasa NP7-12FR

  10. Ted 說道:

    HI~版主您好,新手上路,您的文章真的對我幫助很大,很感謝您。想問您,我電動車24V,250W,我想配NCR18650B 3400mah,可充到4.35V 3980mah,一般4.15V 3336mah,口袋不深,想配7*2一組,保護板要如何選擇呢?充電器要如何選擇呢?請問充放電是不是不同接頭呢? 感謝您

  11. Ted 說道:

    HI~版主您好,感謝您的建議,看來我只能配7P3S,想請教您當初是用哪一種電池?台灣是請哪個賣家打鎳片的?鋰電池保護板是跟掏寶哪個賣家買的?充電器要買脈衝的嗎?1C大概是幾A呢?承蒙您的幫助,真的非常感激

  12. 活蹦亂跳的小精靈 說道:

      文中提到我用的是磷酸鋰鐡電池,跟您所要採用的鋰電池是不同類型電池,我使用的電池廠牌型號、充電器種類和保護板種類對您應該不俱參考意羲。

      至於電池賣家是 http://mybid.ruten.com.tw/credit/rule_p?bearbaby_lu 。

      1C 取決於您所使用的電池組合,以 7S2P 來説,會成為 25.9V/6.8Ah 的電池,那 1C 是 6.8A;如果增加到 7S3P 會變 25.9V/10.2Ah 的電池,那 1C 會是 10.2A。

  13. 活蹦亂跳的小精靈 說道:

      24V/250W,最大放電電流會落在 9.65A 以上 (250/3.7/7),已接近 2C,依 Panasonic 建議鋰電池放電要落在 1C 以下,您只用兩串會超出建議值,或許您得考慮加多串一點。

      鋰電池保護板請儘量找俱「均充」功能的(電池訂做時請記得拉分壓線),又因為放電電流大,挑選保護板時務必確認保護板能承受 250W 的放電。至於充放電是不是同一接頭,這和保護板有關,兩種都有人賣。

      充電器的話,找一般 CC/CV 俱自動停止功能的充電器,且務必確認是鋰電池7串用的,並請留意充電器的輸出電流是多少?一般鋰電池充電電流要求 0.5C,以你規劃的 7S2P 來說,充電電流不能超過 3.4A。

  14. shongwau 說道:

    你好,我的自行車有同樣的困擾,所以要改為鋰電,請問使用保護板充電時,是8個一同並聯充電嗎?還有你是住在台北嗎?有機會一同研究一下

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