〘分享〙電瓶壽命檢知

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這個冬天不像冬天，時序入春了才冷吱吱的！天冷電瓶效能降低，這幾天履見社區有車刁在車庫發不動(NOTE: 概略上當氣溫80℉時電瓶放電效能為100%, 32℉時約65%, 0℉時約40%)
+ W1 @) g" O2 q7 I想起七八年前，眼未花手未抖時曾糊了個勞作，當年分享在車友論壇也自用。至今，它仍忠實的預警電瓶效能，讓獨自常跑荒郊野的我們，未曾再遇沒電刁車的囧況。挖出舊文.....也分享給有需要的芳鄰！
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" \. \. R2 }+ E4 {3 ~! J# H=====以下為當年舊文複貼=====

理想電壓源,其內阻趨近於0;隨負載可依歐姆定律:電位不變下;供給無窮的電流.
0 R/ Z2 u# ^1 k) G2 P但,現實中卻不然,實務上使用的各類電壓源都是有限的,當超過其供給電流額限時,即拉低了電源電位;以平衡歐姆定律,此即負載效應(Loading Effect) 。
汽車內之電瓶亦然,縱使電解液比重正常、空載時電壓正常,但隨使用的長久;其極板間硫化程度;而使內阻漸升;換言之即儲放電效能衰退,而終致無法供給起動馬達足額的龐大電流,而告壽終!

傳統的電瓶效能(放電)測試,即是一咖大鐵箱(下圖左),內置有高功率的大負載,藉待測電瓶對負載放電時量測其電位降,以判斷其放電實力亦謂之效能！這種測試儀器缺點是笨拙,且因屬耗能測試,故時間不可過長(測試電流很大). 但不失是個簡單又可靠的方法!目前新穎的專業電瓶測試儀(下圖右),LCD液晶面板顯示:壽命、CCA、內阻…..看似好神, 實則它只是量測電瓶的內阻,得知內阻後,再藉由使用者輸入的電瓶規格,”推論”出CCA、壽命等數據!但這類儀器並非以開爾文四線連接，故內阻量測也不是非常準，且其它輸據又屬推論值，故參考就好，勿盡信之。
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前陣子看到阿本仔這產品的動畫,覺的這點子真不錯!
" g5 r& s/ I3 d2 E藉啟動時，判讀起動馬達負荷下(如同電瓶放電測試機內負載)的電瓶電位降,來評估電瓶的壽命!這不就如同傳統的電瓶測試機一樣. 簡單卻又不失可靠!
8 G5 ]& M! H4 @/ a雖然,電瓶有大有小,車款也百百種,但每顆電瓶的主要天命不就是侍奉自身車上啟動馬達的嗎!所以,這樣的評判條件,極具實用性.也適用於各大小不一的車款，而啟動時的耗能，又是必要之惡，藉此時機來判讀電瓶放電實力，真是巧思。
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上面日文聽瞴??!!、看瞴??!!…….me too, 但單看圖也大致能意會其訴求的重點了.
* Q. `6 v1 Z; y* {( g抉取其要義,以下二圖說明之 (該圖轉載自南台科大)

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上圖是電瓶上電壓,下圖是電瓶之輸出電流
標示1.處為啟動瞬間,因馬達處於靜止狀態.此時暫態電流最大;故電瓶電位被拉到最低!
標示2.處為馬達開始轉動且有了慣性;電流為馬達常態工作電流,但電流頗高,還是對電瓶產生電位降!
標示3.處為順利啟動後;此時電流為負值(發電機流入電瓶),因為發電機開始作動(電位高於電瓶),除了供給車上必要電力外,且對電瓶充電!
從這2張電流、電壓圖,我們也可算出這枚電瓶內阻=(12.4-10.4)/408=4.9mΩ


盡信書,不如無書!!
書上寫的,產品說的,老輸講的…..往往為了僝述理念,而將之理想化、簡易化、或極端化….
% ?5 M8 U; J  r  ~1 r為取得確切的數據,眼見為憑.還是得要實況操作一下…..
' \  q# t: ~! ~) [% Z/ M從垃圾堆翻出台可裝電池,又有簡易儲存功能的示波器,便於擺置在車上
克難的開工胡搞了…
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車體：2001年GV2.0 4X4(未更換過啟動馬達)
電瓶：GS 全密封式75D23(新品,距量測時使用未滿一個月)
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標示A段: 電瓶在微負載下的輸出電位12.4V(KEY已在ON位置;故汽油幫浦等電器已作動,但對電瓶不是很大的負荷)
% D- A( s' C: l2 l/ v標示B點: 啟動的瞬間,馬達尚處靜置狀態;最大靜摩擦;此時暫態的耗電最劇,故電瓶電位被狂拉到9.2V
$ _! w9 t' U6 l2 g; i( R標示C段: 當馬達開始轉動;耗電流由最大的剛起動暫態直慢慢減低至正常運轉的常態值,電瓶電位也因負荷的減緩而斜斜的上昇中
8 l  ~4 z' j: g- z) g# C標示D段: 當馬達正常且等速的運轉下,其常態的耗電流驅於恆定,這時對電瓶的負荷將電瓶電位拉到11.2V
: d/ V- K7 E& C) F6 y& ^& y標示E段: 順利啟動引擎後,發電機也隨之作動.此時發電機的產生電位13.6V高於電瓶,車上電系由發電機供電外,電瓶也是發電機的負載之一(充電中)
由時間軸來看,啟動至引擎運作約耗時1sec

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# h3 P9 ~9 f; X' c- a+ e有新品電瓶的啓動狀態,也要有老舊電瓶來對照一下
車體：同上。
電瓶：不知品牌密封式46B24(二手,但接手後已被我用了4年以上;於露營時使用)

  v3 b) e6 S4 {/ H標示A段: 電瓶在微負載下的輸出電位12V(KEY已在ON位置;故汽油幫浦等電器已作動,但對電瓶不是很大的負荷)
" {! }7 t+ T' H6 S標示B點: 啟動的瞬間,很離譜的被拉至4V,已遠低於CCA測試規範中的最低7.2V
(NOTE: CCA為電瓶在氣溫0℉時;放電30sec,電位尚在7.2V時的最大電流)
標示C段: 很神奇的這頻死的電瓶竟也使馬達開始轉動;由這段上升的電位波形中,可知道它努力的喘了幾下,如果天冷,電瓶效率較差時;可能就沒這麼幸運了
標示D段: 當馬達正常且等速的運轉下,其常態的耗電流驅於恆定,這時馬達對電瓶的負荷下將電瓶電位拉到8V
# b- P" Y8 P' [& U標示E段: 順利啟動引擎後,發電機也隨之作動.此時發電機的產生電位14V
8 D3 u4 T3 Q" [/ h1 _; @對照於新電瓶的13.6V有可能是引擎轉速、發電機效率…..但也有可能是因;此枚電瓶內阻較高;發電機的負荷較輕;故發電機電位得以升高些,所以行駛中車上電壓都正常的高,有時不見得是好事;而是警訊!
由時間軸來看,約耗時1.4X sec這枚瀕死的電瓶還是幸運的把車發動了

上述阿本仔P牌產品點子雖不錯,但產品規劃卻不合我的菜!(也無處可購得)
退休烙鐵匠只好自個兒糊ㄧ個玩玩,有了上述的親測數據,對於要怎麼搞就大概有了譜.
下圖,即是打算要糊出來的模樣、機能………
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# X; m2 K& M$ |( ~0 W7 `" u& g3 M分成二個機能區塊顯示:
" m! `/ h( u7 e" Z' ^. x1 \  d: L4 f下層4節方型LED，顯示啟動瞬間，電瓶對起動馬達供電時的電位降，即表達電瓶的放電能力，亦可延訴為效能。每當啟動時,即作偵測與顯示,並將燈號LATCH顯示約15秒(每次啟動即更新判讀當下電瓶狀態;故無須亮着長顯)
: O2 c! {2 G- G' j上層6枚圓點LED，則常態顯示系統電力。未發動前為電瓶電壓，故電壓較低，在中線以左。啟動後，發電機作動，電壓較高，在中線以右。此燈號亦可顯示電瓶與發電機之狀況。
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4 q5 ~( \& k! C% ?, s, J! ]- [. J' i立論條件及功能設定既訂,剩下的就是把它糊出來.
撇開商業思維，電路～對退休的烙鐵匠是興趣也是種藝術，雖然可找顆俱A/D C的uP寫出來，但我的要求是…..極易至簡!每一顆零件不在於它的成本價值,而是它有否存在的必要
就這樣,少喝二罐台啤的費用,糊出這玩意兒！電路就不多做累述，看的懂的自行演析，看不懂的就照著糊吧！


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4 X" H- Y6 U0 @, S7 K7 K+ S有了靈魂，尚需軀殼來裝飾它…..30元給它造個窩吧!!
STEP1:
0 o: k( U) [" {# r9 L  {/ z這東東應該各五金百貨行都買的到吧!!.....電話接線盒
30元…..考慮了好久!說實在的有點買不下手,本想ABS板溫習一下手模的技藝,但懶~懶~懶~30塊還是花了吧!
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3 J3 v- _/ G; _: |4 P- V
# c% _+ |8 V( I; K( K: b  R8 H& WSTEP2:
& R' \8 f5 e3 {切~切~切~只取這一小部份!!不到整體的30%
, a; D3 S/ x  K: i這就是考慮30元買不下手的原因。

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STEP3:
內部機構整建一下,用毒物MEK溶劑黏一黏
順便面板及背蓋也切削出來

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STEP4:
這30元的電話接線盒真是絕配…..確實省下很多工!
+ w: Q2 h* o$ O: F8 M

STEP5:
) k9 m( p1 ?/ ]8 ?: i( f: g調了一下漆,跟中控台的塑料顏色一致
5 Y8 d; l0 K2 L% a塗裝,順便用噴塗的技法模擬塑料射出模具的咬花, 讓它跟中控台更一致!!

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/ b, f! i+ y) L4 j* `7 x0 dSTEP6:
組合後…….與原樣30塊的電話接線盒;還有像嗎??!!
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下面影片，是車上實際使用記錄。完全體現我構思的機能，亦忠實的為我解析電瓶狀態，與行駛時發電機對電瓶充電效能之監測。

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旅行的人

您的資料太棒了。
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7 B" y+ n6 k) N1 p. n+ ~而且設計的真好。真容易了解。感謝分享。

旅行的人

很好奇。兩顆 IC 是什麼型號？
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旅行的人 發表於 2017-3-3 09:16
很好奇。兩顆 IC 是什麼型號？

) E4 ~5 w) w1 g
4 N. Q9 q# V9 Y5 N當年，為了方便讓車友仿製。故捨μP，採易於購買取得的標準IC。
說實在的，用標準IC去兜，比寫uP還更傷腦筋.....
U1=3914 , U2=4044

ycleu

我很欽佩你對電池的了解，及電子的知識。我是外行人，請問可否告之所有零件規範，及何處購買？  謝謝。

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ycleu 發表於 2017-3-3 15:13
我很欽佩你對電池的了解，及電子的知識。我是外行人，請問可否告之所有零件規範，及何處購買？  謝謝。 ...

被動元件，均載明於電路圖上呀。U1、U2亦回覆補述在前樓。光華商零件行均可購齊！