電動工具-從電池改110V插電可以嗎?

我有一個電動工具的電鑽已經買了好幾年了，它的電池越來越沒力，於是我心中升起了一股改裝的念頭，我想要把電池驅動的電鑽，改裝成為插上110V市電就可以用的電鑽。想法很美好，但現實是殘酷的，我直接講結果就是改裝失敗，但這整個過程我認為可以分享一下，讓各位知道失敗的原因。

電源Adaptor直接改裝

下圖就是我的電鑽與電池，原廠的12V電池基本上已經作古了，目前照片中的12V電池是副廠的，雖然外表看起來有三根金屬接點，但其實只有兩根有作用，也就是一個正極一個負極，我想是副廠為了相容性所以多了一根看來沒啥用的腳位。

我另外準備了一個12V的電源Adaptor如下圖，它自稱輸出的電流可以達到4A，我看這個電鑽的馬達體積並不大，我想4A的電流應該夠它用吧。於是我把直流輸出的接頭剪掉，改用兩條黑色電線接上，並用鱷魚夾夾住外加膠帶黏在桌上，免得鬆脫了。黑色電線的另一頭我接的是R型端子，又粗又厚剛好可以拿來當電池的電極插進電鑽，如上圖。

改裝結果不如預期

雖然抱著滿滿的希望做改裝，但實際測試的結果卻不如預期，因為按下板機的瞬間，馬達雖然會轉，但卻呈現走走停停的現象，這到底是為什麼呢? 因為馬達啟動的瞬間，是由靜止開始啟動，要花比較多力氣，所以第一下的旋轉會需要一個非常大的電流，稱為啟動電流Startup current，以電流行為來說也稱為Inrush current，一但馬達轉起來之後就有慣性了，要維持旋轉也就不再需要這麼大的電流，於是整個電流對時間的圖表就如下圖，最開始有個電流波峰，之後就降下來了。

馬達為何會走走停停

相信很多人對於馬達會走走停停這件事情會很好奇，這到底是怎麼發生的呢? 那是因為馬達所需的啟動電流大過了電源Adaptor的電流能力，於是Adaptor就會將這個電流視為負載短路產生的大電流，而這麼大的電流可能會讓Adaptor燒毀，畢竟它一開始就不是設計在這麼大的電流之下工作，所以Adaptor便啟動了保護模式，也就是會自動將電流切斷馬達就停了，電流切斷之後保護模式解除，於是又開始下一次的循環，馬達就這麼走走停停的。

可能有人會想，如果在正負極之間加個電容呢? 我其實有試過，當時我加了10000uF的電容，仍然不足以推動馬達的第一圈。加電容這件事情，如果在電腦的主機板領域的話那是真的會有用的，通常會加在CPU/GPU附近，因為3D動畫的render運算，或影片轉檔都會突然需要大量電流，此時就需要在電源端加裝電容來支應這些瞬間的大電流，所以通常你會在主機板的CPU附近看到一堆電容排排站。但我這個電鑽馬達的啟動電流，比主機板的瞬間電流要大上許多，我想除非是放上超級電容，否則應該不容易越過啟動電流這個門檻。

慢慢按就會轉

剛才我示範的是接Adaptor時，猛然按下板機時電鑽會走走停停。但同時我也做了另一個實驗，在相同的接線之下，當我把板機慢慢按下的時候，電鑽是可以持續運轉的。這也就是說只要別讓電鑽馬達太突然的啟動，啟動電流就不會太大，此時這顆Adaptor是有能力驅動電鑽的。雖然有這個發現，但這僅是一個不切實際的發現，畢竟實際應用的時候，大家一定都是直接就把板機按到底，不會有人慢慢按的。

高容量不代表高瞬間電流

根據剛才的實驗，要讓馬達轉起來就必須先克服它的啟動電流，啟動電流是一瞬間的事情，電源供應器若能在短時間供給大電流的話，才有機會讓馬達轉動起來。我用電池來舉例，各位應該會比較容易理解，我做了例圖如下，左邊的水池容量較小，代表小容量電池，右邊的水池容量較大，代表大容量電池，但大水池的水流就一定大嗎? 並不是，如果大水池像下圖一樣只開了一個小孔的話，那麼它也只會有小水流而已。

反觀小水池的開孔比較大，它就會有大水流，當然小水池的蓄水量小，大水流的持續時間就不長。我這裡要表達的就是瞬間電流的高低與電荷容量不盡然成正比，瞬間電流大不大，要測試了才知道。

瞬間電流很重要-高瓦數電源讓它轉了

我實在很想讓電鑽轉起來，所以我拿了一個高瓦數的電源供應器，它理應就有足夠的瞬間電流來支應我這個電鑽，下圖就是我借來的1080W直流電源供應器。為了要能和前面的Adaptor做比較，我把這個高瓦數的電源供應器也設定為12V/4A，差別只是它整個電源設計是可以支援到1080W的，所以我合理推斷它提供的瞬間電流應該足以驅動電鑽。實驗結果如下圖，一樣的電壓電流設定只不過換了一台高瓦數的電源供應器，這樣的條件之下，當我按下板機時，我的電鑽真的順利的轉起來了，真是太棒了，果然瞬間電流才是決定馬達是否轉動的必要條件。

動力電池與儲能電池

從上面的例子我們就可以知道，若要驅動馬達，瞬間電流一定要大，以電動車來說它都是電池驅動，所以這種電池需要能輸出高電流，才能推動車子。這種電池的電壓大約400V或800V，它還需要經過逆變器Inverter的降壓轉換才能給馬達使用，這種擁有高瞬間電流的電池就稱為動力電池。

相對於動力電池來說，一般給手機筆電使用的電池，就稱為儲能電池，它不需要像馬達一樣需要超級大的瞬間電流，至少目前來說不需要。

電池的安全性

由於電池的能量密度越來越高，就好像是把繃緊的橡皮筋貼在臉上一樣，能量滿滿，雖然橡皮沒有彈到臉上，我們只是一點一滴地使用它的能量，但我們總是會擔心哪天橡皮筋會突然彈開打在臉上。在現實中我們也會擔心電池是否會炸開，尤其是鋰電池，它的能量密度是目前最高的，為了要安全使用它，充電時需要嚴密監控避免爆炸，使用時也要避免高溫而降低效能，所以電池在出廠時一定都需要做測試，目的就是避免安全問題。

電動車要普及的話，充電速度一定是個挑戰，它必須得要和加油的時間相仿才行，但是充太快又怕電池出問題，這真是個兩難的問題，我想未來這些問題都能獲得解決。