電池快壞了嗎? 要充放電後才知道

到底電池快壞了嗎? 相信大家都有過這個疑問，有些人會拿電錶來量電壓，但其實那不是很準確；另外坊間也有很多測量電池的小東西，而那些小東西通則更不準確。今天我就來說明一下要如何判斷電池是否故障? 或是快要故障。

SOH健康參數

講到電池一定會提到SOH(State Of Health)這個參數，它是一個百分比，用來描述電池的健康狀況，百分比越高代表電池越健康。它的概念如下圖，如果把電池比喻為一個水桶的話，原本可以裝水的空間稱為A，但隨著使用時間的增加，水桶內的雜質越來越多，真正能裝水的空間則越來越少，這個真正裝水的空間稱為B，那麼SOH的定義就是SOH=B/A。

所以A就是電池原本應該有的容量，通常就是印在電池上的標稱容量，或也可以說是新電池的容量，通常會接近標稱容量；而B就是目前實際的電池容量，因為電池可能會有記憶效應、或是不當使用造成容量變小。如果想知道電池的容量，就得要實際充放電一趟才會知道。

實測鉛酸電池

為了實際體驗一下SOH這個參數，我打算實際拿一顆12V的鉛酸電池來做充放電，如下圖一般的鉛酸電池在充電的時候，使用的電壓會略高於12V，這樣才能把電流充進去，一般使用的電壓大約在14.2V~14.5V之間。

透過充電我們不見得能知道電池的容量，它只能讓你確認有電流輸入到電池內部而已，至於是不是真的轉化為電位能，這個就不知道了，因為它也可能轉為熱能。所以真正要測量電池的容量，要看的是放電，實際有多少電流放出來才是真的。

電源供應器與電子負載

充放電需要使用專門的設備，我這裡使用的是電源供應器與電子負載，它們用於不同的目的。電源供應器負責能量的輸出，所以是用於充電；電子負載則是負責消耗能量，所以是用於放電測試。

充電測試

講到充電一般大家可能會想說，直接就把電源與電池對接就好了，例如電源設定為14.5V，然後如下圖所示，電源的正極接電池正極、同理負極接負極，這個方法確實也可以充電，只不過是眾多充電方式的其中一種，稱為定電壓模式CV mode(Constant Voltage mode)。

另外有一種模式稱為CC-CV mode，它的方式是前半場採用定電流CC(Constant Current)，後半場採用定電壓CV，這種方式可以保證在一開始充電的時候，不會有過大的電流進入電池，因為大部分的電池在一開始會需要從小電流開始充電，為什麼會這樣? 我也不知道，這是電池的特性，不同種類的電池個性都不一樣，我當然是盡量避免一開始就把電池充掛了，所以我會選擇CC-CV模式。

電源設定

電源與電池的接線很單純，就是前面講的正極接正極、負極接負極。儀器的設定如下圖，電流為0.9A，電壓為14.2V。

電源供應器在啟動時，它會嘗試讓電壓電流達到設定值，一開始通常會是電流先達標，所以電流會直接頂到上限0.9A，此時電壓會低於14.2V，如此電源才有辦法維持在先前設定的電流。隨著充電的時間增加，電池的輸入阻抗也會增加，於是電源的電壓也會增加，才能維持設定的0.9A電流，這個階段就是定電流充電CC。

當電壓增加到之前設定的14.2V時，電壓就會維持住不再增加，畢竟電壓太高可能會有危險，由於電池的輸入阻抗持續增加，所以在電壓固定的情況之下，電流會需要減少，這個階段稱為定電壓充電CV。

充電曲線

根據上述的作法，我把整個過程的電壓電流量測值記錄下來，結果如下圖。在整個充電過程的前半段，也就是淺綠色區域的地方，大致都還遵循著CC-CV的曲線狀態，但是到了後半段粉紅色的地方，電流居然開始變大了，這表示電池的輸入阻抗開始變小了，我並不知道電池裡面到底發生了甚麼變化，畢竟那是化學反應我不是很懂，但我有一種不是太妙的感覺，所以大約在第13小時之後就直接把電源切掉了。我還順便把充了多少電算了一下，也一併標示在圖裡面，基本上充了將近8AH，我自認為很接近標稱的9AH了。

放電見真章

雖然剛剛好像充了很多電，但實際電池真正得到多少電量，那得要放電來看看才知道。放電看起來很簡單，一般大家應該會想到如下圖的接線方式，這也確實是一種方式，稱為定電阻放電，由於電池的電量會隨放電而降低，所以會讓負載的電壓與電流同時變化。

但如果一張曲線圖有兩個變量，那麼這種圖表就難以令人理解。因此我偏好使用定電流放電，如此一來放電的電流固定，只有電壓會下降，圖表只有一個變量，就讓人容易理解多了。只不過要做到定電流放電，負載的阻抗必須要能夠及時調整，才能在電流變小的時候，即時的把電阻調小，這樣電流就可以維持在一個固定值。

能夠做到定電流的負載，那只有電子負載了，它有各種放電模式，定電阻CR、定電流CC、定功率CP，我這裡選擇CC模式。在CC mode之下，電壓會越來越低，以鉛酸電池來說，一般是設定低於10.5V就不能再放電了，不然會把電池搞壞。至於這個10.5V的界線是怎麼來的，我沒去研究，我想應該就是幾十年來大家的經驗值吧。

放電的接線方式也很容易，一樣是正極接正極、負極接負極，本來以為放電時間大概需要好幾個小時，結果才不到一分鐘，電壓就直接摜破10.5V，程式就停止了。我本來就覺得這顆電池怪怪的，畢竟它也已經放了四年，中間沒有任何維護措施，如果壞掉我是完全不意外，今天只是確認了這一點而已。

計算SOH

雖然知道電池已經故障了，但我還是硬著頭皮來計算一下SOH。根據電池的標稱容量與前面的充電實驗，我就把電池的原始容量當作是8AH。至於實際的容量則由放電的情況來決定，根據剛才的放電實驗，900mA的電流放電了55秒鐘，這樣算起來的容量只有13.75mAH。所以計算SOH的話，如下圖就是13.75mAH除以8AH得到0.17%，這是一個很低的值，基本上就是給電池判死刑了。