2024.9
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说明：
1. 虽然有组装锂电池过程的详尽步骤内容，但本文不是所谓“手把手”的视频教程，仅是我自己制作锂电池的过程实录。
2. 各品牌的电芯和保护板虽功能和结构大同小异，但总有区别，本文只能作参考，不可刻板照搬。终要以实际产品的说明书为准。
3. 为避广告之嫌，所用部件均不提及品牌。
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一提到DIY（Do It Yourself，自己动手），很容易使人想到是为了省钱。可我这次自己动手来制作我的床车的锂电池还真不是为了省钱，仅仅四个电芯的价格就超过了很多网上同容量的成品电池的价格，还没包括锂电池保护板、机箱、辅材等。
当初我的床车装备副电池时，就想DIY锂电池，但那时零售的电芯很少，要买到合格的电芯比较难，只得买了成品的磷酸铁锂电池。
我原有的电池容量是200AH，理论上能存2.4度电。在长时间驻车时，如果遇到连续的阴雨天，太阳能板供电不足，且又没有交流充电的条件下，副电池的电量就不够用了，因此早就有扩容的想法。当初没有配备更大容量的副电，是因为我的SUV床车空间有限，电池要放在副驾的座位下面。比着副驾座位下面的空间购买的锂电池，再大一些就放不进去了。
近两年锂电池电芯的能量密度有所提高，也就是说同体积的前提下，电量比原来高了。目前市场中能选择的零售电芯也比较多了。于是，又把自制锂电池提上了日程，决定给我的床车的电池扩容。
自己动手的原因主要有两点。第一，搜遍了全网，300AH以上的成品电池要放进我的车的副驾座位下面的空间还是有点困难。自己制作电池则可以按照我的空间大小来设计。第二，这是最重要的原因，自己制作才放心。目前锂电池的价格十分混乱，同样容量的电池，价格可以差几倍。贵的贵得离谱，低价的不敢用。即使是正规大厂的产品，在现在恶性竞争的环境中，用料都极省。比如，我原有的那个电池，当初收到货时我就拆开机箱检查。该电池号称可以持续200A电流输出，但保护板到输出接口的连线是横截面积为16平方毫米的线，安全持续电流不到100A，当然用到200A也行，但会高发热，有安全隐患。我在《床车篇-床车供电方案的进化与实践》（以下简称《床车供电》）一文中就提到，汽车里使用的电器处在极其恶劣的使用环境中（大电流、密不通风、夏季高温、剧烈颠簸甚至猛烈碰撞等），安全是第一位，省钱是第二位。
自己制作电池，有几点好处：
1. 可以用最好的材料，取最大的安全系数。比如，一般成品电池的保护板采用的都是廉价的被动均衡，而我选用的一线大厂生产的主动均衡智能保护板。又如，串连电芯的紫铜片，通常规格的我是两片叠起来用，横截面积达到60平方毫米，比大多同容量成品电池的大了一倍，发热量减小，安全性自然大大提高。
2. 可以因地制宜，按照车内的可用空间来设计电芯的排列方式。这一点对寸土寸金的SUV床车非常有意义。
3. 可以根据需要增减附件和接口。比如，我的电池放在座位下面，电池上的库仑计根本就看不到，同时我又装有功能更强大的电控中心（见《床车供电》），所以电池上的库仑计就可以不装了。另外，我的电池接外部设备比较多，所以我制作了长的接线柱，还增加了一组直径6mm的较小的接线柱，用于连接电流相对较小的输入或负载。又如，一般车载冰箱用的都是点烟器插头，而点烟器插头并不可靠。在床车旅行中，我曾无意中动到了冰箱的插头，导致冰箱断电，等发现时冰箱内的温度都升高到0度了。这样的情况还发生了两次。所以我把冰箱插头改成了连接十分可靠的EC5插头，电池的接口自然就要增加一个EC5插座了。
4. 可以把一些附件和电池集成在一起。比如，为了监测不同回路上的电流，我用到了分流器和霍尔感应环来采集电流参数（见《床车供电》），原来这些器件分散在不同的地方，接线显得杂乱，这次我把它们装在电池箱附加的基板上，清爽了许多。
5. 如此等等就不一一列举了。
在很多人看来，自己制作锂电池有风险。其实首先，电芯用的不是所谓新能源车用的那种易燃易爆的三元锂电芯，而是磷酸铁锂电芯，不燃不爆，安全性高。其次，电池内部的结构很简单，仅就接线来说，甚至比我小时候安装矿石收音机还简单。风险还是有的，那就是不要接错电芯的极性（这点对于敢自己组装电池的人来说应该不是问题吧），注意不要短路（这对老手来说也不能大意）。其实最大的风险是电芯的购买。在现实的道德环境中，我不好一概而论地说“无商不奸”，但更不敢说没有坑。要相信一分钱一分货这个亘古不变的真理，先跳过不合理的低价产品。另外，这是“隔着口袋买猫”，虽说现在网购有7天无理由退货，可是，电芯很重，运费不菲，来回麻烦。那个“退货包运费”完全无用，因为只包1公斤的运费。更棘手的是，电芯是特殊商品，商家能寄出来，你不一定寄得回去，因为快递公司不分青红皂白地把安全的磷酸铁锂电池和易燃易爆的三元锂电池混为一谈，都视为危险品。为了不踩坑，我的作法是多和商家交流，多提问题，特别是要提几个专业一点的问题。商家看到不好蒙你基本上会说实话。尽量多套商家的话，几个回合下来，基本可以判断他说的是不是实话、经营的规模、商家是否内行、产品是否正品等等（这是什么事啊，这么麻烦？我好多次在日本的二手网上购买相机镜头和电子产品，从不考虑卖家是否诚信的问题！）。这个功夫是必要的，因为在电池的制作中，电芯最为关键。
按目前的工业水平，电芯的生产做不到电参数的一致。用参数不一致的电芯组装的电池遵循水桶原理，充不满电或不能充分放电，导致实际容量减小，还会影响电池使用寿命。所以购买电芯时，一定要要求商家对电芯分容（即选择容量、电压、内阻一致的电芯）且要求同一批号的电芯。这就要考虑商家的经营规模了。规模小的，它没有那么多的电芯来进行分容配对，规模大的，它懒得给你分容。另外，DIY没有激光焊接的条件，所以还要要求商家将电芯接头做转螺柱处理，以便于组装。
我的制作目标是：标称12V的磷酸铁锂电池，容量310AH，持续放电电流200A，同口充放电。
为什么是310AH，不再大些。首先，在我选择的品牌，310AH是目前网上能选到的容量最大的正品大单体电芯（这个品牌目前最大容量的单体电芯是320AH）；其次，当然可以采用电芯并联的方式增加容量，但磷酸铁锂电池的缺点就是太重了，如果容量再大些，其重量已超出我这个腰椎间盘突出患者敢搬动的范围；第三，如果容量再做大，其体积在我的车上已找不到放置它的空间（见《我的床车——总结篇》）。我的想法是，根据长期使用的经验，310AH对我的床车的95%以上的场景都够用了。如果使用一段时间觉得不够用，还可轻车熟路地再作一块电池，加入使用。两块分散，便于找放置空间，便于搬动（便于搬动这点对我家来说是必须的，每次小如花一家回来度假，我都要把电池、逆变器等从车上拆下来放回家里以腾出座位空间）。
虽说我DIY不为省钱，但与同等质量的成品相比，一定会省很多钱。所以我可以不计成本，制作精品。
下面是我DIY锂电池过程的纪录。
一. 电芯
电芯选的是国内公认最好的品牌。
我前期的功夫没有白下，甄选下来，我对买到的电芯非常满意。首先，根据电芯上的代码，4个电芯的生产日期只差一天，大概率是同一批次的（关于电芯代码的含义见文后的 Tips）。其次，4个电芯的容量到小数点后面第二位了才有差别，可以忽略不计了。我分别测了电压，也没有差别。内阻我没有测试仪器，无法测，但同一批次，应该差别不大。4个电芯的单个重量都是5.3kg（如果连重量都不一样，那就要小心了）。
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.4个电芯的代码与分容情况
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.4个电芯的代码
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.单个电芯的重量
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二. 保护板
我选用的是专业大厂品牌，带主动均衡和蓝牙通讯功能、支持同口充放电的智能保护板。
即使是大厂品牌，也免不了落俗，它电流标注的是峰值而不是持续电流。我的设计目标是持续输出200A电流，选用的保护板是标称500A的。
现在的保护板都把均衡功能集成在一起了。但有被动均衡与主动均衡之分。
被动均衡是将单体电池中容量稍多的个体用电阻消耗掉，实现整体的均衡。 主动均衡则是将单体能量稍高的能量转移到能量稍低的电池上去，实现主动分配的效果。很明显，被动均衡效率相对较低，还要增加热量。主动均衡能更高效地管理电池，延长使用寿命。成品电池十之八九采用的都是被动均衡保护板。自己制作当然要用主动均衡保护板。
有蓝牙通讯功能会带来很大的方便，通过手机APP可以调整各项参数、监控电池的工作状况，特别是在组装测试阶段，在没有专业设备的情况下，通过手机APP就可掌控一切。它还可以当一个遥控开关使用，比如在安装外围设备的过程中，可以通过手机APP关掉“放电开关”以避免不小心的短路。平时不用电池时，也可关掉“放电开关”，以断开电池和所有负载的连接。
另外，我选用的这款保护板采用了大铜条的接线口，这对于连接粗电缆十分方便。
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.我用的保护板
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保护板的接口如下图。
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.保护板的接口
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三. 组装测试
准备工作：
为了适合电池在车上的放置空间，我的电池的电芯排列方式与标准排列方式不同，有两组连接铜片要新钻孔改造（我要求商家附送了两套连接片，不必购买新的合适孔距的连接片）。
将保护板的排线接上端子，我用的O型冷轧铜端子，为了保险，又加了锡焊。
测试步骤：
1. 将4个电芯用紫铜连接片串联起来。
2. 断开保护板上的均衡开关。
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.均衡开关（开的位置）
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3. 接保护板排线。
接好线之前不要将排线插头插入保护板。接线如下图：排线最右边第一根黑色线为B0，B0接电芯总负极，第二条排线B1接第一串电芯正极，第三条排线B2接第二串电芯正极，以此类推。排线接法与颜色无直接关系，只按顺序要求。
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.保护板接线线路图
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4. 测量排线口
按好排线之后，从黑色B0开始量取每两根相邻排线之间的电压值，磷酸铁锂电池电压要小于3.6V。具体操作可将万用表黑表笔接黑色B0，红表笔依次测量每根排线的电压，电压值应该是单个电芯的电压递增。检查无误后将排线插头插入保护板。
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.保护板与电芯板接线实图（测试）
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5. 激活保护板
接上充电器，即可激活保护板。
6. 设置参数
连接手机APP，设置好电池组各项参数，如下图：
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.参数设置
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这个参数设置比较保守，比如单体和总电压过放参数还可再低些（但单体过放电压不可低于2.5V），可释放出更多的电量。等用一段时间稳定了，再来修改。如果够用了就不改了。
7. 在APP上打开充、放电开关。C-没有连接任何导线的情况下，查看主界面是否有充电电流或者放电电流，假如有需要把它清零才可使用。用万用表测量一下电池组总电压B-与保护板输出电压C-是否相等，相等保护板才是正常工作。若不相等要检查是否接错线、单串电压是否在正常状态、各处是否接触良好。
8. 打开保护板的均衡开关，在APP上观察均衡情况。
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.单体电压和均衡状态
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9. 再次检查各处电压是否正常。
10. 接上充电器和负载进行充电和放电测试。我用的负载是逆变器、一个1300W的电磁炉、一个1500W的电烧水壶。
简单试了一下后，我进行了极限测试。把电磁炉调到1000W，加上1500W的烧水壶一共是2500W。手机APP和钳形电流表都显示此时的电流已达到200A左右。经过一段时间，手摸连接电芯的铜片和各个接头处，完全感觉不到有高于室温的发热，这得益于每处我都超量用料。如连接铜片，一片的宽度是20mm，厚1.5mm。我采用两片叠加，其横截面积达到 20x1.5x2 = 60（平方毫米），持续电流 200A 非常安全。摸保护板的散热板能感觉到略高于室温的温度，APP显示保护板内部的温度升到了42℃，升温很少，都完全在正常范围内。
（附带说一下，这里我不得不给我的逆变器点赞，标称2000W，在2500W的负载下仍能正常工作。当然这是因手边没有更大功率的逆变器，且依据我的长期使用的情况，才敢这样做。千万不可模仿！）
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.加上负载测试
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.手机APP实时监控状况
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11. 测试实际电量
接线测试没有问题后，我进行了实际可用电量的测试。方法是先把电池充满电，然后把电磁炉调到1000W，这样方便计算。连续烧水，直到电池放电保护自动断电。加起来的总时间是216分钟（3.6小时）。APP显示共放电286.82AH。现在我们来看一下电量情况：
理论电量：310AH x 12V = 3.72 千瓦时(度)
APP显示电量：286.82AH x 12V = 3.44 千瓦时(度)
电磁炉实测电量：1000W x 3.6小时 = 3.6 千瓦时(度)
任何电池放电都不可能达到理论电量，这个结果已经是相当好的了，我很满意。
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四. 准备正式组装
1. 定制机箱
怕电芯有问题没有先定制机箱。测试完成后，这才来定制机箱。
画加工图这次我用了一个新的软件LibreCAD，标注时不显示字符，问ChatGPT，它告诉我是字体文件或相关路径方面的问题，和我的想法吻合，于是沿着这个方向去找问题。花了两天时间问题都没解决。最后回头一想，是不是显示模式方面的问题？仔细一看，界面上有一个“草图模式”按钮，点击一下，字就出来了！原来它在草图模式下是不显示文字的。两天时间白花了，这 ChatGPT 是不是误导我呢？看来，现在还不能过于相信AI。
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.LibreCAD在草图模式不显文字
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.转到非草图模式，文字就显示出来了
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加工图我既画了正规的三视图，又画了通俗的立体图，并加上了文字说明，就怕加工者不清楚。
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.电池箱加工图
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加工图画出来了，就开始在网上找定制电池机箱的厂家。现在网上定制加工不锈钢电池箱的已有很多，而且设备先进，都是激光开孔、激光切割、激光焊接。比我定制不锈钢车顶水箱时好多了（见《床车-车顶水箱诞生记》）。但到了实际与厂家接触，事情并不那么美好。大多数客服一听我要定制箱子，一张口就让报上长宽高。当我把图纸发过去，大多都沉默了，无非是有两处我对尺寸有公差要求。更有甚者，不论是客服还是他们的师傅，连机械加工中最基本的三视图都看不懂，这应该是不入流的小作坊。也有内行，直接问我要DXF文件。我当然找内行。最后做出的电池箱我很满意，给了“做工不错，尺寸准确，沟通顺畅，老板耐心，物流也快。”的好评。
电池箱重量为3.2kg。
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.电池箱（端面螺柱是我自己加上的）及评价
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.电池箱的重量
2. 购买辅材
因担心电池箱制作的误差大，没有先买辅材。电池箱到了，测量尺寸后才来购买辅材，主要是环氧树脂绝缘板和阻燃高密度减震棉。注意，减震棉一定要阻燃和高密度的。阻燃不用说了。因为电芯很重，密度低了起不到减震作用。
五. 正式组装
辅材到齐了，先把电芯装箱。电芯与电芯之间、电芯的底面和四周均安装了环氧树脂绝缘板。四周及底面的绝缘板与机箱的不锈钢面板之间是减震棉。减震棉的厚度以能挤紧电芯为准。
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.电芯装入机箱
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电芯顶面的固定，我用铝合金做了四根压条，中间两根兼作保护板的支架。压条上贴减震棉，避免与电芯硬接触。将压条装进机箱，压条的两端用螺丝通过机箱侧面预留的孔固定好，这样4个电芯就会很稳固了。
保护板这种架空安装方式，加上机箱盖子上对应位置的散热孔，给予了保护板良好的散热条件。
这一步先别上螺丝，试装一下，取下压条和保护板。先接线。
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.压条
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.保护板与支架（兼压条）
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.压条与保护板的安装位置（试安装）
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有了前面测试的基础，接线这一步就简单了，按照测试时的方法接线即可。为不妨碍安装压条，中间两组改过的连接铜片把超长的那端锯掉了。
最后几步：
串连电芯 - 接保护板排线 - 安装压条和保护板 - 接出充放电主电缆。
保护板B-端和电芯总负极的连接不在一个平面上，为了连接可靠，我采用了镀镍紫铜箔软连接片（20mm 宽，3mm厚，截面积 60 平方毫米，保证持续 200A 电流不过热）。
主电缆用了50平方毫米的超软硅胶线，大截面积也是保证200A 持续电流无忧，超软便于安装，硅胶外皮耐热。
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.串连电芯
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.接保护板排线
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.安装压条和保护板
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.接出充放电主电缆
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至此，磷酸铁锂电池组装完毕，盖上盖子就OK了。这个电池是：不计成本、豪华配置（例如，仅两条超软硅胶主电缆 50cm+20cm 就超百元）、使用放心。
现在来看看接口和附件部分。我的不锈钢机箱里只装了电芯和保护板。所有相关的接口和需要的附件都装在附在机箱外面的一块环氧树脂板上。这样做的好处是，让电池自身简单可靠，附件部分可以随时改动，钻眼开孔、增减部件都不需要拆开电池箱，很方便。
接口有：两组同口充放电接线柱（一组8mm，一组6mm）、接地（搭铁）接线柱、点烟器插座、EC5插座、两个USB口、电流采集接口。
附件有：保险片、分流器、霍尔感应环及校准孔。
（关于为什么负极和接地要分为两个接线柱，以及分流器、霍尔感应环的应用参见《床车供电》一文中的电路图）。
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.接口面板
