[電池] 判斷CR2025一次鋰電池的可能剩餘電量。(更正版r1)
2024-01-20 星期六
長輩說汽車遙控器的電池沒電了，完全無法開車，需要處理。
問題處理
獻慶拿出三用電表，量測電池的開路電壓，並且使用開路電壓法來判斷電池電量。
開路電壓為3V，感覺上仍然很有電啊! 但長輩反應就是沒辦法開車了。
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| 使用三用電表量測電池靜置後的開路電壓，電壓為3.018V。還在額定電壓3V左右，表示仍有電。 |
既然搞不清楚狀況，那就直接換新的電池上去，再去現場試試。
換新電池前，有先量測新電池的開路電壓，為3.3V。這就是全新電池會有的滿電電壓，確認完畢。
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| 使用三用電表量測電池靜置後的開路電壓，電壓為3.322V。表示是滿電的電池。 |
到現場後，實際測試，換上新電池的汽車遙控器可正常使用。表示舊電池的電力已經消耗到不足以讓遙控器工作。
問題確實出在電池身上。但不是電池用光光沒電，而是電池電力不足。
問題檢討
為什麼要檢討這個問題，事實上在去年10月初時，就已經有類似問題了。
(可參考Po文: [電池] 判斷CR2025一次鋰電池的可能剩餘電量
那時沒換電池，過了幾個月，問題又發生了。到底是什麼狀況?
問題有可能出在電量判斷上。
這樣就要去認真看一下鈕扣型鋰電池電壓對容量變化曲線。
印象中的鈕扣型鋰電池電壓對容量變化曲線
印象中的CR2025一次鋰電池放電曲線。電壓會隨著放電時間，緩慢下降，直到快放完電時，會有急遽下降的狀況。
這個曲線變化符合大多數電化學電池的電壓對容量對應關係。我們平常用到爛的鉛酸電池，也是這樣的對應關係。
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| CR2025一次鋰電池放電曲線。資料來源: https://components101.com/batteries/cr2025-lithium-coin |
以下為台灣湯淺提供的鉛酸電池放電特性曲線圖。可見電壓會隨著放電時間，緩慢下降，直到快放完電時，會有急遽下降的狀況。
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| 二次性鉛酸電池放電曲線圖。資料來源: http://www.yuasa.com.tw/service_and_knowledge03.php?lang=en |
工廠提供的鈕扣型鋰電池電壓對容量變化曲線
廠商maxell有提供CR2025一次鋰電池放電曲線。由於遙控器的電力使用模式，是按鈕按下去時，要發出訊號，此時會用比較大的電力，而平常則是待機狀態。這樣的使用模式是比較接近脈衝放電的實驗。因此也許可以參考脈衝放電曲線，來進行電力判斷。
雖然說可以參考，但實驗室的脈衝是放電5秒，而我們按遙控器到遙控器訊號發出到完成，可能不到0.5秒，差了10倍的時間。這也是獻慶說也許的原因。
脈衝放電曲線如下圖所示，其中藍色實線是連續放電曲線、而紅色虛線是脈衝放電曲線。
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| maxell CR2025一次鋰電池脈衝放電曲線。資料來源: maxell CR2025資料表。網址: https://biz.maxell.com/en/primary_batteries/CR2025_DataSheet_20e.pdf |
在沒有實驗儀器的狀況下，憑著平常操作汽車遙控器的狀況，來推測汽車遙控器電池實際的放電曲線可能介於紅線跟藍線這兩條線之間。而電池靜置後量測得到的開路電壓，可能會接近藍色線條。
這下可有趣了! ^_^
靜置後的開路電壓3.3 V時，電量為100%。稍微用一下電池後，消耗不到10%的電力，電壓就會降到3V左右，然後一直維持在3V，直到耗電量超過60%左右，電壓才會漸漸下降。直到最後15%的電力時，電壓才會急遽下降。
要注意，在3V時，電池可能的剩餘電量為40~90%，這樣的放電曲線特徵，與印象中的不同，若我們使用一般性曲線去判斷，就會造成誤判。這也是獻慶這次誤判的原因。
這可能不是個案，再來看另一間廠商的CR2025一次鋰電池放電曲線數據。
從Panasonic CR2025一次鋰電池各溫度連續放電曲線中，20°C的放電曲線，在剩餘電量95%~50%之間也是有一個電壓水平變化的區域。同樣會造成開路電壓法的電量判斷產生嚴重誤差。
值得一提的是，60°C的放電曲線，在剩餘電量90%~60%之間，還有電壓上升的狀況，不僅產生電量判斷的嚴重誤差，還有可能讓人誤以為電越用越多。
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| Panasonic CR2025一次鋰電池各溫度連續放電曲線。資料來源: Panasonic CR2025資料表。網址: https://industrial.panasonic.com/cdbs/www-data/pdf2/AAA4000/AAA4000C317.pdf |
感想
1.
其實車廠設計時，應該有考慮過電池電力不足這些問題，所以才讓汽車儀表板提前顯示"更換鑰匙電池"的訊息。只是獻慶認知的沒電、跟設備認知的沒電是不同的事情，才導致這樣的狀況。所以要相信車廠給的提示訊息，及早更換電池。
2.
後來發現，要確認汽車遙控器的電力有沒有足夠，可以按下遙控器上的任一按鈕，很有電時，上面的紅色LED燈會亮起。(這是長輩觀察到的，他說快沒電時，沒看到紅燈亮，但遙控器還勉強可以用。)
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| 要確認汽車遙控器的電力有沒有足夠，可以按下遙控器上的任一按鈕，很有電時，上面的紅色LED燈會亮起。 |
3.
認真想起來，車廠確實是打"安全牌"，在電池電量剩50%左右時，就要提醒車主去換電池。否則到電量剩餘40%時，遙控器的運作就變得不穩定了，特別是遙控器這種屬於脈衝放電的使用模式，電量不足會讓使用者感覺到 "電池有時有電，有時沒電"。
4.
雖然獻慶具備電池相關的一些專業知識，但在處理實際問題時，仍然是有可能踢到鐵板。
通常碰到電池沒電的狀況，都是在低電壓的時後。例如: CR2025一次性鋰電池，量到低電壓2.5~2.8V。由於額定電壓3V，量到低電壓2.5~2.8V表示電池幾乎沒電，需要更換。在一般狀況下低電壓就是要更換一次性電池的保證條件。
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| CR2025一次性鋰電池，額定電壓3V，通常都會印在包裝跟電池本體上。 |
但這次的CR2025一次性鋰電池，量到開路電壓3V，跟額定電壓3V都一樣，那不就是表示電池還有電嘛。這種情況，通常不會換電池。
但這次的鐵板就是，確實已經電力不足以使裝置正常工作，但開路電壓仍量到3V，跟額定電壓3V都一樣，會讓人有一種 "電池有電啊! 但設備怎麼就不動了!" 這樣的奇怪感覺。
但實際上是 "電池確實有電啊! 但剩餘電力卻不足以支持設備運作!"
雖然說是踢到鐵板，但有了這次經驗，未來碰到類似狀況時，可以更明確地去判斷。
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— HsienChing (@HsienChing_) January 28, 2024
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