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車燈使用的電池與定電流

  今年的冬天,北部的陽光多於以往任何一個冬天,有點像中南部的冬天,所以,北部的車友,活動力絲毫未受影響,所以又有很多車燈的問題,現在就來說說定電流與電池的種類。
  首先,先解釋定電流,LED與其他發光元件不同,他是電流驅動,所以同一廠牌與同一型號 LED A 與 LED B 在同樣的電壓之下,流過的電流有可能是不同的,為了維持產品的品質一致性,與產品的使用壽命,高階的LED照明,一定會採用定電流。因為每一顆LED的特性會有些許的差異,舉例來說,如果供應電壓固定在3.5V,那LED A Vf (順向電壓)值較低消耗 700mA的電流,LED B Vf 值較高消耗350mA的電流,LED A 會比 LED B 大約多輸出 60-70%的光輸出,同時也會消耗多一倍的電力,這對製造商來說會是很大的困擾,尤其是照明用的車燈。因此,車燈標示 3W時,通常是指700mA的輸出,為讓產品可以有相同的輸出,內部會有一控制電路來讓不同 Vf 值的LED 可以有不同的驅動電壓,但是維持一樣的驅動電流量(700mA),這樣每一個車燈就會有一致的光輸出。
  但是 LED 的 Vf 通常會落在 3.3 -3.7V,兩顆AA電池 的電壓大約2.2-3V,三顆 AA 的電池電壓大約是 3.3-4.5V,一顆鋰電池 大約是3V-4.2V,四顆 AA 電池的電壓大約是 4.4-6V。所以 三顆AA 或是一顆鋰電的電壓是最接近LED的Vf電壓,通常是直接驅動,比較好的設計是有混合式的升降壓電路,而兩顆AA電池的燈 就要有升壓電路,四顆AA電池或以上的燈,就要有降壓電路。有沒有這些控制電路,就是看包裝盒上的說明,或是光輸出與時間的關係圖。

  圖形X軸是時間軸,Y軸是光輸出也可以說是驅動電流,線條維持平坦然後陡降,就是定電流。(下面兩個圖形是舉例,100%的輸出是相對值,也就是兩個圖的100%不是相同的。是以開始的光輸出為100%為基準進行量測)
上圖為非定電流光輸出與時間的關係,可以看到前面五分鐘的光輸出,是非常高的,這時候100%的消耗功率可能有達到瞬間10W,雖然LED的額定功率是3W,但是後面的時間LED的消耗功率將遞減到也許只剩0.1W,這樣的設計,在警示用的前燈,非常適合,因為可以強調非常長的點亮時間。但是只有前面的30分鐘可以有一點照明的功能。可是對LED的壽命比較傷。
  上圖為定電流的光輸出與時間的圖形,可以看到在一定的時間裏,光輸出都是一樣的,這樣的前燈一般都不便宜,且會刻意強調定電流,反而不會有可以點亮50小時或100小時的廣告用語。

  通常沒有定電流的前燈就不會標示這些圖形,反而會強調可以持續點亮100小時,因為它沒有定電流,且點亮的時間夠久,所以非常適合警示用。

  至於電池的選擇,通常警示用的前燈,大都是AAA 三顆,方便取得又容易設計,不需升降壓電路,體積又小。很多人會用一次電池,就是鹼性或是碳鋅電池,唯一要注要的是,電池漏液的問題,一般車燈為了降低成本,前燈在關閉實並不會真的去切斷電源,只是讓電路進入Idle,這樣電池一樣會耗電只是很少,但若電路設計不好,電池一兩個星期就沒電,電池過放的結果就是漏液,應該有不少車友碰到這個情況。因為燈已經不太亮,但是仍有警示的效果,如同雞肋,食之無味棄之可惜,所以就會有電池過放電的問題。

  至於前燈放久就沒電,有兩個可能。一個是電路設計不良,燈關掉還在耗電,另一個就是電池漏電(自放電)。

  再來有關電池的說明,先看鎳氫電池以及鎳鎘電池,鎳鎘的特性是瞬間可以有大電流輸出,但是能量密度較低,會有記憶效應。鎳氫電池能量密度高,記憶效應不明顯,對於LED來講,放電電流已足夠,所以鎳氫會是較佳的選擇。鎳氫有一個缺點就是,有自放電的問題,也就是說充飽電放著不用,一個星期過後可能只剩80%或更低,所以警示用前燈或是尾燈,是不適合用充電電池的,因為有很多時候的電力消耗是電池自放電造成的,所以建議使用前先充電,如果充好電放著待命,過一周後你會發現怎麼電力好像不足。還好現在有一種低自放電的鎳氫電池,靜置一年後還可以保有85%以上的電力。

  再來就是鋰電,目前市場上較常見的應該是所謂18650的鋰充電電池,18表是直徑18mm 650 表示 圓柱高度為 65mm,這是最通用的鋰電池芯,因為很多notebook的電池芯都是用這一種。鋰電池有很多優點,如能量密度高(比鎳氫還高),無記憶效應,可大電流放電,所以Notebook都適用鋰電池,很少有人用鎳氫電池做notebook的電池,但是前提是要有保護電路不能短路,因為短路是會爆炸。而且爆炸是連鎖反應。參考影片。
 



  所以,很少有產品會讓消費者自己更換鋰電池芯,大家使用的手機電池就是鋰聚合物電池,但是為什麼會有一個塑膠殼包在外面,除了美觀以外最重要的是因為裡面有一個電池保護電路,主要的功能是過充、過放、短路保護,所以,加上這些保護電路之後,鋰電池就可以安心的使用,但是18650只是鋰電池芯,並沒有保護電路,如果電池發生短路,那後果就不堪設想,所以很少有產品會讓消費者直接去接觸到電池芯,讓消費者可以自行更換電池包(Battery pack 包含電池保護迴路),這才是鋰電池正確的使用方式,鋰電池是不錯的選擇,但是前提是必須正確的使用。一般notebook的鋰電池,大都是4串2並聯,如果鋰電池沒有危險,難道廣達跟華碩都是白癡,不會把Notebook的電池一顆一顆的讓消費者自行替換,反而是開模具把她封起來不讓消費者接觸。

  告訴各位一個小秘訣,電池放電是化學反應,放電一段時間後讓電池暫停放電,電池會有回壓的現象。所以電池連續放電與間歇性放電測到的電池容量是不同的。舉例來說,如果電池連續放電可用3Hr,那麼間接性放電時,電池的放電時間也許可以達到4Hr,前提是要讓電池休息一下。所以停車時,把燈關掉,會是一個不錯的習慣。

18650 電池芯

18650 電池包



 所有的電池,一旦要多顆串並時,務必注意,切勿把快沒電的電池與充飽電的電池,一起使用。試想,如果是並聯,電池之間的電位不同就會交互充放電,如果是串聯,沒電的電池就會是負載,在使用的過程中還會發熱,所以車友的車燈如果是多顆充電電池串並聯,切記
  不同廠牌不要混用
  不同容量不要混用
  不同型態(可充與不可充)不要混用
  同時充電,一起使用,一起充電。

結論是,照明用的前燈,鋰電池是不錯的選擇,但是前提是要有保護電路,可且電池芯是不可以讓消費者自行更換。其次是低自放電的鎳氫電池。如果是警示用的前燈或尾燈,一般都是使用鹼性電池,要注意別因為過放電漏液把燈給毀了。

 
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