如何组装一台自己的户外电源
提醒：锂电池属危险品！！！DIY需谨慎！！！本文仅供参考！！！电池组装需要基本的物理知识及一定的焊接电路能力！！！近年来随着动力锂电池产能的迅速提升，户外电源作为一类全新的电源类产品在露营爱好者中收到青睐。相较于传统的便携式发电机，户外电源能够做到免维护、0噪音、体积更加小巧同时能够适应多样化的野外环境及使用场景。然而，户外电源虽同时具备了上述多种优点，但较为高昂的售价让部分的消费者望而却步。以京东平台为例，截止笔者撰稿时储能1度电（1kW·h）的多数户外电源产品均价在5000元附近，并且众多的品牌也让刚刚接触户外电源的用户有些难以选择。在同之家网友的沟通中，部分之家用户表达出强烈的户外电源需求，除户外用途外，户外电源在某些电网不稳定地区的家庭储能中也发挥了一定作用，为此，笔者撰写此篇教程，以期帮助之家网友以最划算的价格租装一部自己的户外电源。
1、户外电源的组成
户外电源的本质仍然是一个“大号充电宝”，因此同众多的锂电池产品类似，户外电源的核心是由电芯（锂电池）、锂电池保护及管理系统（BMS电路）构成。与纯锂电池类产品不同，户外电源的AC-220V的放电需求，在上述两者的基础上加入了220V逆变模块。即：上述三者共同组成了户外电源。本文也将从上述三个模块简单说明如何组装一台属于自己的户外电源。
2、电芯的挑选
电芯作为户外电源最为重要的组成，其冲放电及储能能力直接决定了户外电源使用体验的上限。因此，明确与自己用途相契合的电芯是组装户外电源的前提。
2.1、三元锂电池与磷酸铁锂电池的选择
所谓三元锂也好，磷酸铁锂也罢，其本质均是锂电池，只不过是电芯正电材料的差异。三元锂电池，是指正极材料使用锂镍钴锰（Li（NiCoMn）O2）三元正极材料的锂离子电池；磷酸铁锂电池是一种使用磷酸铁锂（LiFePO4）作为正极材料的锂离子电池。正极材料的差异，决定了两者电化学性能的较大差异。一般而言，三元锂电池能量密度普遍在200Wh/Kg（可简单理解为每公斤至少可以存储0.2度电）以上，而以目前的技术水平，磷酸铁锂电池的能量密度上限也难以突破200Wh/Kg。
除能量密度高之外，三元锂电池还具备优秀的低温放电性能，若时常在低温环境下露营，三元锂电池可能是唯一选择。如下图所示，在同为-10°C的环境温度下，三元锂电池相较于常温状态下的放能衰减并不是很多。并且下图放电曲线展现了两种电池材料的放电平台特性，对于磷酸铁锂电池而言，其放电平台较长，电芯电压会在某一时刻突然迅速下降，迅速完成剩余电量的释放，若电池组没有装备库伦计，仅靠电压表难以准确判断电池组剩余电量。三元锂电池便不存在这一问题，全程放电平缓，用户仅依靠电压表也可较为准确的对电池组剩余电量进行估计。
综上，若对低温放电有更高的要求或手头预算实在有限，笔者推荐三元锂电池。当对电池组体积有小型化的需求时，笔者也会推荐三元锂电池。除此三点外，笔者一律推荐磷酸铁锂电池，纵使三元锂优点再多，磷酸电池凭借较高的安全性及的循环寿命（磷酸铁锂电池普遍循环可达3000次，三元锂电池循环寿命普遍在500次，少数可达800-1500次）将三元锂电池的优势遮盖的荡然无存，这也是越来越多车企押注磷酸铁锂电池的原因，毕竟安全和寿命最重要。
除上述两种常见锂电池外，还有钛酸锂电池可供选择，然而钛酸锂电池胀气问题始终存在，并且平台电压低，笔者这里不做过多介绍。
2.2、不同规格电池的选择
目前常见的锂电池有软包、圆柱、方形单体三种规格。如下图所示：
上述三种电池只是封装方式不同，本质都是三元锂或者磷酸铁锂电池。软包电池由于封装的铝塑外壳较软，抗压，抗刺穿最差，并且不具泄压阀，因而长期使用后不可避免的会有鼓包现象产生，在这里笔者不推荐使用该种电池。
圆柱电池一般以数字标明其规格，如18650、21700、特斯拉高调宣传的4680等。以21700电池为例，21指电池直径为21mm，70表明高度为70mm，末尾0指圆柱电池。上述3种规格均为三元锂电池，部分磷酸铁锂电池也采用圆柱规格，但体积较大，失去了圆柱电池的组装灵活性，这里笔者不是很推荐。圆柱电池最大的优势是并联、串联节数非常灵活，通过18650（21700）电池支架可以自由组装所需的电池容量（笔者这里简要说明一下电池容量的计算方法：若一节21700动力锂电池容量为5000mAh，平台电压为3.6V，那么根据小学2年级学过的物理知识，其能存储的电能为3.6V*5Ah=18Wh=0.018kWh，也就是0.018度电，算出了一节能存多少电，把电池组中总的电池节数相乘就是电池组总储能）。这里需要注意的是，若组装时不使用电池支架，需要用环氧板将串联电池（组）之间隔离开，避免短路造成安全隐患。笔者这里首推21700电池，应为其体积相对于18650增加较少但单节电芯容量显著高于18650，在一定程度上节约了组装成本。笔者在这里推荐的电芯有三星50E、50G，48X；LG 50T；橙皮天津力神。编者注：市面上特斯拉拆机21700电芯品质良莠不齐，谨慎选择！谨慎选择！！谨慎选择！！！
方形单体锂电池（下文简称单体锂）作为宁德时代及比亚迪全力押注的未来电池形态，目前在新能源汽车中普及率较广。单体锂最大优点是能量密度高，放电倍率大（在下文我将会较为详细说明电池放电倍率的选择）。三元锂或者磷酸铁锂均可封装为单体锂的形式，并且单体锂体积差异较大，这为期望获得大容量电池组的用户提供了多样化的选择。市面上单体锂电池均为新能源汽车拆机，极少数或者说很少有全新，因此，笔者这里推荐线下店铺购买。以顺丰快递为例，单个快递最大能邮寄的电池质量为2kg，超出该质量后无法邮件，而单体锂的质量很容易超过2kg，这为退换货带来了不便。其次，拆机电池优先选择宁德时代及亿纬电芯，宁德时代的名声自然不用多说，亿纬锂能部分读者可能是首次听说，这也是一家全球知名的动力锂供应商，其拆机电芯在市场中的保有量很高。除此之外，国轩电芯在某宝、某鱼中的保有量也很高，也是值得选择的品牌。
总结，笔者不推荐软包电池，如果对电池组体积有严格要求，那么圆柱型电芯是首选；如果期望或者更大容量的电池组，而对体积不是很敏感，那么单体锂是最佳的选择。但是无论是选择何种规格的电芯，在购买前一定要让卖家对发货的电池进行分容匹配，即：购买的电芯要尽量做到内阻一致，这样才能保证电池组的寿命最大化。一般而言，电池组的寿命受木桶效应影响，当电池组中一节电芯冲放电性能下降时，整个电池组性能都将会严重下降甚至报废。
2.3 电池放电倍率的选择
电池的冲放电倍率一般用C表示，具体的计算公式这里不展开介绍。以三星21700动力锂电池40T为例子，其容量为4000mAh，平台电压为3.6V，若以1C倍率放电，则该电池在满电理想条件下会以4A的电流进行1小时的放电，并完全释放电能。三星在其说明文档中介绍，该电池最大放电倍率为8.75C，瞬时最大放电倍率为11.25C，表明该电池在满电理想条件下会以最大35A的电流放电1/8.75 h=411s，瞬时放电电流可达45A。
明确了电池放电倍率，我们便可通过电池放电倍率计算单节电芯的最大放电功率，以匹配我们所组装的户外电源的使用需求。这里还是以三星40T动力锂电池为例，根据幼儿园学过的电功率公式，我们很容易便可计算出其最大放电功率为：3.6V*35A=126W。当我们对N节电芯进行串联，那么电池组电压便会增大为单节电芯的N倍，最大放电功率是单节电芯的N倍；同理，当对N节电芯进行并联，电池组电压不变，但容量变为原来的N倍，最大放电功率同样是单节电芯的N倍（以上均为理想状态，单节电芯间存在微小的不可避免的电压差，会影响电池组整体的放电能力）。
一般而言，21700电池多为动力型锂电池，放电倍率较高，不同型号的21700电池放电倍率差异较大，因此，购买前一定要计算拟组装的电池组放电功率，避免电池组输出功率不够，造成电池组长期超额输出，造成电芯过热，缩短寿命。
相对的，单体锂电池设计的初衷就是新能源汽车及储能电站等场所，其自身放电倍率非常大，在组装时一定要非常小心，避免出现意外。以亿纬3.2V 105Ah磷酸铁锂单体锂为例，其放电倍率很容易达到3C，即315A的放电电流，折合1kW的放电功率。如此高的电流若发生短路，瞬间可将2mm厚的的镁铝合金材料气化，因此，组装时一定要注意安全避免短路！
综上，在组装电池时，一定要考虑自己的功率使用需求，在满足自己户外用电功率需求的前提下保留一定的功率余量去选择电芯，组装成合适的电池组，切记不要盲目选择超高放电倍率的电芯（主要是21700电芯），白白徒增成本。
3、电池管理电路（BMS）的选择
锂电池最害怕的就是高温、过度充电与放电，并且电池组内所有电芯的物理参数（内阻，某一时刻的电压，电池温度等）不可能完全相同，因此需要一个电路去管理电池组内所有电芯，避免过度充电、放电，并且使电池组内所有电芯尽可能的“负载均衡”并均衡电芯电压，使电池组内所有电芯状态尽可能的一致，避免“1核有难，7核围观”的场面，最大化延长电池组使用寿命。
市面上BMS保护板品牌众多，笔者这里不做推荐，一定要根据自己的需要选择对应放电功率的BMS保护板。比如说我计划组装一个24V的三元锂电池组，那么通过计算可知，需要7节电芯（若需要更大的容量可以先将N节并联）进行串联，那么就需要购买配套的7串三元锂电池保护板。因为磷酸铁锂电芯电压与三元锂不同，切记不可购买错误，轻则BMS电路烧毁，重则电芯出现意外！
组装好的电池组放电功率由BMS放电电流决定，若BMS为24V，7串三元锂，放电电流为100A，那么该电池组最大输出功率为2400W，切记不可超出BMS功率使用，避免BMS电流过载发热缩短使用寿命或造成过载保护。
4、逆变模块的选择
逆变模块这里有两种购买思路：购买单独工频逆变器或者单独购买纯正弦波电路模块，下面笔者将单独讲解两种组装思路。
市面常见的逆变器根据交流电波形可达致分为纯正弦波及修正弦波，对于后者，其波形的本质为高频方波，使用局限性较大，笔者在此不推荐。当完成电池组的组装后，连接对应电压的工频逆变器即可在户外使用交流电。此方法的缺点是工频逆变器体积较大，比较重，会占用车内后备箱一定的体积，但与电池组分离的方案，当遇到故障时便与排查有利于后期的维护。至于纯正弦波电路模块，某宝某鱼均有售卖，请根据自己的能力进行挑选，并在电池外壳处留出散热风扇开口，为逆变模块充分散热。
值得注意的是，电池组电压越高，逆变输出至AC-220V的电压过程中损耗越低，请酌情考虑电池组的电压。
5、外壳及配件
当做完上述所有工作，距离你自己的户外电源便近在咫尺了，选择合适的外壳，将电池组或者电池组-逆变模块装入电池盒中即可，这里去某宝某鱼定做即可。
尾注：一些需要注意的事项
环氧板：在组装单体锂时，必须用环氧板将电芯之间隔离，防止短路。
18650/21700电池支架：用于容纳电芯，如果对体积要求较高，可使用蜂窝支架，电芯排列密度更高。也可以不使用支架，那么串联电池组之间必须用环氧板或者青稞纸隔离，防止短路。
如何充电：充电器正极连接电池组正极柱，充电器负极连接电池组负极柱即可。充电器选择匹配电压即可。如：13串磷酸铁锂电池满电电压为3.65*13=47.45，选择48V充电器即可，充电电流由电芯参数及BMS可接受的充电电流决定，一般在BMS允许的范围内越大越好（快充）。
能否太阳能充电？当然可以，只需购买折叠式太阳能电池板以及太阳能MPPT控制器（这个控制器很小，只有巴掌大）即可，在户外可在1分钟内迅速连接，只需将MPPT正负极按照上述充电器连接方法连接至电池组即可。
能否边冲边放：可以，现在市面上售卖的BMS控制器多数均具备此功能。
能否PD快充：先说如何实现输出，这是最简单的。市面多售卖PD快充模块，购买后连接至电池组输出即可，记得在电池组外壳处预留PD接口的固定位。值得注意的是，一定要留意PD模块的输入电压与电池组电压是否匹配，如若不匹配，需要在PD模块输入端使用DC-DC降压模块将电池组电压降至PD充电模块合适的电压后使用（一般需要在DC-DC的输出端串联一个二极管，防止电流逆向行走，损坏DC-DC模块）。
PD输入：个人不是很推荐，因为户外电源容量较大，100W PD充电器充满需要很久。如果有必须要PD输入的需求，可以考虑用PD诱骗器诱骗出20V电压后利用DC-DC升降压模块为电池组充电（同样需要串联二极管，防止电流反向流入模块，导致模块损坏）。
PD同口输入输入：此类模块现有产品可能难以覆盖20V以上电压电池组，多数需要有一定的动手能力自己设计电路，比较麻烦，这里不做推荐，有能力者自行考虑。
如何监测电池电量：对于磷酸铁锂电池组，介于上述所提及的电池特性，建议使用库伦计统计电池电量；对于三元锂电池组，可使用电压表简单估计剩余电量，若使用库伦计更为准确。除此之外，某些品牌的BMS自带蓝牙通讯功能，可以使用手机准确检测电池组的各项状态，笔者也是更为推荐此类BMS。
6、总结
上述就是笔者大致总结的户外电源的组装过程，可以看出，电芯的选择及电池组的组装是重中之重，希望本文能为有相关意向的网友提供参考。
笔者这里附上一组自己制作的电池组，笔者这里采用了电池组+逆变器分离的方案，该电池组由50枚三星50E电芯构成，可稳定输出1500W功率，对于笔者而言已经完全够用，这里也再次提醒各位读者，根据自己的需求DIY自己的户外电源，切记不要创造伪需求，徒增不必要的花销。
