鈉離子行動電源開發規畫

2026-09-03 更新： 電芯已改為三顆 26700，最新架構為 3S1P。請以《鈉離子行動電源_26700三顆_電路設計.md》作為目前硬體設計基準；本文件保留作為早期產品規畫紀錄。

1. 建議產品定義

第一版建議做成「技術驗證型 1S4P、USB-C 20W 行動電源」，之後再依測試結果縮減體積或提高功率。

項目	建議規格
電芯	海四達 18650 Na-ion，3.0 V / 1.3 Ah / 3.9 Wh
組態	1S4P，同批次、同型號、先配對後並聯
電池包	3.0 V、5.2 Ah、15.6 Wh，工作範圍暫定 2.0-4.0 V
USB 輸入	USB-C PD，5 V / 3 A 或 9 V / 2 A
USB 輸出	USB-C PD 5 V / 3 A、9 V / 2.22 A；第一階段先限制 5 V / 2 A
額定輸出	20 W 峰值；是否可長時間維持需由熱測試決定
等效容量	約 2,650-2,800 mAh @ 5 V（依 85%-90% 系統效率）
目標重量	電芯約 158 g；整機預估 220-280 g
顯示	4 段 LED 或庫侖計百分比，不以單純電壓估算 SOC

2. 為什麼不能直接用資料夾內的鋰電模組

一般 1S 鋰電板以 4.2 V 充電，超過此鈉電芯 4.0 V 上限，不可直接使用。
一般鋰電保護板常在約 2.4-3.0 V 切斷，會浪費鈉電芯 2.0-3.0 V 的可用容量。
商品頁沒有提供可驗證的充電電壓、欠壓門檻、溫度保護與完整電路圖，只能當機構或功能參考。
原方案圖中的 BQ77916 類保護器是多串電芯用途，不適用 1S4P。
TPS63070 雖可由 2 V 啟動，但其 3.6 A 開關電流能力不足以從約 2 V 電池穩定輸出 9 V / 2.22 A，因此不能作為 20 W 主功率級。
IP5389 是 2-5 串方案，也不適用 1S4P。

3. 建議系統架構

USB-C
  │
  ├─ CC/PD 協議與輸入保護
  │
  ├─ 可設定 4.000 V 的 CC/CV 充電器
  │      └─ NTC：低溫禁充、過溫降額/停止
  │
1S4P Na-ion 電池包
  ├─ 每顆電芯獨立保險絲或熔斷線
  ├─ 雙 NTC（電芯中央與功率板）
  ├─ 獨立硬體 OVP/UVP/OCP/SCP + 背對背 MOSFET
  └─ 電流感測 / 庫侖計
  │
  ├─ 20 W 等級四開關同步升降壓
  │
  └─ USB-C PD Source 控制器 → USB-C 輸出

充電器可評估 BQ25792，但必須在樣板上確認它能把 1S 充電電壓精確設定為 4.000 V、終止電流與低溫行為符合需求。BQ25792 是 1-4 串、5 A 升降壓充電器，輸入範圍 3.6-24 V；它不是完整的 USB-C PD 協議控制器，也不能取代電池包的獨立保護。

主升降壓與 PD 控制器應重新選型，條件為：輸入涵蓋 1.8-4.0 V、在 2.0 V 輸入時可承受至少約 12 A 電池側連續電流、支援 5 V/9 V 動態輸出，並有完善限流與熱保護。若找不到具原廠設計資料的單晶片方案，採「四開關升降壓控制器 + 外接 MOSFET + 獨立 PD 控制器」。

4. 電氣設定起始值

功能	EVT 起始設定	說明
充電 CV	4.000 V ±1%	不得使用 4.2 V 鋰電設定
充電 CC	2.6 A	4 顆各 0.5C，先採規格書標準值
終止電流	0.26 A	約 0.05C × 4 顆
充電 OVP	4.05 V（目標）	需獨立硬體保護；最終值與電芯廠確認
工作 UVP	2.0 V	先依現有設計資料；負載測試後調整
儲存/休眠門檻	2.2 V	降低長期自耗造成深度過放風險
放電 OCP	15 A 起始	20 W、低電壓端約需 11-12 A，保留瞬態餘量
SCP	30-40 A 起始	依 MOSFET、銅箔、保險絲與短路測試修正
低溫充電	0°C 以下禁止	規格書在 -10-0°C 僅允許 ≤0.1C 且註明不建議
高溫充電	45°C 停止	35-45°C 先降額，達門檻停止
高溫放電	55°C 降額、60°C 停止	同時監控電芯與功率板溫度

20 W 輸出在電池 2.0 V、效率 88% 時，電池側約需 20 / 0.88 / 2.0 = 11.4 A，平均每顆約 2.85 A。電芯能力足夠，但 PCB、MOSFET、接點及散熱才是主要限制。

5. 電池包與機構

四顆電芯採同批次，並聯前將開路電壓調整至相差不超過 10 mV；禁止不同容量、老化程度或品牌混用。
不直接在電芯端長時間焊接，使用點焊鎳片；高電流主路徑以銅鎳複合片或足夠截面的銅排設計。
每顆正極增加獨立熔斷線/PTC，避免單顆內短路由其他三顆灌入大電流。
外殼預留電芯洩壓方向、絕緣魚紙、端面支架及功率板散熱空間，不讓金屬外殼直接接觸電芯正極肩部。
USB 接口與電池包之間增加阻燃隔板；外殼材料以 UL94 V-0 為目標。

6. 開發階段

P0：需求與供應商確認（1-2 週）

向電芯廠取得最新版、蓋章版規格書、UN 38.3 測試摘要、MSDS、循環條件與建議保護門檻。
確認 4.0 V CV 容差、允許浮充方式、0°C 以下充電策略及電芯是否為同一化學體系。
確認產品是展示樣機、自用工具或商品化；商品化需另做法規與運輸規畫。

P1：單電芯與 1S4P 特性量測（2-3 週）

0.2C、0.5C、1C 容量與 DCIR；建立 OCV-SOC 曲線。
2 A、5 A、10 A、12 A 電池包放電曲線與溫升。
4.0 V CC/CV 充電、終止電流、靜置回落與循環效率。
0°C、25°C、45°C 的充放電邊界；禁止自行做過充、穿刺、擠壓等危險試驗。

P2：EVT 功能樣機（3-5 週）

第一版先做 5 V / 2 A，驗證 2.0-4.0 V 全範圍穩定度、效率和保護。
第二版開啟 9 V / 2.22 A，測試最差輸入電壓、線材壓降與 PD 相容性。
完成充放電同時插入、反插、短路、過流、熱插拔、空載自耗與休眠喚醒測試。

P3：DVT 設計驗證（4-6 週）

連續 20 W 至放電截止、邊充邊放、滿載循環與高低溫降額。
USB-C PD 協議、各品牌手機/平板相容性與電子負載動態測試。
跌落、振動、端口插拔壽命、ESD、傳導/輻射 EMI 預掃描。
至少 10 台工程樣機；記錄每台電芯配對、溫升、效率與故障模式。

P4：商品化準備（6-10 週）

完成 DFMEA、PFMEA、關鍵零件承認、燒錄與校正治具、EOL 測試規格。
依銷售地區確認 IEC 62133-2、UL 2054/UL 2056、UN 38.3、IEC 62368-1、BSMI/NCC/FCC/CE/RoHS 等適用性；由合格實驗室判定最終清單。
包裝需有額定能量 Wh、輸入輸出、溫度警語、製造資訊與運輸標示。

7. EVT BOM 類別

類別	數量	選型要求
Na-ion 18650 電芯	4	同批次、容量/內阻配對
USB-C PD 輸入控制	1	5 V/9 V sink、輸入 OVP/ESD
4.0 V 可程式充電器	1	1S、CC/CV、NTC、輸入限流
1S 硬體保護	1 組	OVP/UVP/OCP/SCP/OTP，門檻適合 Na-ion
背對背功率 MOSFET	2-4	低 RDS(on)，依 15 A 連續熱設計
四開關升降壓	1 組	2.0 V 端可處理 ≥12 A，輸出 5/9 V 20 W
USB-C PD Source	1	5 V/9 V PDO、過流與放電控制
電流感測/庫侖計	1	雙向量測、低側或高側皆可
NTC	2	電芯與功率板各一
單顆熔斷元件	4	每顆電芯獨立
MCU	0-1	顯示、記錄、降額；不可作唯一安全保護

8. 驗收條件

任何正常或單一故障情境不得使電芯端電壓超過 4.05 V。
20 W 連續輸出時，電芯與外殼溫度均低於設計限值，且不反覆進入熱保護。
2.0 V 附近正常關機，不振盪重啟；靜置自耗不造成電芯深度過放。
5 V 與 9 V PDO 在全 SOC 範圍符合 USB-C PD 電壓容差。
充電、輸出、邊充邊放、短路移除後恢復邏輯均可重複且不鎖死。
SOC 顯示以實測 OCV/庫侖模型校正，10%-90% 區間誤差目標小於 ±10%。

9. 目前的主要風險與決策

電源晶片風險最高：市售低價行動電源 SoC 多為 4.2 V 鋰電與較高 UVP，不應只改電阻後使用。
20 W 與 1S 的電流很大：若熱設計不通過，產品應降為 10-15 W，或改成 2S2P；2S 可降低電流，但需要可靠均衡及 2S 鈉電保護/充電方案。
有效容量看起來較小：15.6 Wh 換算到 5 V 約只有 2.7 Ah，不能以「5200 mAh 行動電源」方式標示輸出能力。
規格書與既有圖片有差異：原始規格書放電截止為 1.8 V，而方案圖使用 2.0 V；EVT 建議先用 2.0 V，待壽命測試後再決定是否下修。
商品頁宣稱不可當設計依據：所有關鍵 IC 必須取得原廠 datasheet、樣品與可追溯料号後才可進入 PCB 設計。

10. 建議下一步

先不要購買資料夾中的兩款通用鋰電板作為正式主板。先完成「P0 供應商問題清單」及「P1 電芯測試治具」，同時依上述條件篩選 20 W 四開關升降壓、1S 鈉電保護與 USB-C PD 控制器。第一塊 PCB 只開放 5 V / 2 A，保留 9 V / 20 W 元件與測試點，通過熱與保護測試後再用韌體開啟快充。

來源

本資料夾：海四達《18650-1300mAh 钠离子电芯规格书》。
本資料夾：兩份淘寶行動電源模組頁面、既有《鈉離子行動電源設計方案》圖片及材料比較文件。
Texas Instruments：BQ25792、TPS63070 原廠產品頁與 datasheet。
Injoinic：IP5389 原廠 datasheet。

安全提醒：此文件是工程規畫，不是可直接量產的電路。含裸電芯的短路、過充、擠壓、穿刺及熱濫用測試應交由具防爆設備與合格程序的實驗室執行。