新能源汽車磷酸鐵鋰電池充電全攻略

在當(dāng)今的汽車市場中，新能源汽車憑借其環(huán)保、節(jié)能等優(yōu)勢，逐漸成為了消費者的新寵。而新能源汽車的核心部件之一便是電池，其中磷酸鐵鋰電池因其獨特的性能特點，在新能源汽車領(lǐng)域中占據(jù)著重要的地位。

磷酸鐵鋰電池對于新能源汽車的重要性不言而喻。首先，它是新能源汽車的動力來源，直接決定了車輛的續(xù)航里程和性能表現(xiàn)。一款性能優(yōu)良的磷酸鐵鋰電池能夠為新能源汽車提供穩(wěn)定、持久的動力輸出，確保車輛在行駛過程中的可靠性和安全性。其次，隨著環(huán)保意識的不斷提高，新能源汽車的發(fā)展成為了大勢所趨。而磷酸鐵鋰電池作為一種相對環(huán)保的電池技術(shù)，其生產(chǎn)和使用過程中對環(huán)境的污染較小，符合可持續(xù)發(fā)展的要求。

正確充電對于磷酸鐵鋰電池來說至關(guān)重要。一方面，合理的充電方式能夠有效延長電池的使用壽命。磷酸鐵鋰電池的壽命受到多種因素的影響，其中充電方式是一個關(guān)鍵因素。如果充電不當(dāng)，可能會導(dǎo)致電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)受損，從而降低電池的性能和壽命。另一方面，正確充電可以提高電池的安全性。充電過程中，如果出現(xiàn)過充、過放等情況，可能會引發(fā)電池過熱、起火等安全問題。因此，掌握正確的充電技巧對于保障新能源汽車的安全行駛具有重要意義。

二、磷酸鐵鋰電池的結(jié)構(gòu)與工作原理

1.正極材料與負極材料

磷酸鐵鋰電池以磷酸鐵鋰（LiFePO4）為正極材料，碳為負極材料，具有獨特的性能特點。其中，正極材料磷酸鐵鋰具有橄欖石型結(jié)構(gòu)，屬于正交晶系。原子以六方緊密堆積方式排列，鐵原子和鋰原子分別位于磷原子八面體中心 4a 和 4c 的位置，并分別形成 FeO6 和 LiO6 八面體；磷原子位于四面體的 4c 位置，從而形成 PO4 四面體。這種結(jié)構(gòu)使得磷酸鐵鋰具有較高的穩(wěn)定性和安全性。

負極材料通常為石墨，石墨具有多層結(jié)構(gòu)，可以容納鋰原子。大部分鋰電池的負極都是用石墨制造的，磷酸鐵鋰電池也不例外。石墨的導(dǎo)電性好，結(jié)晶度高，鋰離子能夠在充電和放電過程中在石墨層間嵌入和脫出，形成嵌鋰化合物 Li x C6。

純電動汽車常用的鋰電池有兩種，一種是三元鋰電池，另一種是磷酸鐵鋰電池。三元鋰電池的正極由三元材料制成，一些三元鋰電池的正極由鎳、鈷和錳制成，另一些三元鋰電池的正極由鎳、鈷和鋁制成。三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池的負極大部分都是由石墨制成。三元鋰電池比磷酸鐵鋰電池低溫性能更好，能量密度更高，但安全系數(shù)不如磷酸鐵鋰電池。磷酸鐵鋰電池在 800℃時才會燃燒，而三元鋰電池在 200℃時就會燃燒。因此，大多數(shù)純電動公交車會使用磷酸鐵鋰電池，而一般的家用純電動汽車對空間和重量的要求很高，所以這類純電動汽車使用三元鋰電池比較合適。各大汽車廠商也在不斷尋找提高三元鋰電池安全系數(shù)的方法，以確保其在正常使用時的安全性。

2.充電過程中的離子運動

在充電時，磷酸鐵鋰電池中的鋰離子會發(fā)生一系列的運動。具體來說，鋰離子從正極晶體表面移至電解液，隨后穿過隔膜到達負極。

磷酸鐵鋰電池電池在充電時，正極中的鋰離子 Li 通過聚合物隔膜向負極遷移。Li 從磷酸鐵鋰晶體的 010 面遷移到晶體表面，在電場力的作用下，進入電解液，穿過隔膜，再經(jīng)電解液遷移到石墨晶體的表面，然后嵌入石墨晶格中。與此同時，電子經(jīng)導(dǎo)電體流向正極的鋁箔集電極，經(jīng)極耳、電池極柱、外電路、負極極柱、負極耳流向負極的銅箔集流體，再經(jīng)導(dǎo)電體流到石墨負極，使負極的電荷達至平衡。鋰離子從磷酸鐵鋰脫嵌后，磷酸鐵鋰轉(zhuǎn)化成磷酸鐵，其晶格結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。

從磷酸鐵鋰電池的工作原理可知，磷酸鐵鋰電池的充放電過程需要鋰離子和電子的共同參與，而且鋰離子的遷移速度與電子的遷移速度要達至平衡。這就要求鋰離子電池的正負電極必須是離子和電子的混合導(dǎo)體，而且其離子導(dǎo)電能力和電子導(dǎo)電能力必須一致。但是，磷酸鐵鋰的導(dǎo)電性能很差。而石墨負極的導(dǎo)電性雖然要好一些，但是要實現(xiàn)大倍率放電時，仍然需要改善負極的導(dǎo)電性，使其的電子導(dǎo)電能力與鋰離子從石墨中脫嵌的能力達至平衡。

三、正確的充電方法

1.恒壓充電法

恒壓充電法是在充電過程中，充電電源的輸出電壓保持恒定。隨著磷酸鐵鋰離子電池包的荷電狀態(tài)變化，自動調(diào)整充電電流。這種方法如果規(guī)定的電壓恒定值合適，既能保證動力鋰離子電池完全充電，又能盡量減少析氣和失水。然而，恒壓充電法只考慮電池電壓這一單一狀態(tài)的變化，不能有效反映電池的整體充電狀況。其最大的缺點在于起始充電電流過大，往往會造成動力鋰離子電池的損壞。鑒于此缺點，恒壓充電法在實際應(yīng)用中很少被采用。

2.恒流充電法

恒流充電法在整個充電過程中，通過調(diào)整輸出電壓使充電電流保持恒定。這種方式的優(yōu)點是操作簡單、方便，易于實現(xiàn)，且充電電量容易計算。但恒流充電法也存在明顯的問題，其充電速率相對較低。因為鋰離子電池包的可接受電流能力是隨著充電過程的進行而逐漸下降的，到充電后期，動力鋰離子電池受電能力下降，充電電流利用率大大降低。

3.恒流恒壓充電法

恒流恒壓充電法是恒流充電法和恒壓充電法的結(jié)合。第一階段采用恒流充電辦法，避免了恒壓充電剛開始時的充電電流過大問題。第二階段采用恒壓充電辦法，防止了恒流充電時導(dǎo)致的過充電現(xiàn)象。磷酸鐵鋰離子電池和其它任何密封式可充電電池一樣，需要對充電進行控制，不能濫充，否則容易損壞電池。磷酸鐵鋰離子電池一般采用先恒流后限壓的充電辦法。這種充電方式既避免了初期電流過大對電池造成的損害，又防止了后期過充電的情況，能夠有效延長電池的使用壽命。

4.斬波充電法

斬波充電法是通過控制開關(guān)，給電池提供間歇充電。在這種方法下，恒流源的電流不變，而開關(guān)管進行控制，使其開通一段時間后再關(guān)斷一段時間，循環(huán)往復(fù)。斬波充電法的優(yōu)勢在于，當(dāng)通過外部電路對電池充電時，電池內(nèi)部的離子出現(xiàn)要有一定的響應(yīng)時間，如果繼續(xù)不斷地對它進行充電，可能會降低其容量的潛能。而在充電一段時間后，加入一個關(guān)斷的時間，就可以讓電池兩極出現(xiàn)的離子有一個擴散的過程，使得電池有了一個消化的時間，這會使電池的利用率大大增加，改善充電效果，從而延長電池的使用壽命和提高電池的性能。

四、充電注意事項

1.使用合適的充電器

在為新能源汽車的磷酸鐵鋰電池充電時，一定要強調(diào)使用廠家指定的充電器，最好是原裝充電器。原裝充電器是根據(jù)電池的特性和參數(shù)專門設(shè)計的，能夠提供最穩(wěn)定、最安全的充電電流和電壓。這可以確保在充電過程中，電池不會因為不匹配的充電器而受到損壞。非原裝充電器可能存在輸出電壓和電流不穩(wěn)定等問題，容易對電池造成損害。例如，不合適的充電器可能會導(dǎo)致充電速度過慢、電池過熱甚至損壞電池。所以，為了保護磷酸鐵鋰電池，避免使用不當(dāng)充電器是至關(guān)重要的。

2.防止高溫充電

磷酸鐵鋰電池在充電過程中對溫度較為敏感，不要在溫度超過 40°的環(huán)境下充電。高溫會導(dǎo)致電池容量衰退，影響電池的性能和壽命。一般來說，磷酸鐵鋰電池的最佳使用溫度是 0 到 35 攝氏度，充電器也多按此溫度設(shè)計。當(dāng)溫度過高時，如在炎熱的夏季，將車輛放在陽光下暴曬，電池內(nèi)部的零部件線路等非常容易受到損害，從而使車況降低使用質(zhì)量大打折扣，而且高溫下電池起火事件也屢見不鮮。在高溫環(huán)境下充電，會使電池內(nèi)部溫度進一步升高，輕者發(fā)生充電故障，降低電池的使用效果和循環(huán)壽命；嚴(yán)重的甚至起火。所以，充電的時候一定要在陰涼的地方充電，防止高溫對電池造成不良影響。

3.及時充電

新能源汽車的磷酸鐵鋰電池應(yīng)執(zhí)行隨用隨充的原則，避免電池每次都欠壓以后再充電，這樣可以提升電池壽命。現(xiàn)在新能源汽車大部分使用的是三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池，對于磷酸鐵鋰電池來說，深度的放電實際上對電池健康并不有利。當(dāng)電量用到 50%或者 70%時，就可以對電池進行充電。隨用隨充可以讓電池電量始終保持在一個比較健康的狀態(tài)，不會因為電量過低而受損，而且能讓電池里面的鋰離子保持活躍，電池就不容易老化。

4.注意充電環(huán)境

充電最佳的環(huán)境溫度是 25℃，充電器多按此溫度設(shè)計。磷酸鐵鋰電池受溫度影響很大，需要對電池進行熱管理才能提高電池的使用效率。在過高或過低的溫度下充電，會影響電池的性能和壽命。冬季氣溫較低時，盡量選擇在室內(nèi)溫暖的環(huán)境下充電，避免在寒冷的室外充電。夏季氣溫較高時，要避免在陽光直射下或高溫環(huán)境中充電，可以選擇在陰涼通風(fēng)處充電。同時，充電環(huán)境應(yīng)保持干燥通風(fēng)，避免潮濕和積水。潮濕的環(huán)境可能會導(dǎo)致充電器和電池接口生銹、短路等問題。良好的通風(fēng)條件可以幫助散發(fā)充電過程中產(chǎn)生的熱量，降低電池過熱的風(fēng)險。

5.避免過度充電

長時間過度充電會引起電池發(fā)熱、損壞甚至起火等安全問題，充滿電后應(yīng)及時停止充電。磷酸鐵鋰電池過充時，Li+大量脫出，生成的 FePO4 增多，引起較大的極化電阻和極化電勢，使電池的電壓快速升高；過多的鋰脫出，極片上的粘結(jié)劑被破壞，使正極膏片從集流體上脫離，出現(xiàn)大面積掉膏，脫出的 Li 聚集在負極片上，形成點狀白點。磷酸鐵鋰電池過充會起火，雖然在一般情況下是相對安全的，但在一些極端情況下，如各公司的材料選擇、配比、工藝過程以及后期使用不當(dāng)，或者外部環(huán)境溫度過高、溫度控制系統(tǒng)發(fā)生故障等，都可能導(dǎo)致起火。所以，為了確保安全，充滿電后應(yīng)及時停止充電，避免過度充電對電池造成損害。

五、快速充電技巧

1.首次充電與完整循環(huán)充電

新能源汽車的磷酸鐵鋰電池在新車首次充電時，建議進行稍長時間（8 - 12 小時）的充電。這是因為首次充電能夠讓電池內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)更加充分地進行，為電池的后續(xù)使用奠定良好的基礎(chǔ)。首次充電之后，第二次充電也非常關(guān)鍵。可以在電瓶車電量快要用完的時候，進行一次長時間充電，維持 8 - 10 個小時左右，目的是讓電瓶車的化學(xué)反應(yīng)進行一次完整的循環(huán)。

在首次充電過程中，需要注意一些事項。首先，由于磷酸鐵鋰離子電池充電器在充電時可能生熱很快且溫度較高，特別是在夏天，充電器不能放在容易發(fā)熱燃燒的物體之上，也最好不要放在電瓶車的座子上，以防止著火。其次，首次充電前電動汽車用電量要用完，但不能用盡。新買的電動汽車電量一般不會太滿也不會太少，在使用時應(yīng)根據(jù)商家的估算，合理安排騎行距離，當(dāng)電瓶車電量顯示到最后一個格子的時候，就要準(zhǔn)備充電了。此外，首次電動汽車磷酸鐵鋰離子電池充電應(yīng)選擇在白天進行。這樣可以更好地掌控充電時間，避免出現(xiàn)過度充電與放電的情況，使電瓶內(nèi)部的首次化學(xué)反應(yīng)正常進行。同時，為了確保磷酸鐵鋰離子電池組的充電安全和使用壽命，只能使用專門配套的鋰電專用充電器，不能使用鉛酸充電器或其他形式的充電器。新的磷酸鐵鋰離子電池到手后一般都帶有一定電量，可以立即使用，鋰離子電池首次充電無論是用后再充還是充后再用，效果完全相同。

2.CCCV 充電方式

先恒流后恒壓的 CCCV 充電方式是磷酸鐵鋰電池較為理想的充電方式。在恒流過程中，采用 0.3C 電流充電。當(dāng)電池電壓達到 3.65V 后，進入恒壓充電階段，使用 3.65V 恒壓充電。當(dāng)充電電流低于 0.1C 或 0.05C 時，停止充電。

這種充電方式具有諸多優(yōu)點。首先，恒流階段可以快速提升電池電量，為電池提供穩(wěn)定的充電電流，確保鋰離子能夠有序地從正極向負極遷移。在恒壓階段，能夠保持電池電壓穩(wěn)定，避免過充現(xiàn)象的發(fā)生。當(dāng)充電電流逐漸降低到設(shè)定值以下時，說明電池已經(jīng)接近充滿狀態(tài)，此時停止充電可以有效保護電池，延長其使用壽命。

同時，CCCV 充電方式還能根據(jù)電池的實際狀態(tài)自動調(diào)整充電參數(shù)，提高充電效率。與其他充電方式相比，它能夠更好地適應(yīng)磷酸鐵鋰電池的特性，減少充電過程中的能量損失和熱量產(chǎn)生，降低安全風(fēng)險。

此外，為了確保充電安全，在使用 CCCV 充電方式時，應(yīng)注意選擇合適的充電器，盡量使用原裝充電器或質(zhì)量可靠的專用充電器。并且要嚴(yán)格遵守充電流程，避免出現(xiàn)過充、過放等情況。同時，要注意充電環(huán)境的溫度和濕度，保持良好的通風(fēng)條件，以確保電池在安全的環(huán)境下進行充電。

六、總結(jié)

新能源汽車磷酸鐵鋰電池的正確充電至關(guān)重要，它直接關(guān)系到電池的壽命和車輛的安全性能。以下是對新能源汽車磷酸鐵鋰電池正確充電方法和注意事項的總結(jié)。

一、正確充電方法

恒流恒壓充電法是較為理想的充電方式。第一階段采用恒流充電，避免了初期電流過大對電池造成的損害；第二階段采用恒壓充電，防止了過充電現(xiàn)象。這種充電方式既保證了充電的安全性，又能有效延長電池的使用壽命。

CCCV 充電方式，即先恒流后恒壓的充電方式，也具有諸多優(yōu)點。恒流階段可以快速提升電池電量，為電池提供穩(wěn)定的充電電流；恒壓階段能夠保持電池電壓穩(wěn)定，避免過充。當(dāng)充電電流降至設(shè)定值以下時停止充電，可以有效保護電池。

二、注意事項

使用合適的充電器是關(guān)鍵。一定要使用廠家指定的充電器，最好是原裝充電器，以確保提供穩(wěn)定、安全的充電電流和電壓，避免因不匹配的充電器對電池造成損害。

防止高溫充電。磷酸鐵鋰電池在充電過程中對溫度敏感，不要在超過 40°的環(huán)境下充電。高溫會導(dǎo)致電池容量衰退，影響性能和壽命，甚至可能引發(fā)安全問題。

及時充電，遵循隨用隨充的原則。避免電池每次都欠壓以后再充電，當(dāng)電量用到 50%或者 70%時就可以對電池進行充電，讓電池電量始終保持在健康狀態(tài)，延長電池壽命。

注意充電環(huán)境。最佳環(huán)境溫度是 25℃，應(yīng)在溫度適宜、干燥通風(fēng)的地方充電。冬季選擇室內(nèi)溫暖環(huán)境，夏季在陰涼通風(fēng)處充電，避免潮濕和積水，降低安全風(fēng)險。

避免過度充電。充滿電后應(yīng)及時停止充電，長時間過度充電會引起電池發(fā)熱、損壞甚至起火等安全問題。

正確充電對延長新能源汽車磷酸鐵鋰電池壽命和確保安全具有重要意義。只有掌握了正確的充電方法和注意事項，才能充分發(fā)揮磷酸鐵鋰電池的性能優(yōu)勢，為新能源汽車的安全行駛提供可靠保障。