新能源汽車(chē)磷酸鐵鋰電池充電全攻略

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

磷酸鐵鋰電池對(duì)于新能源汽車(chē)的重要性不言而喻。首先，它是新能源汽車(chē)的動(dòng)力來(lái)源，直接決定了車(chē)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?yàn)樾履茉雌?chē)提供穩(wěn)定、持久的動(dòng)力輸出，確保車(chē)輛在行駛過(guò)程中的可靠性和安全性。其次，隨著環(huán)保意識(shí)的不斷提高，新能源汽車(chē)的發(fā)展成為了大勢(shì)所趨。而磷酸鐵鋰電池作為一種相對(duì)環(huán)保的電池技術(shù)，其生產(chǎn)和使用過(guò)程中對(duì)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(duì)于磷酸鐵鋰電池來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。一方面，合理的充電方式能夠有效延長(zhǎng)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(gè)關(guān)鍵因素。如果充電不當(dāng)，可能會(huì)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(guò)程中，如果出現(xiàn)過(guò)充、過(guò)放等情況，可能會(huì)引發(fā)電池過(guò)熱、起火等安全問(wèn)題。因此，掌握正確的充電技巧對(duì)于保障新能源汽車(chē)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(fù)極材料

磷酸鐵鋰電池以磷酸鐵鋰（LiFePO4）為正極材料，碳為負(fù)極材料，具有獨(dú)特的性能特點(diǎn)。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(fù)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(fù)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(guò)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(dòng)汽車(chē)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(fù)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(shí)才會(huì)燃燒，而三元鋰電池在 200℃時(shí)就會(huì)燃燒。因此，大多數(shù)純電動(dòng)公交車(chē)會(huì)使用磷酸鐵鋰電池，而一般的家用純電動(dòng)汽車(chē)對(duì)空間和重量的要求很高，所以這類純電動(dòng)汽車(chē)使用三元鋰電池比較合適。各大汽車(chē)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(shí)的安全性。

2.充電過(guò)程中的離子運(yùn)動(dòng)

在充電時(shí)，磷酸鐵鋰電池中的鋰離子會(huì)發(fā)生一系列的運(yùn)動(dòng)。具體來(lái)說(shuō)，鋰離子從正極晶體表面移至電解液，隨后穿過(guò)隔膜到達(dá)負(fù)極。

磷酸鐵鋰電池電池在充電時(shí)，正極中的鋰離子 Li 通過(guò)聚合物隔膜向負(fù)極遷移。Li 從磷酸鐵鋰晶體的 010 面遷移到晶體表面，在電場(chǎng)力的作用下，進(jìn)入電解液，穿過(guò)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(shí)，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(fù)極極柱、負(fù)極耳流向負(fù)極的銅箔集流體，再經(jīng)導(dǎo)電體流到石墨負(fù)極，使負(fù)極的電荷達(dá)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(guò)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(dá)至平衡。這就要求鋰離子電池的正負(fù)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(fù)極的導(dǎo)電性雖然要好一些，但是要實(shí)現(xiàn)大倍率放電時(shí)，仍然需要改善負(fù)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(dá)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(guò)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(dòng)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(dòng)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(diǎn)在于起始充電電流過(guò)大，往往會(huì)造成動(dòng)力鋰離子電池的損壞。鑒于此缺點(diǎn)，恒壓充電法在實(shí)際應(yīng)用中很少被采用。

2.恒流充電法

恒流充電法在整個(gè)充電過(guò)程中，通過(guò)調(diào)整輸出電壓使充電電流保持恒定。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單、方便，易于實(shí)現(xiàn)，且充電電量容易計(jì)算。但恒流充電法也存在明顯的問(wèn)題，其充電速率相對(duì)較低。因?yàn)殇囯x子電池包的可接受電流能力是隨著充電過(guò)程的進(jìn)行而逐漸下降的，到充電后期，動(dòng)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(kāi)始時(shí)的充電電流過(guò)大問(wèn)題。第二階段采用恒壓充電辦法，防止了恒流充電時(shí)導(dǎo)致的過(guò)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(duì)充電進(jìn)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(guò)大對(duì)電池造成的損害，又防止了后期過(guò)充電的情況，能夠有效延長(zhǎng)電池的使用壽命。

4.斬波充電法

斬波充電法是通過(guò)控制開(kāi)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(kāi)關(guān)管進(jìn)行控制，使其開(kāi)通一段時(shí)間后再關(guān)斷一段時(shí)間，循環(huán)往復(fù)。斬波充電法的優(yōu)勢(shì)在于，當(dāng)通過(guò)外部電路對(duì)電池充電時(shí)，電池內(nèi)部的離子出現(xiàn)要有一定的響應(yīng)時(shí)間，如果繼續(xù)不斷地對(duì)它進(jìn)行充電，可能會(huì)降低其容量的潛能。而在充電一段時(shí)間后，加入一個(gè)關(guān)斷的時(shí)間，就可以讓電池兩極出現(xiàn)的離子有一個(gè)擴(kuò)散的過(guò)程，使得電池有了一個(gè)消化的時(shí)間，這會(huì)使電池的利用率大大增加，改善充電效果，從而延長(zhǎng)電池的使用壽命和提高電池的性能。

四、充電注意事項(xiàng)

1.使用合適的充電器

在為新能源汽車(chē)的磷酸鐵鋰電池充電時(shí)，一定要強(qiáng)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(mén)設(shè)計(jì)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(guò)程中，電池不會(huì)因?yàn)椴黄ヅ涞某潆娖鞫艿綋p壞。非原裝充電器可能存在輸出電壓和電流不穩(wěn)定等問(wèn)題，容易對(duì)電池造成損害。例如，不合適的充電器可能會(huì)導(dǎo)致充電速度過(guò)慢、電池過(guò)熱甚至損壞電池。所以，為了保護(hù)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(guò)程中對(duì)溫度較為敏感，不要在溫度超過(guò) 40°的環(huán)境下充電。高溫會(huì)導(dǎo)致電池容量衰退，影響電池的性能和壽命。一般來(lái)說(shuō)，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(jì)。當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)，如在炎熱的夏季，將車(chē)輛放在陽(yáng)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(chē)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(jiàn)不鮮。在高溫環(huán)境下充電，會(huì)使電池內(nèi)部溫度進(jìn)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(shí)候一定要在陰涼的地方充電，防止高溫對(duì)電池造成不良影響。

3.及時(shí)充電

新能源汽車(chē)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?，F(xiàn)在新能源汽車(chē)大部分使用的是三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池，對(duì)于磷酸鐵鋰電池來(lái)說(shuō)，深度的放電實(shí)際上對(duì)電池健康并不有利。當(dāng)電量用到 50%或者 70%時(shí)，就可以對(duì)電池進(jìn)行充電。隨用隨充可以讓電池電量始終保持在一個(gè)比較健康的狀態(tài)，不會(huì)因?yàn)殡娏窟^(guò)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(jì)。磷酸鐵鋰電池受溫度影響很大，需要對(duì)電池進(jìn)行熱管理才能提高電池的使用效率。在過(guò)高或過(guò)低的溫度下充電，會(huì)影響電池的性能和壽命。冬季氣溫較低時(shí)，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(shí)，要避免在陽(yáng)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(shí)，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(huì)導(dǎo)致充電器和電池接口生銹、短路等問(wèn)題。良好的通風(fēng)條件可以幫助散發(fā)充電過(guò)程中產(chǎn)生的熱量，降低電池過(guò)熱的風(fēng)險(xiǎn)。

5.避免過(guò)度充電

長(zhǎng)時(shí)間過(guò)度充電會(huì)引起電池發(fā)熱、損壞甚至起火等安全問(wèn)題，充滿電后應(yīng)及時(shí)停止充電。磷酸鐵鋰電池過(guò)充時(shí)，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(shì)，使電池的電壓快速升高；過(guò)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(fù)極片上，形成點(diǎn)狀白點(diǎn)。磷酸鐵鋰電池過(guò)充會(huì)起火，雖然在一般情況下是相對(duì)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(guò)程以及后期使用不當(dāng)，或者外部環(huán)境溫度過(guò)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(shí)停止充電，避免過(guò)度充電對(duì)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(chē)的磷酸鐵鋰電池在新車(chē)首次充電時(shí)，建議進(jìn)行稍長(zhǎng)時(shí)間（8 - 12 小時(shí)）的充電。這是因?yàn)槭状纬潆娔軌蜃岆姵貎?nèi)部的化學(xué)反應(yīng)更加充分地進(jìn)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(chē)電量快要用完的時(shí)候，進(jìn)行一次長(zhǎng)時(shí)間充電，維持 8 - 10 個(gè)小時(shí)左右，目的是讓電瓶車(chē)的化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行一次完整的循環(huán)。

在首次充電過(guò)程中，需要注意一些事項(xiàng)。首先，由于磷酸鐵鋰離子電池充電器在充電時(shí)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(chē)的座子上，以防止著火。其次，首次充電前電動(dòng)汽車(chē)用電量要用完，但不能用盡。新買(mǎi)的電動(dòng)汽車(chē)電量一般不會(huì)太滿也不會(huì)太少，在使用時(shí)應(yīng)根據(jù)商家的估算，合理安排騎行距離，當(dāng)電瓶車(chē)電量顯示到最后一個(gè)格子的時(shí)候，就要準(zhǔn)備充電了。此外，首次電動(dòng)汽車(chē)磷酸鐵鋰離子電池充電應(yīng)選擇在白天進(jìn)行。這樣可以更好地掌控充電時(shí)間，避免出現(xiàn)過(guò)度充電與放電的情況，使電瓶?jī)?nèi)部的首次化學(xué)反應(yīng)正常進(jìn)行。同時(shí)，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(mén)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(wú)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(guò)程中，采用 0.3C 電流充電。當(dāng)電池電壓達(dá)到 3.65V 后，進(jìn)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(shí)，停止充電。

這種充電方式具有諸多優(yōu)點(diǎn)。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(fù)極遷移。在恒壓階段，能夠保持電池電壓穩(wěn)定，避免過(guò)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(shí)，說(shuō)明電池已經(jīng)接近充滿狀態(tài)，此時(shí)停止充電可以有效保護(hù)電池，延長(zhǎng)其使用壽命。

同時(shí)，CCCV 充電方式還能根據(jù)電池的實(shí)際狀態(tài)自動(dòng)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(guò)程中的能量損失和熱量產(chǎn)生，降低安全風(fēng)險(xiǎn)。

此外，為了確保充電安全，在使用 CCCV 充電方式時(shí)，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(guò)充、過(guò)放等情況。同時(shí)，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(jìn)行充電。

六、總結(jié)

新能源汽車(chē)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(chē)輛的安全性能。以下是對(duì)新能源汽車(chē)磷酸鐵鋰電池正確充電方法和注意事項(xiàng)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(guò)大對(duì)電池造成的損害；第二階段采用恒壓充電，防止了過(guò)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(zhǎng)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(diǎn)。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(guò)充。當(dāng)充電電流降至設(shè)定值以下時(shí)停止充電，可以有效保護(hù)電池。

二、注意事項(xiàng)

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(duì)電池造成損害。

防止高溫充電。磷酸鐵鋰電池在充電過(guò)程中對(duì)溫度敏感，不要在超過(guò) 40°的環(huán)境下充電。高溫會(huì)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(wèn)題。

及時(shí)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(shí)就可以對(duì)電池進(jìn)行充電，讓電池電量始終保持在健康狀態(tài)，延長(zhǎng)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(xiǎn)。

避免過(guò)度充電。充滿電后應(yīng)及時(shí)停止充電，長(zhǎng)時(shí)間過(guò)度充電會(huì)引起電池發(fā)熱、損壞甚至起火等安全問(wèn)題。

正確充電對(duì)延長(zhǎng)新能源汽車(chē)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(xiàng)，才能充分發(fā)揮磷酸鐵鋰電池的性能優(yōu)勢(shì)，為新能源汽車(chē)的安全行駛提供可靠保障。