如何對磷酸鐵鋰電池進行充電和放電?

　　一、磷酸鐵鋰(LFP)電池的結(jié)構(gòu)與原理

　　● 磷酸鐵鋰(LiFePO4)電池結(jié)構(gòu)

　　磷酸鐵鋰(LiFePO4)電池的組成部件包括正極、負極、電解液、隔膜、正負極引線、中心端子、安全閥、密封圈、外殼等等。

　　磷酸鐵鋰(LiFePO4)電池的正極材料一般稱作磷酸鐵鋰，負極材料通常為碳材料。

　　在電池結(jié)構(gòu)中，左側(cè)是以具有橄欖石結(jié)構(gòu)的磷酸鐵鋰(LiFePO4)作為電池正極，它通過鋁箔與電池正極相連。

　　中間是聚合物隔膜，其作用是分隔正負極，鋰離子(Li?)可以穿過它，但電子(e?)無法通過。

　　右側(cè)是電池的負極，由碳(石墨)構(gòu)成，并通過銅箔與電池負極相連。

　　磷酸鐵鋰(LFP)電池正極材料的結(jié)構(gòu)特性決定了該材料本身導(dǎo)電性較低，同時也決定了材料的穩(wěn)定性及安全性能。

　　● 磷酸鐵鋰(LiFePO4)電池原理

　　當(dāng)磷酸鐵鋰(LFP)電池充電時，鋰離子從磷酸鐵鋰晶體表面遷移至晶體外部表面，在電場力的作用下，進入電解液，穿過隔膜，然后通過電解液遷移至石墨晶體表面，接著嵌入到石墨晶格之中。

　　與此同時，電子通過導(dǎo)體流向正極的鋁箔集流體，再通過極耳、電池極柱、外部電路、負極以及負極極耳流向負極的銅箔集流體。

　　然后，電子經(jīng)導(dǎo)體流向石墨負極，以平衡負極上的電荷。鋰離子從磷酸鐵鋰中脫嵌后，磷酸鐵鋰便轉(zhuǎn)化為磷酸鐵。

　　當(dāng)磷酸鐵鋰(LFP)電池放電時，鋰離子從石墨晶體中脫嵌，進入電解液，穿過隔膜。然后，通過電解液遷移至磷酸鐵鋰晶體表面，接著再次通過其表面嵌入到磷酸鐵鋰的晶格之中。與此同時，電子通過導(dǎo)體流向負極的銅箔集流體，再通過極耳、負極電池極柱、外部電路、正極極柱以及正極極耳流向電池正極的鋁箔集流體。然后，電子經(jīng)導(dǎo)體流向磷酸鐵鋰正極，以平衡正極的電荷。

　　二、如何給磷酸鐵鋰電池充電?

　　建議采用恒流恒壓(CCCV)充電法對磷酸鐵鋰(LiFePO4)電池組進行充電，也就是先恒流后恒壓。恒流時建議采用 0.3C 的電流，恒壓時建議設(shè)定為 3.65V。

　　磷酸鐵鋰(LFP)電池和鋰離子電池的充電器一樣嗎?這兩種電池的充電方法都是先恒流后恒壓(CCCV)，但恒壓設(shè)定值有所不同。磷酸鐵鋰(LiFePO4)電池的標(biāo)稱電壓是 3.2V，充電截止電壓是 3.6V。普通鋰電池的標(biāo)稱電壓是 3.6V，充電截止電壓是 4.2V。

　　●我可以用太陽能給磷酸鐵鋰(LiFePO4)電池充電嗎?

　　太陽能電池板不能直接給磷酸鐵鋰(LiFePO4)電池充電。因為太陽能電池板的電壓不穩(wěn)定，無法直接給磷酸鐵鋰(LiFePO4)電池充電，需要一個穩(wěn)壓電路以及相應(yīng)的磷酸鐵鋰(LiFePO4)電池充電電路才能對其充電。

　　●能用發(fā)電機給磷酸鐵鋰(LiFePO4)電池充電嗎?

　　發(fā)電機不能直接給磷酸鐵鋰(LiFePO4)電池充電，因為發(fā)電機所產(chǎn)生的電力是交流電或者脈沖直流電，而磷酸鐵鋰(LiFePO4)電池必須用穩(wěn)定的直流電來充電。

　　三、如何對磷酸鐵鋰(LiFePO4)電池進行放電?

　　以下是正確對磷酸鐵鋰(LiFePO4)電池進行放電的步驟：

　　● 確定安全放電倍率：

　　磷酸鐵鋰(LiFePO4)電池有推薦的最大放電倍率，通常處于 1C 至 3C 之間。要避免超過此倍率，以防電池受損。1C 表示電池能以在 1 小時內(nèi)將電量完全放完的速率進行放電，3C 則意味著可以在三分之一小時內(nèi)放完電。

　　● 連接負載：

　　將磷酸鐵鋰(LiFePO4)電池與你想要對其進行放電的設(shè)備或負載相連接。確保連接牢固，并且極性正確(正極接正極，負極接負極)。

　　● 監(jiān)測電壓：

　　在放電過程中，使用電壓表持續(xù)監(jiān)測電池的電壓。為避免過放電損害電池，磷酸鐵鋰(LiFePO4)電池單節(jié)電芯的電壓不應(yīng)低于 2.5V。

　　● 按合適倍率放電：

　　按照推薦的安全倍率(1C 至 3C)對電池進行放電，切勿超過此倍率。如果電池在放電過程中發(fā)熱，則要降低放電倍率。

　　● 適時停止放電：

　　當(dāng)電池電壓達到單節(jié)電芯 2.5V 這一推薦的最低電壓時，停止放電。單節(jié)電芯電壓低于 2.5V 可能會對磷酸鐵鋰(LiFePO4)電池造成永久性損壞。

　　● 妥善存放電池：

　　放電結(jié)束后，將磷酸鐵鋰(LiFePO4)電池存放在陰涼、干燥的地方。避免在電池充滿電或完全放電的狀態(tài)下存放，理想的存放狀態(tài)是電量處于大約 50% 的荷電狀態(tài)。

　　四、如何延長磷酸鐵鋰(LiFePO4)電池的使用壽命?

　　動力電池是由多個電池成組構(gòu)成的，通過將電芯進行串并聯(lián)來實現(xiàn)。由于其自身特性，磷酸鐵鋰(LiFePO4)電池組對電芯的一致性有著較高要求。只要一組電池中的某一個電池與其他電池存在差異，整個電池組的效能就會大打折扣。

　　而且，磷酸鐵鋰(LFP)電池的循環(huán)壽命與電池的質(zhì)量、規(guī)格、使用頻率、充放電方法等諸多因素相關(guān)。因此，在使用磷酸鐵鋰電池時，要注重使用和維護，盡量減少不必要的損耗，以延長電池的循環(huán)壽命。

　　● 避免過充和過放

　　鋰離子電池對過充和過放尤為敏感，所以要避免充電超過 100% 或者放電低于 20%。建議在電池電量降至約 30% 時進行充電。將電池電量保持在 40% - 80% 之間，能夠延緩電池的循環(huán)老化。

　　● 控制充電時間

　　充電時間不宜過長。建議使用原裝充電器或者符合標(biāo)準(zhǔn)的品牌充電器進行充電，并在充滿電后及時切斷電源。

　　● 保持電池清潔

　　要經(jīng)常清理電池表面的灰塵和污垢，防止灰塵及雜物進入電池內(nèi)部，進而影響電池壽命。

　　● 避免高溫和低溫環(huán)境

　　高溫和低溫環(huán)境對鋰離子電池有一定影響，溫度過高或過低都會縮短電池壽命。應(yīng)當(dāng)避免讓電池處于高溫或低溫環(huán)境中，盡量將電池溫度控制在 5 - 35 攝氏度之間。

　　● 避免被重物擠壓

　　磷酸鐵鋰(LiFePO4)電池的外殼一般比較薄，要防止其被重物擠壓或碾壓，以免電池發(fā)生變形或內(nèi)部短路。

　　● 定期維護

　　定期對電池進行保養(yǎng)維護，例如檢查電池連接件的緊固情況、清潔電池極柱、查看電池連接線等，這樣可以使電池保持良好狀態(tài)，延長其使用壽命。

　　● 磷酸鐵鋰(LiFePO4)電池充電器

　　要使用專用充電器。如果磷酸鐵鋰(LFP)電池與充電器的電流、電壓不匹配，電池很可能會受損，電池壽命也會受到影響。因此，務(wù)必使用正規(guī)的專用配套充電器進行充電，不要將新舊鋰電池混用，也不要混用不同類型的鋰電池充電器。

　　五、一些通用的參考準(zhǔn)則

　　● 標(biāo)準(zhǔn)充電電流：

　　磷酸鐵鋰(LiFePO4)電池的標(biāo)準(zhǔn)或推薦充電電流通常處于 0.2C 至 1C 之間。

　　例如，對于一塊容量為 100 安時(Ah)的磷酸鐵鋰(LiFePO4)電池，其標(biāo)準(zhǔn)充電電流范圍是 20 安培(A)(0.2C)至 100 安培(A)(1C)。

　　● 快速充電電流：

　　與其他鋰離子電池化學(xué)體系相比，磷酸鐵鋰(LiFePO4)電池能夠承受更高的充電電流。磷酸鐵鋰(LiFePO4)電池的快速充電電流通常在 1C 至 3C 之間。

　　因此，同樣是那塊 100 安時(Ah)的磷酸鐵鋰(LiFePO4)電池，可以采用 100 安培(A)(1C)至 300 安培(A)(3C)的電流進行快速充電。

　　● 均衡充電：

　　磷酸鐵鋰(LiFePO4)電池在充電過程中需要進行均衡充電，以確保所有電芯都能被均勻充電。均衡充電電流通常在 0.1C 至 0.2C 左右。

　　對于 100 安時(Ah)的磷酸鐵鋰(LiFePO4)電池而言，均衡充電電流應(yīng)為 10 安培(A)(0.1C)至 20 安培(A)(0.2C)。

　　● 涓流充電：

　　在磷酸鐵鋰(LiFePO4)電池完全充滿電后，可以采用 0.01C 至 0.05C 的涓流充電電流來維持電池的電量水平。

　　對于 100 安時(Ah)的磷酸鐵鋰(LiFePO4)電池來說，涓流充電電流會是 1 安培(A)(0.01C)至 5 安培(A)(0.05C)。

　　六、磷酸鐵鋰(LiFePO4)電池組的充電方式

　　● 恒壓充電

　　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(LiFePO4)電池組充電狀態(tài)的改變，充電電流會自動進行調(diào)整。倘若規(guī)定的電壓恒定值設(shè)置恰當(dāng)，那么它不僅能夠確保動力電池完全充滿電，還能最大程度減少析氣和失水現(xiàn)象。

　　這種充電方式僅考慮電池電壓這一單一方面的變化，無法有效反映電池整體的充電狀態(tài)。它的初始充電電流過大，往往會對動力電池造成損害。鑒于這一缺點，恒壓充電方式很少被采用。

　　● 恒流充電

　　在充電過程中，通過調(diào)節(jié)輸出電壓來使充電電流保持恒定。保持充電電流恒定的情況下，充電速率相對較低。恒流充電的控制方法較為簡單。然而，由于鋰電池組可接受的電流能力會隨著充電進程的推進而逐漸降低，所以在充電后期，動力電池的受電能力下降，充電電流利用率也會大幅降低。這種方法的優(yōu)點在于操作簡單、方便易行，而且易于計算充電容量。

　　● 恒流恒壓充電

　　這種充電方式是上述兩種方式的簡單組合。

　　第一階段采用恒流充電方式，以避免在恒壓充電初始階段出現(xiàn)充電電流過大的情況。

　　第二階段運用恒壓充電方式，防止因恒流充電而導(dǎo)致過充現(xiàn)象。

　　磷酸鐵鋰(LiFePO4)電池組和其他任何密封可充電電池一樣，充電必須受到控制，不允許出現(xiàn)過充情況，否則電池很容易受損。

　　磷酸鐵鋰(LFP)電池通常采用先恒流后限壓的充電方法。

　　● 斬波充電

　　采用斬波方式進行充電。在此方法下，恒流源的電流保持不變，控制開關(guān)管導(dǎo)通一段時間后再關(guān)閉一段時間，如此循環(huán)往復(fù)。這種方法的優(yōu)勢在于，當(dāng)電池通過外部電路充電時，電池內(nèi)部離子的生成需要一定的響應(yīng)時間，如果持續(xù)充電，可能會降低其容量潛能。充電一段時間后，增加一段停止充電的時間，能使電池兩極產(chǎn)生的離子得以擴散，給電池一段 “消化” 時間，這將極大地提高磷酸鐵鋰(LiFePO4)電池組的利用率，改善充電效果。

　　磷酸鐵鋰電池是目前市場上最安全的鋰電池類型之一，它被制成體積小、重量輕、能量密度高。磷酸鐵鋰電池的循環(huán)壽命可以達到數(shù)千次循環(huán)。格瑞普的磷酸鐵鋰電池提供與許多鋰離子應(yīng)用兼容的高功率電池性能，并且能夠提供更大的功率和更長的使用壽命。格瑞普的低溫磷酸鐵鋰電池采用新技術(shù)，在-40℃下具有出色的低溫性能。-20℃時0.2C放電電流超過初始容量的85%; -30℃，70%以上; -40℃時，約為55%。 此類電池廣泛應(yīng)用于特種裝備、航天工業(yè)、深潛裝備、極地科考、醫(yī)療電子等低溫應(yīng)用領(lǐng)域。