鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量：1728次 | 2021年05月18日
鋰離子電池基本原理解析和充電及放電機(jī)制
電池充電最重要的就是這三步：
第一步：判斷電壓<3V，要先進(jìn)行預(yù)充電，0.05C電流；
第二步：判斷3V<電壓<4.2V，恒流充電0.2C~1C電流；
第三步：判斷電壓>4.2V，恒壓充電，電壓為4.20V，電流隨電壓的新增而減少，直到充滿。
一、鋰離子電池
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
1、簡述鋰離子電池以及工作原理
鋰離子電池自1990年問世以來，因其卓越的性能得到了迅猛的發(fā)展，并廣泛地應(yīng)用于社會。鋰離子電池以其它電池所不可比擬的優(yōu)勢迅速占領(lǐng)了許多領(lǐng)域，象大家熟知的移動電話、筆記本電腦、小型攝像機(jī)等等。
目前鋰離子電池公認(rèn)的基本原理是所謂的搖椅理論。鋰離子電池的沖放電不是通過傳統(tǒng)的方式實(shí)現(xiàn)電子的轉(zhuǎn)移，而是通過鋰離子在層壯物質(zhì)的晶體中的出入，發(fā)生能量變化。在正常沖放電情況下，鋰離子的出入一般只引起層間距的變化，而不會引起晶體結(jié)構(gòu)的破壞，因此從沖放電反映來講，鋰離子電池是一種理想的可逆電池。在沖放電時(shí)鋰離子在電池正負(fù)極往返出入，正像搖椅相同在正負(fù)極間搖來搖去，故有人將鋰離子電池形象稱為搖椅電池。
我們經(jīng)常說的鋰離子電池的優(yōu)越性是針關(guān)于傳統(tǒng)的鎳鎘電池（Ni/Cd）和鎳氫電池（Ni/MH）來講的。具有工作電壓高比能量大循環(huán)壽命長自放電率低無記憶效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)。
2、鋰離子電池日常使用過程中的常識
IP67防水，充放電分口 安全可靠
標(biāo)稱電壓：28.8V
標(biāo)稱容量：34.3Ah
電池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測繪、無人設(shè)備
（1）、誤區(qū)：電池激活，前三次充電12小時(shí)以上
關(guān)于鋰離子電池的激活問題，眾多的說法是：充電時(shí)間一定要超過12小時(shí)，反復(fù)做三次，以便激活電池。這種前三次充電要充12小時(shí)以上的說法，明顯是從鎳電池（如鎳鎘和鎳氫）延續(xù)下來的說法。所以這種說法，可以說一開始就是誤傳。經(jīng)過抽樣調(diào)查，可以看出有相當(dāng)一部分人混淆了兩種電池的充電方法。
鋰離子電池和鎳電池的充放電特性有非常大的差別，所查閱過的所有嚴(yán)肅的正式技術(shù)資料都強(qiáng)調(diào)過充和過放電會對鋰離子電池、特別是液體鋰離子電池造成巨大的傷害。因而充電最好按照標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間和標(biāo)準(zhǔn)方法充電，特別是不要進(jìn)行超過12個(gè)小時(shí)的超長充電。通常，手機(jī)說明書上介紹的充電方法，就是適合該手機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)充電方法。
（2）、不益長時(shí)間充電、電池完全用完再充電
鋰離子電池的手機(jī)或充電器在電池充滿后都會自動停充，并不存在鎳電充電器所謂的持續(xù)10幾小時(shí)的涓流充電。假如鋰離子電池在充滿后，放在充電器上也是也不再充電。
超常時(shí)間充電和完全用空電量會造成過度充電和過度放電，將對鋰離子電池的正負(fù)極造成永久的損壞，從分子層面看，過度放電將導(dǎo)致負(fù)極碳過度釋出鋰離子而使得其片層結(jié)構(gòu)出現(xiàn)塌陷，過度充電將把太多的鋰離子硬塞進(jìn)負(fù)極碳結(jié)構(gòu)里去，而使得其中一些鋰離子再也無法釋放出來。
（3）、電池壽命
有關(guān)鋰離子電池充放電循環(huán)的實(shí)驗(yàn)表，有關(guān)循環(huán)壽命的數(shù)據(jù)列出如下(DOD是放電深度的英文縮寫)：
循環(huán)壽命(10％DOD)：>1000次
循環(huán)壽命(100％DOD)：>200次
從上面數(shù)據(jù)可見，可充電次數(shù)和放電深度有關(guān)，10％DOD時(shí)的循環(huán)壽命要比100％DOD的要長很多。當(dāng)然假如折合到實(shí)際充電的相對總?cè)萘?0％*1000=100，100％*200=200，后者的完全充放電還是要比較好一些。但是鋰離子電池的壽命重要體現(xiàn)在充放電周期上，這個(gè)周期是一個(gè)絕對概念，上次使用了30％電力，充滿電，下次又使用了70％的電力，又充滿電，這個(gè)剛好是一個(gè)充電周期。所以還是遵循鋰離子電池發(fā)明者的口號即用即充，即充即用的方法使用鋰離子電池。
（4）、定期深度充放電進(jìn)行電池校準(zhǔn)
鋰離子電池一般都帶有管理芯片和充電控制芯片。其中管理芯片中有一系列的寄存器，存有容量、溫度、ID、充電狀態(tài)、放電次數(shù)等數(shù)值。這些數(shù)值在使用中會逐漸變化。使用說明中的使用一個(gè)月左右應(yīng)該全充放一次的做法重要的用途應(yīng)該就是修正這些寄存器里不當(dāng)?shù)闹怠?/p>
二、鋰離子電池的充電方式是限壓橫流方式
重要分三步完成：
第一步：判斷電壓<3V，要先進(jìn)行預(yù)充電，0.05C電流；
第二步：判斷3V<電壓<4.2V，恒流充電0.2C~1C電流；
第三步：判斷電壓>4.2V，恒壓充電，電壓為4.20V，電流隨電壓的新增而減少，直到充滿。
其實(shí)今天我就是這一點(diǎn)有些不懂，在網(wǎng)上查了一下，然后上面那些做為常識了解。
充電開始時(shí)，應(yīng)先檢測待充電電池的電壓，假如電壓低于3V，要先進(jìn)行預(yù)充電，充電電流為設(shè)定電流的1/10，一般選0.05C左右。電壓升到3V后，進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)充電過程。標(biāo)準(zhǔn)充電過程為：以設(shè)定電流進(jìn)行恒流充電，電池電壓升到4.20V時(shí)，改為恒壓充電，保持充電電壓為4.20V。此時(shí)，充電電流逐漸下降，當(dāng)電流下降至設(shè)定充電電流的1/10時(shí)，充電結(jié)束。
一般鋰離子電池充電電流設(shè)定在0.2C至1C之間，電流越大，充電越快，同時(shí)電池發(fā)熱也越大。而且，過大的電流充電，容量不夠滿，因?yàn)殡姵貎?nèi)部的電化學(xué)反應(yīng)要時(shí)間。就跟倒啤酒相同，倒太快的話會出現(xiàn)泡沫，反而不滿。
術(shù)語解釋：充放電電流一般用C作參照，C是對應(yīng)電池容量的數(shù)值。電池容量一般用Ah、mAh表示，如M8的電池容量1200mAh，對應(yīng)的C就是1200mA。0.2C就等于240mA。
三、鋰離子電池的放電，對電池來說，正常使用就是放電過程
鋰離子電池放電只要注意很少的幾點(diǎn)：
1、放電電流不能過大，過大的電流導(dǎo)致電池內(nèi)部發(fā)熱，有可能會造成永久性的損害；
2、絕對不能過放電！鋰離子電池最怕過放電，一旦放電電壓低于2.7V，將可能導(dǎo)致電池報(bào)廢。
所以，一般情況下電池大負(fù)荷工作后，減少負(fù)荷會出現(xiàn)電壓回升現(xiàn)象，就是所說的回電現(xiàn)象。
前驅(qū)的宋EV電動SUV、燃油版宋以及全輪驅(qū)動的混動版宋，與秦、唐、元構(gòu)成了比亞迪王朝系列。與在售的秦、唐等車型匹配的磷酸鐵鋰離子電池不同的是，宋EV以及相繼推出的秦80、唐100等車型匹配全新的鎳鈷錳系三元鋰離子電池。
宋EV使用的三元鋰離子電池歸屬于鎳鈷錳材質(zhì)，而以特斯拉為代表的眾多電動汽車搭載的三元鋰離子電池多采用鎳鈷鋁材質(zhì)。
實(shí)際上采用鎳鈷鋁材質(zhì)的三元鋰離子電池也是日本、南朝鮮等電池廠重點(diǎn)推薦。自2016年八月份，因樸槿惠在南朝鮮部署薩德系統(tǒng)之后，我國開始對南韓系電池廠利用電池目錄進(jìn)行制裁，眾多我國車廠紛紛棄用鎳鈷鋁系三元鋰離子電池，而轉(zhuǎn)用由本土廠商生產(chǎn)的動力鋰電池。
暫且不提鎳鈷鋁系材質(zhì)與鎳鈷錳系材質(zhì)長短板，日韓系動力鋰電池廠商難以在短時(shí)間內(nèi)獲得進(jìn)入我國政府頒布的電池目錄，或意味著這鎳鈷鋁系三元鋰離子電池難以在我國市場大規(guī)模推廣。
此前，王傳福曾宣布，比亞迪堅(jiān)持使用磷酸鐵動力鋰電池。2015-2016年，比亞迪在T3（商EV）以及e5車型上搭載磷酸鐵錳鋰離子電池。這款綜合磷酸鐵鋰離子電池高穩(wěn)定性、鎳鈷鋁系三元鋰離子電池的較高能量密度的中間性動力鋰電池，并未在隨后比亞迪制造新能源車型匹配。甚至全新的秦EV和e5繼續(xù)裝配的是改進(jìn)的磷酸鐵鋰離子電池。
雖然，鎳鈷鋁和鎳鈷錳系鋰離子電池已經(jīng)成為三元鋰系動力鋰電池兩大發(fā)展方向，那么比亞迪為何要棄用磷酸鐵錳鋰離子電池，而選用全新的鎳鈷錳動力鋰電池？
要了解所有三元鋰系動力鋰電池能量密度高于磷酸鐵鋰離子電池，但是電池穩(wěn)定性以及安全性相對較低。這也是為何特斯拉采用鎳鈷鋁動力鋰電池接二連三的出現(xiàn)自燃事故的根源（實(shí)際上與18650電池個(gè)體和連接方式有著較大關(guān)聯(lián)）。
為何明了解三元鋰離子電池存在穩(wěn)定性的不足，比亞迪還要堅(jiān)持使用？
技術(shù)為王的比亞迪，2016電池總產(chǎn)量將會增至10GWH，2017年三元鋰系動力鋰電池產(chǎn)量將提升至6GWH。很明顯，比亞迪將會將動力鋰電池生產(chǎn)份額逐步分配給三元鋰系動力鋰電池，受政策影響，新能源商用車（大巴）仍將強(qiáng)制匹配磷酸鐵鋰離子電池。而銷量逐步提升的比亞迪K系列電動大巴對磷酸鐵鋰離子電池的需求仍將擴(kuò)大。
，相對2014年開始流行的三元鋰系動力鋰電池被眾多車廠采用，比亞迪遲遲在2016年才開始匹配自行研發(fā)與生產(chǎn)的鎳鈷錳系三元鋰離子電池，或?yàn)榱姿徼F鋰離子電池仍具有相當(dāng)發(fā)展?jié)摿?，并通過提升裝車量而持續(xù)降低成本。但也不能排除，比亞迪在比對改進(jìn)的磷酸鐵錳鋰離子電池優(yōu)缺點(diǎn)，更具性能優(yōu)勢鎳鈷錳系三元鋰離子電池長短板后，決定使用三元鋰系動力鋰電池。
而衡量磷酸鐵、磷酸鐵錳、鎳鈷錳系電池后，促使比亞迪選擇三元鋰系動力鋰電池的關(guān)鍵因素，必定是找到了安全效能、能量密度和制造成本平衡點(diǎn)。
磷酸鐵鋰離子電池發(fā)到今天，實(shí)驗(yàn)室狀態(tài)下電芯電壓或可提升至3.7V、能量密度突破160WH/KG。在實(shí)際裝車狀態(tài)下，電芯電壓通常維持在3.2（3.3）V、能量密度在110-120WH/KG。假如在裝車狀態(tài)繼續(xù)提升相關(guān)參數(shù)，制造成本將會大幅提升（包括控制策略復(fù)雜度、安全防護(hù)效能）而失去市場競爭優(yōu)勢。
三元鋰系動力鋰電池發(fā)展到今天，裝車狀態(tài)的電芯電壓基本突破3.7V、電池能量密度或突破160WH/KG。
很明顯，兩種動力鋰電池優(yōu)劣狀態(tài)明顯?，F(xiàn)在入場的比亞迪之所以選擇鎳鈷錳系鋰離子電池作為宋EV300車型以及未來多款新能源汽車動力源，在相當(dāng)程度上克服了安全性與能量密度矛盾。或通過電池配方進(jìn)行源頭層面進(jìn)行主動掌控、或通過電池控制系統(tǒng)（BMS）的完善進(jìn)行被動掌控。
看似比亞迪使用三元鋰系動力鋰電池裝備宋EV300，背后卻折射出堅(jiān)持驅(qū)動電機(jī)、動力鋰電池和控制系統(tǒng)堅(jiān)持自行研發(fā)、自行制造發(fā)展模式所具備的強(qiáng)大發(fā)展?jié)摿?，性能和成本控制的?yōu)勢。裝備三元鋰系動力鋰電池的宋EV以及其他車型，也將對競爭對手持續(xù)保持更高性價(jià)比優(yōu)勢，并較大程度改善以往搭載磷酸鐵鋰離子電池車輛低溫充放電效能不佳的問題。
雖然電池目錄的出臺，抑制了日韓系三元鋰系動力鋰電池在大陸市場的侵蝕，但也要看清本土動力鋰電池廠，與三星SDI、LG三元鋰系動力鋰電池能量密度突破250WH/KG巨大差距。
