如何對磷酸鐵鋰電池進行充電和放電?

　　一、磷酸鐵鋰(LFP)電池的結構與原理

　　● 磷酸鐵鋰(LiFePO4)電池結構

　　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。

　　在電池結構中，左側是以具有橄欖石結構的磷酸鐵鋰(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。

　　右側是電池的負極，由碳(石墨)構成，并通過銅箔與電池負極相連。

　　磷酸鐵鋰(LFP)電池正極材料的結構特性決定了該材料本身導電性較低，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，電子經導體流向石墨負極，以平衡負極上的電荷。鋰離子從磷酸鐵鋰中脫嵌后，磷酸鐵鋰便轉化為磷酸鐵。

　　當磷酸鐵鋰(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，電子經導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)，但恒壓設定值有所不同。磷酸鐵鋰(LiFePO4)電池的標稱電壓是 3.2V，充電截止電壓是 3.6V。普通鋰電池的標稱電壓是 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成的，通過將電芯進行串并聯(lián)來實現。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)壽命與電池的質量、規(guī)格、使用頻率、充放電方法等諸多因素相關。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準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。應當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、一些通用的參考準則

　　● 標準充電電流：

　　磷酸鐵鋰(LiFePO4)電池的標準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，其標準充電電流范圍是 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整。倘若規(guī)定的電壓恒定值設置恰當，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致過充現象。

　　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，控制開關管導通一段時間后再關閉一段時間，如此循環(huán)往復。這種方法的優(yōu)勢在于，當電池通過外部電路充電時，電池內部離子的生成需要一定的響應時間，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)壽命可以達到數千次循環(huán)。格瑞普的磷酸鐵鋰電池提供與許多鋰離子應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，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)療電子等低溫應用領域。