三元锂电池和磷酸铁锂电池是目前新能源汽车常用的两种动力电池,然而两种电池在充电和使用方面却有明显的不同,在搭载三元锂电池的车型说明书中,建议车主不要经常充满,而搭载磷酸铁锂电池的车型则要求车主定期充满,这是为何?
其实,你别看都是锂电池,但两种电池在循环寿命、高低温性能、安全性、成本以及日常养护方面都有明显的差异,因而选车时以及买车后都有讲究。
新能源汽车常用的动力电池包括三元锂电池和磷酸铁锂电池。然而,这两种电池在充电和使用方面有显著差异。三元锂电池的车型说明书建议车主不要经常充满电池,而搭载磷酸铁锂电池的车型则要求车主定期充满电池。为什么会有这样的建议呢?
两种电池在循环寿命、高低温性能、安全性、成本和日常维护方面存在明显差异,因此在选择和购买车辆时需要注意。从材料属性来看,电池的性能主要受正极材料影响。三元锂电池的正极材料主要是镍钴锰酸锂或镍钴铝酸锂复合材料,具有较高能量密度。然而,镍钴铝在高温环境下易受影响,导致电池不太稳定,容易过热。
为什么三元锂电池不建议经常充满电呢?在充放电过程中,电子和锂离子不断在正负极之间流动。由于三元锂电池的材料活性较高,充电时,正极的锂离子会不断流向负极,占据一些锂离子位置的镍离子也会增多。
为了保持电池容量稳定,正极材料需要足够的锂离子和存放锂离子的空间。然而,如果持续高压快速充电,正极的锂离子会更快地流向负极。在较高负荷下,负极无法容纳足够的锂离子。如果负极石墨中没有足够的空间来容纳正极的锂离子,这些锂离子会在负极表面结晶,导致电池容量不断减少。此外,结晶物增加可能导致短路。在急速放电时,电池会产生大量热量,可能损坏隔膜。同时,高温还会导致电解液分解为气体,当压力超过一定限制时可能引发爆燃。
因此,在充电过程中需要控制充电电压和充电量。当充电量达到80%时,负极的锂离子接近饱和,应停止快速充电,选择慢速充电。慢速充电的电流较小,三元锂电池不会过于活跃,也不会产生过多热量。
至于磷酸铁锂电池为什么要求定期满充电和满放电,与该电池的材料属性有关。磷酸铁锂晶体中的P-O键较稳固,不易分解,即使在高温或过充的条件下也不会像镍钴铝那样容易发热和不稳定。满充电的目的是校正剩余电池容量。
磷酸铁锂电池的电压低且范围窄,可能导致电池在充放电过程中的一致性偏差。例如,当电池剩余电量为60%时,监测到的电压为3.2V,而当电池剩余电量为30%时,电压仍然是3.2V,这使得电池管理系统无法准确测算电池剩余电量。
因此,一些车主抱怨他们的纯电动车在显示剩余电量为15%时,突然降到了3%,甚至降至0%。
为了防止电量突然下降导致车辆无法行驶,装备磷酸铁锂电池的车型制造商通常在用户手册中建议每3个月或每半年进行一次深度充电放电,要求放电至大约10%的容量。
深度充放电会导致电压的低位和高位变化,电池管理系统将根据这些变化来估算实际的电池剩余容量。当然,一些三元锂电池也会采取类似的标准,目的是更准确地估算电池容量。
对于新能源车主来说,使用快充不仅影响电池寿命,还与行车安全相关。一些出租车司机指出,他们的首辆电动车每次都使用快充,3年后发现续航里程比慢充车型少了20公里。
总的来说,与磷酸铁锂电池相比,三元锂电池的主要优势在于能量密度更高、续航里程更长,并且在低温环境下充放电性能受影响较小。当气温低于-10℃时,三元锂电池的续航里程衰减约为10%至20%,而磷酸铁锂电池的衰减可能超过30%。
然而,三元锂电池也有明显的缺点,稳定性较差,循环充电寿命较短。正如前面所提到的,在高温、高压环境下,三元锂电池的活跃度较高,容易发生爆燃。这一点可以在过度充电、激烈撞击、碰撞以及针刺测试中观察到,而磷酸铁锂电池的稳定性较高。
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