汽車行業(yè)正快速朝著更加電氣化的方向發(fā)展。啟停系統(tǒng)的部署、汽車自動緊急呼叫系統(tǒng)（eCall）和混合動力汽車對先進(jìn)電池管理系統(tǒng)提出了更多要求，不僅要**地為電池充電，還要延長其使用壽命。目前市場上有許多化學(xué)電池，這使得為特定應(yīng)用選擇合適的電池和充電解決方案變得更加困難。
本文介紹了鋰離子（Li-ion）和磷酸鐵鋰（LFP或LiFePO4）電池，包括其特點和充電曲線。另外還介紹了能夠從電池獲得zui多電量，同時zui大限度延長電池壽命和提高可靠性的充電解決方案。
鋰離子電池
鋰離子電池是一種可充電電池，鋰離子在放電時從負(fù)極向正極移動，充電時反之。這種電池使用嵌鋰化合物作為電極材料。允許離子移動的電解質(zhì)和兩個電極是鋰離子電池電芯的基本組成部分。鋰離子電池通常能量高，但功率低。
圖1顯示了一種鋰離子電池的充電曲線。該電池的額定電壓為3.6V，充電截止電壓上限為4.1V，下限為2.2V。鋰離子電池充電必須嚴(yán)格遵循廠家建議，以確?？煽啃院?*性。通常情況下都不允許在規(guī)定電壓范圍和建議溫度范圍之外對電池進(jìn)行充電。
子電池充電曲線
在充電電壓下限和上限之間，通常建議充電電流保持恒定并遵循廠家建議水平，以防電池受損。
在充電電壓低于充電截止電壓的情況下，應(yīng)以非常低的電流進(jìn)行充電，通常為正常充電電流的10%或更低。這種情況通常被稱為預(yù)充電，建議在電池電量深度耗盡時使用。電池中的有些材料在經(jīng)過長時間深度放電時可能退化。這種情況下建議進(jìn)行預(yù)充電，以便這些材料恢復(fù)。預(yù)充電還可以防止由于電池內(nèi)部短路導(dǎo)致電芯電壓低而造成過熱。
以超過zui大限額的電壓為電池充電，也會有損電池壽命。短時間過度充電會使電池中的材料退化，并導(dǎo)致電能容量減少和壽命縮短。長時間過度充電會造成金屬鋰沉積于陽極，同時陰極釋放CO2。這個過程會zui終導(dǎo)致電池故障和災(zāi)難性的燃燒事件。
另外，為使電池壽命zui大化，電池制造商通常規(guī)定要在一定溫度范圍內(nèi)為電池充電。大多數(shù)鋰離子電池在冰點以下充電時，會使陽極上出現(xiàn)金屬鋰沉積。而由于鋰鍍層無法去除，所以會縮短電池壽命。在高溫環(huán)境中充電也會縮短電池壽命。根據(jù)batteryuniversity.com上公布的研究報告“BU-410：高溫和低溫充電”，使鋰離子電池在高溫環(huán)境中從0%到100%反復(fù)充放電幾次會大幅減小其容量，有些情況下甚至減小90%以上。
達(dá)到廠商建議充電曲線的一種簡單方法是使用專用充電器，如ISL78692鋰離子/鋰聚合物電池充電器，它能以zui**的方式進(jìn)行zui快速度充電。ISL78692支持可編程恒定充電電流，并預(yù)編程了適合大多數(shù)傳統(tǒng)鋰離子電池的上限和下限充電截止電壓。另外它還包括一個電芯溫度監(jiān)測器，以確保只在一定的溫度范圍內(nèi)為電池充電，而這個溫度范圍可以用NTC熱敏電阻器編程。
磷酸鐵鋰電池
磷酸鐵鋰（LFP）電池是一種使用納米級LiFePO4材料作為陰極的可充電電池。LFP電池的能量密度低于消費(fèi)電子產(chǎn)品所用的其他鋰離子電池 ；但它們具有更長的使用壽命、更高的功率密度、并且天生更加**。其陰極使用的納米磷酸鹽技術(shù)有助于增加陰極與電解質(zhì)接觸面積。這有助于實現(xiàn)更快的鋰嵌入，從而實現(xiàn)更大的功率和更高的額定電流。這個特性使LFP成為汽車啟動器電池（需要高峰值功率）的流行選擇。
LFP電池材料和相關(guān)化學(xué)反應(yīng)天生比其他鋰離子電池更穩(wěn)定，所以LFP電池在受到操作不當(dāng)或亂用時不易損壞。其電池材料的化學(xué)鍵更強(qiáng)大，使它們更穩(wěn)定和更耐受極端條件。另外，它們在過度充電時釋放氣體的可能性較小，因而發(fā)生起火現(xiàn)象的可能性也小。對于非常重視**考慮的應(yīng)用，LFP電池固有的穩(wěn)健性使它們成為小型后備電池的理想選擇。許多汽車零部件制造商表示這是汽車應(yīng)用頻繁選用LFP電池的一個主要原因。
圖2顯示了一種LFP電池的建議充電曲線，它與鋰離子電池的充電曲線非常相似；但應(yīng)注意其**充電范圍是對應(yīng)于不同的電芯電壓。該電池的標(biāo)稱浮充電壓為3.2V，充電截止電壓上限為3.65V，下限為2.5V。和鋰離子電池一樣，在廠家規(guī)定的充電電壓閾值上限和下限之外對LFP電池充電也會縮短電池壽命，盡管程度要小很多。在此電壓范圍內(nèi)，充電電流應(yīng)保持恒定并在特定電池的建議范圍之內(nèi)。在此例中，廠家的建議充電電流為400mA - 500mA，以保證電池壽命zui大化。與鋰離子電池類似，其充電也應(yīng)在規(guī)定溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。
