陳琨　劉春梅

摘 要：本文介紹了保時捷2018新款卡宴車用鋰蓄電池的特點，敘述了鋰蓄電池的結(jié)構(gòu)與組成，介紹了鋰蓄電池的充放電特性以及存放的要求，總結(jié)了通過檢測對鋰蓄電池進(jìn)行分類的方法，并強(qiáng)調(diào)了在對鋰蓄電池進(jìn)行檢測與維修時需要進(jìn)行高電壓的知識與實操的培訓(xùn)。

關(guān)鍵詞：保時捷；新款卡宴；鋰蓄電池；使用；維護(hù)

隨著鋰電池技術(shù)的發(fā)展，鋰電池已逐漸運用到傳統(tǒng)燃油車中。保時捷2018新款卡宴為了減輕整車重量，減少蓄電池的體積，已不再使用鉛酸蓄電池，而改用鋰電池單體的蓄電池。新款卡宴鋰蓄電池中的電池單體是磷酸鐵鋰（LiFePO4）。采用磷酸鐵鋰的優(yōu)勢首先是安全性高，在充電過程中既不會析出金屬鋰，也不會釋放出氧氣，不會發(fā)生熱逸散；其次是循環(huán)壽命長。但是也有低溫性能較差，放電電壓低等缺點。

鋰蓄電池相對鉛酸電池具有體積小、重量輕、循環(huán)壽命長、安全性高、綠色無污染等特點，同等規(guī)格容量的鋰蓄電池的體積大約是鉛酸電池的2/3，而重量僅約為鉛酸電池的1/3，理論循環(huán)壽命超過2000次。而且冷起動和起停能力更強(qiáng)，重新起動車輛更快，尺寸單一、變型數(shù)量少，不含對環(huán)境有污染的鉛。

新款卡宴鋰蓄電池安裝在乘客側(cè)座椅前方的乘客腳下凹槽內(nèi)，凹槽焊接在車身殼體上。目前有“LG Chem”和“A123 Systems”兩家公司制造商供應(yīng)和安裝蓄電池。這兩個品牌磷酸鐵鋰蓄電池的技術(shù)數(shù)據(jù)如表1所示。

1 鋰蓄電池的構(gòu)造

鋰蓄電池是包含磷酸鐵鋰電池單體、BCM（Battery Control Module：電池控制模塊）、蓄電池傳感器、接觸器等組成的總成，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

鋰蓄電池共有4組鋰電池模塊，每組由4個碳酸鐵鋰薄膜電池單體串聯(lián)而成，放置于整體式鋁制保護(hù)框架內(nèi)。在鋰蓄電池的外部殼體上粘合一個帶棱角的防撞板，保護(hù)蓄電池免遭側(cè)面撞擊。在更換蓄電池時，必須將防撞板固定到新蓄電池上。蓄電池傳感器集成在蓄電池內(nèi)部，通過正極端子和負(fù)極端子進(jìn)行內(nèi)部供電，此蓄電池傳感器無法更換。在負(fù)極端子側(cè)有一個LIN線單極連接器，該連接器通過一條線路連接到網(wǎng)關(guān)控制單元。另外，負(fù)極端子旁還有一個排氣管路，用于蓄電池單元電池發(fā)生故障時產(chǎn)生的有毒氣體從車底排入大氣的保護(hù)裝置。殼蓋中整合了一個提手。

BCM用于監(jiān)測單元電池電壓、充電狀態(tài)和溫度。如果蓄電池電壓降到特定的充電狀態(tài)之下，BCM將打開接觸器式繼電器，該雙穩(wěn)態(tài)隔離繼電器會將整個12V電氣系統(tǒng)從正極端子上斷開，以防止蓄電池深度放電。通過跨接起動點對車輛蓄電池充電后，該繼電器會在約2分鐘后關(guān)閉，并為12V車輛電氣系統(tǒng)供電。

2 鋰蓄電池的充放電

對鋰蓄電池的車輛進(jìn)行充電時遵循相關(guān)的充放電特性（圖2）。常規(guī)的磷酸鐵鋰電池單體的標(biāo)稱電壓約為3.2-3.3V，充電結(jié)束電壓約為4.3V，放電結(jié)束電壓約為2.5V。過度放電會造成不可逆的損壞，并導(dǎo)致電池單體容量減少。當(dāng)鋰蓄電池達(dá)到充電結(jié)束電壓時，將維持該電壓。當(dāng)鋰蓄電池的開路電壓小于12.5V或電量小于15%時，蓄電池中的保護(hù)繼電器將打開。因此要在車輛的跨接起動端子處對耗盡電量的鋰蓄電池進(jìn)行充電。使用救援蓄電池持續(xù)供應(yīng)11V-14.8V的電壓至少30秒，或在救援模式下連接充電器。鋰蓄電池中發(fā)出短促的咔嗒聲，表明保護(hù)繼電器已關(guān)閉。

鋰蓄電池的特性，充電也是有要求的。如果電池嚴(yán)重過放，電壓很低，只能以小電流給電池充電，慢慢激活電池，否則影響電池的使用壽命。同時大電流、高倍率給電池充電或放電都對電池有傷害。對鋰蓄電池的充電過程分為三段：涓流、恒流、恒壓。 電池電壓過低時采用先涓流充電，當(dāng)電池電壓達(dá)到正常電壓后，再使用恒流快速充電，當(dāng)電池快充滿時又轉(zhuǎn)為小電流恒壓充電，給電池慢慢補(bǔ)充電量。

充電時間主要取決于充電功率和溫度。較短的充電時間會對電極材料造成不良影響，并因此導(dǎo)致使用壽命縮短。

保時捷推薦使用制造商“Deutronic”生產(chǎn)的可提供90A電流的充電器，并使用14.8V的充電電壓。規(guī)定不得將充電器用于進(jìn)行不符合充電特性的電流和電壓的充電操作。

在放電期間，鋰蓄電池的電壓在開始時非常迅速地從充電結(jié)束電壓下降至額定電壓（每個電池單體約為2.9到3.1V），但之后很長一段時間幾乎不再下降。只有在即將放完電之前，電池電壓才會開始再次急速下降，放電結(jié)束電壓約為2.1-2.3V。電壓不得降至該值以下，否則不可逆的化學(xué)反應(yīng)會造成單元電池?fù)p壞。為安全起見，防止鋰蓄電池過放電，BCM在單體電池電壓2.5 V左右時，關(guān)閉接觸器，不再向電氣系統(tǒng)供電。

3 鋰蓄電池的存放

單體電池的電壓越高，蓄電池的使用壽命越短，因此，務(wù)必不要讓LiFePO4蓄電池保持在充滿電的狀態(tài)。充電狀態(tài)應(yīng)保持在55-75%，并且最好將蓄電池存放在陰涼處。在5-25°C時，每月的自放電量約為0.5-0.75%。制造商建議的存放溫度為15°C，充電量為60%—加速老化與自放電之間的折衷方案。應(yīng)每6個月將蓄電池充電至55-75%的電量。即使在存放期間，也不得使LiFePO4蓄電池放電至每個單元電池的電壓低于2.5 V。單元電池內(nèi)的液態(tài)或膠態(tài)電解質(zhì)不得凍結(jié)，也就是說最低溫度為-25°C。

4 鋰蓄電池的處理

首先需要對鋰蓄電池在外觀、功能和溫度等方面進(jìn)行檢查。正常鋰蓄電池?zé)o機(jī)械損壞，無液體溢出；可對鋰蓄電池進(jìn)行診斷，故障記憶中不存在嚴(yán)重故障；溫度在正常范圍內(nèi)。警告鋰蓄電池可能會導(dǎo)致嚴(yán)重的人身傷害，存在機(jī)械損壞，有刺激性氣味；無法對鋰蓄電池進(jìn)行診斷，或存在嚴(yán)重故障的故障記憶；溫度不在正常范圍內(nèi)或低于80℃。這種狀態(tài)的鋰蓄電池要立即移出并隔離，包裝處于嚴(yán)重狀態(tài)的蓄電池時，需要使用金屬容器和中空玻璃顆粒（連苯三酚玻璃球）。危險鋰蓄電池也可能導(dǎo)致嚴(yán)重的人身傷害，存在液體溢出、冒煙或蒸汽和起火等現(xiàn)象，溫度超過正常范圍，高于80℃。這種狀態(tài)的鋰蓄電池要保持安全距離，用警戒線隔離，如果起火，要立即致電消防隊。

對鋰蓄電池使用PIWIS進(jìn)行檢測時，要由HVT（High Voltage Technician：高壓電技師）執(zhí)行。對鋰蓄電池進(jìn)行維修，要由HVE（High Voltage Experts：高壓電專家）執(zhí)行。

5 結(jié)語

保時捷2018新款卡宴為了減輕車輛的重量，減少蓄電池的安裝空間，使用了磷酸鐵鋰蓄電池。這種鋰蓄電池包含有16個磷酸鐵鋰電池單體，以及蓄電池傳感器、BCM、接觸器等元件。鋰蓄電池充電要按照充電特性來進(jìn)行，不規(guī)范的操作將影響電池的使用壽命。

鋰蓄電池的檢測與維修人員要經(jīng)過高壓電知識和實操的培訓(xùn)，也可以在HVT或HVE的指導(dǎo)下進(jìn)行操作。

參考文獻(xiàn)：

[1]Cayenne 2018（9YA）技術(shù)服務(wù)信息[R].保時捷股份公司：2018.02.

[2]Cayenne 2018（9YA）車間信息[R].保時捷股份公司：2018.06.

[3]陳亦可.鋰離子蓄電池正極材料LiFePO_4的研究進(jìn)展[J].電源技術(shù).2003，5（27）：488-489.