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摘 要：在节能环保与可持续发展要求下，汽车产业逐渐向新能源汽车发展，为了保证此类汽车拥有充足的动力源，需要优化供能电池应用性能。本文简要概述磷酸铁锂电池的含义与特点，重点分析该类电池作为新能源汽车启动电源呈现出的具体性能与应用要求，以期有效强化电池使用安全性，延长新能源汽车行驶时间。
关键词：磷酸铁锂电池;新能源汽车;启动电源
1 前言
磷酸铁锂电池具有服务寿命长、长期功率衰减小、能源储存性能好、充电速度较快等优点，将其作为新能源汽车启动电源，一方面可以降低自燃现象发生率，另一方面能够解决行驶里程短等问题，对保证新能源汽车持续驾驶与使用安全具有重要意义，需要相关行业企业提高重视，对磷酸铁锂电池不断深化研究。
2 磷酸铁锂电池概述
2.1 含义
一般将正极材料由磷酸铁锂制成的锂离子电池称为磷酸铁锂电池。通过对当前市场上的金属价格进行分析，发现钴价格最高且储量最少，锰、镍、铁等价格相对较低且储量较多，对后三者进行分析对比，发现使用磷酸铁锂做正极材料的电池更便宜一些，故而此类电池开始在市场上流行起来。新能源汽车对提供动力的电池要求是：具备相对较高的容量，充电与放电循环性能优良，输出电压高且稳定，使用安全、节能、环保，适应多种温度环境，磷酸铁锂电池具有放电功率大、放电电压相对平稳、不会自燃和爆炸、充放电循环次数多、对环境无污染等优势，符合新能源汽车对动力电池提出的要求。
2.2 特点
2.2.1 能量密度高
磷酸铁锂电池具有较高的能量密度，据调查研究显示，经过我国技术专家的深化研究，截止到2018年，采用基本技术量产的磷酸铁锂电池单体能量密度基本稳定在160Wh/kg左右，若是借助更加先进的技术工艺支持，单体能量密度甚至可以达到175Wh/kg—180Wh/kg[1]。
2.2.2 安全性较好
磷酸铁锂的化学表达式是LiFePO4，其中“P-O”键相对稳固，不论是长期处于高温环境下，还是发生过充现象，都不会出现结构崩塌问题，故而磷酸铁锂电池具有较强的安全性与稳定性。此外，即便此类电池在使用时因为针刺或短路出现燃烧问题，也不会像传统锂离子电池一般发生爆炸，但由于我国针对此类电池的研究尚处于发展阶段，所以无法完全保证高电压充电环境下的使用安全。
2.2.3 使用寿命长
针对这一优点，磷酸铁锂电池主要表现在循环寿命相对较长，据调查数据显示，普通磷酸铁锂电池的循环次数普遍在2000次左右，有些性能相对优良的型号循环次数能够达到3500次，远高于过去常用的三元电池（1000次）。另外，汽车行业普遍采用的铅酸电池使用寿命最长不超过2年，若是在相同环境与条件下用磷酸铁锂电池，其使用寿命可高达7年或8年，大大节省了采购成本。
2.2.4 绿色且环保
通过对磷酸铁锂电池的构成进行分析，发现该类电池不含重金属，稀有金属含量较少，在毒性验证方面通过了SGS认证，在污染性方面符合PoHS规定，属于无毒无污染的节能环保型电池。在可持续发展的绿色理念要求下，我国将研发、优化、生产磷酸铁锂电池列入“863”高科技发展计划，受到国家的大力支持。由于欧美等国家要求为车配备无污染电池，故而将磷酸铁锂电池作为新能源汽车的启动电源，有利于增强我国汽车出口竞争力，对国家增加经济收益与提高国际地位具有积极影响。
3 磷酸铁锂电池作为新能源汽车启动电源的性能分析
国家为了推动新能源汽车产业实现持续健康发展提出了新要求，《规划》中要求到2020年我国新能源汽车要累计销售500万辆，产业规模要位居世界前列，利用磷酸铁锂电池为新能源汽车提供动力，有利于增强汽车使用的安全性，在解决行驶里程短、易自燃爆炸、价格相对高昂、充电速率较低等性能问题方面具有较强优势，此外磷酸铁锂电池还具备传统锂电池不具有的瞬间大功率输出能力，能够有效降低维护成本支出，是提高新能源汽车经济效益的重要保障。
3.1 充放电循环性能检测
本文以+12V/450A条件为例，分析磷酸铁锂电池充放电循环性能。第一，采取HEW型电池作为充放电循环性能检测系统，假设满电为1C，普通电压条件下以8Ah电流进行充电，直至充满;第二，在450A环境下开展循环放电检测，先以5.62C的速度在此条件下放电5秒，搁置大约10分钟后，再在450A环境下进行二次放电，此后不断循环上述动作，直到磷酸铁锂电池电量全部放完，这个过程被称为100%DOD，即深度循环;第三，以相同条件将电池再次充满电，重复第二步，自此磷酸铁锂电池进入第二个深度循环周期，为了保证得出准确性与真实性较强的性能检测结果，此循环过程大约要重复数百次，如此方能确定磷酸铁锂电池的容量保持能力（图1）与终止电压保持能力（图2）[2]。
通過对图1进行分析，发现当磷酸铁锂电池处于+12V/450A条件下时，即便充放电循环次数达到600次，其容量保持能力仍能达到85%，具体能量保持数值大致为8×85%=6.86Ah;若是仅循环到200次，电池的容量保持能力甚至高达95%，能量保持数值为8×95%=7.60Ah。根据图2曲线变化显示，磷酸铁锂电池在充放电循环200次时，其终止电压保持能力变化幅度较小;循环到350次时略有下降，但在480次时明显提高;越过500次大关后开始逐渐减弱，但仍能将终止电压保持在10.50V—11.25V区间内。
3.2 不同温度环境下的启动性能测试
针对磷酸铁锂电池在不同温度环境下的启动性能进行测试，是增强新能源汽车适应性的重要保障。本文将25℃视为测试环境温度的基准点，低温环境温度范围为25℃—20℃，每5℃是一个测试点，基于30min/5℃的速率进行测试温度变化，测试时间为24小时;为了确保测试结果的可靠性，每次循环结束后都要保持磷酸铁锂电池电量充足;在从低温测试过度到高温测试时，需要将电池放在25℃环境下一段时间，主要目的是避免对后续试验造成影响。 3.3 充电速率对电流、电压变化的影响
现阶段，汽车行业对新能源汽车进行了进一步研发，发现混合动力新能源汽车的市场竞争力更强，但此类汽车对磷酸铁锂电池的终止电压保持精度控制能力提出较高要求，若想保证该电池作为启动电源时充分发挥各种优势，误差精度必须小于1%，比如HEV型号的磷酸铁锂电池的额定电压是3.2V，终止电压为3.65V，如果将精度控制在1%以內，那么该电池的终止电压保持精度允许误差便要小于0.0365V[3]。假设，磷酸铁锂电池在充电时处于恒流条件下，此时的充电电流相对稳定，充电速率不会因为外界因素发生变化，始终保持在0.2C;随着充入的电量不断增加，电压数值开始上升，直至达到终止电压，磷酸铁锂电池会进入恒压状态。
在这过程中，磷酸铁锂电池的充电速率（0.2C）保持不变，恒压状态下的数据采集间隔为1秒;当充电完成后，先将电池静置约5分钟，此后以0.2C速率进行放电。通过对图3进行分析，可以发现充电末期与放电末期的磷酸铁锂电池出现了比较严重的极化现象，静置的主要原因是降低极化;采用规定充电电流在恒流模式下对电池进行充电，磷酸铁锂电池的端电压会呈现出不断上升现象，当电压上升至3.65V（终止电压）时，可以转入恒压充电模式，此时充入的电流不断减少，最终停止在0.2A，充电结束。
4 结束语
综上所述，磷酸铁锂电池具有能量密度高、安全性较强、使用寿命长、绿色且环保等优点，通过对其进行循环放电性能测试，发现此类电池具有优良的循环使用能力，另外磷酸铁锂电池可以在常温、低温环境下正常启动，其充电速率也相对稳定，故而将其作为新能源汽车启动电源，可以推动汽车行业持续发展。
注：
项目1：本论文为南通市重点实验室项目《新能源汽车电源技术重点实验室》的成果，项目编号：JCZ18065。
项目2：江苏工院科研计划项目《农用无人机动力锂电池在线均衡技术的研究》的成果，项目编号：GYKY/2016/13。
参考文献：
[1]张跃强，田君，高洪波，等.商业化磷酸铁锂与三元动力锂离子电池性能对比分析[J].电子世界，2019（07）：37-39+41.
[2]蒋宁懿，李成章，宋承鹏.大容量磷酸铁锂体系高功率电池的设计研究[J].电源技术，2017，41（05）：674-677.
[3]倪红军，吕帅帅，陈林飞，等.混合动力汽车磷酸铁锂电池充放电性能研究[J].化工新型材料，2015，43（01）：133-134.
关键词：磷酸铁锂电池;新能源汽车;启动电源
1 前言
磷酸铁锂电池具有服务寿命长、长期功率衰减小、能源储存性能好、充电速度较快等优点，将其作为新能源汽车启动电源，一方面可以降低自燃现象发生率，另一方面能够解决行驶里程短等问题，对保证新能源汽车持续驾驶与使用安全具有重要意义，需要相关行业企业提高重视，对磷酸铁锂电池不断深化研究。
2 磷酸铁锂电池概述
2.1 含义
一般将正极材料由磷酸铁锂制成的锂离子电池称为磷酸铁锂电池。通过对当前市场上的金属价格进行分析，发现钴价格最高且储量最少，锰、镍、铁等价格相对较低且储量较多，对后三者进行分析对比，发现使用磷酸铁锂做正极材料的电池更便宜一些，故而此类电池开始在市场上流行起来。新能源汽车对提供动力的电池要求是：具备相对较高的容量，充电与放电循环性能优良，输出电压高且稳定，使用安全、节能、环保，适应多种温度环境，磷酸铁锂电池具有放电功率大、放电电压相对平稳、不会自燃和爆炸、充放电循环次数多、对环境无污染等优势，符合新能源汽车对动力电池提出的要求。
2.2 特点
2.2.1 能量密度高
磷酸铁锂电池具有较高的能量密度，据调查研究显示，经过我国技术专家的深化研究，截止到2018年，采用基本技术量产的磷酸铁锂电池单体能量密度基本稳定在160Wh/kg左右，若是借助更加先进的技术工艺支持，单体能量密度甚至可以达到175Wh/kg—180Wh/kg[1]。
2.2.2 安全性较好
磷酸铁锂的化学表达式是LiFePO4，其中“P-O”键相对稳固，不论是长期处于高温环境下，还是发生过充现象，都不会出现结构崩塌问题，故而磷酸铁锂电池具有较强的安全性与稳定性。此外，即便此类电池在使用时因为针刺或短路出现燃烧问题，也不会像传统锂离子电池一般发生爆炸，但由于我国针对此类电池的研究尚处于发展阶段，所以无法完全保证高电压充电环境下的使用安全。
2.2.3 使用寿命长
针对这一优点，磷酸铁锂电池主要表现在循环寿命相对较长，据调查数据显示，普通磷酸铁锂电池的循环次数普遍在2000次左右，有些性能相对优良的型号循环次数能够达到3500次，远高于过去常用的三元电池（1000次）。另外，汽车行业普遍采用的铅酸电池使用寿命最长不超过2年，若是在相同环境与条件下用磷酸铁锂电池，其使用寿命可高达7年或8年，大大节省了采购成本。
2.2.4 绿色且环保
通过对磷酸铁锂电池的构成进行分析，发现该类电池不含重金属，稀有金属含量较少，在毒性验证方面通过了SGS认证，在污染性方面符合PoHS规定，属于无毒无污染的节能环保型电池。在可持续发展的绿色理念要求下，我国将研发、优化、生产磷酸铁锂电池列入“863”高科技发展计划，受到国家的大力支持。由于欧美等国家要求为车配备无污染电池，故而将磷酸铁锂电池作为新能源汽车的启动电源，有利于增强我国汽车出口竞争力，对国家增加经济收益与提高国际地位具有积极影响。
3 磷酸铁锂电池作为新能源汽车启动电源的性能分析
国家为了推动新能源汽车产业实现持续健康发展提出了新要求，《规划》中要求到2020年我国新能源汽车要累计销售500万辆，产业规模要位居世界前列，利用磷酸铁锂电池为新能源汽车提供动力，有利于增强汽车使用的安全性，在解决行驶里程短、易自燃爆炸、价格相对高昂、充电速率较低等性能问题方面具有较强优势，此外磷酸铁锂电池还具备传统锂电池不具有的瞬间大功率输出能力，能够有效降低维护成本支出，是提高新能源汽车经济效益的重要保障。
3.1 充放电循环性能检测
本文以+12V/450A条件为例，分析磷酸铁锂电池充放电循环性能。第一，采取HEW型电池作为充放电循环性能检测系统，假设满电为1C，普通电压条件下以8Ah电流进行充电，直至充满;第二，在450A环境下开展循环放电检测，先以5.62C的速度在此条件下放电5秒，搁置大约10分钟后，再在450A环境下进行二次放电，此后不断循环上述动作，直到磷酸铁锂电池电量全部放完，这个过程被称为100%DOD，即深度循环;第三，以相同条件将电池再次充满电，重复第二步，自此磷酸铁锂电池进入第二个深度循环周期，为了保证得出准确性与真实性较强的性能检测结果，此循环过程大约要重复数百次，如此方能确定磷酸铁锂电池的容量保持能力（图1）与终止电压保持能力（图2）[2]。
通過对图1进行分析，发现当磷酸铁锂电池处于+12V/450A条件下时，即便充放电循环次数达到600次，其容量保持能力仍能达到85%，具体能量保持数值大致为8×85%=6.86Ah;若是仅循环到200次，电池的容量保持能力甚至高达95%，能量保持数值为8×95%=7.60Ah。根据图2曲线变化显示，磷酸铁锂电池在充放电循环200次时，其终止电压保持能力变化幅度较小;循环到350次时略有下降，但在480次时明显提高;越过500次大关后开始逐渐减弱，但仍能将终止电压保持在10.50V—11.25V区间内。
3.2 不同温度环境下的启动性能测试
针对磷酸铁锂电池在不同温度环境下的启动性能进行测试，是增强新能源汽车适应性的重要保障。本文将25℃视为测试环境温度的基准点，低温环境温度范围为25℃—20℃，每5℃是一个测试点，基于30min/5℃的速率进行测试温度变化，测试时间为24小时;为了确保测试结果的可靠性，每次循环结束后都要保持磷酸铁锂电池电量充足;在从低温测试过度到高温测试时，需要将电池放在25℃环境下一段时间，主要目的是避免对后续试验造成影响。 3.3 充电速率对电流、电压变化的影响
现阶段，汽车行业对新能源汽车进行了进一步研发，发现混合动力新能源汽车的市场竞争力更强，但此类汽车对磷酸铁锂电池的终止电压保持精度控制能力提出较高要求，若想保证该电池作为启动电源时充分发挥各种优势，误差精度必须小于1%，比如HEV型号的磷酸铁锂电池的额定电压是3.2V，终止电压为3.65V，如果将精度控制在1%以內，那么该电池的终止电压保持精度允许误差便要小于0.0365V[3]。假设，磷酸铁锂电池在充电时处于恒流条件下，此时的充电电流相对稳定，充电速率不会因为外界因素发生变化，始终保持在0.2C;随着充入的电量不断增加，电压数值开始上升，直至达到终止电压，磷酸铁锂电池会进入恒压状态。
在这过程中，磷酸铁锂电池的充电速率（0.2C）保持不变，恒压状态下的数据采集间隔为1秒;当充电完成后，先将电池静置约5分钟，此后以0.2C速率进行放电。通过对图3进行分析，可以发现充电末期与放电末期的磷酸铁锂电池出现了比较严重的极化现象，静置的主要原因是降低极化;采用规定充电电流在恒流模式下对电池进行充电，磷酸铁锂电池的端电压会呈现出不断上升现象，当电压上升至3.65V（终止电压）时，可以转入恒压充电模式，此时充入的电流不断减少，最终停止在0.2A，充电结束。
4 结束语
综上所述，磷酸铁锂电池具有能量密度高、安全性较强、使用寿命长、绿色且环保等优点，通过对其进行循环放电性能测试，发现此类电池具有优良的循环使用能力，另外磷酸铁锂电池可以在常温、低温环境下正常启动，其充电速率也相对稳定，故而将其作为新能源汽车启动电源，可以推动汽车行业持续发展。
注：
项目1：本论文为南通市重点实验室项目《新能源汽车电源技术重点实验室》的成果，项目编号：JCZ18065。
项目2：江苏工院科研计划项目《农用无人机动力锂电池在线均衡技术的研究》的成果，项目编号：GYKY/2016/13。
参考文献：
[1]张跃强，田君，高洪波，等.商业化磷酸铁锂与三元动力锂离子电池性能对比分析[J].电子世界，2019（07）：37-39+41.
[2]蒋宁懿，李成章，宋承鹏.大容量磷酸铁锂体系高功率电池的设计研究[J].电源技术，2017，41（05）：674-677.
[3]倪红军，吕帅帅，陈林飞，等.混合动力汽车磷酸铁锂电池充放电性能研究[J].化工新型材料，2015，43（01）：133-134.