大家好，我是西山云舞，愛(ài)實(shí)踐愛(ài)分享的偽極客，歡迎關(guān)注。本文提及的動(dòng)力電池掉電和原理對(duì)策，也適用于電動(dòng)汽車(chē)，全文2000字，閱讀大約5分鐘。

電池掉電趴窩

昨天，老婆騎著買(mǎi)了三年的小牛G0-40電動(dòng)車(chē)上街，出門(mén)的時(shí)候顯示還有一半電量，但是騎出去走了1公里就趴下了。老婆力氣小推不了那么遠(yuǎn)，只好丟在路邊（沒(méi)電也鎖不了車(chē)），掃了一臺(tái)共享電動(dòng)車(chē)回家，可憐巴巴的跟我訴苦。我安慰完她，馬上騎自行車(chē)帶上一把u型鎖，把車(chē)鎖上，然后電池抽出來(lái)帶回家充電。插上充電器直接顯示綠燈，充不進(jìn)去了。

測(cè)量端電壓，只有15.21伏，似乎處于保護(hù)狀態(tài)。

這是一塊15串磷酸鐵鋰電池組，額定容量12Ah、576Wh，充電截止電壓53.5V。

重新激活電池

用實(shí)驗(yàn)室電源進(jìn)行充電，電壓設(shè)定為充電截止電壓，電流限制為1A，實(shí)際充電電流只有180毫安左右，總功率約8W，看上去像是在進(jìn)行低SOC端被動(dòng)均衡。合每節(jié)電芯約0.6W的均衡功率。

經(jīng)過(guò)5個(gè)小時(shí)涓流均衡，電池端電壓恢復(fù)到48.4V。

然后給電池組插上充電器，能夠正常充電了。

根據(jù)智能插座的記錄，估算充進(jìn)了大約522Wh，充電的末段依然有異常情況，充電功率有跌落。

電池均衡

充電完畢充電器轉(zhuǎn)綠燈。過(guò)了10分鐘，充電器的綠燈又變成紅燈，充了不到一分鐘又轉(zhuǎn)綠燈結(jié)束充電；20分鐘后又一次短暫的充電；短暫充電的間隔越來(lái)越長(zhǎng)，12小時(shí)后間隔趨于平均。

測(cè)試的接近兩天，最后穩(wěn)定在每隔4小時(shí)25分，充電10秒鐘，充電直流功率155W，折算電池內(nèi)平均放電功率97.5mW，基本上就是電控板的能耗，也就意味著均衡已經(jīng)結(jié)束。

根據(jù)上面幾個(gè)圖的數(shù)據(jù)，首次充電在0:00左右結(jié)束的時(shí)候，BMS收到部分電芯到達(dá)充電截止電壓的信號(hào)，開(kāi)始均衡動(dòng)作，大概在7:00結(jié)束。

把電池裝回車(chē)上，使用正常了，我估算了一下，跑了30多公里才再次充電，容量沒(méi)有明顯的下降。

這臺(tái)小牛G0-40電動(dòng)自行車(chē)是2020年8月在佛山市市東下路的小牛專(zhuān)賣(mài)店買(mǎi)的，到現(xiàn)在剛好滿三年，已經(jīng)跑了大約5000公里，這臺(tái)車(chē)中控有個(gè)毛病，里程表會(huì)不定期自己歸零，所以沒(méi)法統(tǒng)計(jì)準(zhǔn)確的總里程。但粗略估算，這塊電池的循環(huán)次數(shù)不超過(guò)200次，對(duì)于磷酸鐵鋰來(lái)說(shuō)，才用了1/10的循環(huán)壽命，為什么就出現(xiàn)掉電故障了呢？

磷酸鐵鋰電池組掉電原理

我們發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是電動(dòng)自行車(chē)還是電動(dòng)汽車(chē)，出現(xiàn)掉電現(xiàn)象的絕大部分是使用磷酸鐵鋰電池組的車(chē)輛，但同時(shí)也有大量應(yīng)用磷酸鐵鋰的車(chē)主聲稱(chēng)從沒(méi)有發(fā)生過(guò)掉電現(xiàn)象，包括一些年限不短的車(chē)。

為什么三元鋰電池組很少出現(xiàn)掉電？而同是磷酸鐵鋰，為什么會(huì)出現(xiàn)這種截然不同的情況呢？

電池自放電

幾乎所有的電池，包括不可充電的一次電池、可充電的二次電池，都存在自放電現(xiàn)象，也就是電池充滿電放一邊不用，過(guò)一段時(shí)間，電就全跑光了。

航模用的高倍率動(dòng)力鋰電池，充滿放三個(gè)月，電就差不多沒(méi)了，汽車(chē)用的鋰電池，最起碼可以堅(jiān)持一兩年（指不接電池樁頭）。

同一型號(hào)的電池，自放電率與原材料和工藝有很大關(guān)系，同一批電池都有較大的離散性，具體的原理就不贅述了。

也就是說(shuō)，電動(dòng)自行車(chē)或電動(dòng)汽車(chē)上的電池包，里面是十幾個(gè)到幾百個(gè)“電芯”串并聯(lián)起來(lái)的，這些電池自放電的速度并不一樣，如果不加以管理，一個(gè)電池包里面，可能自放電最快的電芯快沒(méi)電了，但自放電最慢的電芯還有一多半的電量。

這時(shí)候電池組總的端電壓看上去還有差不多一半的電，但實(shí)際上一放電，電量最低的那節(jié)電芯就觸發(fā)低電壓放電截止保護(hù)，出現(xiàn)所謂的掉電（虛電）現(xiàn)象。

而此時(shí)拿電池組去充電，充了一半的電量，那一節(jié)自放電率低。的電池就充滿了，觸發(fā)了充電截止保護(hù)。整個(gè)電池組看上去就剩下了一半的容量，但其實(shí)里面每一個(gè)電芯容量都沒(méi)有下降。

電池組均衡

為了避免出現(xiàn)這種現(xiàn)象，就要用電池管理系統(tǒng)（BMS）來(lái)對(duì)單顆電芯進(jìn)行自放電管理，這部分的原理很簡(jiǎn)單，就是BMS發(fā)現(xiàn)各個(gè)電芯電壓參差不齊，就通過(guò)給電壓偏高的電芯放電（被動(dòng)式均衡）；或者把高電量電芯的電荷轉(zhuǎn)移給低電量的電芯（主動(dòng)式均衡），直到所有電芯電壓一致。這樣電池組的容量就恢復(fù)了，也消除了掉電（虛電）現(xiàn)象。

磷酸鐵鋰的特點(diǎn)

放電平臺(tái)電壓跌落小，是磷酸鐵鋰電池的一個(gè)顯著特征，下圖是磷酸鐵鋰（紅線）跟三元鋰（藍(lán)線）的電壓平臺(tái)比較。

可以看到三元鋰電池放電過(guò)程，電芯端電壓是有明顯下降，在20%~80%的荷電區(qū)間電芯電壓變化達(dá)到400mV；而相應(yīng)的，磷酸鐵鋰只有100mV。

酸鐵鋰這種特性對(duì)于電池管理系統(tǒng)（BMS）來(lái)說(shuō)是一個(gè)極大的挑戰(zhàn)，在一個(gè)寬廣的荷電范圍內(nèi)，電池端電壓只有數(shù)十mV的變化， 加上在電池壽命周期內(nèi)不斷變化電池內(nèi)阻在充放電時(shí)附加的歐姆壓降和極化電壓，還有外界干擾，還有電池之間的個(gè)體差異，BMS很難通過(guò)端電壓來(lái)準(zhǔn)確確定電池所處的荷電狀態(tài)。

磷酸鐵鋰在接近充滿電的小范圍內(nèi)，電壓變化才明顯，所以電池組的BMS通常只在電池充滿電而且還插著充電器的時(shí)候進(jìn)行均衡，在放電平臺(tái)中間是不均衡的。

均衡的困難

我給這臺(tái)電動(dòng)自行車(chē)充電是很少充滿了放盡的，主要是為了延長(zhǎng)電池的循環(huán)壽命（目前常見(jiàn)的所有類(lèi)型鋰二次電池，包括磷酸鐵鋰、三元鋰，淺充放都能明顯延長(zhǎng)電池的循環(huán)壽命，例如使用20%~80%充電區(qū)間，一塊電池的“使用里程”可以延長(zhǎng)超過(guò)一倍）。

我一般的使用習(xí)慣就是，開(kāi)回來(lái)就插電，根據(jù)剩余電量估算充電時(shí)間，讓小愛(ài)同學(xué)定個(gè)鬧鐘，沒(méi)充滿就拔掉。

下圖是這臺(tái)小牛G0-40隨車(chē)電池的實(shí)測(cè)充電曲線，我經(jīng)常使用的是紅線中間的區(qū)域。

問(wèn)題根源就在這里，這兩段紅線之間電池端電壓從50.4～51.2V，相差只有0.8V，對(duì)應(yīng)端電壓變化率是1.6%，是一個(gè)非常平緩的平臺(tái)（注意這個(gè)圖縱坐標(biāo)，起點(diǎn)是42V），對(duì)應(yīng)單顆電芯的電壓，是3.36～3.41V，相差僅有0.05V，即50mV。在這個(gè)范圍內(nèi)，電池組的BMS沒(méi)有機(jī)會(huì)進(jìn)行電芯均衡。

而在三年里面，這塊電池充滿電依然插著充電器的機(jī)會(huì)，加起來(lái)不超過(guò)5小時(shí)，無(wú)法有效補(bǔ)償這三年間，由于電芯自放電率離散性帶來(lái)的容量差異。最終導(dǎo)致了趴窩事件。

哪種情況容易掉電

由上述可知，磷酸鐵鋰電池組的車(chē)輛，一般是在充滿電后，依然插著電的情況下進(jìn)行電池均衡。

由于均衡的電流并不大，所以每年要有足夠的小時(shí)數(shù)，才能彌補(bǔ)自放電帶來(lái)的電芯之間的容量差。

看到這里，大家應(yīng)該能想到，那些長(zhǎng)期使用公共充電樁，充滿就要馬上離開(kāi)的車(chē)，特別是24小時(shí)連續(xù)運(yùn)營(yíng)的出租車(chē)，連充滿電的機(jī)會(huì)都不多，很容易出現(xiàn)掉電的問(wèn)題。而那些經(jīng)常在家插電一整個(gè)晚上的車(chē)輛，則因?yàn)橛凶銐虻木鈺r(shí)間，基本不會(huì)出現(xiàn)掉電問(wèn)題。

而三元鋰電池，由于電壓變化明顯，BMS是可以隨時(shí)把握電池的實(shí)際容量，適時(shí)進(jìn)行均衡，所以極少出現(xiàn)這種掉電的現(xiàn)象，除非BMS的硬件設(shè)計(jì)或者算法有問(wèn)題。

下圖是我在2014年準(zhǔn)備購(gòu)買(mǎi)某B字頭的電動(dòng)汽車(chē)時(shí)，試圖找到鋰電池的壽命過(guò)程中收集到的數(shù)據(jù)，來(lái)自某B字頭企業(yè)的公開(kāi)年報(bào)。數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)年其投資經(jīng)營(yíng)的某純電出租車(chē)公司，基本上也是三年后出現(xiàn)大量的維修支出，平均每臺(tái)車(chē)7萬(wàn)RMB。

應(yīng)對(duì)策略

而避免這種情況的方法也很簡(jiǎn)單：每年保證充滿電之后繼續(xù)插電足夠小時(shí)數(shù)就行了。某T字頭廠商建議：配備磷酸鐵鋰電池（LFP）的車(chē)型，即使是日常使用，也應(yīng)該將充電限制設(shè)置為 100%，并且每周至少一次充電至 100%。另外，如果車(chē)輛停放超過(guò)一周，則建議盡早充電至 100%。

同一時(shí)間，對(duì)三元鋰電池車(chē)型的建議依然是日常充電至90%，以延長(zhǎng)壽命。

下一回，我打算聊一聊，如何把磷酸鐵鋰和三元鋰電池的循環(huán)壽命最大化，以及具體策略的區(qū)別。

如果覺(jué)得對(duì)您有幫助，記得打賞、點(diǎn)贊、收藏、轉(zhuǎn)發(fā)哦，你的肯定是我的動(dòng)力，謝謝！