这5种充电方式，冬天充电很伤电动车电瓶，你还在用吗？

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在我国除了极少数地方体验不到冬季的寒冷，在绝大多数地方，冬天都会出现严寒天气，而遇到这样的天气，对于电动车其实并不“友好”，首先是电动车的续航会普遍下降，其次，在这样的天气，一些不规范的充电方式，还会伤害电动车电瓶，小行家就为大家介绍，有5种充电方式，冬天充电很伤电动车电瓶，看看有没有你在用的，如果在用，应该及时学会避免这样充电。

第1种充电方式：听说浮充好处多，于是过分浮充

如果对电池保养知识有了解的，都听过“浮充”这个词，它是现在主流充电器的一个充电阶段，“浮充”充电也被称为“保养”充电，每次当充电器变绿灯之后，不要马上拔电，进行一定时间的“浮充”，不仅能让电池容量充的更足，也可以起到延长电池寿命的作用。

但“浮充”虽然好，在冬天也确实可以增加续航，但不能过分“浮充”，一旦“浮充”时间超过2个小时，或整车充电总时长大于了10个小时，这个时候就会让电池的活性物质因为在过热的环境，导致析气，而电解液也会被蒸发，从而出现鼓包、失水等损伤电池的情况，让电动车续航下降，电池寿命缩短。

第2种充电方式：总怕电量不够用，铅酸电池也随用随充

冬天的电动车会出现充电效率低，容易充不满电，而放电的效率慢，掉电快，很容易没电的情况，我身边就有这样的朋友，总担心自己的电动车会在半道没电，因此，只要骑完车，就想给电动车充上电，让电动车时刻保持满电的电量。

从理论上来说，锂电池是可以这样操作，随用随充是“利大于弊”，但如果是铅酸电池，并不建议这样做，铅酸电池的循环充电次数十分有限，频繁的浪费充电次数，会加速电池寿命的缩短。

如何避免 ：给铅酸电池充电，最佳的余电应该是30%左右，如果担心电量会不足，也要控制在40%以内在充电，并且要养成每次充电都在这个余电左右，避免造成积压电压的存在，损伤电池。

第3种充电方式：为了随处充电，随车携带充电器

当续航变差，很多车主都会做一个准备，准备好充电器，以防一时之需，这样的做法是对的，但对于很多电动车来说，减震系统做的并不好，充电器放在座桶中，会因为颠簸而造成充电器的电子组件脱落，而且，很多充电器虽然出现故障，但依然能够存在，但可能会软启动功能丧失，对电池造成浪涌冲击电流，形成伤害，可能会跳灯不准备，未充满就跳灯，影响电动车续航。

如何避免 ：如果需要随车携带充电器，一定要确保好座桶内的稳定，可以放一些旧衣服，海绵等填充物，减少颠簸感，当然，也可以买两个充电器，上班地方放一个，家里放一个。

第4种充电方式：天冷充电慢，频繁使用快速充电站

电池的工作原理，是通过正负极铅板的活性物质进行化学反应，把电流转化为“化学能”储存下来，而一旦天气变冷，活性物质的反应能力变慢，反应的阻力变大，影响充电效率，迟迟充不满，有的车主会使用快速充电站或快速充电器。

而无论是哪一种的快充，它的原理都是“万变不离其宗”，都是用大电流的输入达到电池容量充满，这种方式偶尔使用也可以，但频繁使用，会导致电池电解液的反应分解、产气等问题出现，损伤电池，影响续航。

如何避免 ：快充只可以用来应急使用，不应该作为充电的常态化方式，天冷充电慢，可以提高充电环境的温度，如在室内充电、太阳底下充电，增加充电效率。

第5种充电方式：停车就充电，拔电就骑车

身边总有这样的朋友，习惯了骑完电动车后，马上就充电，而需要用车的时候，拔了电马上就骑车，这样做虽然很高效率，也很省事，但它却很伤电池，而且无论锂电池还是铅酸电池，都会造成伤害。

电池是十分惧怕“过热”的车型，千万不要冬天的环境，电池就不会很热，当电动车在充电，电动车在放电，温度都是能够达到30℃以上，而停车就充电，拔电就骑车的习惯，会让充放电的温度叠加，造成电池“过热”，出现损伤电瓶的情况。

如何避免 ：避免这样的行为，主要是让电池有一个冷却降温的时间，在冬天其实降温速度很快，给到5-10分钟，就能够让电池降温，因此，在充电或骑车之前，先等5分钟吧，这样会有利于保养电池。

结语 ：以上的5种充电方式，都是在冬天会伤害电动车电瓶，如果想要提高续航，减少电瓶的损伤，小行家觉得，大家都应当学会避免，其实并不难，只要做到：“浮充”有度，铅酸电池不要随用随充，充电器不颠簸，少用快速充电站，充电、骑车有降温时间，就足够了，这些都是举手之劳，却能够得到电动车跑的远，电池更耐用的效果。

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锂离子电池浮充电研究综述

随着锂离子电池产业的发展，其能量密度逐渐提高，使得锂离子电池在储能行业取得巨大的发展，其中磷酸铁锂体系、三元体系和钛酸锂体系三个主流体系，将逐步取代原有的铅酸电池成为后备电池，占领未来储能市场[1] 。根据中关村储能产业联盟(CNESA)统计，截至 2019 年，我国电化学储能总计装机达到1709.6 MW，锂电池装机占比高达88.8%。由于具备更宽的工作温度、长寿命、能量转换效率高等性能优势，锂离子电池满足了人们对电池的更高要求，成为储能系统的主流电池。

通过浮充电方式对电池进行能量补充是后备电池充电的一种常用方式，研究长期浮充下电池性能衰减对于延长储能电池循环寿命有着重要意义[2] 。目前浮充电技术已经广泛运用于数码产品、通信基站、大型储能电站和紧急备用电源上，随着我国在储能领域的快速发展，浮充电技术也得到了迅速的发展和改进。本文综述了锂离子电池浮充电的发展现状，介绍了浮充电面临的困难和相应的解决方案 。

1 锂离子电池充电原理

锂离子电池的充电过程是一个复杂的电化学过程，是将外部的电能转化为化学能存储在电池中，而不同的充电方式将对电池安全和使用寿命产生不同的影响。锂离子电池充电时，在电池正极生成Li+ ；Li+ 通过电解液流向负极，负极材料的碳为层状多孔结构；到达负极的Li+ 就嵌入碳孔中，Li+ 嵌入得越多，表明锂电池充入的电量就越多[3] 。三星ICR18650 锂离子电池，正极材料为 LiCoO2，负极材料为碳化合物[4] 。

充电过程正极反应为

式中，Ka,pos和Kc,pos分别表示LiCoO2电极的充放电反应速率常数。

放电过程负极反应为

式中，Kc,neg和Ka,neg分别表示碳化合物电极的充放电反应速率常数。

三星ICR18650锂离子电池充放电总反应方程式为[4]

2 浮充电

目前常见的充电方法为恒流充电、恒压充电、恒流恒压充电和脉冲充电4种[5] 。浮充电是一种特殊的脉冲充电方式。在电池充电的末期以一种持续的、长时间的模式，用小电流来缓慢增加电池的充电深度，或者补偿电池在长期静置下的自放电损失，使电池处于电量饱满状态[6-7] 。浮充电也是一种复杂的充电方式，需要通过精确的控制策略来实现，从而不断对储能电池电量进行补充。在储能电池的管理系统中，主要包括控制系统、切换装置和后备电池组等，系统模型如图1所示[8] 。

当交流输入断开后，控制模块直接控制后备蓄电池组进行放电，保证负载的不间断工作；由于后备电池组与电源线路并联到负载电路，交流输入恢复后，交流输入直接对负载供电，同时对后备电池进行充电。控制模块对整个系统的运行状况进行实时的监控处理，通过对后备电池充电电压和 SOC的判断，当电池处于满电状态后，对后备电池组组进行浮充充电；即电池充满后，开关电源不会直接断开，而是开始提供恒定的浮充电压和很小的浮充电流对电池继续充电，平衡电池的自然放电，以保证后备电池组长期处于满电状态。

3 影响浮充性能的因素

浮充性能是指电池在浮充电运行下电池材料的耐久性、稳定性和容量保持率。锂离子电池的浮充性能极大地影响着电池的循环使用寿命，良好的浮充性能可以保证后备电源的安全运行，减少其维护成本。然而温度变化、浮充电压的差异、电池生产工艺和使用情况的不同以及所受外部物理冲击都会使得锂离子电池浮充性能变差，造成电池衰减加快。本文从温度变化、浮充电压变化和电池组单体的不一致性三个方面，综述了锂离子电池在浮充下的性能变化。

3.1 外部温度

锂离子电池在浮充电过程中，外部环境温度变化对电池内的电化学反应有着较大的影响。在一定范围内的温度上升能促进电池内电化学反应的进行，同时减少充电能耗，但是温度过低或者过高都会加快电池在浮充下的失效。为了解温度变化对锂电池浮充的影响，Tippmann等[9] 建立了一个低温循环下锂沉积的电化学模型，仿真试验后，发现结果如图2所示。

在常温充电下，锂离子可以均匀嵌入负极之中；而在温度低于0 ℃情况下，锂离子更多地嵌入在碳负极的表面，没有到达较为深层的部分，使得锂离子持续在负极表面沉积，逐渐形成锂枝晶，引起电池容量衰减，甚至导致电池内短路的发生，使得电池安全性降低。

李丽珍等[10] 通过测试研究了不同低温对电池容量的影响，以 0.5 C 对 18650 型三元锂离子电池进行充电试验。结果表明，充电温度越低，锂离子的固相扩散系数越小，导致Li+ 嵌入速度越慢，Li+ 传质受阻而析锂，造成容量衰退。

Waldmann等[11] 研究了不同循环温度对锂离子电池失效机理的影响，使用18650功率型锰酸锂电池进行试验，在工作温度为−20～70 ℃下进行1 C循环。通过实验发现，高温下失效机理是锰的消解和SEI膜的增厚，而在低温下失效的原因是活性锂的沉积。

齐明辉等[12] 以单体额定容量为 7.8 A· h 的 FBL磷酸铁锂电池为研究对象，在额定电压为3.6 V下，进行不同温度的浮充电容量测试实验，结果如图3、图 4 所示。发现温度低于 0 ℃时，放电容量衰减迅速；温度低于常温进行浮充时，容量衰减速度加快，电池使用寿命缩短。随着温度升高，放电容量逐渐恢复；但是当温度高于40 ℃后，电池会出现过放现象。同时在20 ℃和40 ℃的不同温度下进行浮充电时容量衰减速度也有差异，其在不同温度下容量衰减的参照组设置较少。

李懿洋[13] 采用 MACCOR 充放电设备对正极材料为钴酸锂、负极材料为石墨的软包电池进行全电池浮充测试试验。恒定浮充电压4.35 V、温度25～60 ℃下进行测试，为保证试验准确性和避免电池一致性的影响，每个测试选用3～4个电池，试验结果如图 5 所示。实验结果表明，电池在 25 ℃和35 ℃浮充55 d后容量保持率仍在95%左右，无明显衰减，而当浮充温度继续升高时，电池容量衰减迅速加快。他还发现高温浮充下电池容量衰减曲线可以分为两段，在浮充35 d之前，容量衰减和时间呈现近似线性关系，而35 d以后容量衰减速度明显加快，此时正好是电池产气的起始点，所以衰减加快是温度升高导致电解液分解和副反应加剧而引起。

Takahashi等[14] 研究了棱柱形的锰磷酸铁锂电池在不同温度下的浮充耐久性，恒定浮充电压为4.0 V，在 25 ℃、45 ℃和 55 ℃下进行浮充试验。研究结果表明，在25 ℃下通过浮充充电的电池在24个月后保持其初始容量的70%。然而，在55 ℃充电的电池的容量在第1个月迅速下降到其初始容量的 60%，容量衰减迅速。同时通过材料表征发现，在55 ℃浮充的电池，其阴极部分锰溶解在电解质中并沉积在阳极表面，使得阳极的 SEI 被破坏，导致电池容量快速下降。

3.2 浮充电压

由于电池组内各个单体电池使用情况的不同，使得电池性能和容量也存在差异，所以浮充电压的合理选择直接影响电池的使用寿命和可靠性。当充电电压过高时，电池将长期处于过充状态，能耗增加，浮充电流大，造成电池寿命缩短和爆炸风险[15] ；当充电电压过低时，电池长期充电不足，电极深处的活性物质无法参与电化学反应，因而在活性物质与极板之间形成高电阻层，使电池内阻增大，导致电池加速报废[16] 。

Hirooka 等[17] 研究了不同浮充电压在高温条件下对锂电池老化的影响，以钴酸锂电池为实验对象，浮充电压为4.2～4.5 V，试验温度为60 ℃。研究结果表明，浮充电压的增大，导致更大的容量衰减和更短的循环寿命，材料表征后发现LiCO2电极老化严重、大量钴离子的溶解以及电池内部副反应的发生。同时他们提出 LiCoO2电极在浮充条件下的耐久性可以通过防止CoO2(O1)相的形成来改善。

Xia等[18] 研究了高电压锂离子电池用不同电解液溶剂、添加剂和包覆材料对产气的影响，电池采用三元材料镍钴锰比例为4∶4∶2，负极材料为石墨，且采用LaPO4包覆和未包覆作为比较，电池在4.3～4.7 V电压下浮充老化。浮充后发现，电压越高，产气量越大，同时，FEC∶TFEC为1∶1的无包覆条件下，产气量最少。

Yu 等[19] 研究了高压充电对 LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2(LNCM811)/石墨电池的影响，恒定温度为25 ℃，在4.5 V的高电压下循环100次，同时测试电池容量、阻抗并做材料表征分析。试验结果表明，在循环后电池放电容量保持率仅有82.0%，容量衰减迅速，电池寿命缩短。电池循环后阻抗明显增加，出现SEI膜分布不均匀和明显破损的现象，同时还有电解液分解。

Hirooka 等[20] 以钴酸锂电池为对象，研究了不同金属取代锂钴氧化物的高压浮充耐久性试验，金属包括Co、Ni、Al、Mg和Zr，在4.5 V和60 ℃的条件下进行浮充。试验结果如图6所示，通过电流增加至0.25 mA/cm2 的时间来定量定义浮充耐久性。材料的浮充耐久性随取代金属离子的不同而变化，顺序为镍>铝>镁>钴>锆，当镍以5%的量代替锂钴氧化物时，与钴酸锂相比，浮充电耐久性提高了4倍以上，而能量密度没有降低。

杜旭浩等[21] 提出电池电压横向比较值的概念，指电池在浮充电下单体电压和整组电压平均值之间的差值，同时对此进行试验测试。

式中，Uij为第 j 节电池的单体浮充电压；n 为电池单体个数。试验结果表明电池电压横向比较值越小，电池组电压一致性越好，单体电池失效起火风险减小，安全性提高。

桂长清[22] 对蓄电池组的浮充电压进行试验研究，发现电池组中各个单体电池的浮充电压呈正态分布，提出将电池组的浮充电压监控点选为 V+1.5σ，其中V和σ分别代表各单电池浮充电压的平均值和标准差。由此得出电池的浮充电压是动态的、不固定的，因而需要在长期的浮充运行工况下对电池的使用情况进行实时监控，再用控制模块对浮充电压进行及时修正。

3.3 单体不一致性

目前锂离子电池循环寿命主要研究针对电池单体展开，然而在实际使用情况下电池是成组的，电池成组的循环寿命比单体要复杂得多。在长期的浮充循环下，电池组内各个单体由于电池生产工艺、连接方式和使用条件的不同而产生的不一致性问题将越来越显著，从而引起电池的浮充失效。康彩云等[23] 对磷酸铁锂电池组在不同倍率浮充下的充放电容量特性进行研究，发现电池单体的不一致性导致容量不均衡的最大差值约为10%，严重影响电池组循环寿命。

Wei等[24] 研究了磷酸铁锂电池组的浮充特性，电池单体的浮充电压限定在3.65 V，在25 ℃的常温下浮充一年，期间对电池的电压、内阻和容量进行测量。试验结果表明，电池组的容量保持在97%，其中由于电池单体之间的不一致性，出现个别电池电压异常，浮充后电池老化加快。总体来说，94%的电池电压稳定，电池的内阻没有很大变化。

王立强等[25] 对轨道交通钛酸锂电池展开不一致性研究，在不同荷电状态下搁置一年后对电池模块内单体的电压、内阻和容量等参数进行测试。测试结果表明，其单体间的不一致性主要为电压的差异；同时采用容量增量法对钛酸锂电池在浮充搁置下性能变化进行分析，发现电池间自放电的差异，使得初始SOC的不同，导致同一模块内充入电量不同，在长期浮充下不一致性问题加剧，影响电池寿命。

郭光朝等[26] 研究了单体电池电压不一致性对电池系统容量衰减的影响，通过200 kW/200 kW· h锂电池储能系统和250 kW/1 MW· h锂电池储能系统在不同时间做容量标定试验。系统在25 ℃r浮充两年后，发现250 kW/1 MW· h锂电池储能系统充电性能只衰减了4.24%，放电性能只衰减了2.6%，同时发现电池单体电压一致性较好，最大电压差仅为0.350 V。然而200 kW/200 kW· h锂电池储能系统充电性能衰减了25.976%，放电性能衰减了27.120%。由于250 kW/1 MW· h锂电池储能系统具有充放电均衡控制策略，可以改善系统内单体电压的不一致性，大幅度减少储能电池容量衰减。就此提出运用外部均衡控制策略，以提高浮充下储能电池的容量保持率，增加循环寿命。

袁阳等[27] 对后备锂电池组的长期浮充状态设计了一种以锂电池单体电压为均衡变量的被动均衡控制策略，基于 LTC6804 电池组监视器芯片进行均衡系统设计，同时搭建了 12 V/50 A· h 磷酸铁锂电池模块(模块内为4个单体电池串联)的均衡试验台。设置工作温度为0～60 ℃，电池单体均衡开启电压为3.38 V、均衡电流为0.50 A的条件下，以0.12 C电流对锂电池组进行浮充。试验结果表明，均衡控制系统可以有效减少电池组内各电池单体间的电压差，并且维持电池的电压和电流在正常工作范围内，防止过充过放现象的出现，有效改善电池组内部的不一致性。

杨忠亮等[28] 对磷酸铁锂电池蓄电池的浮充特性进行试验研究，提出自主均衡技术和被动均衡技术结合的控制策略来提升的浮充特性，并通过常规电池模块和综合策略的模块在长期浮充工况下的对比试验，结果如图7所示。研究结果表明，综合控制策略可以明显降低电池单体间的电压差异，且在浮充时单体电池电压差异较小，保持在正常电压水平，有效提高了电池模块的浮充性能和安全性。

段周敬等[29] 为减少长期浮充状态造成的电池单体不一致性对电池组容量和寿命的影响，设计了主动和被动均衡相结合的控制策略，以轨交储能磷酸铁锂电池为试验对象，并进行对比测试研究。试验结果与杨忠亮等人的相一致，在添加均衡控制策略后，可以明显地降低电池浮充状态的电压偏差。

4 浮充的影响结果

电池材料是组成电池的基础部分，材料的性能和结构极大地影响着电池的特性，稳定的内部材料保证着电池的健康运行状态以及使用安全。然而在长时间的浮充电运行工况下，电池材料会表现出不稳定性，其结构发生改变或破坏，从而导致锂离子电池的浮充失效，使得电池的安全性变差，使用寿命缩短。

李慧芳等[30] 对锂离子电池浮充后鼓胀原因进行试验分析，以方形电池 053450 为测试对象，将其充满电静置于45 ℃恒温箱中，恒压4.25 V持续浮充15 d后，对电池的产气成分、正负极和隔膜进行了检测。发现在浮充的过程中，电池的溶剂和添加剂在负极发生了还原反应，反应产物沉积在负极表面，造成靠近的隔膜堵塞或者贯穿，引起电池内部的微短路，导致电解质分解和添加剂的氧化释放气体，电池出现鼓胀。同时提出更换Gurley值高的隔膜，来改善电池的浮充性能，经过更换不同Gurley值的隔膜浮充试验后，发现Gurley高的电池隔膜被刺穿的概率减少，同时电池厚度增加减少，可抑制电池的鼓胀，提高电池的安全性能。

赵伟等[31] 采用软包的磷酸铁锂/石墨电池进行浮充老化试验，在浮充过程中对电池体积、容量、阻抗变化和产气成分进行测试。研究结果表明，磷酸铁锂电池在3.7 V/45 ℃浮充工况下的老化主要是电池电解液的分解和电解液/负极间的界面反应，而且在高温(50～60 ℃)、高电荷(3.75～3.80 V)状态下反应会出现加剧现象。对气体成分检测后发现主要是CO2和烷烃类。除了产气外，经过进一步试验验证，发现还存在着SEI膜增厚和电解液/电极界面阻抗增加的现象。

孔令丽等[32] 用商业化 2.2 A· h 的钴酸锂软包电池进行浮充测试试验，将电池充满电后，以恒压4.45 V持续浮充45 d后将电池常温静置。取其正负极片和隔膜，进行 XRD 测试、SEM 形貌分析和ICP 测试，结果如图 8～图 10 所示。测试试验表明，浮充后电池正极材料结构发生相变并且稳定性变差，晶体结构出现异常，产生了H1-3相，还有金属元素Co的溶出，同时释放出O2造成电解液的氧化分解。同时也发现在负极上的SEI膜也会被破坏，并发生不断的重整及修复反应，与李慧芳等[30]的结论一致。他们提出可以通过提高正极材料的稳定性，强化电解液形成稳定的SEI和CEI，来提高电池浮充特性。

Tsujikawa等[33] 研究了锰酸锂电池高温浮充下的失效机理，在浮充电压为4.05 V下浮充476 d，结果如图 11 所示。25 ℃下浮充后电池剩余容量 85%，50 ℃下浮充后电池剩余容量不到60%，随着温度升高电池容量衰减。而后对电池拆开进行材料表征分析，发现大部分为循环锂的损失，同时还有活性物质的损失，正极的锰在高温下会发生歧化反应，变为离子溶解到电解液中，循环后沉淀在负极表面。

Yi等[34] 进行了LPF/石墨电池的老化试验，将电池置于25 ℃、35 ℃、45 ℃、55 ℃和65 ℃不同温度下进行测试，充放电电流速率为1 C，测试电压范围为2.2～3.56 V，浮充电200 d后对电池正负极和SEI隔膜进行表征。从试验结果中发现，随着温度的降低，活性物质的损失和SEI膜厚度增加是引起电池容量衰减的主要原因；而当温度到达65 ℃高温时，电池容量保持率低于 65%，内部结构破坏，电极材料发生溶解。

5 结 语

锂离子电池作为储能装置时，在长期的浮充电运行工况下会导致电池性能衰减，甚至引发一系列安全问题，本文介绍了外部温度变化、浮充电压差异和电池单体不一致性三个方面对电池浮充的影响，以及浮充后对电池性能的影响。通过对锂离子电池浮充电的研究总结，可以更好认识浮充需要解决的难题，以探索更好的策略来提高锂离子电池的浮充性能，增加其循环寿命，缓解电池容量衰减速率。通过增加外部恒温装置，保持储能电池在合适的温度下运行；增加精确的浮充控制装置，将各个单体电池分开控制，以浮充电压和电池 SOC 为控制目标，保持电池在满电状态而不出现过充现象；同时改善电池内部结构，提高电池的浮充稳定性，保证其安全稳定运行，这对推广锂离子电池作为储能装置有着重要意义。

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