保时捷2018新款卡宴锂蓄电池使用与维护

陈琨　刘春梅

摘 要：本文介绍了保时捷2018新款卡宴车用锂蓄电池的特点，叙述了锂蓄电池的结构与组成，介绍了锂蓄电池的充放电特性以及存放的要求，总结了通过检测对锂蓄电池进行分类的方法，并强调了在对锂蓄电池进行检测与维修时需要进行高电压的知识与实操的培训。

关键词：保时捷；新款卡宴；锂蓄电池；使用；维护

随着锂电池技术的发展，锂电池已逐渐运用到传统燃油车中。保时捷2018新款卡宴为了减轻整车重量，减少蓄电池的体积，已不再使用铅酸蓄电池，而改用锂电池单体的蓄电池。新款卡宴锂蓄电池中的电池单体是磷酸铁锂（LiFePO4）。采用磷酸铁锂的优势首先是安全性高，在充电过程中既不会析出金属锂，也不会释放出氧气，不会发生热逸散；其次是循环寿命长。但是也有低温性能较差，放电电压低等缺点。

锂蓄电池相对铅酸电池具有体积小、重量轻、循环寿命长、安全性高、绿色无污染等特点，同等规格容量的锂蓄电池的体积大约是铅酸电池的2/3，而重量仅约为铅酸电池的1/3，理论循环寿命超过2000次。而且冷起动和起停能力更强，重新起动车辆更快，尺寸单一、变型数量少，不含对环境有污染的铅。

新款卡宴锂蓄电池安装在乘客侧座椅前方的乘客脚下凹槽内，凹槽焊接在车身壳体上。目前有“LG Chem”和“A123 Systems”两家公司制造商供应和安装蓄电池。这两个品牌磷酸铁锂蓄电池的技术数据如表1所示。

1 锂蓄电池的构造

锂蓄电池是包含磷酸铁锂电池单体、BCM（Battery Control Module：电池控制模块）、蓄电池传感器、接触器等组成的总成，具体结构如图1所示。

锂蓄电池共有4组锂电池模块，每组由4个碳酸铁锂薄膜电池单体串联而成，放置于整体式铝制保护框架内。在锂蓄电池的外部壳体上粘合一个带棱角的防撞板，保护蓄电池免遭侧面撞击。在更换蓄电池时，必须将防撞板固定到新蓄电池上。蓄电池传感器集成在蓄电池内部，通过正极端子和负极端子进行内部供电，此蓄电池传感器无法更换。在负极端子侧有一个LIN线单极连接器，该连接器通过一条线路连接到网关控制单元。另外，负极端子旁还有一个排气管路，用于蓄电池单元电池发生故障时产生的有毒气体从车底排入大气的保护装置。壳盖中整合了一个提手。

BCM用于监测单元电池电压、充电状态和温度。如果蓄电池电压降到特定的充电状态之下，BCM将打开接触器式继电器，该双稳态隔离继电器会将整个12V电气系统从正极端子上断开，以防止蓄电池深度放电。通过跨接起动点对车辆蓄电池充电后，该继电器会在约2分钟后关闭，并为12V车辆电气系统供电。

2 锂蓄电池的充放电

对锂蓄电池的车辆进行充电时遵循相关的充放电特性（图2）。常规的磷酸铁锂电池单体的标称电压约为3.2-3.3V，充电结束电压约为4.3V，放电结束电压约为2.5V。过度放电会造成不可逆的损坏，并导致电池单体容量减少。当锂蓄电池达到充电结束电压时，将维持该电压。当锂蓄电池的开路电压小于12.5V或电量小于15%时，蓄电池中的保护继电器将打开。因此要在车辆的跨接起动端子处对耗尽电量的锂蓄电池进行充电。使用救援蓄电池持续供应11V-14.8V的电压至少30秒，或在救援模式下连接充电器。锂蓄电池中发出短促的咔嗒声，表明保护继电器已关闭。

锂蓄电池的特性，充电也是有要求的。如果电池严重过放，电压很低，只能以小电流给电池充电，慢慢激活电池，否则影响电池的使用寿命。同时大电流、高倍率给电池充电或放电都对电池有伤害。对锂蓄电池的充电过程分为三段：涓流、恒流、恒压。 电池电压过低时采用先涓流充电，当电池电压达到正常电压后，再使用恒流快速充电，当电池快充满时又转为小电流恒压充电，给电池慢慢补充电量。

充电时间主要取决于充电功率和温度。较短的充电时间会对电极材料造成不良影响，并因此导致使用寿命缩短。

保时捷推荐使用制造商“Deutronic”生产的可提供90A电流的充电器，并使用14.8V的充电电压。规定不得将充电器用于进行不符合充电特性的电流和电压的充电操作。

在放电期间，锂蓄电池的电压在开始时非常迅速地从充电结束电压下降至额定电压（每个电池单体约为2.9到3.1V），但之后很长一段时间几乎不再下降。只有在即将放完电之前，电池电压才会开始再次急速下降，放电结束电压约为2.1-2.3V。电压不得降至该值以下，否则不可逆的化学反应会造成单元电池损坏。为安全起见，防止锂蓄电池过放电，BCM在单体电池电压2.5 V左右时，关闭接触器，不再向电气系统供电。

3 锂蓄电池的存放

单体电池的电压越高，蓄电池的使用寿命越短，因此，务必不要让LiFePO4蓄电池保持在充满电的状态。充电状态应保持在55-75%，并且最好将蓄电池存放在阴凉处。在5-25°C时，每月的自放电量约为0.5-0.75%。制造商建议的存放温度为15°C，充电量为60%—加速老化与自放电之间的折衷方案。应每6个月将蓄电池充电至55-75%的电量。即使在存放期间，也不得使LiFePO4蓄电池放电至每个单元电池的电压低于2.5 V。单元电池内的液态或胶态电解质不得冻结，也就是说最低温度为-25°C。

4 锂蓄电池的处理

首先需要对锂蓄电池在外观、功能和温度等方面进行检查。正常锂蓄电池无机械损坏，无液体溢出；可对锂蓄电池进行诊断，故障记忆中不存在严重故障；温度在正常范围内。警告锂蓄电池可能会导致严重的人身伤害，存在机械损坏，有刺激性气味；无法对锂蓄电池进行诊断，或存在严重故障的故障记忆；温度不在正常范围内或低于80℃。这种状态的锂蓄电池要立即移出并隔离，包装处于严重状态的蓄电池时，需要使用金属容器和中空玻璃颗粒（连苯三酚玻璃球）。危险锂蓄电池也可能导致严重的人身伤害，存在液体溢出、冒烟或蒸汽和起火等现象，温度超过正常范围，高于80℃。这种状态的锂蓄电池要保持安全距离，用警戒线隔离，如果起火，要立即致电消防队。

对锂蓄电池使用PIWIS进行检测时，要由HVT（High Voltage Technician：高压电技师）执行。对锂蓄电池进行维修，要由HVE（High Voltage Experts：高压电专家）执行。

5 结语

保时捷2018新款卡宴为了减轻车辆的重量，减少蓄电池的安装空间，使用了磷酸铁锂蓄电池。这种锂蓄电池包含有16个磷酸铁锂电池单体，以及蓄电池传感器、BCM、接触器等元件。锂蓄电池充电要按照充电特性来进行，不規范的操作将影响电池的使用寿命。

锂蓄电池的检测与维修人员要经过高压电知识和实操的培训，也可以在HVT或HVE的指导下进行操作。

参考文献：

[1]Cayenne 2018（9YA）技术服务信息[R].保时捷股份公司：2018.02.

[2]Cayenne 2018（9YA）车间信息[R].保时捷股份公司：2018.06.

[3]陈亦可.锂离子蓄电池正极材料LiFePO_4的研究进展[J].电源技术.2003，5（27）：488-489.