動力锂電池快充技術受什麽因素限制?
锂電池快充技術是当下电池行业比较热门的话题,而且也是很多朋友比较期望的技术,因为这个可以节省大量的充电等待时间成本,所以不过是在手机、耳机、智能手表等领域,在新能源汽车领域,锂電池快充技術更是更大车企厂商重点推荐的技术项目。就目前的情况来看,动力锂電池快充技術受什么因素限制呢?


在討論充電速度的時候,電池本身的承受能力絕對是最無法繞過的一個因素。無論外圍的充電設備有多牛、功率有多大、充電能力有多強,如果電池本身在能夠接受的充電能力方面有短板,那麽充電速度肯定就快不起來。加上電池容量又比較大的話,自然充電時間就長了。
如果你高中學過電化學方面的知識的話,就會了解電池充放電的過程,本質就是電池內部通過一系列的氧化還原反應,來實現電子在正極和負極之間定向轉移。以當下主流的锂電池爲例,雖然種類五花八門,但是大體的構造無外乎包括正極材料、負極材料、隔膜、電解液等,充電的過程,基本上就是锂離子從負極脫出,穿過隔膜和電解質,擴散到達正極的過程——擴散速度自然就成了充電速度的關鍵。
理論上,的確可以通過加大電流來提升充電速度。但是電流太大的話,電池內部锂離子的擴散速度跟不上電子擴散速度,就會導致電子-離子運脫節,影響電池性能,能夠達到的充電容量也相應減少,電池的壽命就更是慘不忍睹了,甚至會有起火爆炸的危險。
所以一般來說,在不趕時間的情況下我們建議盡量用慢充,有利于延長電池的壽命。
而锂離子的擴散速度,和溫度、正極的材料和結構密切相關。
首先是温度,一般来说温度越高自然是扩散速度越快,但是温度过高的话也会导致电池寿命降低、充电安全性下降等问题。温度过低的话同样不行,气温过低的情况下,电池中的金属锂会发生沉积,从而造成电池内部短路,尤其是磷酸鐵锂電池。一般0℃时磷酸鐵锂電池的容量大概只剩下60~70%左右,到了-20℃时就只剩下可怜的20~40%了。所以在气候寒冷的北方冬季,电动车必须要有给电池模组加热的功能,由此耗电自然也更快。
其次是材料,不同的材料擴散能力差距非常大,像钴酸锂、錳酸锂、磷酸鐵锂、NCM、NCA等都是性能很不錯的正極材料,而後兩者也是當下性能最好、應用普及度比較高的兩種材料了。這也是如今的锂電池以正極材料命名的一個重要原因。
在電池行業的領域,通常會用充放電倍率來描述充電速度和電流大小的關系,譬如1小時充滿電池時的速率稱爲1C,只需30分鍾的速率則稱之爲2C,如此類推,超過1C就可以稱爲快充。如今锂離子電池的充電速率普遍可以做到1C-3C,最高大概可以去到5C,但是相比起動辄10C的放電速率自然還是要差很遠。
除了最大充電速率有瓶頸之外,不同SOC(StateofCharge,即荷電狀態,也就是剩余電量)下電池能夠承受的充電速率也是有差別的。一般來說,電池在充電過程的特性大致會遵循慢——快——慢這樣的節奏。一般當SOC達到90%以上的時候,電池的內阻就會明顯上升,使得充電速率放慢。如果你有留意當下在售的大部分電動車,都會發現它們會宣傳自己在特定的快充狀態下,能夠在一個相對比較短的時間——例如1小時乃至30分鍾的時間裏,充滿一個大比例的電量,一般在80%-90%左右,就是這個意思。
所以如果你是一個電動車用戶,想要盡可能節約充電耗時的話,盡量不要動辄把電量用到10%以下,充電的時候也不一定非要充滿,達到90%以上,或者能夠滿足你下一次出行需要的裏程數就足夠了。
充電設備的充電速度受什麽限制?
除了電池本身的瓶頸之外,外圍的充電設備也有自身的限制。簡單來講,充電樁輸出功率越大,充電時間越短。但是充電樁也不是可以無限提高充電功率的。先來說下電動汽車的充電大體是一個什麽樣的過程。
一說到汽車充電,大家首先想到的自然就是充電樁。簡單來講,充電樁輸出功率越大、電池容量越小,充電時間自然越短。這就和要把一個水池放滿水,放水管越大、水池越小自然耗時越短是一個道理。不過作爲電動車用戶,當然希望自己的電池容量也足夠大,所以提升充電樁功率自然是更應該做的。車用的充電樁一般分爲交流充電樁、直流充電樁兩種。我們分開兩種情況來講。
先講普適性比較強的交流充電樁。它多采用和家用電壓大小一樣的220V交流充電,一般電流只有16A或者32A,充電速度相對比較慢,在電池容量20kwh左右的情況下,要大概6-8個小時才能夠充滿電。
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