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锂电池快速充电大揭秘

来源:宝鄂实业   2019-02-13 11:48   点击量:

们充电的基本诉求:

 

1)充电要快;

 

2)不要影响电芯寿命;

 

3)尽量省钱,充电机放出来多少电,尽量都充到我的电池里。

 

 

那么多快就可以叫快充了呢?并没有什么标准文献给出具体数值,我们暂且参考知名度最高的补贴政策中提及的数值门槛。

 

下表是新能源客车2017年补贴标准。可以看到,快充的入门级是3C。实际上,在乘用车的补贴标准中,没有提及快充的要求。

 

从一般乘用车的宣传资料中,可以看到,大家一般认为30分钟充满80%已经可以作为快充的噱头,拿出来宣传了,那么姑且认为乘用车的1.6C就可以是入门级快充参考值。

 

按照这个思路,宣传15分钟充满80%的,相当于3.2C。

 

 

2

快充的瓶颈在哪里?

 

在快充这个语境里,相关方按照物理主体分,包括电池、充电机、配电设施。

 

我们讨论快充,直接的想到电池会不会有问题。

 

实际上,在电池有问题之前,首先是充电机,配电线路的问题。

 

我们提到特斯拉的充电桩,其名曰超级充电桩,它的功率是120kW。

 

按照特斯拉Model S85D的参数,96s75p,232.5Ah,最高403V计算,其1.6C对应最大需求功率为149.9kW。

 

从这里就可以看到,对于长续航纯电动车型,1.6C或者说30分钟充满80%已经对充电桩构成考验。

 

在国家标准中,不允许在原来的居民用电网络中直接直接设置充电站。1台快充桩的用电功率就已经超出几十户居民的用电量。

 

因此,充电站都需要单独设置10kV变压器,而一个区域的配电网络并非都有余量增加更多的10kV变电站。

 

然后说道电池。电池是否能够承载1.6C或者3.2C的充电要求,可以从宏观和微观两个角度来看待。

 

3

宏观上的快速充电理论

 

之所以这节的题目叫做“宏观上的快速充电理论”,是因为直接决定电池快速充电能力的是锂电池内部正负极材料性质、微观结构,电解液成分、添加剂,隔膜性质等等,这些微观层面的内容,我们暂时放在一边,站在电池外边,看锂电池快速充电的方法。

 

1锂电池存在最优充电电流

 

1972 年美国科学家J.A. Mas 提出蓄电池在充电过程中存在最佳充电曲线和他的马斯三定律,需要注意的是,这个理论是针对铅酸蓄电池提出的,其界定最大可接受充电电流的边界条件是少量副反应气体的产生,显然这个条件与具体的反应类型有关。

 

但系统存在最优解的思想,却是放之四海而皆准的。

 

具体到锂电池,界定其最大可接受电流的边界条件可以重新定义。

 

基于一些研究文献的结论,其最优值仍然是类似马斯定律的曲线趋势。

 

值得注意的是,锂电池的最大可接受充电电流的边界条件,除了需要考虑锂电池单体的因素,还需要考虑系统级别的因素,比如散热能力不同,系统的最大可接受充电电流是不同的

 

然后我们暂且以这样的基础继续向下讨论。

 

 

马斯定理的公式描述:

I =I0*e^αt

式中;I0为电池初始充电电流;α 为充电接受率;t 为充电时间。I0和α 的值与电池类型、结构和新旧程度有关。

 

 

现阶段对电池充电方法的研究主要是基于最佳充电曲线来开展的。

 

如下图所示,如果充电电流超过这条最佳充电曲线,不但不能提高充电速率,而且会增加电池的析气量;

 

如果小于此最佳充电曲线,虽然不会对电池造成伤害,但是会延长充电时间,降低充电效率。