我們首要要了解下“標(biāo)稱電流”與“標(biāo)稱電壓”這兩個(gè)概念。標(biāo)稱電流是某電子產(chǎn)品的最大負(fù)荷電流。不管任何電源都有必定的內(nèi)阻,因而當(dāng)電源輸出電流的時(shí)分,會(huì)在內(nèi)部發(fā)生壓降,這個(gè)壓降等于輸出電流乘以電源內(nèi)阻。

    內(nèi)阻的存在會(huì)發(fā)生兩個(gè)問題,一個(gè)是發(fā)生熱量,等于輸出電流的平方乘以內(nèi)阻;另一個(gè)是當(dāng)電源銜接負(fù)載后,其輸出電壓變?yōu)榭蛰d電壓減去內(nèi)部壓降,而到達(dá)輸出電壓就是標(biāo)稱電壓。

    一般的電源規(guī)劃在考慮散熱問題之后,一般約束一個(gè)電流值,當(dāng)輸出電流到達(dá)這個(gè)值得時(shí)分,輸出電壓下降為標(biāo)稱電壓的95%,或許其他份額,各廠家依據(jù)負(fù)載產(chǎn)品的不同需求,能夠設(shè)定更高或許更低的份額,這個(gè)電流值就是標(biāo)稱電流。

    想必日子中我們我們也都有相似的經(jīng)歷:當(dāng)自己不選用標(biāo)配充電器對手機(jī),電動(dòng)車等充電,大多數(shù)狀況將會(huì)延長充電時(shí)刻,這充沛說明,充電速度還與充電適配器提供的電流和電壓有關(guān)。研究人員別離測了幾種充電器的三星Galaxy S6 edge是一個(gè)典型代表,它運(yùn)用了標(biāo)配的支撐快速充電的充電器進(jìn)行測驗(yàn)時(shí)僅需求37分鐘就能夠完結(jié)測驗(yàn),運(yùn)用5V/2.1A充電器時(shí)刻延長到49分鐘,而運(yùn)用蘋果的5V/1A充電器時(shí)刻延長到107分鐘。

    運(yùn)用支撐快速充電的標(biāo)配充電器,比起運(yùn)用5V/1A的充電器充電時(shí)刻縮短為三分之一;2000mAh的鋰離子電池大概是7.4Wh,運(yùn)用5V*2A也就是10W的電源適配器充電,理想狀況下45分鐘即可充溢。9V*2A=18W>10W=5V*2A,所以9V/2A的電源適配器比5V/2A的電源適配器快。

    由此可見,在同一電壓下,隨著電流密度的減小,充電時(shí)刻是添加的;而在相同電流密度下,電壓越高,功率越大,充電時(shí)刻越快。總歸,我們的充電適配器要與充電設(shè)備相匹配,才干滿意必定條件的“快充”。

    所謂匹配,能夠從功率匹配、電壓匹配、電流匹配:

    ①功率匹配。依照能量守恒定律,輸入功率=輸出功率,但因?yàn)殡娫磧?nèi)阻的存在,輸出功率=輸入功率-內(nèi)阻發(fā)熱功率,這樣輸出功率就會(huì)變小。電源的標(biāo)稱功率就是指的減去內(nèi)阻功率后的這個(gè)功率。依據(jù)電功率=電流*電壓的公式,我們就知道了在功率匹配進(jìn)程中,必需求考慮電壓和電流的匹配,兩者缺一不行。

    ②電壓匹配。電源和用電設(shè)備在規(guī)劃時(shí),對電壓的要求都有一個(gè)規(guī)模,以標(biāo)稱電壓為準(zhǔn),容許上下有必定的偏差起伏,只需在這個(gè)起伏內(nèi),即為匹配,大于或小于這個(gè)起伏,即為不匹配。所以在前面的敘述中,都是評論電壓一樣的狀況下,電流的巨細(xì)對充電速度的影響,沒有這個(gè)前提條件,也就無法評論。

    ③電流匹配。電壓必定的狀況下,功率的巨細(xì)就由電流的巨細(xì)決議了。

    歐姆定律通知我們:電壓=電阻*電流,即電壓必守時(shí),電阻和電流成反比;電阻必守時(shí):電壓和電流成正比。如果我們把負(fù)載設(shè)備當(dāng)作一個(gè)電阻,那它就有了等效電阻,一般來講這個(gè)等效電阻也是必定的。那么用電功率=電流的平方*電阻這個(gè)公式,就更一望而知了。這樣我們的問題就簡略了,關(guān)于用電器來講,在輸入功率、輸入電壓必定的條件下,決議它作業(yè)電流巨細(xì)的,是它本身的等效電阻和電源的內(nèi)阻;而在輸入功率、輸入電壓、等效電阻必定的條件下,電流也近似于固定。這時(shí)只需電源的標(biāo)稱電流大于或等于這個(gè)固定電流,相互之間就到達(dá)了合適的匹配度。

    所以,原裝產(chǎn)品之間最匹配,因?yàn)樵谝?guī)劃時(shí)現(xiàn)已考慮到設(shè)備和周邊配件的各種狀況。如果沒有原配時(shí),只需你的負(fù)載設(shè)備,在電源標(biāo)稱電流之內(nèi),那就是安全的、匹配的。

    鋰離子電池,完結(jié)快速充電,短時(shí)刻內(nèi)內(nèi)阻升高較小是可行的,而隨著壽數(shù)的衰減,電池的內(nèi)阻升高導(dǎo)致功率下降,使得電池充電才干下降,并且升溫過高導(dǎo)致壽數(shù)加快衰減。不管是純電動(dòng)轎車還是電動(dòng)自行車,現(xiàn)在充電難、充電時(shí)刻長等技能性問題仍然是約束其推廣和開展的“絆腳石”,充電設(shè)備不能充沛滿意需求的條件下,核心問題轉(zhuǎn)戰(zhàn)了到“快充技能”,因而“快充”便成了許多廠家市場推廣的“亮點(diǎn)”。筆者個(gè)人以為,鋰電池“快充”雖好,但安全把控不行忽視。鋰電的快充問題需求從兩個(gè)層次進(jìn)行分析。

    從電芯層面而言,鋰離子電池的倍率功能一方面遭到正極、電解液、負(fù)極電極資料調(diào)配系統(tǒng)本征傳輸特性的制約,另一方面極片工藝和電芯結(jié)構(gòu)規(guī)劃也對倍率功能有較大的影響。

    可是從最本征的載流子傳導(dǎo)與輸運(yùn)轉(zhuǎn)為而言,鋰電并不合適“快充”。鋰電系統(tǒng)的本征載流子傳導(dǎo)與輸運(yùn)轉(zhuǎn)為,取決于正負(fù)極資料的電導(dǎo)與鋰離子分散系數(shù),以及有機(jī)電解液的電導(dǎo)率這幾個(gè)首要要素。根據(jù)嵌入式反響機(jī)理,鋰離子在正極資料(一維離子通道的橄欖石,二維通道的層狀資料和三維通道的尖晶石正極資料)和負(fù)極石墨負(fù)極資料(層狀結(jié)構(gòu))中的分散系數(shù)遍及比水系2次電池中的異相氧化還原反響的速率常數(shù)低幾個(gè)數(shù)量級(jí)。

    并且,有機(jī)電解液的離子電導(dǎo)率比水系2次電池電解液(強(qiáng)酸或許強(qiáng)堿)低兩個(gè)數(shù)量級(jí)。鋰電的負(fù)極外表有一層SEI膜,實(shí)際上鋰電的倍率功能很大程度上遭到鋰離子在SEI膜中分散的操控。因?yàn)橛袡C(jī)電解液中粉末電極的極化相對水系要嚴(yán)峻得多,在高倍率或許低溫條件下負(fù)極外表簡單析鋰而引發(fā)電池內(nèi)部短路的安全隱患。

    別的,在大倍率充電條件下,正極資料的晶格簡單遭到損壞,負(fù)極石墨片層相同也可能遭到危害,這些要素都將加快容量的衰減,然后嚴(yán)峻影響動(dòng)力電池運(yùn)用壽數(shù)。因而,嵌入式反響的本質(zhì)特征決議了鋰離子電池并不合適高倍率充電。研究結(jié)果現(xiàn)已證明,快充快放形式下單體電池的循環(huán)壽數(shù)將大幅下降,并且在運(yùn)用后期電池功能會(huì)顯著衰減。

    鋰離子電池的充電進(jìn)程如圖1,包含:a.在外加負(fù)載效果下,鋰離子從正極資料脫出進(jìn)入電解液;b.鋰離子在電解液中的分散;c.鋰離子嵌入負(fù)極資料,并伴隨著一系列的電子運(yùn)動(dòng)。也就是說快充要完結(jié)上述3個(gè)進(jìn)程??斐滗囯x子電池資料系統(tǒng)挑選決議其快充能否完結(jié),并最大極限確??斐浒踩???斐浞椒ǖ囊?guī)劃是完結(jié)快充的必要途徑,最后由快充電池的電池辦理系統(tǒng)(BMS)的規(guī)劃直接決議快充電池的使用。

    當(dāng)然,有讀者可能會(huì)說,鈦酸鋰(LTO)電池不是能夠大倍率充放電嗎?鈦酸鋰的倍率功能能夠從其晶體結(jié)構(gòu)和離子分散系數(shù)得到解釋。可是,鈦酸鋰電池的能量密度很低(達(dá)50~70Wh/kg),其功率型用處是依托獻(xiàn)身能量密度獲得的,這就導(dǎo)致了鈦酸鋰電池單位能量本錢很高,低性價(jià)比決議了鈦酸鋰電池不行能成為鋰電開展的干流。事實(shí)上,日本東芝SCiB電池這幾年低迷的出售態(tài)勢現(xiàn)已說明晰問題。

    在電芯層面,能夠從規(guī)劃理念先進(jìn)、極片工藝制作水平緩電芯結(jié)構(gòu)規(guī)劃角度來改進(jìn)倍率功能,比方將電極做得比較薄或許添加導(dǎo)電劑份額等方法都是常用的技能手法。更有甚者,有些廠家選用撤銷電芯中的熱敏電阻并且加厚集流體這樣的極點(diǎn)方法。而事實(shí)上,國內(nèi)許多動(dòng)力電池公司都將其LFP動(dòng)力電池在30C乃至50C的高倍率數(shù)據(jù)作為技能亮點(diǎn)。一般電池的單體能達(dá)4~5C的充放電倍率,充電方法首要在站內(nèi)10~30min完結(jié)充電。

    筆者這里要指出的是,作為測驗(yàn)手法無可厚非,可是電芯內(nèi)部到底發(fā)生了哪些改變才是要害。長時(shí)刻高倍率充放,或許正負(fù)極資料結(jié)構(gòu)現(xiàn)已被損壞,負(fù)極早已析鋰,這些問題需求運(yùn)用一些原位的檢測手法才干搞清楚。很惋惜的是,這些原位檢測手法在國內(nèi)電池企業(yè)幾乎沒有使用的報(bào)道。

    筆者這里還要提示讀者留意鋰電充電和放電進(jìn)程的差異,與充電進(jìn)程不同的是,鋰電在較高的倍率下放電對電池形成的危害并沒有快充那么嚴(yán)峻,這點(diǎn)跟其它水系2次電池相似。

    可是對包含電動(dòng)轎車在內(nèi)的實(shí)際運(yùn)用而言,高倍率充電的需求無疑要比大電流放電愈加火急。

    上升到電池組的層面則狀況將愈加雜亂,在充電進(jìn)程中不同單體電池的充電電壓和充電電流并不共同,必然形成動(dòng)力電池的充電時(shí)刻要超越單體電池。

    這就意味著盡管選用慣例充電技能也能在30min內(nèi)將單體電池充電至容量的一半,但電池組肯定會(huì)超越這一時(shí)刻,這在必定程度上意味著快速充電技能的優(yōu)勢并不是十分顯著。

    此外,在鋰離子電池的運(yùn)用進(jìn)程中,其容量的耗費(fèi)與放電時(shí)刻并不是線性關(guān)系,而是隨時(shí)刻加快下降。比方某款電動(dòng)轎車滿電的行進(jìn)路程為200km,那當(dāng)它正常行進(jìn)100km后,動(dòng)力電池可能還剩余80%的容量,當(dāng)電池容量剩余50%時(shí),電動(dòng)轎車或許就只能夠行進(jìn)50km了。

    鋰離子電池的這種特性通知我們,僅僅將動(dòng)力電池的電量充到一半或許80%,是徹底不能夠滿意電動(dòng)轎車實(shí)際運(yùn)用需求的。比方Tesla宣揚(yáng)較多的快速充電技能,現(xiàn)在選用超級(jí)充電樁充電,20min就能夠充進(jìn)50%電量(可行進(jìn)200km);未來會(huì)把充電時(shí)刻削減到5~10min(續(xù)航路程超越400km)。近來,Store Dot以色列公司宣布成功研宣布一種轎車超級(jí)充電技能,包含電池組和專用充電樁??稍?min內(nèi)為電動(dòng)轎車補(bǔ)償能夠續(xù)航480km的電量,這與傳統(tǒng)轎車加滿一箱油的時(shí)刻相差無幾。這種快速充電電池內(nèi)部的電阻十分小,充電進(jìn)程中發(fā)生的熱量十分少,其壽數(shù)是一般鋰電池的3倍左右,造價(jià)僅比鋰電高出20%~30%。

    選用的導(dǎo)電聚合物和金屬氧化物做電池資料,這種多功能電極前者允許電池接受快速充電,后者用來把敏捷聚合的鋰離子漸漸流進(jìn)電極,一快一慢的進(jìn)程不只確保充電的快速性,并且還避免了電極崩潰以及壽數(shù)變短。在筆者看來其實(shí)也是大過有用的噱頭,快充必將嚴(yán)峻惡化電池的運(yùn)用壽數(shù)和功能,并且?guī)戆踩[患。相同,鋰電自行車用快充方法充電,必然嚴(yán)峻影響其電池的壽數(shù)與功能。

    超快充純電動(dòng)公交車選用雙電層超級(jí)電容作為首要?jiǎng)恿Γ\(yùn)用地上中心快充電站在30s內(nèi)完結(jié)充電,選用高比功率的快充電池作為車輛的備用電源,運(yùn)用地上收尾電站在10min內(nèi)完結(jié)充電。

    既然鋰電本質(zhì)上就不合適快充,那么理論上而言換電形式能夠補(bǔ)償其快充缺陷。換電式純電動(dòng)公交車的續(xù)行李成一般在100km左右,充電方法首要是依托地上建立換電站,在站內(nèi)給備用電池充電,運(yùn)營進(jìn)程中車輛駛?cè)霌Q電站完結(jié)電池的快速替換。

    首要問題是換電站的建造出資本錢高,需配置額外的電池模組,車輛關(guān)于電池模塊安裝共同性的要求較高。盡管將動(dòng)力電池規(guī)劃成可插拔式會(huì)帶來整車結(jié)構(gòu)強(qiáng)度問題以及電氣絕緣方面的難題,并且還有電池規(guī)范和借口的超級(jí)難題,但筆者個(gè)人以為,這個(gè)形式不失為解決鋰電快充難題的一個(gè)技能上(僅僅是在技能層面上而言)比較可行的方法。

    在筆者看來,電動(dòng)轎車“電池租借+換電形式”之所以在全球規(guī)模內(nèi)都還未有成功的先例,除了消費(fèi)習(xí)氣的問題(車主以為電池跟車一樣都是其私有財(cái)產(chǎn)),首要障礙在于躲藏于技能規(guī)范背面的巨大利益分配問題。在高度市場化的西方國家,解決這個(gè)問題的難度要比在我國大得多。筆者個(gè)人以為,電動(dòng)轎車的換電形式未來在我國公交轎車和出租車這兩個(gè)純電動(dòng)轎車會(huì)集運(yùn)用的范疇,有可能會(huì)有較大的開展空間。相同,電動(dòng)自行車的換電形式也能夠大面積推廣。

    現(xiàn)在快充鋰離子動(dòng)力電池的使用首要會(huì)集在電動(dòng)高能公交車范疇。以CATL、微宏公司、珠海銀隆和盟固利為首,成為快充電池范疇的佼佼者。經(jīng)過對小營快充電池(選用盟固利快充動(dòng)力電池)進(jìn)行返廠檢測,從容量衰減上來看,小營快充電池在運(yùn)轉(zhuǎn)14個(gè)月的時(shí)刻里容量衰減率為5.2%(概況見表1),相當(dāng)于第1年運(yùn)轉(zhuǎn)的衰減率在4.5%左右。

    
 
鋰離子電池 電解液
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