你知道電池快充技術(shù)是怎么做到的嗎？
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-04-06 17:47
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目前石油等燃料資源正在逐步枯竭，為了應(yīng)對這些燃料資源短缺的問題，各行各業(yè)都開始尋找相應(yīng)的替代能源，汽車行業(yè)自然也不例外，新能源電動(dòng)汽車就在這一形勢下應(yīng)運(yùn)而生，但是面對剛出現(xiàn)的新能源電動(dòng)汽車，大家最關(guān)心的莫過于它的電池問題，并且對于目前新興的電池快充技術(shù)還不是很明白，它究竟是怎么一回事呢？怎么做到短時(shí)間內(nèi)給電池充滿電的？
一般來說，大部分的電動(dòng)車都是采用的普通充電技術(shù)，這種普通充電的方法給電車充電，需要8~10個(gè)小時(shí)，而快充即快速充電，只需要1小時(shí)就可以把電池充滿。簡化概念來說實(shí)際上它采用的是大電流大功率直流電給電池充電，其真實(shí)原理是在快充狀態(tài)下，鋰電池中的鋰離子高速運(yùn)動(dòng)，瞬間嵌入到電池的兩極。實(shí)現(xiàn)方法是，首先使用較寬的充電脈沖給電池進(jìn)行充電，使鋰電池的端電壓升高，當(dāng)達(dá)到充電系統(tǒng)設(shè)定的充電時(shí)限時(shí)，充電系統(tǒng)切斷供電電流使電池暫停充電，然后當(dāng)間歇達(dá)到另一個(gè)充電點(diǎn)時(shí)，再重新啟動(dòng)充電，將這一過程反復(fù)進(jìn)行，當(dāng)電池內(nèi)部的鋰離子全部聚集到電池的正負(fù)電極，汽車電池也就快速充滿了。因而這種快速充電技術(shù)對電池自身要求很高，電池自身必須具備自動(dòng)管理系統(tǒng)，同時(shí)要有非?？煽康臒岱€(wěn)定性且耐高壓大電流。
但以上只是為實(shí)現(xiàn)快充的電池要求，要想實(shí)現(xiàn)這種快速充電，還必須具備相配套的充電系統(tǒng)，現(xiàn)在許多城市提供快充的充電樁功率都高達(dá)20KW及以上，能夠?qū)?0KV的高壓交流電轉(zhuǎn)換成幾百安的直流電，并且通過專用電纜源源不斷的輸送進(jìn)汽車電池系統(tǒng)。不過鑒于當(dāng)前電池組均衡技術(shù)、輸配電技術(shù)特別是散熱技術(shù)還達(dá)不到要求的情況下，真正意義上的快充并不能完全實(shí)現(xiàn)，可相比普通充電技術(shù)已經(jīng)大大的縮短了充電時(shí)間，最重要的是這種快充技術(shù)，從原理上就可以看出，快充并不會像流傳的那樣嚴(yán)重?fù)p耗電池，犧牲電池的使用壽命。
，要想實(shí)現(xiàn)快充，除了要有專用的電池系統(tǒng)，保證內(nèi)部的電子能夠快速移動(dòng)的條件和自動(dòng)充電管理的條件外，還需要外部提供特殊的充電系統(tǒng)，用以給電池系統(tǒng)提供需要的大電流，由此可見，電池快充的原理并沒有那么復(fù)雜。
總的來看電池有三種主要類型，一是化學(xué)電池，二是物理電池，三是生物電池。化學(xué)電池我們一會兒再說，先簡單看一下物理電池和生物電池。物理電池包括光電池，也就是利用光照后就會產(chǎn)生電流的物質(zhì)，將光能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，比如太陽能電池就是典型的光電池。還有溫差電池，它可以將物質(zhì)的溫差轉(zhuǎn)化為電能。還有原子能電池，它可以利用放射性物質(zhì)放出的射線來獲得電能，所以壽命很長，多裝載于人造衛(wèi)星之上。生物電池目前主要包括兩種，一是酶生物燃料電池，它的原理是通過使用酶這一催化劑，在室溫下，使氫氣、甲醇、葡萄糖等材料，與氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而獲得電能。二是微生物電池，其原理是利用微生物進(jìn)行與酶電池同樣的反應(yīng)。
溫差電池
而至于目前在電池家族中挑大梁的化學(xué)電池，我們可以將其分為兩類，一類是沒電了就扔的一次性電池，代表是鋅錳干電池、堿性干電池和鋰電池。這三種電池的正極都是二氧化錳，而負(fù)極分別為鋅、鋅和鋰。另一類是沒電了再充電的二次電池，代表是鉛酸蓄電池、鎳鎘電池、鎳氫電池，還有我們手機(jī)、電腦里使用的鋰離子電池。這四種電池的正極分別為二氧化鉛、氫氧化鎳、氫氧化鎳和鈷酸鋰，而負(fù)極分別為鉛、鎘、儲氫合金和石墨。
除了這兩大類之外，化學(xué)電池中還有一個(gè)特殊的存在，這便是燃料電池，其原理是利用氫等燃料與氧反應(yīng)從而產(chǎn)生電。比如說如果以氫為燃料，那么就會發(fā)生與水的電解相反的反應(yīng)從而產(chǎn)生電，而且氫燃料電池的反應(yīng)產(chǎn)物只有水，所以對環(huán)境沒有污染。
物理電池、生物電池與燃料電池產(chǎn)生電的原理不難理解，那么傳統(tǒng)的化學(xué)電池究竟是怎么產(chǎn)生電的呢？
簡單來看，化學(xué)電池是一種通過化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電的裝置。氧化反應(yīng)釋放電子，而還原反應(yīng)得到電子，這兩種反應(yīng)分別在不同的場合進(jìn)行，如果將它們用導(dǎo)線連接起來，導(dǎo)線中就產(chǎn)生了電子的流動(dòng)，也就是產(chǎn)生了電流。為了促使各個(gè)反應(yīng)分別在正極和負(fù)極發(fā)生，在它們周圍存在著“電解質(zhì)”。另外，在實(shí)際的電池中，為了防止正負(fù)極相連發(fā)生短路，正極和負(fù)極是用絕緣的分隔裝置分隔開的。
電池原理
知道了這一簡單的原理，我們在家中就可以制作出一個(gè)簡易的電池。找一片銅片和一片鋁片，在它們中間夾進(jìn)去幾張滲入鹽水的餐巾紙，最好把餐巾紙折疊幾層。然后把銅片和鋁片用導(dǎo)線連接起來。此時(shí)，鋁從鋁片上溶解進(jìn)鹽水，并將電子釋放在導(dǎo)線上，而銅片則從導(dǎo)線處獲得電子，這樣就在導(dǎo)線上形成了微弱的電流。這種電池的負(fù)極是鋁片，正極是銅片，鹽水便是電解質(zhì)。
我們知道，不同的化學(xué)電池有著不同的電壓，那么其原因何在呢？這是因?yàn)?，易于釋放電子或者易于獲得電子，其難易程度隨著物質(zhì)的不同而不同。而電池的電壓正是由各種物質(zhì)電子釋放的難易程度和獲得的難易程度所決定的。容易釋放電子的物質(zhì)，按容易程度從高到低包括鋰、鉀、鈣、鈉、鎂、鋁、鋅等，所以這些物質(zhì)可以做電池的負(fù)極。而容易獲得電子的物質(zhì)，按容易程度從高到低包括金、鉑、銀、汞、銅等，所以這些物質(zhì)可以做電池的正極。正負(fù)極金屬的離子化傾向差別越大，就越有大量的電子同時(shí)移動(dòng)，也就能制造出電壓越高的電池。
說起電池的歷史，可以追溯到1800年意大利物理學(xué)家伏打發(fā)明的伏打電池。后來，1888年德國人卡爾-加斯納發(fā)明了干電池，自此，電池才得以開始廣泛應(yīng)用。而在此之前，電池中使用液體電解質(zhì)，攜帶起來十分不方便。加斯納把石膏的粉末混入液體之中，這樣液體就不會流出來了。現(xiàn)在我們常見的干電池是鋅錳干電池和堿性干電池。這兩種電池的相同之處在于它們的電極都是用了鋅和二氧化錳。所以，這兩種電池的電壓都是1.5V。不過，堿性干電池將負(fù)極上的鋅加工成了糊狀，這就大大增加了負(fù)極的表面積，所以可以進(jìn)行大電流放電，從而提高電池的性能。另外，堿性干電池的電解液里使用的是比較容易導(dǎo)電的堿性溶液，所以，相比于鋅錳干電池，堿性干電池的特征就是可以高效地產(chǎn)生電流，并且電壓下降得比較緩慢。如此一來，即便兩種電池使用的是同一種材料，它們的性能也會隨著電極形狀和配置的不同而存在著很大的差別。
