詳解鋰電池快速充電的方法
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-08-19 11:09
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新車上市，當(dāng)然我說的是電動汽車，時(shí)常會出現(xiàn)這樣的介紹：“快速充電，半小時(shí)充電80%，續(xù)航200公里，完全解決你的里程焦慮！”快充，商用車用來提升設(shè)備使用效率，乘用車用來解決里程焦慮，不斷逼近“加一箱油”的時(shí)間。大有成為標(biāo)配的趨勢。
充電多快可以叫“快充”？
充電的基本訴求：
1）充電要快；’
2）不要影響我電芯壽命；
3）盡量省錢，充電機(jī)放出來多少電，盡量都充到我的電池里。
那么多快就可以叫快充了呢？并沒有什么標(biāo)準(zhǔn)文獻(xiàn)給出具體數(shù)值，我們暫且參考知名度最高的補(bǔ)貼政策中提及的數(shù)值門檻。下表是新能源客車2017年補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)。可以看到，快充的入門級是3C。實(shí)際上，在乘用車的補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)中，沒有提及快充的要求。從一般乘用車的宣傳資料中，可以看到，大家一般認(rèn)為30分鐘充滿80%已經(jīng)可以作為快充的噱頭，拿出來宣傳了，那么姑且認(rèn)為乘用車的1.6C就可以是入門級快充參考值。按照這個思路，宣傳15分鐘充滿80%的，相當(dāng)于3.2C。
快充的瓶頸在哪里？
在快充這個語境里，相關(guān)方按照物理主體分，包括電池、充電機(jī)、配電設(shè)施。
討論快充，直接的想到電池會不會有問題。實(shí)際上，在電池有問題之前，首先是充電機(jī)，配電線路的問題。我們提到特斯拉的充電樁，其名曰超級充電樁，它的功率是120kW。按照特斯拉ModelS85D的參數(shù)，96s75p，232.5Ah，最高403V計(jì)算，其1.6C對應(yīng)最大需求功率為149.9kW。從這里就可以看到，對于長續(xù)航純電動車型，1.6C或者說30分鐘充滿80%已經(jīng)對充電樁構(gòu)成考驗(yàn)。
在國家標(biāo)準(zhǔn)中，不允許在原來的居民用電網(wǎng)絡(luò)中直接直接設(shè)置充電站。1臺快充樁的用電功率就已經(jīng)超出幾十戶居民的用電量。因此，充電站都需要單獨(dú)設(shè)置10kV變壓器，而一個區(qū)域的配電網(wǎng)絡(luò)并非都有余量增加更多的10kV變電站。
然后說道電池。電池是否能夠承載1.6C或者3.2C的充電要求，可以從宏觀和微觀兩個角度來看待。
宏觀上的快速充電理論
之所以這節(jié)的題目叫做“宏觀上的快速充電理論”，是因?yàn)橹苯記Q定電池快速充電能力的是鋰電池內(nèi)部正負(fù)極材料性質(zhì)、微觀結(jié)構(gòu)，電解液成分、添加劑，隔膜性質(zhì)等等，這些微觀層面的內(nèi)容，我們暫時(shí)放在一邊，站在電池外邊，看鋰電池快速充電的方法。
鋰電池存在最優(yōu)充電電流
1972年美國科學(xué)家J.A.Mas提出蓄電池在充電過程中存在最佳充電曲線和他的馬斯三定律，需要注意的是，這個理論是針對鉛酸蓄電池提出的，其界定最大可接受充電電流的邊界條件是少量副反應(yīng)氣體的產(chǎn)生，顯然這個條件與具體的反應(yīng)類型有關(guān)。
但系統(tǒng)存在最優(yōu)解的思想，卻是放之四海而皆準(zhǔn)的。具體到鋰電池，界定其最大可接受電流的邊界條件可以重新定義?；谝恍┭芯课墨I(xiàn)的結(jié)論，其最優(yōu)值仍然是類似馬斯定律的曲線趨勢。
值得注意的是，鋰電池的最大可接受充電電流的邊界條件，除了需要考慮鋰電池單體的因素，還需要考慮系統(tǒng)級別的因素，比如散熱能力不同，系統(tǒng)的最大可接受充電電流是不同的。然后我們暫且以這樣的基礎(chǔ)繼續(xù)向下討論。
