鋰電池快速充電大揭秘
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-02-13 11:48
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們充電的基本訴求：
1）充電要快；
2）不要影響電芯壽命；
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)?？梢钥吹?，快充的入門級(jí)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(jí)快充參考值。
按照這個(gè)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(gè)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。
我們討論快充，直接的想到電池會(huì)不會(huì)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(jí)充電樁，它的功率是120kW。
按照特斯拉Model S85D的參數(shù)，96s75p，232.5Ah，最高403V計(jì)算，其1.6C對(duì)應(yīng)最大需求功率為149.9kW。
從這里就可以看到，對(duì)于長續(xù)航純電動(dòng)車型，1.6C或者說30分鐘充滿80%已經(jīng)對(duì)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(tái)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(gè)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(gè)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。
1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(gè)理論是針對(duì)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(gè)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。
基于一些研究文獻(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(jí)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。
馬斯定理的公式描述：
I =I0*e^αt
式中；I0為電池初始充電電流；α 為充電接受率；t 為充電時(shí)間。I0和α 的值與電池類型、結(jié)構(gòu)和新舊程度有關(guān)。
現(xiàn)階段對(duì)電池充電方法的研究主要是基于最佳充電曲線來開展的。
如下圖所示，如果充電電流超過這條最佳充電曲線，不但不能提高充電速率，而且會(huì)增加電池的析氣量；
如果小于此最佳充電曲線，雖然不會(huì)對(duì)電池造成傷害，但是會(huì)延長充電時(shí)間，降低充電效率。
