詳解鋰電池快速充電方法及鋰電池發(fā)展趨勢
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-07-19 20:27
點(diǎn)擊量：次
脈沖充電
這是來自文獻(xiàn)中的一個(gè)脈沖充電方式，其脈沖階段設(shè)置在充電觸及上限電壓4.2V以后，并在4.2V以上持續(xù)進(jìn)行。暫且不提其具體參數(shù)設(shè)置的合理性，不同類型電芯存在差異。我們關(guān)注一下脈沖實(shí)施過程。
下面是脈沖充電曲線，主要包括三個(gè)階段：預(yù)充、恒流充電和脈沖充電。在恒流充電過程中以恒定電流對電池進(jìn)行充電，部分能量被轉(zhuǎn)移到電池內(nèi)部。當(dāng)電池電壓上升到上限電壓（4.2 V）時(shí)，進(jìn)入脈沖充電模式：用1 C 的脈沖電流間歇地對電池充電。在恒定的充電時(shí)間Tc內(nèi)電池電壓會不斷升高，充電停止時(shí)電壓會慢慢下降。當(dāng)電池電壓下降到上限電壓（4.2 V）后，以同樣的電流值對電池充電，開始下一個(gè)充電周期，如此循環(huán)充電直到電池充滿。
在脈沖充電過程中，電池電壓下降速度會漸漸減慢，停充時(shí)間T0會變長，當(dāng)恒流充電占空比低至5%～10%時(shí)，認(rèn)為電池已經(jīng)充滿，終止充電。與常規(guī)充電方法相比，脈沖充電能以較大的電流充電，在停充期電池的濃差極化和歐姆極化會被消除，使下一輪的充電更加順利地進(jìn)行，充電速度快、溫度的變化小、對電池壽命影響小，因而目前被廣泛使用。但其缺點(diǎn)很明顯：需要一個(gè)有限流功能的電源，這增加了脈沖充電方式的成本。
間歇充電法
鋰電池間歇充電法包括變電流間歇充電法和變電壓間歇充電法。
1）變電流間歇充電法
變電流間歇充電法是由廈門大學(xué)陳體銜教授提出來的，它的特點(diǎn)是將恒流充電改為限壓變電流間歇充電。如下圖所示，變電流間歇充電法的第一階段，先采用較大電流值對電池充電，在電池電壓達(dá)到截止電壓V0時(shí)停止充電，此時(shí)電池電壓急劇下降。保持一段停充時(shí)間后，采用減小的充電電流繼續(xù)充電。當(dāng)電池電壓再次上升到截止電壓V0時(shí)停止充電，如此往復(fù)數(shù)次（一般約為3～4 次）充電電流將減小設(shè)定的截止電流值。然后進(jìn)入恒電壓充電階段，以恒定電壓對電池充電直到充電電流減小到下限值，充電結(jié)束。
變電流間歇充電法的主充階段在限定充電電壓條件下，采用了電流逐漸減小的間歇方式加大了充電電流，即加快了充電過程，縮短了充電時(shí)間。但是這種充電模式電路比較復(fù)雜、造價(jià)高，一般只有在大功率快充時(shí)才考慮采用。
2）變電壓間歇充電
在變電流間歇充電法的基礎(chǔ)上，有人又研究了變電壓間歇充電法。兩者的差異就在于第一階段的充電過程，將間歇恒流換成間歇恒壓。比較上面圖(a)和圖 (b)，可見恒壓間歇充電更符合最佳充電的充電曲線。在每個(gè)恒壓充電階段，由于電壓恒定，充電電
流自然按照指數(shù)規(guī)律下降，符合電池電流可接受率隨著充電的進(jìn)行逐漸下降的特點(diǎn)。
Reflex 快速充電法
Reflex 快速充電方法，又被稱為反射充電方法或“打嗝”充電方法。該方法的每個(gè)工作周期包括正向充電、反向瞬間放電和停充3 個(gè)階段。它在很大的程度上解決了電池極化現(xiàn)象，加快了充電速度。但是反向放電會縮短鋰電池壽命。
在每個(gè)充電周期中，先采用2 C 的電流充電時(shí)間為10 s 的Tc，然后停充時(shí)間為0.5 s的Tr1，反向放電時(shí)間為1 s 的Td，停充時(shí)間為0.5 s 的Tr2，每個(gè)充電循環(huán)時(shí)間為12 s。隨著充電的進(jìn)行，充電電流會逐漸變小。
智能充電法
智能充電是目前較先進(jìn)的充電方法，如下圖所示，其主要原理是應(yīng)用du/dt 和di /dt 控制技術(shù)，通過檢查電池電壓和電流的增量來判斷電池充電狀態(tài)，動態(tài)跟蹤電池可接受的充電電流，使充電電流自始自終在電池可接受的最大充電曲線附近。這類智能方法，一般結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊控制等先進(jìn)算法技術(shù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動優(yōu)化。
由于我國對環(huán)保事業(yè)的重視，從近幾年我國的新能源汽車銷量情況來看，市場對新能源汽車的需求上升較快。其中，2018年新能源汽車產(chǎn)銷分別完成127萬輛和126萬輛，同比增長59.9%和61.7%。其中純電動汽車產(chǎn)銷分別完成98.6萬輛和98.4萬輛，同比增長48%和50.9%；插電式混合動力汽車產(chǎn)銷分別完成28.4萬輛和27.2萬輛，同比增長121.9%和117.6%。
目前，國內(nèi)新能源汽車仍然在采用磷酸鐵鋰和三元鋰電池,車型續(xù)航里程基本上都能夠達(dá)到300公里，我國動力電池產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，推動各環(huán)節(jié)技術(shù)水平快速提升。電芯有望實(shí)現(xiàn)三元NCM811電池的量產(chǎn)應(yīng)用，產(chǎn)品單體能量密度達(dá)到260Wh／kg，系統(tǒng)能量密度達(dá)到180 Wh／kg。從全球各個(gè)國家來看，主要車企廠商配備的還是日韓動力電池，以三元鋰電池為主續(xù)航里程基本可以達(dá)到350公里。
目前我國鋰電池行業(yè)存在部分中小企業(yè)，規(guī)模小，技術(shù)水平低，生產(chǎn)的鋰電池產(chǎn)品較為低端。企業(yè)生產(chǎn)鋰電池購買原料成本過高，給企業(yè)帶來的生產(chǎn)經(jīng)營成本相對較高。
鋰電池在某些特定情況下會發(fā)生燃燒、爆炸等情況，比如使用不當(dāng)，極端環(huán)境中都有可能發(fā)生危險(xiǎn)，考慮到技術(shù)方面的不足，有些時(shí)候也成了限制鋰電池發(fā)展的缺點(diǎn)。
鋰電池成為汽車的動力存儲來源，在中國不斷加碼環(huán)保事業(yè)之后，中國的新能源車的發(fā)展進(jìn)程將不斷加快，對于鋰電池的發(fā)展也是會有巨大的推動左右。
（二）鋰礦供應(yīng)現(xiàn)狀
鋰電池的生產(chǎn)原料主要來自于鋰礦，鋰礦的供應(yīng)制約著鋰電池的發(fā)展，同時(shí)決定了鋰電池的未來。中國已探明鋰資源量為450萬噸。中國鋰礦資源的分布集中在四川、江西、青海和西藏。2018年海外鋰礦產(chǎn)量中，67%是來自于鋰輝石礦山，而這些鋰輝石礦幾乎全部來源于澳大利亞。而剩下的鹽湖產(chǎn)量均來自于南美。
（三）鋰電池政策扶持逐漸退坡
2019年3月26日，財(cái)政部、工業(yè)和信息化部、科技部和發(fā)展改革委四部委聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于進(jìn)一步完善新能源汽 車推廣應(yīng)用財(cái)政補(bǔ)貼政策的通知》。
重點(diǎn)內(nèi)容包括：1、國補(bǔ)力度大幅退坡，補(bǔ)貼基數(shù)綜合下降程度超50%；2、2019年3月26日至2019年6月25日 為過渡期，期間按2018年補(bǔ)貼的0.1倍和0.6倍進(jìn)行補(bǔ)貼；3、過渡期后地補(bǔ)取消，轉(zhuǎn)為支持充電等配套設(shè)施；4、電池技術(shù)要求更高，但補(bǔ)貼系數(shù)下修。隨著補(bǔ)貼退坡幅度加大，動力電池環(huán)節(jié)面或臨進(jìn)一步降價(jià)壓力。
（四）鋰電池的機(jī)遇與挑戰(zhàn)
機(jī)遇一：低碳環(huán)保，全球汽車電氣化浪潮不可遏制和逆轉(zhuǎn)
在低碳環(huán)保、能源安全及產(chǎn)業(yè)扶植等因素的驅(qū)動下，全球電動汽車市場發(fā)展迅速，截止2017年底保有量超過340萬，市場份額突破1%，年均復(fù)合增長率達(dá)58%。汽車電動化趨勢不可逆轉(zhuǎn)，產(chǎn)業(yè)格局加速形成；預(yù)計(jì)2025年新能源汽車全球銷量將突破1800萬輛；中國新能源汽車銷量將突破700萬。
機(jī)遇二：政策持續(xù)明確，發(fā)展新能源汽車是我國從汽車大國邁向汽車強(qiáng)國的必由之路
新能源汽車已上升為國家戰(zhàn)略；產(chǎn)業(yè)政策雙積分將代替補(bǔ)貼成為行業(yè)長期發(fā)展的管理基礎(chǔ)；2025年新能源整體市場占比將達(dá)到20%。
機(jī)遇三：產(chǎn)業(yè)和價(jià)值重構(gòu)，將催生新的汽車業(yè)態(tài)和偉大企業(yè)
技術(shù)重構(gòu)：關(guān)鍵核心技術(shù)將逐漸從整車延展到關(guān)鍵子系統(tǒng)和零部件。
服務(wù)重構(gòu)：從產(chǎn)品提供者演變?yōu)楫a(chǎn)品+服務(wù)+出行方案提供者，用戶接口成為關(guān)鍵。
價(jià)值重構(gòu)：核心價(jià)值點(diǎn)將由整車向關(guān)鍵系統(tǒng)、部件以及上下游轉(zhuǎn)移。
競爭重構(gòu)：產(chǎn)業(yè)競爭將由產(chǎn)品競爭演變?yōu)楫a(chǎn)業(yè)平臺競爭。一大批造型新勢力涌入新能源汽車產(chǎn)業(yè)，截止2017年底，中國新能源汽車企業(yè)數(shù)量已達(dá)到314家，超過200家造車新勢力入局。
挑戰(zhàn)一：使用新能源汽車的信心，影響著新能源汽車的市場
對于電池技術(shù)、充電不便、價(jià)格及續(xù)駛里程的焦慮，仍然是制約大部分消費(fèi)者選擇新能源汽車的主要因素。
挑戰(zhàn)二：充電體系建設(shè)還不能滿足消費(fèi)者需求，分布還不均衡
快充體系建設(shè)不夠，分布不均衡；中國城市居民多為公寓式住宅，小區(qū)停車位配置比例低于1:1，老舊小區(qū)缺乏停車位配置；充電樁安裝需城建、電力、物業(yè)等多部門交叉管理，自行安裝困難。
挑戰(zhàn)三：商業(yè)模式創(chuàng)新不斷涌現(xiàn)，但仍不成熟
新的商業(yè)模式仍處于探索期，需要較長時(shí)間的實(shí)踐，最終找到可持續(xù)發(fā)展的盈利模式。短期內(nèi)會對企業(yè)經(jīng)營造成一定的干擾；如網(wǎng)約車領(lǐng)域虧損期超過三年，分時(shí)租賃領(lǐng)域虧損期超過四年。
