動(dòng)力電池快速充電
現(xiàn)在制約電動(dòng)車應(yīng)用范圍的原因有以下幾點(diǎn):
更高的能量密度,更長(zhǎng)的循環(huán)壽命,更快的充電速度,當(dāng)然還有更便宜的價(jià)格。
這些問(wèn)題都是需要努力解決的,這里主要說(shuō)更快的充電速度。在實(shí)際使用的時(shí)候,怎么能夠在最短的時(shí)間內(nèi),把電池的電量恢復(fù)到70%容量。在15分鐘能夠盡量快的充電,而不損害電池壽命,是大家都在考慮的事情。
要想獲得更快的充電速度,要從電池本身和充電方式來(lái)解決。
電池本身:
1、 可以盡可能的增大電化學(xué)反應(yīng)的面積,除了增加電極面積外,把平面變成立體是一個(gè)更加可行的辦法,比如韓國(guó)正在研究用石墨晶格填充電極材料,從而得到100倍以上的反應(yīng)面積。當(dāng)然可以更快速的充電,并且增大單位體積的容量。但是制造成本卻比較高,這就要尋找一個(gè)平衡。
2、 更短的反應(yīng)距離和濃差現(xiàn)象更小,更快消失濃差極化現(xiàn)象的電解質(zhì)也是快速充電的必不可少的一環(huán)。引起充電過(guò)程中,電池允許充電電流變小影響最大的是電解質(zhì)的極化現(xiàn)象。
3、 散熱等安全因素。充電電流增加一倍,充電內(nèi)阻也變大一些,單位時(shí)間發(fā)熱量會(huì)增加5倍以上。會(huì)導(dǎo)致電池溫度急劇上升。很多電池爆炸是因?yàn)樯岵缓?,?dǎo)致溫升太高引起的??焖俪潆姷臉O大制約在這里,關(guān)鍵是降低電池阻抗。
充電電流的影響因素:
阻礙電池充電電流變大的原因有析氣、極化和溫升。
1、電池通常有一個(gè)可接受的充電電流值,在充電過(guò)程中接近接受電流值,可以縮短充電時(shí)間。
2、充電時(shí)的極化電壓會(huì)引起電池兩端的電壓升高,引起充電電流減少。極化現(xiàn)象從時(shí)間來(lái)看,歐姆極化,電化學(xué)極化和濃差極化是引起電池內(nèi)阻變大和電壓升高的原因。也是大大減少電池充電允許電流的原因。
充電電流的選擇:
1、 電流不易過(guò)大。電流過(guò)大不僅對(duì)保護(hù)板等元器件的要求征稿,更重要的是對(duì)電池本身的溫升,壽命影響較大。還有一個(gè)成本考慮,充電器的成本,保護(hù)板的成本以及周邊成本。
2、 去極化。電池連續(xù)充電引起的電化學(xué)極化和濃差極化是電池溫升過(guò)高,允許充電電流急劇降低的原因。去除相應(yīng)極化,可以降低溫升,加大允許充電電流。那么處于恒流階段的時(shí)間更長(zhǎng),快速充電效果越好。
充電過(guò)程一般分為三個(gè)階段:≤70%SOC;70%~85%SOC;≥85%。
快速充電一般集中在第一階段。
快速充電方式選擇:
多階段恒流恒壓充電:此充電方式對(duì)充電器的要求較高,并且要實(shí)時(shí)監(jiān)控電池狀態(tài)。
快速大電流充電:可以快速充電到70%,但是對(duì)電池電芯的一致性要求很高,充電過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的熱,充電時(shí)間不能太長(zhǎng)。
脈沖式充電:比如用100秒的大電流脈沖充電,然后才有500毫秒的脈沖放電消除極化。有效控制充電時(shí)的極化和發(fā)熱問(wèn)題,可以更大電流(電池允許充電電流),更長(zhǎng)的恒流充電時(shí)間,更短時(shí)間的快速充電。
鋰離子電池盒鐵鋰電池的特性決定,不允許有過(guò)高的過(guò)沖電壓,特別是電動(dòng)汽車等多階串聯(lián)的時(shí)候,電芯的一致性會(huì)更快的導(dǎo)致電池脫離快速充電的階段而進(jìn)入限流的階段。怎么提高電芯的一致性,和充電器的及時(shí)調(diào)整電流,和充電器充電電流的數(shù)學(xué)模型是需要行業(yè)人士考慮的。
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