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新能源汽车锂电池的快充原理是什么

时间:2021-07-30 编辑:池龙新能源 游览:143次

随着动力锂电池能量密度的不断提升和成本的不断降低,电动汽车的续航里程也在不断新增,今年推出的电动汽车的续航里程普遍超过400km,部分中高端车型续航里程达到500km以上,基本上满足日常通勤需求。因此充电速度也就成为了新能源汽车推广应用的重要障碍,缩短充电时间能够更好的提升电动汽车的使用体验,关于推广电动汽车具有重要的意义。


减少电动汽车的充电时间通常有两种措施:1)一种是通过提升充电速度,缩短充电所需的时间,这也是目前多数新能源汽车所采用的策略;2)第二种是通过更换电池组的方式将空电的电池组快速更换为满电电池组,这种策略通常会应用在出租车等营运车辆上。


提升充电速度虽然会带来充电时间上的缩短,但是过高的充电速度也会导致电池的衰降速度加快,影响电动汽车的使用寿命。近日,英国帝国理工大学的AnnaTomaszewska、XuningFeng(通讯作者)和清华大学的欧阳明高院士等从材料层面到系统层面全方位的对锂离子电池快充的影响因素、衰降机理和解决方法进行了回顾和综述。


锂离子电池重要由正极、负极、隔膜和电解液等部分构成,在充电的过程中Li+从正极脱出,经过电解液扩散到负极,因此整个过程中可能影响锂离子电池充电速度的因素重要有3个:1)Li+在固相中的扩散;2)Li+在固/液界面反应;3)Li+在电解液中的扩散,包括溶剂化和去溶剂化。在快速充的过程中正极衰降和正极界面膜(CEI)的生长通常不是限制因素,而负极由于动力学条件相比较较差,因此在快速充电的过程中容易发生析锂,进而减少负极可供Li+嵌入的有效面积,造成电池性能的劣化。


快充对寿命衰降的影响


快充导致的热量对电池的影响


快充会导致锂离子电池内部产热,锂离子电池的产热重要有可逆热和不可逆热两种,其中不可逆热如下式所示,其中U为电池的开路电压,V为电池电压,I为电流


在上述的不可逆热中有相当一部分来自电池的欧姆阻抗产热,如下式所示,其产热量与电流的平方成正比,因此在快充的过程中电池会出现更多的欧姆热。


电池充电过程中的可逆热则重要来自于电池中的熵变,根据电池的熵变可以计算电池的可逆热


相关研究表明在较低的倍率下可逆热是电池热量的重要来源,在较高的倍率电池的不可逆热则是电池的重要来源,而电池的温度关于锂离子电池的寿命具有显著的影响,因此锂离子电池在快充过程引起的电池温度变化关于锂离子电池的寿命具有重要的影响。