有哪些因素影響動力電池的充電速度

閱讀次數: 【 460 】 更新時間: 【 2018-04-23 】

討論動力電池的充電速度,電池本身的承受能力絕對是無法繞過的一個因素。無論外圍的充電設備有多牛、功率有多大、充電能力有多強,如果電池本身在能夠接受的充電能力方面有短板,那么充電速度肯定就快不起來。加上電池容量又比較大的話,自然充電時間就長了。


如果你高中學過電化學方面的知識的話,就會了解電池充放電的過程,本質就是電池內部通過一系列的氧化還原反應,來實現電子在正極和負極之間定向轉移。以當下主流的鋰電池為例,雖然種類五花八門,但是大體的構造無外乎包括正極材料、負極材料、隔膜、電解液等,充電的過程,基本上就是鋰離子從負極脫出,穿過隔膜和電解質,擴散到達正極的過程——擴散速度自然就成了充電速度的關鍵。


理論上,的確可以通過加大電流來提升充電速度。但是電流太大的話,電池內部鋰離子的擴散速度跟不上電子擴散速度,就會導致電子-離子運脫節,影響電池性能,能夠達到的充電容量也相應減少,電池的壽命就更是慘不忍睹了,甚至會有起火爆炸的危險。


所以一般來說,在不趕時間的情況下我們建議盡量用慢充,有利于延長電池的壽命。


首先是溫度,一般來說溫度越高自然是擴散速度越快,但是溫度過高的話也會導致電池壽命降低、充電安全性下降等問題。溫度過低的話同樣不行,氣溫過低的情況下,電池中的金屬鋰會發生沉積,從而造成電池內部短路,尤其是磷酸鐵鋰電池。一般0℃時磷酸鐵鋰電池的容量大概只剩下60~70%左右,到了-20℃時就只剩下可憐的20~40%了。所以在氣候寒冷的北方冬季,電動車必須要有給電池模組加熱的功能,由此耗電自然也更快。


其次是材料,不同的材料擴散能力差距非常大,像鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、NCM、NCA等都是性能很不錯的正極材料,而后兩者也是當下性能最好、應用普及度比較高的兩種材料了。這也是如今的鋰電池以正極材料命名的一個重要原因。


在電池行業的領域,通常會用充放電倍率來描述充電速度和電流大小的關系,譬如1小時充滿電池時的速率稱為1C,只需30分鐘的速率則稱之為2C,如此類推,超過1C就可以稱為快充。如今鋰離子電池的充電速率普遍可以做到1C-3C,最高大概可以去到5C,但是相比起動輒10C的放電速率自然還是要差很遠。


除了最大充電速率有瓶頸之外,不同SOC(StateofCharge,即荷電狀態,也就是剩余電量)下電池能夠承受的充電速率也是有差別的。一般來說,電池在充電過程的特性大致和上面這張圖類似,充電的速率會遵循慢——快——慢這樣的節奏。一般當SOC達到90%以上的時候,電池的內阻就會明顯上升,使得充電速率放慢。如果你有留意當下在售的大部分電動車,都會發現它們會宣傳自己在特定的快充狀態下,能夠在一個相對比較短的時間——例如1小時乃至30分鐘的時間里,充滿一個大比例的電量,一般在80%-90%左右,就是這個意思。


所以如果你是一個電動車用戶,想要盡可能節約充電耗時的話,盡量不要動輒把電量用到10%以下,充電的時候也不一定非要充滿,達到90%以上,或者能夠滿足你下一次出行需要的里程數就足夠了。


充電設備的充電速度受什么限制?


除了電池本身的瓶頸之外,外圍的充電設備也有自身的限制。簡單來講,充電樁輸出功率越大,充電時間越短。但是充電樁也不是可以無限提高充電功率的。先來說下電動汽車的充電大體是一個什么樣的過程。


一說到汽車充電,大家首先想到的自然就是充電樁。簡單來講,充電樁輸出功率越大、電池容量越小,充電時間自然越短。這就和要把一個水池放滿水,放水管越大、水池越小自然耗時越短是一個道理。不過作為電動車用戶,當然希望自己的電池容量也足夠大,所以提升充電樁功率自然是更應該做的。車用的充電樁一般分為交流充電樁、直流充電樁兩種。我們分開兩種情況來講。


先講普適性比較強的交流充電樁。它多采用和家用電壓大小一樣的220V交流充電,一般電流只有16A或者32A,充電速度相對比較慢,在電池容量20kwh左右的情況下,要大概6-8個小時才能夠充滿電。


其次,由于汽車電機用的是直流電,所以充電的電流需要通過充電機轉換。充電機大體分為車載充電機和非車載充電機兩種,兩者基本都是輸入交流電、輸出直流電儲存到電池組里。前者重量輕、功率損耗更低,而且搭配車載充電機的車型充電便利性會更好,但是很難承受比較大的充電功率,而后者的優缺點正好相反。車載充電機的設計,是要適配一定的交流輸出功率的,如果適配的功率比較低,哪怕接上了更大功率的充電樁,充電速度也快不起來。


再說說直流充電樁。相比起只有220V的交流充電樁,它的接入電壓高達380V,相同的電池容量下2-3小時就可以充滿了。但是這種快充的方式也不是可以濫用的——首先頻繁快充會折損電池壽命,其次大量電動車一起快充的話,電流會非常大,對于現有電網的壓力也是很大的,甚至有可能會造成局部癱瘓。


另外,由于現行的電動車充電網絡并不是獨立的,所以用電高峰的時候,如果在使用區域公用變壓器的電網里充電的話,充電速度也會變慢。這也是很多電動車用戶需要錯峰充電的原因之一。


綜合來說,當下影響電動車充電速度提升的因素,重點還是在于電池本身的承受能力:一方面不能過于頻繁地使用快充,另一方面充電進程中的速率不均勻,使得日常實際能用的續航里程也打了折扣。另外,充電機、充電樁等配套設施的能力、標準不一,對于日常充電的場景也有很多限制,需要不斷地升級。

第【3】頁    

上一條: 水基鋅電池代替鋰電池 技術突破還是謠言?
下一條: 鋰電設備行業發展形勢向好 鋰電設備廠商搶占百億級市場
推薦閱讀:
電動自行車鉛蓄電池“價格戰”何時休?
新能源汽車發展遇瓶頸?燃料電池汽車或成破局關鍵
鋰電設備行業發展形勢向好 鋰電設備廠商搶占百億級市場
有哪些因素影響動力電池的充電速度
水基鋅電池代替鋰電池 技術突破還是謠言?
福彩快三大小单双稳赚技巧