Hvad er det centrale problem med den superhurtige opladning af power 2s lipo-batteriet?

Guidet læsning

Denne artikel gennemgår omfattende de faktorer, der påvirker hurtigopladning af 2s lipo-batteri, de vigtigste problemer og løsninger ved hurtigopladning fra materialeaniveau til systemniveau.

Baggrundsintroduktion til hurtigopladning af 2s lipo-batteri

I de senere år, for at begrænse virkningen af klimaforandringer og luftforurening, accelererer den udbredte brug af 2s lipo-batterier i rene elektriske køretøjer. Men sammenlignet med traditionelle brændstofkøretøjer er 2s lipo-batteriers rækkeviddeangst og lange opladningstid blevet de vigtigste problemer, der hæmmer udviklingen af elektriske køretøjer. Derfor er forbedringen af hurtigopladningskapaciteten blevet et fælles udviklingsmål for 2s lipo-batteriproducenter og OEM'er.

Med henvisning til hurtig opladning af 2s lipo batteri introducerer følgende artikel opladnings- og afladningsprincippet for 2s lipo batteri, og de partnere, der har brug for det, kan klikke for at se:
Lipo batteri 4s opladnings- og afladningsprincip, sørg for at opbevare det godt!
Studier har dog vist, at lavtemperatur- og højhastighedsopladning vil forårsage accelereret nedbrydning af batterikapacitet og outputeffekt; spørgsmål. Denne artikel fokuserer på gennemgang og opsummering af eksisterende litteratur og analyserer de vigtigste tekniske begrænsninger på hvert niveau.

Klassificering af opladning af elektriske køretøjers 2s lipo batterier

Klassificeringen af opladning af elektriske køretøjers 2s lipo batterier omfatter AC og DC, hvor DC-opladning er hurtigere. Tesla var det første firma, der brugte 120kW hurtigopladning; Bosch lancerede en 350kW hurtigopladningsplan i 2017, som blev implementeret i "Taycan" i 2019. Da den nuværende spænding for 2s lipo batteripakken til køretøjer er omkring 400V, kræver høj-effekt opladning på 350kW en højere spænding af 2s lipo batteripakken for at undgå problemer med for høj strøm og overophedning. Både Bosch "Taycan" og Audis e-tron GT konceptbil (oplader op til 350kW) er udstyret med en 800V 2s lipo batteripakke. I december 2018 opnåede en fælles forskningsgruppe fra BMW, Bosch og Siemens hurtig opladning i 450kW CCS-tilstand på to testbiler i Tyskland.

Begrænsende faktor for hurtig opladning af 2s lipo batteri

Selvom forskningen i at forbedre opladningseffekten af 2s lipo batterier til elektriske køretøjer har gjort store fremskridt, er disse hurtigopladningsteknologier ikke egnede til alle situationer. Afhængigt af de specifikke arbejdsforhold og opladningsmiljøet for det elektriske køretøj vil opladningseffekten gradvist aftage under den kontinuerlige opladningsproces af 2s lipo batteriet. Derudover kan 2s lipo batteriet i hurtigopladningstilstand normalt kun oplades til 80 % af kapaciteten af sikkerheds- og andre årsager; ved højere effekt vil opladningshastigheden gradvist falde for at undgå overopladning.

Derudover påvirkes opladningseffekten også af 2s lipo batteriets batteristyringssystem (BMS).(Lipo batteri 3s styringssystem og dets nødvendighed). Branchen er i stigende grad interesseret i området for hurtig batteriopladning, og det er nødvendigt at forstå de hastighedsbestemmende trin i forskellige opladningsmetoder og deres indvirkning på levetiden for 2s lipo batteriet. Denne artikel har til formål at etablere forbindelsen mellem mikroskopiske processer, materialegenskaber, 2s lipo batteri og pakkedesign samt optimering af opladningsstrategi ud fra den multiskalære og tværfaglige natur af hurtig opladning.

2s lipo-batteri hurtigopladningsprincip

Det ideelle 2s lipo-batteri bør udvise lang levetid, høj energitæthed og høj effekttæthed, så det kan oplades og genoplades hurtigt på ethvert sted og ved enhver temperatur for at opfylde elbilers krav til langdistancekørsel. Der er dog en afvejning mellem disse fysiske egenskaber, og påvirkningen af materiale- og udstyrstemperatur bestemmer brugstersklen for 2s lipo-batteriet.

Når temperaturen falder, bør både ladehastigheden og den maksimale spænding reduceres for sikkerhedens skyld, hvilket gør temperaturen til en nøglebegrænsende faktor for hurtig opladning. Blandt andet øges risikoen for lithiumudfældning i 2s lipo-batteriet betydeligt, når temperaturen falder. Selvom mange forskere har påpeget, at lithiumudfældning i 2s lipo-batteriet ofte forekommer ved en temperatur under 25 ℃, er det også tilbøjeligt til at forekomme ved høje temperaturer, især ved høj ladehastighed og energitæthed (partnere, der ikke forstår energitætheden af 2s lipo-batteriet, kan henvise til denne artikel: 1200mah lipo battry energy density improvement - cell density improvement). Derudover er forholdet mellem hurtig opladningseffektivitet og temperatur også meget tæt. Ladeeffektiviteten for en 50kW ladestander ved 25°C er 93%, men ladeeffektiviteten ved -25°C er så lav som 39%. Dette skyldes hovedsageligt, at 2s lipo-batteriets BMS har en lav temperatur. Den nominelle effekt vil blive begrænset.

Et almindeligt lithium-ion batteri består hovedsageligt af en grafit negativ elektrode, en lithium metaloxid positiv elektrode, en elektrolyt, en strømopsamler og en porøs separator. Når 2s lipo-batteriet oplades, overføres Li+ fra den positive elektrode til den negative elektrode gennem elektrolytten. De vigtigste transmissionsveje er:
1) Efter faste elektroder;
2) gennem elektrode/elektrolyt-grænsefladen på de positive og negative elektroder;
3) Efter elektrolytten, inklusive solvatisering og desolvatisering af Li+.
Men uhensigtsmæssige brugsforhold for 2s lipo-batteri forårsager ofte en række side reaktioner, der påvirker ydeevne og levetid. Derudover vil lade- og afladningshastigheden, den interne modstand i 2s lipo-batteriet og polariseringen af batteriet alle påvirke batteriets termiske egenskaber, såsom øget varmeudvikling, reduceret ladeeffektivitet og sikkerhed osv.

Nøglefaktorer for hurtig opladning af 2s lipo-batteri

1) 2s lipo-batteri negativ pol

Et stort antal studier har vist, at nedbrydningen af den positive elektrode i 2s lipo-batteriet og væksten af den positive elektrode CEI-film ikke påvirker hurtigopladningshastigheden i det traditionelle lithium-ion-system, så den negative elektrode er blevet hovedfokus under opladningsprocessen.
Under visse omstændigheder kan lithiummetal fortsætte med at udfælde sig som lithiumdendritter og endda gennembore separatoren og forårsage kortslutning i 2s lipo-batteriet. Faktorer, der påvirker Li-aflejring og aflejringsstruktur, inkluderer diffusionshastigheden af Li-ioner i anoden, elektrolytets koncentrationsgradient ved anodegrænsefladen, metalsaltaflejring på strømsamleren og side-reaktioner ved elektrode/elektrolyt-grænsefladen.

Forskningen viser, at ydeevnen af den negative elektrode under lithiumaflejring i 2s lipo-batteriet kan tilskrives indflydelsen af strømmen i begyndelsen af lithiumaflejringen på overfladetætheden og den interne modstand i den negative elektrode. At reducere den negative interne modstand B gennem design af 2s lipo-batteriet er meget vigtigt for at forbedre hurtigopladningskapaciteten af 2s lipo-batteriet.

2) 2s lipo-batteri hurtig opladningstemperatur

Derudover er effekten af temperatur også meget vigtig. For lav eller for høj temperatur betragtes som ugunstig for batteriet, men den højere temperatur i 2s lipo-batteriet under hurtig opladning vil hjælpe dets egen balance, især for 2s lipo-batterier med høj specifik energi.

3) Elektrodetykkelse af 2s lipo-batteri

Effekten af elektrodetykkelse på opladningsydelsen kræver også opmærksomhed. Tynde elektroder betragtes ofte som ideelle for lithiumiontransport, og efterhånden som elektroden bliver tykkere, bliver det vigtigt at sikre tilstrækkelig lithiumionkoncentration ved elektrode/elektrolyt-grænsefladen for at opretholde overpotentialestabilitet og reducere muligheden for lithiumudfældning. Under hurtig opladning af batterier med tykke elektroder kan lithiumsalte aflejres på strømsamleren, hvilket resulterer i ubalance i elektrodeudnyttelsen og en stigning i strømstyrken ved separatoranoden.

Nå, ovenstående er hele indholdet af nøgleproblemerne ved superhurtig opladning af power 2s lipo-batteriet bragt til dig af 2s lipo-batteriproducenten CNHL i dag. Forstå, hvis du vil have mere information om 2s lipo-batterier, kan du tjekke følgende:
Detaljeret forklaring af 6s lipo batteri katodemateriale