Was ist das Hauptproblem beim superschnellen Laden der Power 2s LiPo-Batterie?

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Dieses Papier gibt einen umfassenden Überblick über die Faktoren, die das Schnellladen von 2s Lipo-Akkus beeinflussen, sowie die Hauptprobleme und Lösungen des Schnellladens von der Materialebene bis zur Systemebene.

Hintergrund zur Schnellladung von 2s Lipo-Akkus

In den letzten Jahren beschleunigt sich die weitverbreitete Nutzung von 2s Lipo-Akkus in reinen Elektrofahrzeugen, um die Auswirkungen des Klimawandels und der Luftverschmutzung zu begrenzen. Im Vergleich zu herkömmlichen Kraftfahrzeugen verursachen jedoch die Reichweitenangst bei 2s Lipo-Akkus und die lange Ladezeit die Hauptprobleme, die die Entwicklung von Elektrofahrzeugen behindern. Daher ist die Verbesserung der Schnellladefähigkeit zu einem gemeinsamen Entwicklungsziel von 2s Lipo-Akkuherstellern und OEMs geworden.

In Anlehnung an das Schnellladen von 2s Lipo-Akkus stellt der folgende Artikel das Lade- und Entladeprinzip des 2s Lipo-Akkus vor, und interessierte Partner können durch Klicken mehr erfahren:
Lipo-Akku 4s Lade- und Entladeprinzip, unbedingt gut lagern!
Studien haben jedoch gezeigt, dass das Laden bei niedrigen Temperaturen und hoher Ladegeschwindigkeit eine beschleunigte Verschlechterung der Batteriekapazität und der Ausgangsleistung verursacht; eine Fragestellung. Diese Arbeit konzentriert sich auf die Überprüfung und Zusammenfassung der vorhandenen Literatur und analysiert die wichtigsten technischen Einschränkungen auf jeder Ebene.

Klassifizierung des Ladens von 2s Lipo-Akkus für Elektrofahrzeuge

Die Klassifizierung des Ladens von 2s Lipo-Akkus für Elektrofahrzeuge umfasst AC- und DC-Laden, wobei das DC-Laden schneller ist. Tesla ist das erste Unternehmen, das 120 kW Schnellladen verwendet; Bosch veröffentlichte 2017 einen 350 kW Schnellladeplan, der 2019 im "Taycan" umgesetzt wurde. Da die aktuelle Spannung des 2s Lipo-Akku-Packs für Fahrzeuge etwa 400 V beträgt, erfordert das Hochleistungs-Schnellladen mit 350 kW eine höhere Spannung des 2s Lipo-Akku-Packs, um Probleme mit zu hohem Strom und übermäßiger Wärmeentwicklung zu vermeiden. Sowohl der Bosch "Taycan" als auch das Audi e-tron GT Konzeptfahrzeug (Laden bis zu 350 kW) sind mit einem 800 V 2s Lipo-Akku-Pack ausgestattet. Im Dezember 2018 erreichte eine gemeinsame Forschungsgruppe von BMW, Bosch und Siemens in Deutschland das Schnellladen im 450 kW CCS-Modus an zwei Testfahrzeugen.

Begrenzender Faktor für das Schnellladen von 2s Lipo-Akkus

Obwohl die Forschung zur Verbesserung der Ladeleistung von 2s Lipo-Akkus für Elektrofahrzeuge große Fortschritte gemacht hat, sind diese Schnellladetechnologien nicht für alle Situationen geeignet. Je nach den spezifischen Arbeitsbedingungen und der Ladeumgebung des Elektrofahrzeugs nimmt die Ladeleistung während des kontinuierlichen Ladevorgangs des 2s Lipo-Akkus allmählich ab. Außerdem kann der 2s Lipo-Akku im Schnelllademodus aus Sicherheitsgründen und anderen Faktoren normalerweise nur bis zu 80 % der Kapazität geladen werden; bei höherer Leistung verringert sich die Ladegeschwindigkeit allmählich, um eine Überladung zu vermeiden.

Darüber hinaus wird die Ladeleistung auch vom 2s Lipo-Akku-Managementsystem (BMS) beeinflusst.(Lipo-Akku 3s Managementsystem und seine Notwendigkeit). Die Branche zeigt immer mehr Interesse am Bereich des Schnellladens von Batterien, und es ist notwendig, die geschwindigkeitsbestimmenden Schritte verschiedener Lademethoden und deren Einfluss auf die Lebensdauer des 2s Lipo-Akkus zu verstehen. Diese Arbeit zielt darauf ab, die Verbindung zwischen mikroskopischen Prozessen, Materialeigenschaften, 2s Lipo-Akku- und Pack-Design sowie der Optimierung der Lade-Strategie aus der multiskaligen und multidisziplinären Natur des Schnellladens herzustellen.

Schnellladeprinzip der 2s Lipo-Batterie

Die ideale 2s Lipo-Batterie sollte eine lange Lebensdauer, hohe Energiedichte und hohe Leistungsdichte aufweisen, sodass sie an jedem Ort und bei jeder Temperatur schnell geladen und wieder aufgeladen werden kann, um den Langstreckenfahranforderungen von Elektrofahrzeugen gerecht zu werden. Zwischen diesen physikalischen Eigenschaften besteht jedoch ein Kompromiss, und der Einfluss von Material- und Gerätetemperatur bestimmt die Nutzungsschwelle der 2s Lipo-Batterie.

Mit sinkender Temperatur sollten sowohl die Laderate als auch die Maximalspannung aus Sicherheitsgründen reduziert werden, wodurch die Temperatur ein entscheidender begrenzender Faktor für das Schnellladen wird. Dabei steigt mit abnehmender Temperatur das Risiko der Lithiumabscheidung in der 2s Lipo-Batterie deutlich an. Obwohl viele Forscher darauf hingewiesen haben, dass die Lithiumabscheidung der 2s Lipo-Batterie oft bei Temperaturen unter 25 ℃ auftritt, ist sie auch bei hohen Temperaturen, insbesondere bei hoher Laderate und Energiedichte (Partner, die die Energiedichte der 2s Lipo-Batterie nicht kennen, können sich auf diesen Artikel beziehen: 1200mah lipo battry energy density improvement - cell density improvement), ebenfalls anfällig. Zudem besteht ein enger Zusammenhang zwischen Schnellladeeffizienz und Temperatur. Die Ladeeffizienz einer 50kW-Ladesäule bei 25 °C beträgt 93 %, bei -25 °C jedoch nur 39 %. Dies liegt hauptsächlich daran, dass die Nennleistung des BMS der 2s Lipo-Batterie bei niedrigen Temperaturen begrenzt wird.

Eine übliche Lithium-Ionen-Batterie besteht hauptsächlich aus einer Graphit-Negativelektrode, einer Lithium-Metalloxid-Positivelektrode, einem Elektrolyten, einem Stromsammler und einem porösen Separator. Beim Laden der 2s Lipo-Batterie wird Li+ vom Pluspol über den Elektrolyten zum Minuspol transportiert. Die Hauptübertragungswege sind:
1) Nach den Festkörperelektroden;
2) über die Elektroden/Elektrolyt-Grenzfläche der positiven und negativen Elektroden;
3) Nach dem Elektrolyten, einschließlich der Solvatation und Desolvatation von Li+.
Unsachgemäße Einsatzbedingungen der 2s Lipo-Batterie verursachen jedoch häufig eine Reihe von Nebenreaktionen, die Leistung und Lebensdauer beeinträchtigen. Außerdem beeinflussen die Lade-Entladerate, der Innenwiderstand der 2s Lipo-Batterie und die Polarisation der Batterie alle die thermischen Eigenschaften der Batterie, wie z. B. erhöhte Wärmeentwicklung, verringerte Ladeeffizienz und Sicherheit usw.

Schlüsselfaktoren für das Schnellladen der 2s Lipo-Batterie

1) Negative Elektrode der 2s Lipo-Batterie

Zahlreiche Studien haben gezeigt, dass der Zerfall der positiven Elektrode der 2s Lipo-Batterie und das Wachstum der positiven CEI-Films keinen Einfluss auf die Schnellladegeschwindigkeit des traditionellen Lithium-Ionen-Systems haben, weshalb die negative Elektrode während des Ladevorgangs im Mittelpunkt steht.
Unter bestimmten Umständen kann sich Lithiummetall weiterhin zu Lithiumdendriten abscheiden und sogar den Separator durchstechen, was einen Kurzschluss in der 2s Lipo-Batterie verursacht. Faktoren, die die Li-Abscheidung und die Abscheidungsstruktur beeinflussen, umfassen die Diffusionsrate der Li-Ionen in der Anode, den Elektrolytkonzentrationsgradienten an der Anodengrenzfläche, die Metall-Salz-Ablagerung am Stromsammler und die Nebenreaktionen an der Elektroden/Elektrolyt-Grenzfläche.

Die Forschung zeigt, dass die Leistung der negativen Elektrode während der Lithiumabscheidung der 2s Lipo-Batterie auf den Einfluss des Stroms zu Beginn der Lithiumabscheidung auf die Oberflächendichte und den Innenwiderstand der negativen Elektrode zurückzuführen ist. Die Verringerung des negativen Innenwiderstands B durch das Design der 2s Lipo-Batterie ist sehr wichtig, um die Schnellladefähigkeit der 2s Lipo-Batterie zu verbessern.

2) Schnellladetemperatur der 2s Lipo-Batterie

Außerdem ist der Temperatureinfluss ebenfalls sehr wichtig. Zu niedrige oder zu hohe Temperaturen werden als ungünstig für die Batterie angesehen, aber die höhere Temperatur der 2s Lipo-Batterie während des Schnellladens unterstützt ihr eigenes Gleichgewicht, insbesondere bei der 2s Lipo-Batterie mit hoher spezifischer Energie.

3) Elektrodenstärke der 2s Lipo-Batterie

Die Auswirkung der Elektrodenstärke auf die Ladeleistung erfordert ebenfalls Aufmerksamkeit. Dünne Elektroden gelten oft als ideal für den Lithium-Ionen-Transport, und wenn die Elektrode dicker wird, ist es wichtig, eine ausreichende Lithium-Ionen-Konzentration an der Elektroden/Elektrolyt-Grenzfläche sicherzustellen, um die Überpotentialstabilität zu erhalten und die Möglichkeit der Lithiumabscheidung zu verringern. Beim Schnellladen von Batterien mit dicken Elektroden können Lithiumsalze am Stromsammler abgelagert werden, was zu einem Ungleichgewicht in der Elektrodenausnutzung und einer Erhöhung der Stromdichte der Separator-Anode führt.

Nun, das Obige ist der gesamte Inhalt der wichtigsten Fragen zum superschnellen Laden der Power 2s Lipo-Batterie, präsentiert von dem 2s Lipo-Batterie-Hersteller CNHL heute. Verstehen Sie, wenn Sie mehr Informationen zur 2s Lipo-Batterie erhalten möchten, können Sie Folgendes prüfen:
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