מה הבעיה המרכזית בטעינה מהירה מאוד של סוללת ליפו power 2s?

קריאה מודרכת

מאמר זה סוקר באופן מקיף את הגורמים המשפיעים על טעינה מהירה של סוללות 2s ליפו, הבעיות המרכזיות והפתרונות לטעינה מהירה מרמת החומרה ועד לרמת המערכת.

הקדמה לרקע טעינה מהירה של סוללות 2s ליפו

בשנים האחרונות, במטרה להגביל את השפעת שינויי האקלים וזיהום האוויר, השימוש הנרחב בסוללות 2s ליפו ברכבים חשמליים טהורים מואץ. עם זאת, בהשוואה לרכבי דלק מסורתיים, חרדת הטווח של סוללות 2s ליפו וזמן הטעינה הארוך הפכו לבעיות המרכזיות המעכבות את פיתוח הרכבים החשמליים. לכן, שיפור יכולת הטעינה המהירה הפך למטרה משותפת של יצרני סוללות 2s ליפו ויצרני הרכב.

בהתייחס לטעינה מהירה של סוללת 2s ליפו, המאמר הבא מציג את עקרון הטעינה והפריקה של סוללת 2s ליפו, והשותפים הזקוקים לכך יכולים ללחוץ לצפייה:
עיקרון הטעינה והפריקה של סוללת ליפו 4s, הקפד לאחסן אותה היטב!
עם זאת, מחקרים הראו כי טעינה בקצב גבוה ובטמפרטורות נמוכות תגרום להידרדרות מואצת של קיבולת הסוללה וכוח הפלט; שאלה. מאמר זה מתמקד בסקירה וסיכום של הספרות הקיימת, ומנתח את המגבלות הטכניות המרכזיות בכל רמה.

סיווג טעינת סוללת 2s ליפו לרכב חשמלי

סיווג טעינת סוללת 2s ליפו לרכב חשמלי כולל טעינה ב-AC ו-DC, כאשר טעינת DC מהירה יותר. טסלה היא החברה הראשונה שהשתמשה בטעינה מהירה של 120kW; בוש השיקה תוכנית טעינה מהירה של 350kW ב-2017, שהופעלה ב"Taycan" ב-2019. מכיוון שהמתח הנוכחי של חבילת סוללות 2s ליפו לרכבים הוא כ-400V, טעינה בעוצמה גבוהה של 350kW דורשת מתח גבוה יותר של חבילת סוללות 2s ליפו כדי למנוע בעיות של זרם יתר ויצירת חום מופרז. גם בוש "Taycan" וגם רכב הקונספט e-tron GT של אאודי (טעינה עד 350kW) מצוידים בחבילת סוללות 2s ליפו של 800V. בדצמבר 2018, קבוצת מחקר משותפת של BMW, בוש וסימנס השיגה טעינה מהירה במצב CCS של 450kW בשני רכבי מבחן בגרמניה.

גורם מגביל לטעינה מהירה של סוללת 2s ליפו

למרות שהמחקר לשיפור כוח הטעינה של סוללת 2s ליפו לרכבים חשמליים התקדם משמעותית, טכנולוגיות הטעינה המהירה הללו אינן מתאימות לכל המצבים. בהתאם לתנאי העבודה הספציפיים וסביבת הטעינה של הרכב החשמלי, כוח הטעינה יירד בהדרגה במהלך תהליך הטעינה הרציף של סוללת 2s ליפו. בנוסף, במצב טעינה מהירה, בשל בטיחות וגורמים נוספים, סוללת 2s ליפו בדרך כלל יכולה להיטען רק עד 80% מהכוח; בכוח גבוה יותר, קצב הטעינה יקטן בהדרגה כדי למנוע טעינה יתר.

בנוסף, כוח הטעינה מושפע גם ממערכת ניהול הסוללה (BMS) של סוללת 2s ליפו. (מערכת ניהול סוללת ליפו 3s והצורך בה). התעשייה מתעניינת יותר ויותר בתחום הטעינה המהירה של סוללות, ויש צורך להבין את השלבים שקובעים את המהירות של שיטות הטעינה השונות ואת השפעתם על חיי סוללת 2s ליפו. מאמר זה שואף לקשר בין תהליכים מיקרוסקופיים, תכונות חומר, סוללת 2s ליפו ועיצוב האריזה ואופטימיזציית אסטרטגיית הטעינה מהטבע הרב-קנה מידה ורב-תחומי של הטעינה המהירה.

עקרון הטעינה המהירה של סוללת 2s ליפו

סוללת 2s ליפו האידיאלית צריכה להציג חיים ארוכים, צפיפות אנרגיה גבוהה וצפיפות הספק גבוהה, כך שתוכל להיטען ולהיטען מחדש במהירות בכל מקום ובכל טמפרטורה כדי לעמוד בדרישות הנסיעה למרחקים ארוכים של רכבים חשמליים. עם זאת, קיימת מערכת פשרות בין תכונות פיזיות אלו, והשפעת הטמפרטורה של החומר והציוד קובעת את סף השימוש של סוללת 2s ליפו.

ככל שהטמפרטורה יורדת, יש להפחית גם את קצב הטעינה וגם את המתח המקסימלי למען הבטיחות, מה שהופך את הטמפרטורה לגורם מגביל מרכזי לטעינה מהירה. בין היתר, ככל שהטמפרטורה יורדת, הסיכון להצטברות ליתיום בסוללת 2s ליפו יגדל משמעותית. אף על פי שרבים מהחוקרים ציינו שהצטברות הליתיום בסוללת 2s ליפו מתרחשת לעיתים קרובות בטמפרטורה נמוכה מ-25 ℃, בטמפרטורות גבוהות, במיוחד בקצב טעינה גבוה וצפיפות אנרגיה גבוהה (שותפים שאינם מבינים את צפיפות האנרגיה של סוללת 2s ליפו יכולים לעיין במאמר זה: שיפור צפיפות האנרגיה של סוללת 1200mah ליפו - שיפור צפיפות התא) גם כן נוטה להתרחש. בנוסף, הקשר בין יעילות הטעינה המהירה לטמפרטורה הוא גם קרוב מאוד. יעילות הטעינה של עמוד טעינה 50kW ב-25°C היא 93%, אך יעילות הטעינה ב-25-°C נמוכה עד 39%. זאת בעיקר כי ל-BMS של סוללת 2s ליפו יש הגבלת הספק מדורג בטמפרטורה נמוכה.

סוללת ליתיום-יון נפוצה מורכבת בעיקר מאלקטרודה שלילית מגרפיט, אלקטרודה חיובית מחמצן מתכת ליתיום, אלקטרוליט, אוסף זרם ומפריד נקבובי. כאשר סוללת 2s ליפו נטענת, Li+ מועבר מהאלקטרודה החיובית לאלקטרודה השלילית דרך האלקטרוליט. דרכי ההעברה העיקריות הן:
1) לאחר האלקטרודות במצב מוצק;
2) דרך ממשק האלקטרודה/אלקטרוליט של האלקטרודות החיוביות והשליליות;
3) לאחר האלקטרוליט, כולל הסולבציה והדסולבציה של Li+.
עם זאת, תנאי שימוש לא נכונים של סוללת 2s ליפו גורמים לעיתים לשרשרת של תגובות לוואי המשפיעות על הביצועים והחיים. בנוסף, קצב הטעינה-פריקה, ההתנגדות הפנימית של סוללת 2s ליפו והקיטוב של הסוללה ישפיעו כולם על התכונות התרמיות של הסוללה, כגון הגברת ייצור החום, הפחתת יעילות ובטיחות הטעינה, וכו'.

גורמים מרכזיים לטעינה מהירה של סוללת 2s ליפו

1) הקוטב השלילי של סוללת 2s ליפו

מחקרים רבים הראו כי דעיכת האלקטרודה החיובית של סוללת 2s ליפו וצמיחת סרט CEI על האלקטרודה החיובית אינם משפיעים על מהירות הטעינה המהירה במערכת הליתיום-יון המסורתית, ולכן האלקטרודה השלילית הפכה להיות הדאגה המרכזית במהלך תהליך הטעינה.
בנסיבות מסוימות, מתכת הליתיום עלולה להמשיך להצטבר כדנדריטים של ליתיום, ואפילו לנקב את המפריד ולגרום לקצר בסוללת 2s ליפו. גורמים המשפיעים על הצטברות הליתיום ומבנה ההצטברות כוללים את קצב הפיזור של יוני הליתיום באנודה, גרדיאנט ריכוז האלקטרוליט בממשק האנודה, הצטברות מלחים מתכתיים באספן הזרם, והתגובות הצדדיות בממשק האלקטרודה/אלקטרוליט.

מחקרים מראים כי ביצועי האלקטרודה השלילית במהלך הצטברות הליתיום בסוללת 2s ליפו מיוחסים להשפעת הזרם בתחילת הצטברות הליתיום על צפיפות השטח וההתנגדות הפנימית של האלקטרודה השלילית. הפחתת ההתנגדות הפנימית השלילית B באמצעות עיצוב סוללת 2s ליפו היא חשובה מאוד לשיפור יכולת הטעינה המהירה של סוללת 2s ליפו.

2) טמפרטורת טעינה מהירה של סוללת 2s ליפו

בנוסף, השפעת הטמפרטורה גם היא חשובה מאוד. טמפרטורה נמוכה מדי או גבוהה מדי תיחשב ללא רצויה לסוללה, אך הטמפרטורה הגבוהה יותר של סוללת 2s ליפו במהלך טעינה מהירה תסייע לאיזון שלה, במיוחד עבור סוללת 2s ליפו עם אנרגיה ספציפית גבוהה.

3) עובי האלקטרודה של סוללת 2s ליפו

השפעת עובי האלקטרודה על ביצועי הטעינה דורשת גם היא תשומת לב. אלקטרודות דקות נחשבות לעיתים אידיאליות להובלת יוני ליתיום, וכאשר האלקטרודה מתעבה, חשוב להבטיח ריכוז מספיק של יוני ליתיום בממשק האלקטרודה/אלקטרוליט כדי לשמור על יציבות המתח העודף ולהפחית את האפשרות להצטברות ליתיום. במהלך טעינה מהירה של סוללות עם אלקטרודות עבות, מלחים של ליתיום עלולים להצטבר באספן הזרם, מה שגורם לחוסר איזון בשימוש באלקטרודה ולהגברת צפיפות הזרם באנודה של המפריד.

ובכן, לעיל הוא כל התוכן של הנושאים המרכזיים בטעינה מהירה במיוחד של סוללת ה-2s ליפו, שהובאה לכם על ידי יצרן סוללות ה-2s ליפו CNHL היום. הבינו, אם אתם רוצים לקבל מידע נוסף על סוללות 2s ליפו, תוכלו לבדוק את הדברים הבאים:
הסבר מפורט על חומר הקתודה של סוללת 6s ליפו