Qual è il problema principale con la ricarica super veloce della batteria lipo power 2s?

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Questo documento esamina in modo completo i fattori che influenzano la ricarica rapida della batteria 2s lipo, i principali problemi e le soluzioni della ricarica rapida dal livello dei materiali a quello del sistema.

Introduzione al contesto della ricarica rapida delle batterie 2s lipo

Negli ultimi anni, per limitare l'impatto del cambiamento climatico e dell'inquinamento atmosferico, l'uso diffuso delle batterie 2s lipo nei veicoli elettrici puri sta accelerando. Tuttavia, rispetto ai veicoli a combustibile tradizionale, l'ansia da autonomia delle batterie 2s lipo e i lunghi tempi di ricarica sono diventati i principali problemi che ostacolano lo sviluppo dei veicoli elettrici. Pertanto, il miglioramento della capacità di ricarica rapida è diventato un obiettivo comune di sviluppo per i produttori di batterie 2s lipo e gli OEM.

Riferendosi alla ricarica rapida della batteria lipo 2s, il seguente articolo introduce il principio di carica e scarica della batteria lipo 2s, e i partner interessati possono cliccare per visualizzare:
Principio di carica e scarica della batteria Lipo 4s, assicurati di conservarla bene!
Tuttavia, gli studi hanno dimostrato che la ricarica a bassa temperatura e ad alta velocità provoca un degrado accelerato della capacità e della potenza di uscita della batteria; problema. Questo articolo si concentra sulla revisione e sintesi della letteratura esistente e analizza i vincoli tecnici chiave a ogni livello.

Classificazione della ricarica della batteria lipo 2s per veicoli elettrici

La classificazione della ricarica della batteria lipo 2s per veicoli elettrici include AC e DC, tra cui la ricarica DC è più veloce. Tesla è la prima azienda a utilizzare la ricarica rapida da 120kW; Bosch ha rilasciato un piano di ricarica rapida da 350kW nel 2017, implementato nella "Taycan" nel 2019. Poiché la tensione attuale del pacco batteria lipo 2s per veicoli è intorno ai 400V, la ricarica ad alta potenza di 350kW richiede una tensione più alta del pacco batteria lipo 2s per evitare problemi di corrente eccessiva e generazione di calore eccessiva. Sia la "Taycan" di Bosch che la concept car e-tron GT di Audi (ricarica fino a 350kW) sono dotate di un pacco batteria lipo 2s da 800V. Nel dicembre 2018, un gruppo di ricerca congiunto di BMW, Bosch e Siemens ha raggiunto la ricarica rapida in modalità CCS da 450kW su due auto di prova in Germania.

Fattore limitante della ricarica rapida della batteria lipo 2s

Sebbene la ricerca sul miglioramento della potenza di carica della batteria lipo 2s per veicoli elettrici abbia fatto grandi progressi, queste tecnologie di ricarica rapida non sono adatte a tutte le situazioni. In base alle condizioni di lavoro specifiche e all'ambiente di ricarica del veicolo elettrico, la potenza di carica diminuirà gradualmente durante il processo di ricarica continua della batteria lipo 2s. Inoltre, in modalità di ricarica rapida, a causa di fattori di sicurezza e altri, la batteria lipo 2s può solitamente essere caricata solo fino all'80% della potenza; a potenze più elevate, la velocità di carica diminuirà gradualmente per evitare il sovraccarico.

Inoltre, la potenza di carica è influenzata anche dal sistema di gestione della batteria lipo 2s (BMS).(Sistema di gestione della batteria lipo 3s e la sua necessità). Il settore è sempre più interessato al campo della ricarica rapida delle batterie, ed è necessario comprendere i passaggi che determinano la velocità dei diversi metodi di ricarica e il loro impatto sulla vita della batteria lipo 2s. Questo articolo mira a stabilire il collegamento tra processi microscopici, proprietà dei materiali, progettazione della batteria lipo 2s e del pacco batteria e ottimizzazione della strategia di ricarica dalla natura multiscala e multidisciplinare della ricarica rapida.

Principio di ricarica rapida della batteria 2s lipo

La batteria 2s lipo ideale dovrebbe mostrare lunga durata, alta densità energetica e alta densità di potenza, in modo da poter essere caricata e ricaricata rapidamente in qualsiasi luogo e a qualsiasi temperatura per soddisfare le esigenze di guida a lunga distanza dei veicoli elettrici. Tuttavia, esiste una relazione di compromesso tra queste proprietà fisiche, e l'influenza della temperatura di materiali e apparecchiature determina la soglia di utilizzo della batteria 2s lipo.

Con il calo della temperatura, sia il tasso di carica che la tensione massima dovrebbero essere ridotti per sicurezza, rendendo la temperatura un fattore limitante chiave per la ricarica rapida. Tra questi, con la diminuzione della temperatura, il rischio di precipitazione del litio nella batteria 2s lipo aumenterà significativamente. Sebbene molti ricercatori abbiano indicato che la precipitazione del litio nella batteria 2s lipo si verifica spesso a temperature inferiori a 25 ℃, ad alta temperatura, specialmente con alti tassi di carica e densità energetica (i partner che non comprendono la densità energetica della batteria 2s lipo possono fare riferimento a questo articolo: 1200mah lipo battry energy density improvement - cell density improvement) è anche probabile che si verifichi. Inoltre, la relazione tra efficienza di ricarica rapida e temperatura è molto stretta. L'efficienza di carica di una colonnina da 50kW a 25°C è del 93%, ma a -25°C scende fino al 39%. Ciò è dovuto principalmente al fatto che il BMS della batteria 2s lipo limita la potenza nominale a basse temperature.

Una comune batteria agli ioni di litio è composta principalmente da un elettrodo negativo in grafite, un elettrodo positivo in ossido metallico di litio, un elettrolita, un collettore di corrente e un separatore poroso. Quando la batteria 2s lipo viene caricata, Li+ viene trasferito dall'elettrodo positivo a quello negativo attraverso l'elettrolita. I principali percorsi di trasmissione sono:
1) Dopo gli elettrodi allo stato solido;
2) attraverso l'interfaccia elettrodo/elettrolita degli elettrodi positivo e negativo;
3) Dopo l'elettrolita, inclusa la solvatazione e desolvatazione di Li+.
Tuttavia, condizioni di uso improprio della batteria 2s lipo spesso causano una serie di reazioni collaterali che influenzano le prestazioni e la durata. Inoltre, il tasso di carica-scarica, la resistenza interna della batteria 2s lipo e la polarizzazione della batteria influenzeranno tutte le caratteristiche termiche della batteria, come l'aumento della generazione di calore, la riduzione dell'efficienza di carica e della sicurezza, ecc.

Fattori chiave per la ricarica rapida della batteria 2s lipo

1) Polo negativo della batteria 2s lipo

Numerosi studi hanno dimostrato che il decadimento dell'elettrodo positivo della batteria 2s lipo e la crescita del film CEI sull'elettrodo positivo non influenzano la velocità di ricarica rapida del sistema tradizionale agli ioni di litio, quindi l'elettrodo negativo è diventato il principale punto di interesse durante il processo di ricarica.
In certe circostanze, il metallo di litio può continuare a precipitare formando dendriti di litio, arrivando persino a perforare il separatore e causando un cortocircuito nella batteria 2s lipo. I fattori che influenzano la deposizione di Li e la struttura del deposito includono la velocità di diffusione degli ioni Li nell'anodo, il gradiente di concentrazione dell'elettrolita all'interfaccia dell'anodo, il deposito di sali metallici sul collettore di corrente e le reazioni secondarie all'interfaccia elettrodo/elettrolita.

La ricerca mostra che le prestazioni dell'elettrodo negativo durante la deposizione di litio della batteria 2s lipo possono essere attribuite all'influenza della corrente all'inizio della deposizione di litio sulla densità superficiale e sulla resistenza interna dell'elettrodo negativo. Ridurre la resistenza interna negativa B attraverso il design della batteria 2s lipo è molto importante per migliorare la capacità di ricarica rapida della batteria 2s lipo.

2) Temperatura di ricarica rapida della batteria 2s lipo

Inoltre, l'effetto della temperatura è molto importante. Temperature troppo basse o troppo alte sono considerate sfavorevoli per la batteria, ma una temperatura più elevata della batteria 2s lipo durante la ricarica rapida aiuterà il suo equilibrio interno, specialmente per la batteria 2s lipo ad alta energia specifica.

3) Spessore dell'elettrodo della batteria 2s lipo

L'effetto dello spessore dell'elettrodo sulle prestazioni di ricarica necessita anche di attenzione. Gli elettrodi sottili sono spesso considerati ideali per il trasporto di ioni di litio, e con l'aumentare dello spessore dell'elettrodo diventa importante garantire una concentrazione sufficiente di ioni di litio all'interfaccia elettrodo/elettrolita per mantenere la stabilità della sovratensione e ridurre la possibilità di precipitazione del litio. Durante la ricarica rapida delle batterie con elettrodi spessi, i sali di litio possono depositarsi sul collettore di corrente, causando uno squilibrio nell'utilizzo dell'elettrodo e un aumento della densità di corrente dell'anodo del separatore.

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Spiegazione dettagliata del materiale catodico della batteria lipo 6s