Hva er hovedproblemet med superrask lading av power 2s lipo-batteriet?

Veiledet lesning

Denne artikkelen gir en omfattende gjennomgang av faktorene som påvirker hurtiglading av 2s lipo-batteri, hovedproblemene og løsningene for hurtiglading fra materialnivå til systemnivå.

Bakgrunn for hurtiglading av 2s lipo-batteri

I de senere år, for å begrense virkningen av klimaendringer og luftforurensning, akselererer den utbredte bruken av 2s lipo-batterier i rene elektriske kjøretøy. Samtidig har 2s lipo-batteriers rekkeviddeangst og lange ladetid, sammenlignet med tradisjonelle drivstoffkjøretøy, blitt de viktigste problemene som hindrer utviklingen av elektriske kjøretøy. Derfor har forbedring av hurtigladeevnen blitt et felles utviklingsmål for 2s lipo-batteriprodusenter og OEM-er.

Med henvisning til hurtiglading av 2s lipo-batteri introduserer følgende artikkel lade- og utladningsprinsippet for 2s lipo-batteri, og de som trenger det kan klikke for å se:
Lipo-batteri 4s lading og utlading prinsipp, sørg for å oppbevare det godt!
Studier har imidlertid vist at lading ved lav temperatur og høy hastighet vil føre til akselerert nedbrytning av batterikapasitet og utgangseffekt; et problem. Denne artikkelen fokuserer på gjennomgang og oppsummering av eksisterende litteratur, og analyserer de viktigste tekniske begrensningene på hvert nivå.

Klassifisering av lading av elektriske kjøretøy 2s lipo-batterier

Klassifiseringen av lading av elektriske kjøretøy 2s lipo-batterier inkluderer AC og DC, hvor DC-lading er raskere. Tesla var det første selskapet som brukte 120 kW hurtiglading; Bosch lanserte en 350 kW hurtigladingsplan i 2017, som ble implementert i "Taycan" i 2019. Siden den nåværende spenningen til 2s lipo-batteripakken for kjøretøy er rundt 400 V, krever høy effektlading på 350 kW en høyere spenning i 2s lipo-batteripakken for å unngå problemer med for høy strøm og overoppheting. Både Bosch "Taycan" og Audis e-tron GT konseptbil (lading opptil 350 kW) er utstyrt med en 800 V 2s lipo-batteripakke. I desember 2018 oppnådde en felles forskningsgruppe fra BMW, Bosch og Siemens hurtiglading i 450 kW CCS-modus på to testbiler i Tyskland.

Begrensende faktor for hurtiglading av 2s lipo-batteri

Selv om forskningen på å forbedre ladeeffekten til 2s lipo-batterier for elektriske kjøretøy har gjort store fremskritt, er ikke disse hurtigladingsteknologiene egnet for alle situasjoner. Avhengig av de spesifikke arbeidsforholdene og ladeomgivelsene til det elektriske kjøretøyet, vil ladeeffekten gradvis avta under den kontinuerlige ladeprosessen av 2s lipo-batteriet. I tillegg, i hurtigladingsmodus, på grunn av sikkerhet og andre faktorer, kan 2s lipo-batteriet vanligvis bare lades opp til 80 % av kapasiteten; ved høyere effekt vil ladehastigheten gradvis avta for å unngå overlading.

I tillegg påvirkes ladeeffekten også av 2s lipo-batteriets batteristyringssystem (BMS).(Lipo battery 3s management system and its necessity). Bransjen er stadig mer interessert i feltet for hurtiglading av batterier, og det er nødvendig å forstå de hastighetsbestemmende trinnene i ulike lademetoder og deres innvirkning på levetiden til 2s lipo-batteriet. Denne artikkelen har som mål å etablere koblingen mellom mikroskopiske prosesser, materialegenskaper, 2s lipo-batteri og pakningsdesign samt optimalisering av lade-strategi ut fra den multiskala og tverrfaglige naturen til hurtiglading.

2s lipo-batteri hurtigladeprinsipp

Det ideelle 2s lipo-batteriet bør ha lang levetid, høy energitetthet og høy effekttetthet, slik at det kan lades og lades opp raskt hvor som helst og ved enhver temperatur for å møte kravene til langdistansekjøring for elektriske kjøretøy. Det er imidlertid et kompromissforhold mellom disse fysiske egenskapene, og påvirkningen av material- og utstyrstemperatur bestemmer bruksgrensen for 2s lipo-batteriet.

Når temperaturen synker, bør både ladehastigheten og maksimal spenning reduseres for sikkerhet, noe som gjør temperatur til en nøkkelfaktor som begrenser hurtiglading. Blant annet øker risikoen for litiumutfelling i 2s lipo-batteriet betydelig når temperaturen synker. Selv om mange forskere har påpekt at litiumutfellingen i 2s lipo-batteriet ofte skjer ved temperaturer under 25 ℃, er det også vanlig ved høye temperaturer, spesielt ved høy ladehastighet og energitetthet (partnere som ikke forstår energitettheten til 2s lipo-batteriet kan referere til denne artikkelen: 1200mah lipo battry energy density improvement - cell density improvement). I tillegg er forholdet mellom hurtigladeeffektivitet og temperatur også svært nært. Ladeeffektiviteten til en 50kW ladestasjon ved 25°C er 93 %, men ladeeffektiviteten ved -25°C er så lav som 39 %. Dette skyldes hovedsakelig at 2s lipo-batteriets BMS har en lavtemperaturgrense for nominell effekt.

Et vanlig litium-ion-batteri består hovedsakelig av en grafitt negativ elektrode, en litium metalloksid positiv elektrode, en elektrolytt, en strømoppsamler og en porøs separator. Når 2s lipo-batteriet lades, overføres Li+ fra den positive elektroden til den negative elektroden gjennom elektrolytten. Hovedoverføringsveiene er:
1) Etter faste elektroder;
2) gjennom elektroden/elektrolyttgrensesnittet til de positive og negative elektrodene;
3) Etter elektrolytten, inkludert solvatisering og desolvatisering av Li+.
Imidlertid fører feil bruksvilkår for 2s lipo-batteri ofte til en rekke side reaksjoner som påvirker ytelse og levetid. I tillegg vil lade- og utladningshastigheten, den indre motstanden i 2s lipo-batteriet og polariseringen av batteriet alle påvirke batteriets termiske egenskaper, som økt varmeutvikling, redusert ladeeffektivitet og sikkerhet, osv.

Nøkkelfaktorer for hurtiglading av 2s lipo-batteri

1) 2s lipo-batteri negativ pol

Et stort antall studier har vist at nedbrytningen av den positive elektroden i 2s lipo-batteriet og veksten av det positive CEI-filmlaget ikke påvirker hurtigladingshastigheten til det tradisjonelle litiumion-systemet, så den negative elektroden har blitt hovedfokuset under ladeprosessen.
Under visse omstendigheter kan litiummetall fortsette å utfelles som litiumdendritter, og til og med punktere separatoren og forårsake kortslutning i 2s lipo-batteriet. Faktorer som påvirker Li-utfelling og utfellingsstruktur inkluderer diffusjonshastigheten til Li-ioner i anoden, elektrolyttens konsentrasjonsgradient ved anodegrensesnittet, metallsaltutfelling på strømsamleren og side reaksjoner ved elektrode/elektrolytt-grensesnittet.

Forskningen viser at ytelsen til den negative elektroden under litiumutfellingen i 2s lipo-batteriet kan tilskrives påvirkningen av strømmen i begynnelsen av litiumutfellingen på overflatedensiteten og den interne motstanden til den negative elektroden. Å redusere den negative interne motstanden B gjennom 2s lipo-batteridesign er svært viktig for å forbedre hurtigladekapasiteten til 2s lipo-batteriet.

2) 2s lipo-batteri hurtigladingstemperatur

I tillegg er effekten av temperatur også svært viktig. For lav eller for høy temperatur anses som ugunstig for batteriet, men den høyere temperaturen til 2s lipo-batteriet under hurtiglading vil hjelpe dets egen balanse, spesielt for 2s lipo-batterier med høy spesifikk energi.

3) Elektrodetykkelse for 2s lipo-batteri

Effekten av elektrodetykkelse på ladeytelsen krever også oppmerksomhet. Tynne elektroder anses ofte som ideelle for litiumiontransport, og når elektroden blir tykkere, blir det viktig å sikre tilstrekkelig litiumionkonsentrasjon ved elektrode/elektrolytt-grensesnittet for å opprettholde overpotensialstabilitet og redusere muligheten for litiumutfelling. Under hurtiglading av batterier med tykke elektroder kan litiumsalter avsettes på strømsamleren, noe som resulterer i ubalanse i elektrodeutnyttelsen og en økning i strømstyrken til separatoranoden.

Vel, ovenfor er hele innholdet om nøkkelspørsmålene ved superrask lading av power 2s lipo-batteriet presentert for deg av 2s lipo-batteriprodusenten CNHL i dag. Forstå, hvis du vil ha mer informasjon om 2s lipo-batterier, kan du sjekke følgende:
Detaljert forklaring av 6s lipo batteri katodemateriale