Jaki jest kluczowy problem z bardzo szybkim ładowaniem baterii power 2s lipo?

Czytanie z przewodnikiem

Niniejszy artykuł kompleksowo przegląda czynniki wpływające na szybkie ładowanie akumulatorów 2s lipo, główne problemy i rozwiązania szybkiego ładowania od poziomu materiałowego do systemowego.

Wprowadzenie do tła szybkiego ładowania akumulatorów 2s lipo

W ostatnich latach, aby ograniczyć wpływ zmian klimatycznych i zanieczyszczenia powietrza, przyspiesza się powszechne stosowanie akumulatorów 2s lipo w pojazdach elektrycznych. Jednak w porównaniu z tradycyjnymi pojazdami spalinowymi, lęk przed zasięgiem akumulatorów 2s lipo oraz długi czas ładowania stały się głównymi problemami hamującymi rozwój pojazdów elektrycznych. Dlatego poprawa możliwości szybkiego ładowania stała się wspólnym celem rozwojowym producentów akumulatorów 2s lipo i OEM-ów.

Odnosząc się do szybkiego ładowania baterii 2s lipo, poniższy artykuł wprowadza zasadę ładowania i rozładowywania baterii 2s lipo, a zainteresowani mogą kliknąć, aby zobaczyć:
Zasada ładowania i rozładowywania baterii Lipo 4s, koniecznie przechowuj ją odpowiednio!
Jednak badania wykazały, że ładowanie w niskiej temperaturze i z dużą szybkością powoduje przyspieszoną degradację pojemności baterii i mocy wyjściowej; problem ten. Niniejszy artykuł koncentruje się na przeglądzie i podsumowaniu istniejącej literatury oraz analizie kluczowych ograniczeń technicznych na każdym poziomie.

Klasyfikacja ładowania baterii 2s lipo do pojazdów elektrycznych

Klasyfikacja ładowania baterii 2s lipo do pojazdów elektrycznych obejmuje ładowanie AC i DC, z których ładowanie DC jest szybsze. Tesla była pierwszą firmą, która zastosowała szybkie ładowanie o mocy 120kW; Bosch w 2017 roku przedstawił plan szybkiego ładowania o mocy 350kW, który został wdrożony w "Taycan" w 2019 roku. Ponieważ obecne napięcie pakietu baterii 2s lipo do pojazdów wynosi około 400V, ładowanie o wysokiej mocy 350kW wymaga wyższego napięcia pakietu baterii 2s lipo, aby uniknąć problemów z nadmiernym prądem i nadmiernym nagrzewaniem się. Zarówno Bosch "Taycan", jak i koncepcyjny samochód Audi e-tron GT (ładowanie do 350kW) są wyposażone w pakiet baterii 2s lipo o napięciu 800V. W grudniu 2018 roku wspólna grupa badawcza BMW, Bosch i Siemens osiągnęła szybkie ładowanie w trybie CCS o mocy 450kW na dwóch samochodach testowych w Niemczech.

Czynnik ograniczający szybkie ładowanie baterii 2s lipo

Chociaż badania nad poprawą mocy ładowania baterii 2s lipo do pojazdów elektrycznych poczyniły duże postępy, technologie szybkiego ładowania nie są odpowiednie we wszystkich sytuacjach. W zależności od konkretnych warunków pracy i środowiska ładowania pojazdu elektrycznego, moc ładowania będzie stopniowo maleć podczas ciągłego procesu ładowania baterii 2s lipo. Ponadto w trybie szybkiego ładowania, ze względu na bezpieczeństwo i inne czynniki, bateria 2s lipo zwykle może być naładowana tylko do 80% mocy; przy wyższej mocy szybkość ładowania stopniowo spada, aby uniknąć przeładowania.

Ponadto moc ładowania jest również wpływana przez system zarządzania baterią 2s lipo (BMS).(Lipo battery 3s management system and its necessity). Branża coraz bardziej interesuje się dziedziną szybkiego ładowania baterii, dlatego konieczne jest zrozumienie etapów decydujących o szybkości różnych metod ładowania oraz ich wpływu na żywotność baterii 2s lipo. Niniejszy artykuł ma na celu ustanowienie związku między procesami mikroskopowymi, właściwościami materiałów, konstrukcją baterii 2s lipo i pakietu oraz optymalizacją strategii ładowania z uwzględnieniem wieloskalowej i multidyscyplinarnej natury szybkiego ładowania.

Zasada szybkiego ładowania baterii 2s lipo

Idealna bateria 2s lipo powinna charakteryzować się długą żywotnością, wysoką gęstością energii i wysoką gęstością mocy, tak aby mogła być szybko ładowana i doładowywana w dowolnym miejscu i przy dowolnej temperaturze, aby spełnić wymagania dotyczące długodystansowej jazdy pojazdów elektrycznych. Jednak istnieje kompromis między tymi właściwościami fizycznymi, a wpływ temperatury materiałów i urządzeń determinuje próg użytkowania baterii 2s lipo.

Wraz ze spadkiem temperatury zarówno szybkość ładowania, jak i maksymalne napięcie powinny być zmniejszone dla bezpieczeństwa, co czyni temperaturę kluczowym czynnikiem ograniczającym szybkie ładowanie. Wśród nich, wraz ze spadkiem temperatury, ryzyko wytrącania litu w baterii 2s lipo znacznie wzrasta. Chociaż wielu badaczy wskazało, że wytrącanie litu w baterii 2s lipo często występuje w temperaturze poniżej 25 ℃, to jednak przy wysokiej temperaturze, zwłaszcza przy wysokiej szybkości ładowania i gęstości energii (partnerzy, którzy nie rozumieją gęstości energii baterii 2s lipo, mogą odnieść się do tego artykułu: 1200mah lipo battry energy density improvement - cell density improvement) również łatwo dochodzi do wytrącania. Ponadto związek między efektywnością szybkiego ładowania a temperaturą jest również bardzo bliski. Efektywność ładowania stacji ładowania 50kW przy 25°C wynosi 93%, ale przy -25°C spada do zaledwie 39%. Wynika to głównie z faktu, że BMS baterii 2s lipo ogranicza moc znamionową przy niskiej temperaturze.

Typowa bateria litowo-jonowa składa się głównie z grafitowej elektrody ujemnej, dodatniej elektrody z tlenku metalu litu, elektrolitu, kolektora prądu i porowatej przegrody. Podczas ładowania baterii 2s lipo Li+ jest przenoszone z elektrody dodatniej do elektrody ujemnej przez elektrolit. Główne ścieżki transmisji to:
1) Po elektrodach stałych;
2) przez interfejs elektroda/elektrolit elektrody dodatniej i ujemnej;
3) Po elektrolit, w tym solwatację i desolwatację Li+.
Jednak niewłaściwe warunki użytkowania baterii 2s lipo często powodują szereg reakcji ubocznych, które wpływają na wydajność i żywotność. Ponadto szybkość ładowania-rozładowania, wewnętrzny opór baterii 2s lipo oraz polaryzacja baterii wpływają na właściwości termiczne baterii, takie jak zwiększone generowanie ciepła, obniżenie efektywności ładowania i bezpieczeństwa itp.

Kluczowe czynniki szybkiego ładowania akumulatora 2s lipo

1) Biegun ujemny akumulatora 2s lipo

Wiele badań wykazało, że degradacja elektrody dodatniej akumulatora 2s lipo oraz wzrost filmu CEI na elektrodzie dodatniej nie mają wpływu na szybkość szybkiego ładowania tradycyjnego systemu litowo-jonowego, dlatego elektroda ujemna stała się głównym obiektem zainteresowania podczas procesu ładowania.
W pewnych okolicznościach metaliczny lit może nadal wytrącać się w postaci dendrytów litu, a nawet przebić separator, powodując zwarcie w akumulatorze 2s lipo. Czynniki wpływające na osadzanie się litu i strukturę osadu obejmują szybkość dyfuzji jonów Li w anodzie, gradient stężenia elektrolitu na granicy anody, osadzanie się soli metali na kolektorze prądu oraz reakcje uboczne na granicy elektroda/elektrolit.

Badania pokazują, że wydajność elektrody ujemnej podczas osadzania litu w akumulatorze 2s lipo można przypisać wpływowi prądu na początku osadzania litu na gęstość powierzchniową i opór wewnętrzny elektrody ujemnej. Zmniejszenie ujemnego oporu wewnętrznego B poprzez projektowanie akumulatora 2s lipo jest bardzo ważne dla poprawy zdolności szybkiego ładowania akumulatora 2s lipo.

2) Temperatura szybkiego ładowania akumulatora 2s lipo

Ponadto wpływ temperatury jest również bardzo ważny. Zbyt niska lub zbyt wysoka temperatura będzie uważana za niekorzystną dla baterii, ale wyższa temperatura akumulatora 2s lipo podczas szybkiego ładowania pomoże jego własnej równowadze, szczególnie w przypadku akumulatorów 2s lipo o wysokiej gęstości energii.

3) Grubość elektrody akumulatora 2s lipo

Wpływ grubości elektrody na wydajność ładowania również wymaga uwagi. Cienkie elektrody są często uważane za idealne do transportu jonów litu, a wraz ze wzrostem grubości elektrody ważne staje się zapewnienie wystarczającego stężenia jonów litu na granicy elektroda/elektrolit, aby utrzymać stabilność nadnapięcia i zmniejszyć możliwość wytrącania się litu. Podczas szybkiego ładowania baterii z grubą elektrodą, sole litu mogą osadzać się na kolektorze prądu, co skutkuje nierównomiernym wykorzystaniem elektrody i wzrostem gęstości prądu na anodzie separatora.

Cóż, powyższe to cała zawartość kluczowych zagadnień dotyczących superszybkiego ładowania akumulatora 2s lipo, przedstawiona dziś przez producenta akumulatorów 2s lipo CNHL. Zrozum, jeśli chcesz uzyskać więcej informacji o akumulatorach 2s lipo, możesz sprawdzić poniższe:
Szczegółowe wyjaśnienie materiału katody baterii 6s lipo