Qual é o principal problema com o carregamento super rápido da bateria lipo power 2s?

Leitura guiada

Este artigo revisa de forma abrangente os fatores que afetam o carregamento rápido da bateria 2s lipo, os principais problemas e soluções do carregamento rápido desde o nível dos materiais até ao nível do sistema.

Introdução ao contexto do carregamento rápido da bateria 2s lipo

Nos últimos anos, para limitar o impacto das alterações climáticas e da poluição do ar, o uso generalizado de baterias 2s lipo em veículos elétricos puros está a acelerar. No entanto, comparado com veículos tradicionais a combustível, a ansiedade pela autonomia das baterias 2s lipo e o longo tempo de carregamento tornaram-se os principais problemas que dificultam o desenvolvimento dos veículos elétricos. Portanto, a melhoria da capacidade de carregamento rápido tornou-se um objetivo comum de desenvolvimento dos fabricantes de baterias 2s lipo e dos OEMs.

Referindo-se ao carregamento rápido da bateria lipo 2s, o artigo seguinte introduz o princípio de carregamento e descarga da bateria lipo 2s, e os parceiros que necessitam podem clicar para ver:
Princípio de carregamento e descarga da bateria Lipo 4s, certifique-se de a armazenar bem!
No entanto, estudos mostraram que o carregamento a baixa temperatura e alta taxa causa degradação acelerada da capacidade e potência da bateria; questão. Este artigo foca-se na revisão e resumo da literatura existente, e analisa as principais restrições técnicas em cada nível.

Classificação do carregamento da bateria lipo 2s para veículos elétricos

A classificação do carregamento da bateria lipo 2s para veículos elétricos inclui AC e DC, sendo o carregamento DC mais rápido. A Tesla foi a primeira empresa a usar carregamento rápido de 120kW; a Bosch lançou um plano de carregamento rápido de 350kW em 2017, implementado no "Taycan" em 2019. Como a tensão atual do pack da bateria lipo 2s para veículos é cerca de 400V, o carregamento de alta potência de 350kW requer uma tensão mais elevada do pack da bateria lipo 2s para evitar problemas de corrente excessiva e geração excessiva de calor. Tanto o "Taycan" da Bosch como o carro-conceito e-tron GT da Audi (carregamento até 350kW) estão equipados com um pack de bateria lipo 2s de 800V. Em dezembro de 2018, um grupo de investigação conjunto da BMW, Bosch e Siemens conseguiu carregamento rápido em modo CCS de 450kW em dois carros de teste na Alemanha.

Fator limitador do carregamento rápido da bateria lipo 2s

Embora a investigação para melhorar a potência de carregamento da bateria lipo 2s para veículos elétricos tenha feito grandes progressos, estas tecnologias de carregamento rápido não são adequadas para todas as situações. De acordo com as condições específicas de trabalho e ambiente de carregamento do veículo elétrico, a potência de carregamento irá decair gradualmente durante o processo contínuo de carregamento da bateria lipo 2s. Além disso, no modo de carregamento rápido, devido a fatores de segurança e outros, a bateria lipo 2s geralmente só pode ser carregada até 80% da potência; a potências mais elevadas, a taxa de carregamento diminui gradualmente para evitar sobrecarga.

Além disso, a potência de carregamento também é afetada pelo sistema de gestão da bateria lipo 2s (BMS).(Sistema de gestão da bateria lipo 3s e a sua necessidade). A indústria está cada vez mais interessada no campo do carregamento rápido de baterias, sendo necessário compreender os passos que determinam a velocidade dos diferentes métodos de carregamento e o seu impacto na vida útil da bateria lipo 2s. Este artigo pretende estabelecer a ligação entre processos microscópicos, propriedades dos materiais, design da bateria lipo 2s e do pack, e a otimização da estratégia de carregamento a partir da natureza multiescalar e multidisciplinar do carregamento rápido.

Princípio de carga rápida da bateria 2s lipo

A bateria 2s lipo ideal deve apresentar longa vida útil, alta densidade energética e alta densidade de potência, para que possa ser carregada e recarregada rapidamente em qualquer local e a qualquer temperatura, a fim de satisfazer os requisitos de condução de longa distância dos veículos elétricos. No entanto, existe uma relação de compromisso entre estas propriedades físicas, e a influência da temperatura do material e do equipamento determina o limiar de utilização da bateria 2s lipo.

À medida que a temperatura diminui, tanto a taxa de carga como a voltagem máxima devem ser reduzidas por segurança, tornando a temperatura um fator limitador chave para a carga rápida. Entre eles, à medida que a temperatura diminui, o risco de precipitação de lítio na bateria 2s lipo aumenta significativamente. Embora muitos investigadores tenham apontado que a precipitação de lítio na bateria 2s lipo ocorre frequentemente a uma temperatura inferior a 25 ℃, a altas temperaturas, especialmente com alta taxa de carga e densidade energética (parceiros que não compreendem a densidade energética da bateria 2s lipo podem consultar este artigo: 1200mah lipo battry energy density improvement - cell density improvement), também é propensa a ocorrer. Além disso, a relação entre a eficiência da carga rápida e a temperatura é também muito próxima. A eficiência de carga de uma estação de carga de 50kW a 25°C é de 93%, mas a eficiência de carga a -25°C é tão baixa quanto 39%. Isto deve-se principalmente ao facto de o BMS da bateria 2s lipo limitar a potência nominal a baixas temperaturas.

Uma bateria comum de iões de lítio é composta principalmente por um eletrodo negativo de grafite, um eletrodo positivo de óxido metálico de lítio, um eletrólito, um coletor de corrente e um separador poroso. Quando a bateria 2s lipo é carregada, o Li+ é transferido do eletrodo positivo para o eletrodo negativo através do eletrólito. Os principais caminhos de transmissão são:
1) Após os eletrodos em estado sólido;
2) através da interface eletrodo/eletrólito dos eletrodos positivo e negativo;
3) Após o eletrólito, incluindo a solvatação e desolvatação de Li+.
No entanto, as condições de uso inadequadas da bateria 2s lipo frequentemente causam uma série de reações secundárias que afetam o desempenho e a vida útil. Além disso, a taxa de carga-descarga, a resistência interna da bateria 2s lipo e a polarização da bateria influenciam todas as características térmicas da bateria, como o aumento da geração de calor, a redução da eficiência de carga e a segurança, etc.

Fatores chave do carregamento rápido da bateria 2s lipo

1) Pólo negativo da bateria 2s lipo

Numerosos estudos mostraram que a degradação do eletrodo positivo da bateria 2s lipo e o crescimento do filme CEI do eletrodo positivo não afetam a velocidade de carregamento rápido do sistema tradicional de iões de lítio, pelo que o eletrodo negativo se tornou a principal preocupação durante o processo de carregamento.
Em certas circunstâncias, o metal de lítio pode continuar a precipitar em dendritos de lítio, e até perfurar o separador causando um curto-circuito na bateria 2s lipo. Os fatores que afetam a deposição de Li e a estrutura da deposição incluem a taxa de difusão dos iões de Li no ânodo, o gradiente de concentração do eletrólito na interface do ânodo, a deposição de sais metálicos no coletor de corrente e as reações secundárias na interface eletrodo/eletrólito.

A pesquisa mostra que o desempenho do eletrodo negativo durante a deposição de lítio da bateria 2s lipo pode ser atribuído à influência da corrente no início da deposição de lítio na densidade superficial e resistência interna do eletrodo negativo. Reduzir a resistência interna negativa B através do design da bateria 2s lipo é muito importante para melhorar a capacidade de carregamento rápido da bateria 2s lipo.

2) Temperatura de carregamento rápido da bateria 2s lipo

Além disso, o efeito da temperatura também é muito importante. Temperaturas demasiado baixas ou demasiado altas são consideradas desfavoráveis para a bateria, mas a temperatura mais elevada da bateria 2s lipo durante o carregamento rápido ajudará ao seu próprio equilíbrio, especialmente para a bateria 2s lipo de alta energia específica.

3) Espessura do eletrodo da bateria 2s lipo

O efeito da espessura do eletrodo no desempenho do carregamento também merece atenção. Eletrodos finos são frequentemente considerados ideais para o transporte de iões de lítio, e à medida que o eletrodo engrossa, torna-se importante garantir uma concentração suficiente de iões de lítio na interface eletrodo/eletrólito para manter a estabilidade do sobretensão e reduzir a possibilidade de precipitação de lítio. Durante o carregamento rápido de baterias com eletrodos espessos, sais de lítio podem ser depositados no coletor de corrente, resultando num desequilíbrio na utilização do eletrodo e num aumento da densidade de corrente do ânodo do separador.

Bem, o acima é o conteúdo completo das questões principais do carregamento super rápido da bateria 2s lipo trazido a si pelo fabricante de baterias 2s lipo CNHL hoje. Compreenda, se quiser obter mais informações sobre a bateria 2s lipo, pode consultar o seguinte:
Explicação detalhada do material do cátodo da bateria lipo 6s