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

Leitura guiada

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

Introdução ao contexto do carregamento rápido da bateria lipo 2s

Nos últimos anos, para limitar o impacto das alterações climáticas e da poluição do ar, a utilização generalizada de baterias lipo 2s em veículos elétricos puros está a acelerar. No entanto, comparativamente aos veículos a combustível tradicional, a ansiedade relativamente à autonomia da bateria lipo 2s e o longo tempo de carregamento tornaram-se os principais problemas que dificultam o desenvolvimento dos veículos elétricos. Por isso, a melhoria da capacidade de carregamento rápido tornou-se um objetivo comum de desenvolvimento dos fabricantes de baterias lipo 2s 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 demonstraram que o carregamento a baixa temperatura e a alta taxa provoca uma degradação acelerada da capacidade e da potência de saída da bateria; questão. Este artigo foca-se na revisão e resumo da literatura existente, analisando as principais limitações 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 CA e CC, sendo o carregamento em CC 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 de bateria lipo 2s para veículos ronda os 400V, o carregamento de alta potência de 350kW requer uma tensão mais elevada do pack de 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 alcançou 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 vai 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 é também 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 visa estabelecer a ligação entre processos microscópicos, propriedades dos materiais, design da bateria lipo 2s e do pack e otimização da estratégia de carregamento a partir da natureza multiescala e multidisciplinar do carregamento rápido.

Princípio do carregamento rápido da bateria lipo 2s

A bateria lipo 2s 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, de modo a 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 lipo 2s.

À medida que a temperatura desce, tanto a taxa de carregamento como a tensão máxima devem ser reduzidas por razões de segurança, tornando a temperatura um fator limitador chave para o carregamento rápido. Entre estes, à medida que a temperatura diminui, o risco de precipitação de lítio na bateria lipo 2s aumenta significativamente. Embora muitos investigadores tenham apontado que a precipitação de lítio na bateria lipo 2s ocorre frequentemente a temperaturas inferiores a 25 ℃, a temperaturas elevadas, especialmente com alta taxa de carregamento e densidade energética (os parceiros que não compreendem a densidade energética da bateria lipo 2s podem consultar este artigo: Melhoria da densidade energética da bateria lipo 1200mah - melhoria da densidade celular), também é propensa a ocorrer. Além disso, a relação entre a eficiência do carregamento rápido e a temperatura é também muito próxima. A eficiência de carregamento de uma estação de carregamento de 50kW a 25°C é de 93%, mas a eficiência de carregamento a -25°C é tão baixa quanto 39%. Isto deve-se principalmente ao facto de o BMS da bateria lipo 2s 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 lipo 2s é carregada, o Li+ é transferido do eletrodo positivo para o eletrodo negativo através do eletrólito. Os principais caminhos de transmissão são:
1) Através dos eletrodos sólidos;
2) através da interface eletrodo/eletrólito dos eletrodos positivo e negativo;
3) Através do eletrólito, incluindo a solvatação e desolvatação do Li+.
No entanto, condições de uso inadequadas da bateria lipo 2s 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 lipo 2s e a polarização da bateria afetam as características térmicas da bateria, como o aumento da geração de calor, redução da eficiência de carregamento e segurança, entre outros.

Fatores chave do carregamento rápido da bateria lipo 2s

1) Polo negativo da bateria lipo 2s

Numerosos estudos demonstraram que a degradação do eletrodo positivo da bateria lipo 2s 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 lítio metálico pode continuar a precipitar em dendritos de lítio, podendo mesmo perfurar o separador e causar um curto-circuito na bateria lipo 2s. Os fatores que afetam a deposição de Li e a estrutura da deposição incluem a taxa de difusão dos iões 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 investigação mostra que o desempenho do eletrodo negativo durante a deposição de lítio na bateria lipo 2s 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 lipo 2s é muito importante para melhorar a capacidade de carregamento rápido da bateria lipo 2s.

2) Temperatura de carregamento rápido da bateria lipo 2s

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

3) Espessura do eletrodo da bateria lipo 2s

O efeito da espessura do eletrodo no desempenho de 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 sobrepotencial 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 chave do super carregamento rápido da bateria lipo 2s de potência trazido hoje pelo fabricante de baterias lipo 2s CNHL. Para compreender melhor, se desejar obter mais informações sobre a bateria lipo 2s, pode consultar o seguinte:
Explicação detalhada do material do cátodo da bateria lipo 6s