Power 2s lipo pilin süper hızlı şarjının temel sorunu nedir?

Yönlendirilmiş okuma

Bu makale, 2s lipo pil hızlı şarjını etkileyen faktörleri, hızlı şarjın malzeme seviyesinden sistem seviyesine kadar olan başlıca sorunları ve çözümlerini kapsamlı bir şekilde incelemektedir.

2s lipo pil hızlı şarj arka plan tanıtımı

Son yıllarda, iklim değişikliği ve hava kirliliğinin etkisini sınırlamak amacıyla, saf elektrikli araçlarda 2s lipo pillerin yaygın kullanımı hızlanmaktadır. Ancak, geleneksel yakıtlı araçlarla karşılaştırıldığında, 2s lipo pil menzil endişesi ve uzun şarj süresi, elektrikli araçların gelişimini engelleyen başlıca sorunlar haline gelmiştir. Bu nedenle, hızlı şarj kapasitesinin iyileştirilmesi, 2s lipo pil üreticileri ve OEM'lerin ortak gelişim hedefi olmuştur.

2s lipo pil hızlı şarjına atıfta bulunan aşağıdaki makale, 2s lipo pilin şarj ve deşarj prensibini tanıtmaktadır; ihtiyacı olan ortaklar tıklayarak inceleyebilir:
Lipo pil 4s şarj ve deşarj prensibi, mutlaka iyi saklayın!
Ancak, çalışmalar düşük sıcaklıkta ve yüksek oranlı şarjın pil kapasitesi ve çıkış gücünün hızlandırılmış bozulmasına yol açacağını göstermiştir; soru işareti. Bu makale mevcut literatürün gözden geçirilmesi ve özetlenmesine odaklanmakta ve her seviyedeki temel teknik kısıtlamaları analiz etmektedir.

Elektrikli araç 2s lipo pil şarjının sınıflandırılması

Elektrikli araç 2s lipo pil şarjının sınıflandırılması AC ve DC olarak yapılır; bunlar arasında DC şarj daha hızlıdır. Tesla, 120kW hızlı şarj kullanan ilk şirkettir; Bosch 2017'de 350kW hızlı şarj planını açıkladı ve bu plan 2019'da "Taycan"da uygulandı. Araçlar için 2s lipo pil paketinin mevcut voltajı yaklaşık 400V olduğundan, 350kW yüksek güçlü şarj, aşırı akım ve aşırı ısı oluşumu sorunlarını önlemek için daha yüksek voltajlı 2s lipo pil paketi gerektirir. Hem Bosch'un "Taycan"ı hem de Audi'nin e-tron GT konsept aracı (350kW'a kadar şarj) 800V 2s lipo pil paketi ile donatılmıştır. Aralık 2018'de BMW, Bosch ve Siemens'in ortak araştırma grubu Almanya'da iki test aracında 450kW CCS modunda hızlı şarj gerçekleştirdi.

2s lipo pil hızlı şarj sınırlayıcı faktörü

Elektrikli araçlar için 2s lipo pilin şarj gücünü artırmaya yönelik araştırmalar büyük ilerleme kaydetmiş olsa da, bu hızlı şarj teknolojileri her durum için uygun değildir. Elektrikli aracın spesifik çalışma koşulları ve şarj ortamına göre, 2s lipo pilin sürekli şarj sürecinde şarj gücü kademeli olarak azalacaktır. Ayrıca, hızlı şarj modunda, güvenlik ve diğer faktörler nedeniyle, 2s lipo pil genellikle sadece %80 güç seviyesine kadar şarj edilebilir; daha yüksek güçte, aşırı şarjı önlemek için şarj hızı kademeli olarak düşer.

Ayrıca, şarj gücü 2s lipo pil yönetim sistemi (BMS) tarafından da etkilenir.(Lipo pil 3s yönetim sistemi ve gerekliliği). Sektör, hızlı pil şarjı alanına giderek daha fazla ilgi göstermekte ve farklı şarj yöntemlerinin hız belirleyici adımlarını ve bunların 2s lipo pilin ömrü üzerindeki etkisini anlamak gerekmektedir. Bu makale, mikroskobik süreçler, malzeme özellikleri, 2s lipo pil ve paket tasarımı ile şarj stratejisi optimizasyonu arasındaki bağlantıyı, hızlı şarjın çok ölçekli ve çok disiplinli doğasından kurmayı amaçlamaktadır.

2s lipo pil hızlı şarj prensibi

İdeal 2s lipo pil, uzun ömür, yüksek enerji yoğunluğu ve yüksek güç yoğunluğu sergilemeli, böylece elektrikli araçların uzun mesafe sürüş gereksinimlerini karşılamak için herhangi bir yerde ve herhangi bir sıcaklıkta hızlıca şarj edilip yeniden şarj edilebilmelidir. Ancak, bu fiziksel özellikler arasında bir ödünleşim ilişkisi vardır ve malzeme ile ekipman sıcaklığının etkisi 2s lipo pilin kullanım eşik değerini belirler.

Sıcaklık düştükçe, güvenlik için hem şarj hızı hem de maksimum voltaj azaltılmalıdır; bu da sıcaklığı hızlı şarj için önemli bir sınırlayıcı faktör yapar. Bunlar arasında, sıcaklık azaldıkça 2s lipo pilde lityum çökelme riski önemli ölçüde artar. Birçok araştırmacı 2s lipo pilin lityum çökelmesinin genellikle 25 ℃ altındaki sıcaklıklarda gerçekleştiğini belirtmiş olsa da, yüksek sıcaklıkta, özellikle yüksek şarj hızı ve enerji yoğunluğunda (1200mah lipo battry energy density improvement - cell density improvement) da yüksek olma eğilimindedir. Ayrıca, hızlı şarj verimliliği ile sıcaklık arasındaki ilişki de çok yakındır. 25°C'deki 50kW şarj istasyonunun şarj verimliliği %93 iken, -25°C'deki şarj verimliliği sadece %39'dur. Bunun başlıca nedeni, 2s lipo pil BMS'nin düşük sıcaklıkta nominal gücünün sınırlandırılmasıdır.

Ortak bir lityum iyon pil, esas olarak bir grafit negatif elektrot, bir lityum metal oksit pozitif elektrot, bir elektrolit, bir akım toplayıcı ve gözenekli bir ayırıcıdan oluşur. 2s lipo pil şarj edilirken, Li+ elektrolit üzerinden pozitif elektrottan negatif elektrota aktarılır. Ana iletim yolları şunlardır:
1) Katı hal elektrotlar sonrası;
2) Pozitif ve negatif elektrotların elektrot/elektrolit arayüzü üzerinden;
3) Elektrolit sonrası, Li+ 'nun solvasyonu ve desolvasyonu dahil.
Ancak, 2s lipo pilin yanlış kullanım koşulları genellikle performansı ve ömrü etkileyen bir dizi yan reaksiyona neden olur. Ayrıca, şarj-deşarj hızı, 2s lipo pilin iç direnci ve pilin polarizasyonu, ısı üretiminin artması, şarj verimliliğinin ve güvenliğinin azalması gibi pilin termal özelliklerini etkiler.

2s lipo pil hızlı şarj anahtar faktörleri

1) 2s lipo pil negatif kutup

Çok sayıda çalışma, 2s lipo pilin pozitif elektrotunun bozulması ve pozitif elektrot CEI filminin büyümesinin geleneksel lityum iyon sisteminin hızlı şarj hızını etkilemediğini göstermiştir, bu nedenle şarj sürecinde negatif elektrot ana odak noktası olmuştur.
Belirli koşullar altında, lityum metali lityum dendritlerine çökmeye devam edebilir ve hatta ayırıcıyı delerek 2s lipo pilde kısa devreye neden olabilir. Li çökelmesi ve çökelme yapısını etkileyen faktörler arasında anot içindeki Li iyonlarının difüzyon hızı, anot arayüzündeki elektrolit konsantrasyon gradyanı, akım toplayıcının metal tuz çökelmesi ve elektrot/elektrolit arayüzündeki yan reaksiyonlar bulunur.

Araştırmalar, 2s lipo pilin lityum çökelmesi sırasında negatif elektrot performansının, lityum çökelmesinin başlangıcındaki akımın negatif elektrotun yüzey yoğunluğu ve iç direnci üzerindeki etkisine bağlanabileceğini göstermektedir. 2s lipo pil tasarımıyla negatif iç direnç B'nin azaltılması, 2s lipo pilin hızlı şarj kapasitesini artırmak için çok önemlidir.

2) 2s lipo pil hızlı şarj sıcaklığı

Ayrıca, sıcaklığın etkisi de çok önemlidir. Çok düşük veya çok yüksek sıcaklık pil için olumsuz kabul edilir, ancak hızlı şarj sırasında 2s lipo pilin daha yüksek sıcaklığı kendi dengesine yardımcı olur, özellikle yüksek özgül enerjili 2s lipo pil için.

3) 2s lipo pil elektrot kalınlığı

Elektrot kalınlığının şarj performansı üzerindeki etkisi de dikkat gerektirir. İnce elektrotlar genellikle lityum iyon taşınımı için ideal kabul edilir ve elektrot kalınlaştıkça, elektrot/elektrolit arayüzünde yeterli lityum iyon konsantrasyonunun sağlanması, aşırı potansiyel stabilitesinin korunması ve lityum çökelme olasılığının azaltılması önem kazanır. Kalın elektrotlu pillerin hızlı şarjı sırasında, lityum tuzları akım toplayıcıda çökelerek elektrot kullanımında dengesizliğe ve ayırıcı anotun akım yoğunluğunda artışa neden olabilir.

Yukarıda, 2s lipo pil üreticisi CNHL tarafından sunulan güç 2s lipo pilinin süper hızlı şarjının anahtar konularının tamamı yer almaktadır. Daha fazla 2s lipo pil bilgisi almak isterseniz, aşağıdakileri inceleyebilirsiniz:
6s lipo pil katot malzemesinin detaylı açıklaması