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快充不是EV的萬能藥 淺析車載動力電池(一)

2019 年 05 月 22 日 00 : 00 原創 編輯:周凱 來源:冰球突破摆脱游戏网站
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冰球突破摆脱游戏网站 www.ohaft.icu [ EV知道 實驗室 ]談到新能源汽車自然就會談到動力電池,而電池這個東西對于我們大多數人來說又是個既熟悉又陌生的存在。熟悉的是電池存在于我們身邊方方面面的應用之中,陌生的則是它的來龍去脈、脾氣秉性。而大規模應用于新能源汽車的三元鋰離子則是一個不斷更新的電池體系,涉及了物理學與化學的諸多研究領域。這就使得人們對于鋰電池更加缺乏深入理性的了解,而這個系列文章將試圖將車載動力電池的相關問題做一個淺顯的介紹,希望能對朋友們有所幫助。

快充不是EV的萬能藥 淺析車載動力電池(一)

充電速度慢,特別是相對于燃油車幾分鐘加滿油箱的體驗來說落差過大,是當前新能源車的一個重要痛點。而針對這個問題,很多宣傳中都將快充作為了車輛的一個重要指標??斐淙肥的芴嶸綞檔氖褂帽憷?,但我們也應該認識到快充同樣也帶來了一系列的問題。

快充不是EV的萬能藥 淺析車載動力電池(一)

一、快充的問題

對于充電,我們的要求其實很簡單:快速、高效、安全。用通俗的話講就是不出危險、不傷我電池的情況下盡可能快的充電,充電過程中也不要浪費。而快充所包括的參與者則包括了電池、充電機和配套設施,那么討論快充自然離不開這三個參與者。

1、快充倍率

首先,我們的先明確一下到底啥叫快充。行業里對于快充的定義并不是看具體的充電功率,而是依據一個叫充電倍率的指標,單位是C。充電倍率通俗的說就是一塊電池要用一小時的幾倍時間充滿,1小時充滿是1C、2小時充滿是0.5C而半小時充滿就是2C。按照早前的國際推薦標準,超過0.1C的倍率就可稱之快充了。而在當前的電動汽車中,國家層面在商用車標準是3C,而乘用車則差不多在1.6C才能稱之為快充。但目前乘用車的快充倍率在1C-1.2C左右。

所以,一輛帶電量60kWh、充電功率60kW的車和一輛帶電量40kWh、充電功率50kW的車相比,真的是50kW充電功率的車的快充能力更強。

2、快充的參與者

電池、充電機和配套設施,從實施難度上看充電機相對容易,而電池和配套設施方面則都面臨著令人頭疼的現狀。

充電樁

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目前國內外都有大功率快充樁的消息不斷傳來,而其自身的主要問題其實不過是如何商業化、如何平衡成本。而更多的問題則是什么樣的電池能承受這么大的充電倍率(目前乘用車最大帶電量也就100kWh,而500kW的充電帶來的將是5C的充電倍率),和如此大的突發用電功率如何做好電網配套。

電池

先說鋰電池,這是一種比較新興的二次電池(也就是俗稱的充電電池,是多次循環使用的;相對應一次性的干電池則是一次電池),由于其相對適用于大倍率充放電的特性而廣泛應用于當前的新能源汽車領域。

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而我們所需要的快充能力則就是建立在鋰電池的理化結構特性的基礎上的,是有其內在科學規律的,不可能憑空而來的“放衛星”。鋰電池快充需要在在電池整體的各個環節中都下功夫,主要包括正極、負極、電解液、隔膜和結構設計等。其中正極材料與結構設計方面目前是瓶頸最小的部分,而負極、隔膜、電解液這三者都在快充與安全、壽命等方面存在著嚴重的矛盾。

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負極方面,而快充大電流帶來負極迅速接納鋰的壓力變大,進而生成鋰枝晶的傾向變大。因此快充時負極不僅要滿足鋰擴散的動力學要求,更要解決鋰枝晶生成傾向加劇帶來的安全性問題,所以快充電芯實際上主要的技術難點鋰離子在負極的嵌入。受限于成本目前仍以石墨為主。雖然石墨綜合的加工性能、能量密度方面都比較優秀,但其表面對于電解液較為敏感的缺點也對快充時、特別是枝晶生長造成隔膜破裂后的的電池安全造成了不利影響。

電解質對于快充鋰離子電池的性能影響很大。要保證電池在快充大電流下的穩定和安全性,電解液要做到不能分解、導電率要高、對正負極材料是惰性的,不能反應或溶解。如果要達到這幾個要求,關鍵要用到添加劑和功能電解質。具體到三元鋰電池則必須向其中加入各種抗高溫類、阻燃類、防過充電類的添加劑?;?,才能一定程度上提高其安全性。

而隔膜則是隔離正負極、避免內部短路的關鍵,而快充則對隔膜的安全性與壽命造型了相當的壓力。特別是近年來國內有些企業因過度追求單體能量密度而大幅度的降低隔膜厚度,使得隔膜對于枝晶穿刺等的應對能力出現了一定隱患。

快充不是EV的萬能藥 淺析車載動力電池(一)

需要注意的是有一種情況,枝晶的積累穿刺瀕臨界限甚至已經產生了眾多的微短路,但其所產生的熱在慢慢提高電池溫度卻還未高到讓材料燃燒、產生的氣體也未足以撐破電池外殼。這時,經過一段時間后,電池才會發生爆炸。這也是我們目前很難精確預報電池起火的原因之一。

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電池充電中還有一個關系到用戶的實際利益問題,就是快充會造成很大程度的“浮電”問題,也就是我們常說的快充后的電池不耐用。

所以在電池技術取得重大進步前,電池在保證自身綜合性能平衡的前提下,快充性能不可能出現飛躍式的進展。

配套設施

快充最重要的配套需求就是電網適配。無論的巨大的用電量還是突發用電功率都對現有電網構成了重大的壓力,而總所周知電網的適配能力是非常有限的,不可能無限制的應對發展越來越迅速、基數越來越龐大的新能源汽車的快充需求。

快充不是EV的萬能藥 淺析車載動力電池(一)

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所以,快充是不可能成為主流充電形式的,“慢充為主、快充應急”將是很長一段時期內的新能源車充電的主要生態。

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