这么说吧——快充之所以叫快充,就是超出一般速度的充电方式。既然超常,多少对电池都会有一些影响。但是,正常使用快充是没有问题的。快充有影响,使用没问题吗?具体有哪些影响,产生的机理又是什么?如何控制?日常使用要注意哪些?快充原理是锂离子需要尽可能快速嵌入负极,但其大电流、高功率充电会产生热量,影响电池寿命和性能。BMS可以智能调控充电速度,适度快充可减少影响。日常使用主要以慢充为主,定期保养检测也很重要。使用注意合理,便可减少对电池损害。
这么说吧——快充之所以叫快充,就是超出一般速度的充电方式。
既然超常,多少对电池都会有一些影响。但是,正常使用快充是没有问题的。
打个比方,快充就好比是吃汉堡快餐,平常一顿两顿不碍事,除非顿顿吃或者吃变质的,才会影响我们的健康。
回到这个问题,光回答个“快充有影响,使用没问题”是不够的,接下来我还是从原理上来讲讲具体有哪些影响,产生的机理又是什么?如何控制?以及日常使用要注意哪些?。
一、快充的原理是什么?
电池充放电其实就是一系列氧化还原反应的过程。
充电过程中,正极上生成的锂离子,经由电解液从正极运动到负极,而负极的石墨是一种层状结构,到达负极的锂离子嵌入到负极的层状结构中,完成充电。嵌入的锂离子越多,充电容量越高。因此,快充的根本原理就是锂离子需要用尽可能快的速度嵌入到负极。
快充到底有多快?我们通常用倍率C来衡量。倍率C的计算公式如下:
倍率C=充电电流/额定容量
C数值越大,充电速率越快。比如一块容量为100Ah的电池,我们用100A的电流充电,那么充电倍率就是1C,即1小时能充满电。如果我们用200A的电流充电,那么充电倍率就是2C,30分钟就能充满。目前,电动汽车行业一般定义充电倍率在1.6C以上的为快充。
由此,我们可以知道,快充意味着电池要承受大电流、高功率充电。
物理课上我们都学过,电流流经电阻会产生热量。如果,我们把电池看作是一个电阻,当电池在进行快充时,经受这么大的电流,也一定会产生发热问题,而且电池的材料结构更加精密,大电流快充带来的副反应就更复杂了。
二、快充对电池的影响有哪些?
锂电池充电就像倒啤酒,速度快,装满啤酒的速度也快,但是泡沫(副反应)很多。
快充在节约了充电时间的同时,也会对电池本身有一定影响。接下来,我就从两个方面来讲讲——
1、对锂电池循环寿命的影响
(1)热效应对电池的影响
前面说过,电池因为存在内阻,在通电时会产热。根据焦耳定律,发热量Q=I²Rt。充电电流越大,锂离子移动的速度越快,电池温度升高得也越快。
慢充功率较低,单位时间内发热低,通电时间更长,充电过程中所出现的热量差别不足以造成电池衰老速度的差异。反之,快充的高功率会使电池在短时间内升温,而高温是锂电池老化的最大杀手,温度的升高会伴随着一些副反应,如电解液分解、电极上产生沉积物,导致反应可逆性降低,电池容量也就会慢慢的减少。
(2)快充引起的负极析锂/活性锂损失
快充状态下,如果充电功率太大,会有过量的锂离子从正极脱嵌出,而且锂离子的移动速度非常快,这时候负极接收锂离子的能力跟不上,就容易使一部分锂离子无法顺利嵌入负极,造成析锂现象。锂离子沉积后,进一步与电解液发生反应,形成死锂。可移动的锂离子少了,电池容量也就会变小,缩短电池使用寿命。
(3)快充导致的电极粉化破碎
快充时,当充电电流过大,正负极的电化学反应赶不上电荷的移动速度,就会使电位偏离平衡电位,也就是极化。不仅如此,在快充的过程中由于脱锂和嵌锂速度都很快,因此正负极的锂离子浓度差会更加显著,从而导致锂离子电池内部的应力分布不均,而应力的不均将会造成活性物质颗粒内部的裂纹,活性物质颗粒与导电剂、粘结剂分离,电极与集流体之间的剥离等现象
电极粉化破碎导致活性物质的损失,这也意味着电池容量的降低和寿命的缩短。
2、对锂电池快充性能的影响
除了对电池寿命的影响之外,快充对电池快充性能本身也是有影响的。
要知道,电池不是一桶纯净水,其材料和结构都比较复杂,所以电压在电池中的分布并不是完全均匀的,快充过程中锂离子移动的速度很快,很容易造成过电压,短时间在电池表面形成一个高电压值,但是电池深处的电压却是低的。
而判断电池是否充满,是通过对电压的测量。电池表面电压达到峰值,就会让BMS误以为电池电量已充满,为了更好地保护电池,从而结束充电。但其实电池整体电压还没达到满电状态,我们平常吐槽的“虚电”就是这个原因。
三、如何保障电池的快充性能?
既然快充会产生上面提到的种种影响,那快充在技术上有什么保障呢?这时候就得和大家讲讲BMS也就是电池管理系统发挥的作用了。
BMS可以对电池温度,电池均衡性,充电电流、电压等方面进行智能化调控,监测电池的状态,并与充电装置进行信息交互,防止电池出现过充电和过放电,保障电池的安全和长寿命。
简单地来说,BMS可以根据电池的不同状态和承受能力,设计最合适的快充速度。而电池的充电速度也不是恒定不变的,而是会根据电池的情况动态变化。说到这里,就涉及充电策略的概念了。
一般情况下,电池快充到80%就会逐渐降低速度,以免过充。就好像倒水一下,一开始可以倒很快,但是快倒满的时候就要慢慢地倒,以免溢出。
因此,通常在进行电池系统设计时,会制定合理的快充功率表,比如@NEV-Futurist所提供的这一张简表,从中大家可以看到不同的荷电态和不同温度下的充电倍率的变化:
当然实际的充电策略还要比上面说的更加复杂、精细。目前所使用的充电策略,主要有下面四种,可以稍微了解一下:
四、日常使用如何减少对电池的损害?
总的来说,任何电池使用快充多多少少都会对电池有影响。
但是如果电动汽车的电池密度、材料、温度以及电池管理系统,设计非常合理的话,那么这种伤害会在一个合理可控的范围之内。说白了,只要是合格的电池正常使用快充是没问题的。而且现在很多电动汽车对快充的设计也是建立在满足汽车全生命周期内的快充次数基础上。
所以,日常使用快充不会对电池造成明显的伤害。
日常使用中,尽量以慢充为主,快充作为应急补能配合使用,一周使用两、三次快充也没有什么问题。
总结一下!快充也好,慢充也好,定期给爱车做保养,让工作人员对电池进行检测分析,都是非常重要的。
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