リチウム電池の急速充電容量に影響を与える要因を調査するには

新しい電気自動車が頻繁に導入されます：「急速充電、30分充電で80％を得ることができます。範囲は200 kmで、範囲の不安を完全に解決します！」商用車は急速充電を使用して機器の効率を改善し、乗用車はそれを使用して範囲の不安を解決し、標準のトレンドとなっている「ガスのタンクを追加する」時間が迫っています。今日は、急速充電方法についてもっと知りましょう。

どのくらいの速さの充電を「急速充電」と呼ぶことができますか？

私たちは以下の基本的な要求を請求します：

1）より速く充電します。

2）バッテリーの寿命に影響を与えないでください。

3）お金を節約するために、できるだけ多くの充電器を出して、すべて私のバッテリーに充電します。

では、どのくらいの速さで急速充電を呼び出すことができますか？標準的なドキュメント固有の値はありません。参照値のしきい値に関する最も有名な補助金ポリシーについて説明しました。下の表は、2017年の新エネルギーバス補助金基準です。ご覧のとおり、高速充填のエントリーレベルは3cです。実際、乗用車の補助金基準では、急速充電の要件については言及されていません。一般的な乗用車の販促資料からわかるように、一般的に80％の30分は急速充電スタントとして使用でき、宣伝をすることができると考えられているので、乗用車1.6Cはエントリーレベルの急速充電リファレンスになると考えてみましょう値。この一連の考えによれば、15分を80％で促進します。これは、3.2Cに相当します。

どこで急速充電のボトルネック？

このコンテキストでの急速充電では、当事者は、バッテリー、充電器、配電設備を含む物理的なボディポイントに従って行うものとします。

急速充電について話し合いますが、バッテリーについて直接考えることはありますか。実際、バッテリーに問題が発生する前に、まずは充電機、つまり配電線の問題です。スーパーチャージングパイルとして知られるテスラのチャージングパイルは、120kwです。テスラModelS85Dパラメーター、96 s75p、232.5 Ah、最大403 vによると、最大需要電力に対応する1.6Cは149.9kWです。ここから、長距離の純粋な電気自動車の場合、1.6 Cまたは80％で30分間、充電パイルテストが行われていることがわかります。

国の基準では、元の住宅の電力ネットワーク設定充電ステーションで直接許可していません。 1つは、電力消費の数十人の居住者がすぐに充填パイルの電力容量を超えています。したがって、充電ステーションには10 kv変圧器の個別のセットが必要であり、地域の配電ネットワークには10kv変電所を追加する余裕がありません。

彼はバッテリーを言った。バッテリーは、巨視的および微視的な2つの角度から、1.6Cおよび3.2Cの充電要件を満たすことができます。

急速充電の巨視的理論について

このセクションのトピックは「巨視的理論の急速充電」と呼ばれます。これは、バッテリーの急速充電容量がリチウム電池のアノード材料であるかどうかを直接決定するためです。材料は内部特性、微細構造、電解質組成、添加剤、膜特性などです。マイクロレベル、私たちは一時的に脇に置き、バッテリーの外に立って、リチウムバッテリーの急速充電方法です。

リチウム電池は最適な充電電流です

1972年アメリカの科学者JAMは、バッテリーの充電プロセスで提案されたように、最良の充電曲線と彼の3つの質量法則です。この理論は鉛蓄電池用であり、最大許容充電電流境界条件の定義は次のとおりです。少量の反応ガスの生成、明らかにこの状態は特定の反応タイプに関連しています。

しかし、システムのアイデアは存在し、最適なソリューションは普遍的です。リチウム電池に固有の、最大許容電流の境界条件を定義し、再定義することができます。いくつかの研究の結論に基づいており、その最適値は依然として同様の質量法則の傾向曲線です。

リチウムイオン電池の境界条件の最大許容充電電流は、リチウム電池のモノマーの要因を考慮する必要があることに加えて、システムの最大値である熱容量などのシステムレベルの要因も考慮する必要があることに注意してください。許容充電電流が異なります。そして、この議論の基礎を続けていきます。

以下を説明するマス定理式：

I = I0 * e ^ alpha t

タイプ;初期バッテリー充電電流の場合はI0;充電レートで受け入れられるアルファ。充電時間のT。セルタイプ、構造、および新旧の程度に関連するI0およびアルファ値。

この段階では、バッテリーの充電方法の研究は、開発するための最良の充電曲線に主に基づいています。下の図に示すように、充電電流が最適な充電曲線を超えている場合、充電率を改善できないだけでなく、セルボリュームの分析が増加します。最適な充電曲線よりも小さい場合は、セルに害はありませんが、充電時間が長くなりますが、充電効率が低下します。

この理論では、この論文には3つのレベルが含まれており、3つの法則があります。

（1）任意の放電電流に対して、バッテリー充電電流はアルファよりも受け入れられ、バッテリー容量のうち、平方根に反比例します。

（2）任意の放電について、アルファおよび放電電流はIdの対数に正比例します。

（3）放電後の異なる放電率のバッテリー、最終的な（受け入れ）の充電電流を許可します。それはすべて、充電電流の合計を許可する放電率を下回っています。

上記の定理は、この概念を受け入れるための充電能力の源です。まず、能力を受け入れるための料金を理解します。リングを見つけたが、公式の統一された定義は見られなかった。自身の理解によれば、充電許容能力は特定の環境条件にあり、充電式バッテリーの最大電流の特定の負荷容量を持っています。許容できる手段は、副作用がなく、バッテリーの寿命と性能に悪影響を与えないはずです。

3つの法則を理解します。一定の電力の後にリリースされた最初の法則では、バッテリーの充電受け入れ能力は現在の負荷容量に関連付けられており、負荷容量は低く、充電受け入れは高くなります。 2番目の法則は、パルス放電を充電する過程にあり、バッテリーがリアルタイムの許容可能な電流値を改善するのに役立ちます。第三法則、充電は能力を受け入れますが、充電時間前の充電と放電の重ね合わせの影響を受けます。

質量理論がリチウム電池に適用される場合、分極角度への逆パルス充電（反射急速充電法の特定の名前の下）を使用して、温度を抑制するのに役立つことを説明することができます。質量理論はパルス法のサポートです。さらに、実際に質量理論を最大限に活用するのは、インテリジェントな充電方法です。つまり、バッテリーパラメータを追跡します。充電電流値は、安全な境界内で作成されたリチウムバッテリーの質量曲線に従い、効率を最大化するために充電します。

一般的な急速充電方法

リチウム電池の充電方法には、急速充電の要件に応じて多くの種類があり、その主な方法には、パルス充電、反射、インテリジェント充電があります。異なるセルタイプ、およびその適用可能な充電方法も同一ではありませんが、このセクションでは区別する方法を使用しないでください。

パルス充電

これは文献のパルス充電方法であり、充電後に設定されたパルス位相は4.2 Vの上限電圧に接触し、4.2Vを超えると継続します。その特定のパラメータ設定の合理性は別として、違いは異なるタイプのバッテリー間です。パルス実装プロセスに焦点を当てています。

以下はパルス充電曲線で、主に予備充電、定電流充電、パルス充電の3つのフェーズが含まれています。バッテリーを充電するために定電流で定電流充電するプロセスでは、エネルギーの一部が内部バッテリーに転送されます。バッテリー電圧が最大電圧（4.2 V）まで上昇すると、パルス充電モードになり、バッテリーの1cのパルス電流が断続的に発生します。一定の充電時間では、Tcバッテリー電圧は上昇し続け、停止充電電圧は徐々に低下します。バッテリーの電圧が低下して電圧（4.2 V）が制限されたら、バッテリーと同じ電流値で次の充電サイクルを開始します。このサイクルは、バッテリーがいっぱいになるまで充電します。

パルス充電の過程で、バッテリー電圧降下速度は徐々に遅くなり、充填時間T0が長くなり、定電流充電デューティー比が5％〜10％と低くなると、バッテリーが完全に充電されたと考えて、充電が終了します。従来の充電方法と比較して、大電流充電、濃度分極およびオーム分極の充電式電池でのパルス充電を排除し、次の充電をよりスムーズにし、充電速度、小さな温度変化、電池寿命への影響、およびそのため、現在広く使用されています。しかし、その欠点は明らかです。電源の制限されたフロー機能が必要であり、これはパルス充電モードのコストを増加させます。

断続的な充電方法

リチウム電池間欠充電方式には、可変電流間欠充電方式と可変電圧間欠充電方式があります。

1）可変電流間欠充電方式

厦門大学の陳教授ボディビットが可変電流間欠充電法を提唱し、その特徴は定電流充電圧力が可変電流間欠充電を制限することです。下の図に示すように、バッテリーのより大きな電流値を採用する可変電流間欠充電方式の第1段階では、バッテリー電圧がカットオフ電圧に達し、V0が充電を停止し、バッテリー電圧が急激に低下します。充電電流を減らすことにより、一度に充電を続けます。バッテリー電圧が再び上昇してV0が充電を停止するカットオフ電圧になると、充電電流によって設定された数回（通常は約3〜4回）が電流値として減少します。その後、定電圧充電の段階に入り、定電圧で充電電流が下限値になるまでバッテリーを減らし、充電は終了します。

充電電圧が制限された状態での充填段階の可変電流間欠充電方法では、電流が間欠モードを減少させ、充電電流を増加させ、プロセスを高速化し、充電時間を短縮します。しかし、充電モード回路はより複雑で高コストであり、一般的には高電力急速充電での採用のみを検討してください。

2）可変電圧間欠充電

可変電流間欠充電法に基づいて、可変電圧間欠充電法を研究した。 2つの違いは、プロセスの最初の段階が断続的な定圧で断続的な定電流になることです。上の図（a）と（b）を比較すると、最良の充電曲線に沿って、目に見える定圧間欠充電がより多くなっています。定電圧充電のすべての段階で、定電圧、充電電力

徐々に低下する特性上、充電電流許容率に合わせて、指数低下の法則に従って自然に流れます。

反射型急速充電方式

反射急速充電方式。反射充電方式または「しゃっくり」充電方式とも呼ばれます。この方法の各作業サイクルには、正電荷、逆瞬間放電、および3段階が含まれます。それは大部分、充電をスピードアップするために、バッテリー分極現象を解決します。ただし、逆放電はリチウム電池の寿命を縮めます。

上記のように、各充電サイクルでは、最初に2 cの電流充電時間を使用するとTcが10秒、次に充填停止時間が0.5秒Tr1、逆放電時間がTdの1秒、0.5秒Tr2になります。 、12秒間の各充電のサイクルタイム。充電に伴い、充電電流は徐々に小さくなります。

インテリジェント充電方式

インテリジェント充電は、下図に示すように、より高度な充電方法の1つであり、主な原理は、バッテリーの電圧と電流の増分をチェックしてバッテリーの充電状態を判断することにより、du / dtおよびdi / dt制御技術を適用します。 、動的追跡バッテリーの許容可能な充電電流、バッテリーの許容可能な最大充電曲線に近いすべての充電電流。この種のインテリジェントな方法は、一般的にニューラルネットワークやファジー制御技術などの高度なアルゴリズムと組み合わされて、システムの自動最適化を実現します。

充電率実験データの充電方法の影響

定電流充電法と逆パルス充電の文献比較。定電流充電は、バッテリー充電の定充電電流による充電プロセス全体です。早期の定電流充電は大電流充電が可能ですが、時間の経過とともに分極抵抗が現れて徐々に増加し、より多くのエネルギーを熱に消費し、バッテリーの温度を徐々に上昇させます。

定電流充電とパルス充電の比較

パルス充電方式、充電は短時間の逆充電電流の後、一定期間です。下図のような基本形。短い放電パルス充電プロセスでは、脱分極の効果があり、充電プロセスでの分極抵抗の影響を低減します。

専門的な研究では、パルス充電と定電流充電の効果を比較しています。 1 C、2 C、3 C、および4 C（バッテリー定格容量値の場合はC）の平均電流を取得し、4つのグループのコントラスト実験をそれぞれ実行し、実際の充填電力の下でバッテリーの電力がなくなった後に測定しました。 。グラフは、充電電流が2cパルス充電電流とバッテリー電圧波形の場合です。表1の定電流充電パルス実験データの場合、パルス持続時間は1秒、は0.9秒のパルス時間、負のパルス時間は0.1秒です。

Ichavは平均充電電流、Qinは電気を充填します。エネルギーを放出するためのQo、効率のためのeta。

実験結果から、上の表に、定電流充電とおおよそのパルス充電効率、定電流でわずかにパルスがありますが、常にバッテリー電力を満たしていることがわかります。パルスモードは定電流モードよりも大幅に多くなります。

異なるパルスデューティ比のパルス充電の影響

充電速度、衝撃、放電時間が長い、充電が遅いという負に帯電した追放時間の電気パルス充電;逆共平均電気流充電気時間、放出電気時間越回。下の表からわかるように、効率と電力を充填することの影響は明らかな傾向がありますが、数値の違いはそれほど大きくありません。これに関連して、充電時間と温度が示されていないという2つの重要なパラメータがあります。

したがって、パルス充電を選択すると、連続定電流充電よりも優れています。特定のデューティ比を選択すると、バッテリーの温度上昇と充電時間を考慮する必要があります。

さまざまな状態でのリチウム電池のパラメータや環境パラメータの種類ごとに最適な充電電流値がありますので、セル構造から見て、最適な充電値に影響を与える要因は何ですか。

充電のマイクロプロセス

「ロッキングチェア」タイプのバッテリーと呼ばれるリチウムイオンバッテリーは、電荷の移動、外部回路の電源の再充電、または外部電源からのイオンの移動を負にします。バッテリーの極に電圧負荷を充電する過程のコンクリート、電解質に埋め込まれたアノード材料からのリチウムイオン、同時に正の硬化流体を介した過剰な電子、カソードの動きへの外部回路。電解質中のリチウムイオンは、正から負へ、ダイヤフラムを通ってカソードへと移動します。カソードの表面のSEIフィルムを通して、アノードのグラファイト層構造に埋め込まれ、電子と結合します。

イオンと電子の動作全体の過程で、電気化学的および物理的なセル構造の電荷移動への影響は、急速充電性能に影響を及ぼします。

急速充電、各部品のバッテリー要件

バッテリーの場合、電力性能を向上させたい場合は、主にアノード、カソード、電解質、ダイアフラム、構造設計など、全体的な取り組みのすべてのリンクでバッテリーが必要です。

アノード

実際、あらゆる種類のアノード材料を使用して、ほぼすべての急速充電バッテリーを製造できます。コンダクタンス（内部抵抗を低減）、拡散反応速度（）、（寿命を説明する必要はありません）を含むメインの性能を確保する必要があります。 、セキュリティ（説明する必要はありません）、適切な処理性能、比表面積が大きすぎる、セキュリティサービスの副作用を減らします）。もちろん、問題を解決するための特定の材料ごとに異なる場合がありますが、通常、一般的なアノード材料は、これらの要件を満たすために一連の最適化を行うことができますが、異なる材料とは異なる場合もあります。

A、リン酸鉄リチウムは、導電率と低温の問題により焦点を当てている可能性があります。粒子表面処理イオン伝導体で形成されたナノカーボンコーティングされた適度な（適度であることに注意してください、より薄い論理ではありません）が最も典型的な戦略です。

コンダクタンス、三元材料自体はBが優れていますが、反応性が高いため、ナノレア作業用の三元材料です（特にバッテリーの分野では、ナノは材料性能のすべての対抗策ではなく、時には多くの反応があります） 、安全性にもっと注意を払い、有害事象（電解質を使用）を抑制します。結局のところ、三元材料の呪いは安全です。最近、バッテリーで頻繁な安全事故がより高い要件を提起しています。

C、マンガン酸リチウムは生命にとってより価値があり、現在市場にはかなりの数の急速充電バッテリーリチウムマンガン酸システムがあります。

カソード

充電時のリチウムイオン電池、リチウムからマイナスへの移行。そして、高電位の急速充電大電流は、負の電極電位がより負になり、負の圧力がリチウムをすばやく受け入れ、リチウムデンドライトが大きくなる傾向があるため、カソードが要件を満たすだけではない場合の急速充電より多くのリチウムデンドライト形成を解決するためのリチウム拡散ダイナミクスは、セキュリティの問題をもたらす傾向があるため、急速充電コアと、カソードに埋め込まれたリチウムイオンの主な技術的困難。

A、現在市場で支配的なアノード材料はまだグラファイト（市場シェアの約90％）であり、彼がいない根本的な原因はより安価です（毎日高すぎるバッテリー、感嘆符！、そしてグラファイト複合処理はより良い性能、エネルギー密度、比較的少ない欠点。もちろん、グラファイトアノードにも問題があります。その表面は電解質に非常に敏感であり、強い指向性を備えたリチウム埋め込み反応であるため、グラファイト表面処理を行い、構造の安定性を向上させ、促進します。拡散方向に基づくリチウムイオンが主要であるため、ハードワークが必要です。

B、近年のハードカーボン材料とソフトカーボン材料には多くのものがあります。インターカレートされたハードカーボン材料の開発-liポテンシャルが高く、微孔性の材料であるため、反応速度性能は良好です。そして、ソフトカーボン材料は電解質との良好な適合性を持っています、MCMB材料も非常に代表的です、ハードソフトカーボン材料は一般的に低効率、高コストです（そして私が産業の観点から恐れているのと同じくらい安いグラファイトを想像してください）、グラファイトよりはるかに少なく、いくつかのより特別なバッテリーで多目的に使用できます。

C、誰かが著者のチタン酸リチウムをどのように尋ねるか尋ねます。簡単に言うと、チタン酸リチウムには電力密度が高いという利点があり、安全であり、欠点は明らかであり、エネルギー密度は低く、Whの計算コストは非常に高いとのことです。したがって、チタン酸リチウム電池の観点の著者は常にそうです：それは特定の状況で利点がある有用な技術ですが、多くのコストのために、より高い範囲を要求することは適用できません。

D、シリコンアノード材料は重要な開発の方向性です。パナソニックの新しい18650バッテリーは、この種の材料の商業プロセスをすでに開始しています。しかし、ナノのバランスを実現するために、材料要件の一般的なミクロングレードのパフォーマンスとバッテリー業界をどのように追求しますか？それはまだもっとやりがいのある仕事です。

横隔膜

パワーバッテリーの場合、その安全性に大電流が作用し、寿命はより高い要求を提供します。ダイヤフラムはコーティング技術に開放されておらず、セラミックコーティングは安全性が高いため、電解液中の不純物が急速に除去されるなどのダイヤフラム特性を消費する可能性があり、特に促進効果の三元電池の安全性が特に重要です。セラミックメンブレンは主に従来のダイアフラム表面にコーティングされたアルミナ粒子を配置するシステムで使用され、新しい、ダイアフラムに固体電解質ファイバーがコーティングされているため、ダイアフラムの内部抵抗が低く、ダイアフラムのファイバーの力学支持効果が良く、ダイヤフラム穴の混雑傾向が少なくなります。ダイヤフラムのコーティング後、良好な安定性、温度が高くても収縮変形が容易ではなく短絡を引き起こす、清華大学材料研究所政策メンバー、江蘇南青タオエネルギー会社の技術サポートチームはいくつかの代表的な作品を持っていますこの点で、下図に示すようなダイヤフラム。

ダイヤフラムコーティングされた固体電解質繊維

電解質

急速充電用の電解液は、リチウムイオン電池の性能に大きな影響を与えます。小屋の安定性と安全性を確保するための急速充電バッテリーでは、電解質は次の特徴を満たす必要があります：A）分離できない、B）高い導電率、C）カソード材料は不活性、応答または溶解しない。これらの要件を満たしたい場合、重要なのは電解質添加剤と機能を使用することです。その影響による三元急速充電バッテリーの安全性などは非常に大きく、あらゆる種類の高温耐性、難燃性を結合し、過充電添加剤を防止してある程度保護し、セキュリティを向上させる必要があります。そして、チタン酸リチウム電池の問題、高温ビルジガス、改善された機能だけでなく、高温電解質にも依存します。

バッテリー構造の設計

最適化戦略は、典型的な積層型VSコイル塞栓術であり、積層型電池電極間の並列関係ではなく、コイル塞栓術は直列であるため、前者の内部抵抗ははるかに小さく、電力供給に適しています。また、非常に耳の数の変動カンフーである可能性があり、内部抵抗と熱放散の問題を解決します。高導電性電極材料を使用することに加えて、より導電性の高い薬剤を使用すること、コーティングおよびより薄い電極も戦略を考慮することができます。

要するに、モバイルに影響を与え、バッテリー充電電極の空洞率係数内に埋め込まれ、リチウムバッテリーの急速充電能力に影響を与えます。

主流メーカーの急速充電技術の概要

CATL

アノード用に開発されたニンデ時代の「超電子ネットワーク技術により、リン酸鉄リチウムは優れた電子伝導性を発揮します。アノードグラファイト表面では、グラファイト/超急速充電の変更後、「高速イオンリング」技術変更を採用し、高エネルギー密度のカソードは、過剰な副産物を急速充電すると表示されなくなり、4〜5 cの高速充填容量を実現し、10〜15分の高速充電を実現し、システムレベルで70 wh / kg以上のエネルギー密度を保証できます。 10000倍のサイクル寿命を達成する（寿命はかなり長いと言う）。熱管理、その熱管理システムは、異なる温度とSOC「健康充電間隔」の下で固定化学システムを完全に認識し、リチウムの動作温度を大幅に広げます電池。

ウォルターm

ウォルターは最近あまり良くありません、技術の理論だけにしましょう。現在市場に出回っているリン酸鉄リチウムの使用のより小さな粒子サイズは300〜600 nmであり、ウォルターmは100〜300 nmしかないため、リン酸鉄リチウムリチウムイオンはより速く移動します。現在の充電と放電のより大きな比率に。システム外のバッテリーについては、熱管理システムの設計とシステムのセキュリティを強化する必要があります。

マイクロマクロパワー

初期のマイクロマクロパワーは、多孔質炭素複合アノード材料用のスピネル構造の急速充電大電流、チタン酸リチウム+に耐えることを選択しました。バッテリーの安全性が脅かされる高電力電流時の急速充電を回避するために、マイクロマクロダイナミックコンビネーションは電解質を燃焼させず、高多孔性、高透過性ダイアフラム技術およびSTLインテリジェント熱制御流体技術は、迅速なバッテリーの安全性を保証しますバッテリーチャージ。

2017年には、高容量の高出力リチウムマンガン酸アノード材料を使用した新世代の高エネルギー密度電池をリリースしました。モノマーのエネルギー密度は170 wh / kgに達し、15分で急速充電を実現し、寿命と安全性の両方を目標としています。

珠海シルバーロング

チタン酸リチウムカソード、広い動作温度範囲、およびその大きな充放電率、特定の技術スキームで有名であり、明確なデータは示されていません。スタッフと話をしているショーは、その急速充電が10c、寿命20000回達成されたと言いました。

急速充電技術の未来

電気自動車は急速充電技術であり、歴史の方向性や鍋のいたずらのフラッシュですが、実際には意見が異なり、結論はありません。範囲の不安を解決するための代替手段として、バッテリーのエネルギー密度とプラットフォーム上の全体的な輸送コストを考慮に入れます。

同じバッテリーだけでのエネルギー密度と高速充填性能は、双方向の非互換性であると言えます」と彼女は言いました。バッテリーのエネルギー密度の追求が現在主流です。エネルギー密度が十分に高い場合、車の積載量は、いわゆる「範囲の不安」を回避するのに十分な大きさであり、バッテリーの充電特性の要求を減らすでしょう。同時に、バッテリーのKWHコストが低くなければ、容量は大きいので、 KeDingKeMaoに「不安」を十分に買うには、人々が選択する必要があります、そのような考え、急速充電は存在の価値です。別の観点は、昨日言及された急速充電設備のコストです、これはもちろん一部です社会全体のプッシュ電気コストの。

腰痛に立ち向かうことは要約です。急速充電技術は、急速に発展している大きな拡張、エネルギー密度、および高速充填技術を得ることができます。2つの技術は悪意がありすぎます。コスト削減は、将来の見通しにとってかなり重要な役割を果たす可能性があります。

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