黄学杰:做快充电速度并不难 要考虑安全性和电池寿命

肖莹

9月27日,第一电动网举办了第八期公开课,本期公开课的主题是“充电五分钟,行驶两小时的时代即将到来?”,本期公开课邀请了整车厂、电池企业、充电运营商等企业代表及行业专家共同探讨快速充电发展的必要性、进展程度,以及未来是否有市场空间等问题。来自中国科学院物理研究所的研究员黄学杰从电池工作原理的角度介绍了快速充电遇到的障碍,以及发展快速充电需要兼顾的多种因素。下文为根据黄学杰演讲实录内容整理。

黄学杰:做快充电速度并不难 要考虑安全性和电池寿命

中国科学院物理研究所研究员黄学杰

锂电池的工作原理,主要靠锂离子在正负极之间来回移动,充工作电就是把锂离子从正极搬到负极的一个过程,锂离子从材料里面出去是一个快速的过程,进入材料里面是一个慢的过程。对于石墨材料来讲,锂离子出来的时候比进去的时候超一百倍以上,速度差两个数量级,放电较容易,充电较难较慢。所以有些企业称,“把正极进行改进,就能让电池5分钟充进去多少多少电”,这完全不可信,因为充电不是正极说了算,而是负极说了算。

今天的电池材料体系,负极材料有石墨,还有其他碳材料,最近想把硅的氧化物加进去,还有快充的碳酸锂,实际上都有不同的特点。锂离子大量充电的时候,首先通过电解液,在里面进行扩散,这使得在低温的时候充电就有问题了,因为低温的时候,电解液的电马力不够,离子的扩散速度就不够,在低温的时候要想快充,这个事情会变得更难。

充不进去电的时候存在两个问题,锂离子在电解液里运不过来是一个问题,但是锂离子从电解液里面运过来以后,到了电极界面之后,进入的门太小,锂离子进不去,进去之后,屋子里面太挤,而都挤在门口更危险,在门口堆积就会导致短路,越低温的时候,这个问题会越大。

消费者对于快速充电都有需求,一辆正常的轿车,如果把充电功率提高的时候,时间会相应缩短。能达到几分钟充满电也并不是什么了不起的事,但是到了一个小时、甚至半个小时以内的时候,这种快充是否还有意义还要取决于电池、充电基础设施是不是能满足要求,这涉及到安全问题。

除了安全问题之外,快充、包括充电的模式都会影响电池的寿命,把电池的电压上限设置更高一点,代价是减少寿命。快充的时候,温度高一些可以达到效果,但是也是以牺牲电池寿命为代价的。这在刚开始使用车辆的时候可能看不出来,但是越到后面对电池的影响就会越明显。

电池寿命还跟充放电的深度有关系。例如,一块手机电池在充到90%的时候就停止,在大于20%的时候就开始充电,要比别人每一次都充得很满,每一次用到关机的时候才充电的情况,使用寿命长很多。所以,对锂电池来讲,在中间是比较好的。

举一个快充的例子,美国国家实验室曾用日产Leaf做了不同的充电情况的实验,也做了不同温度情况下的实验,主要实验的是快充50千瓦的直流充电,33千瓦的交流充电的区别。通过实验发现如果温度能够保持电池的温度比较好的情况下,电压能够控制得比较好,影响不是太大。合理的快充有两个条件,一个是温度能够控制,第二个是不能升压,要在电压区间里面做。

总结来讲,快速充电除了关心速度以外,也要关心安全和电池寿命,电池寿命跟电池的充放电深度密切相关,合理的充电、合理的快充可以做到对电池没有影响,但是高倍率的电池快速充电会对电池有影响。

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