鉅大LARGE | 點擊量：5103次 | 2018年04月16日
CATL的快充，鋰電池快充技術(shù)大揭秘
什么是快充技術(shù)？快充技術(shù)的原理是什么？技術(shù)難點在哪里？今天小編非常榮幸邀請到CATL“快充王”王博為大家講解快充技術(shù)。
王博，國內(nèi)研究鋰電池快充技術(shù)第一人，擁有長達八年的快充技術(shù)研發(fā)經(jīng)驗。當(dāng)你看到“充電5分鐘，通話兩小時”的時候，你就想起王博的會心一笑。
要理解快充，一個專業(yè)術(shù)語是逃脫不掉的。C!C是什么?C指的是充電倍率，可以簡單理解為充、放電的速率。鋰離子電池的充放電倍率，決定了我們可以以多快的速度，將一定的能量存儲到電池里面，或者以多快的速度，將電池里面的能量釋放出來。
舉個例子，1C的電流，從滿電到放電完全是用1/1=1小時;2C=1/2小時，也就是30分鐘；4C，則耗時15分鐘。
快充和慢充是相對的概念。業(yè)界普遍認為，電動汽車快充是指充電電流大于1.6C的充電方式，也就是從0%充電到80%時間小于30分鐘的技術(shù)。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
如果我們把鋰離子電池形象地比喻為一把搖椅，搖椅的兩端為電池的兩極，而鋰離子就像優(yōu)秀的運動健將，在搖椅的兩端來回奔跑。
充電時，電池的正極上有鋰離子生成，生成的鋰離子經(jīng)過電解液運動到負極。作為負極的碳呈層狀結(jié)構(gòu)，它有很多微孔，以供到達負極的鋰離子嵌入。嵌入的鋰離子越多，充電容量越高。
快充時，鋰離子需要加速瞬時嵌入到負極。這對負極的快速接收鋰離子的能力挑戰(zhàn)很大。普通化學(xué)體系的電池在快充時負極會出現(xiàn)副產(chǎn)物，影響電芯的循環(huán)和穩(wěn)定性。
所以，鋰電池快充的技術(shù)的核心就是在不影響電芯壽命和可靠性的前提下，通過化學(xué)體系和設(shè)計優(yōu)化，加速鋰離子在正負極移動的速度。
鋰離子在正/負極的擴散和移動，跟百米賽跑一樣。我們希望跑道要足夠的寬，不要相互擁擠。如何拓寬通道呢？
為此，在負極石墨表面，CATL采用了“快離子環(huán)”技術(shù)，相當(dāng)于在石墨表面打造一圈高速跑道，極大地加快鋰離子在石墨層的嵌入，修飾后的石墨兼顧超級快充和高能量密度的特性。
快充時負極不再出現(xiàn)副產(chǎn)物，大大提高鋰離子在石墨層的嵌入速度，使其具備4-5C快充能力，實現(xiàn)10-15分鐘快速充電。
另外，電池內(nèi)部的散熱速率，也是影響倍率性能的一個重要因素。如果散熱速率慢，大倍率充放電時所積累的熱量無法傳遞出去，會影響鋰離子電池的可靠性和壽命。
CATL當(dāng)前開發(fā)的快充產(chǎn)品，搭載自主研發(fā)的熱管理系統(tǒng)，能充分識別固定化學(xué)體系在不同溫度和SOC下的“健康充電區(qū)間”，極大拓寬鋰電池的運營溫度區(qū)間。
遇到南方酷暑的夏天時，電池系統(tǒng)自動發(fā)出降溫需求，啟動水冷系統(tǒng)給電芯降溫，真正做到“全氣候”的快充。
當(dāng)電池處于北方寒冷的冬天時，水熱系統(tǒng)在低溫下為電芯加熱，待電芯溫度達到要求，即開啟快充模式。
目前，CATL超級鐵鋰快充產(chǎn)品已經(jīng)批量應(yīng)用在商用車領(lǐng)域，可實現(xiàn)10分鐘內(nèi)充滿85%，循環(huán)壽命高達10000次以上。已有2600余臺搭載CATL超級快充產(chǎn)品的電動大巴在市場上運行，運行狀態(tài)良好，得到了整車企業(yè)和公交用戶的好評。
乘用車的快充技術(shù)也能實現(xiàn)350公里續(xù)航、15分鐘內(nèi)完成充電。目前多家乘用車企業(yè)正與CATL開展快充產(chǎn)品研發(fā)合作。
不過，對于大功率快充的普及，眼下還存在著諸多困難還須產(chǎn)業(yè)鏈上下游眾志成城一一攻破。
01
基礎(chǔ)設(shè)施的影響
快充的功率可達350kW，這對現(xiàn)有電網(wǎng)瞬時負擔(dān)很大，可能會影響電網(wǎng)的穩(wěn)定性，同時由于基礎(chǔ)設(shè)施的設(shè)計及鋪設(shè)的滯后可能對快充的推廣帶來一定的影響。
標(biāo)準(zhǔn)化及電壓功率等級
02
一般來說，快充采用的為直流充電，基本上都是公共設(shè)施，這樣，不同的廠家應(yīng)采用相同的充電協(xié)議及標(biāo)準(zhǔn)，這樣才能使得公共設(shè)施更好的通用。
03
電氣系統(tǒng)的挑戰(zhàn)
隨著電池電壓的升高，對車載的電力電子的功率器件是新的挑戰(zhàn)，技術(shù)的限制，只有部分國外的廠商能提供相關(guān)的產(chǎn)品，這對專利及整車的成本上均是挑戰(zhàn)。
充電時的熱管理的挑戰(zhàn)
04
快速充電的電流大，電池及充電系統(tǒng)的發(fā)熱量大，對車輛的熱管理系統(tǒng)是一個很大的挑戰(zhàn)，提高熱管理的效率，探索直接冷卻在車上的使用及非車載冷卻系統(tǒng)等均是可能的挑戰(zhàn)。
這些快充小知識你得收下
快充傷電池有沒有科學(xué)依據(jù)？
傷害的后果是什么?
每一個相同設(shè)計的電池，都存在著“健康充電區(qū)間”，而快充電池的化學(xué)體系是經(jīng)過特殊優(yōu)化的，其“健康充電區(qū)間”比慢充電池的大，所能承受的充電電流自然比慢充電池要大。
因此，如果使用經(jīng)過體系優(yōu)化的快充電池，其壽命是不會受到影響的。但是，如果強制將慢充電池當(dāng)作快充電池使用的話，由于充電電流超過了慢充電池的健康充電區(qū)間，電池會受到比較大的傷害，壽命就會大大縮短。
CATL經(jīng)過多年研究發(fā)現(xiàn)，健康充電區(qū)間跟兩個因素相關(guān)，一個是溫度，一個是SOC，（荷電狀態(tài)，電壓的高低）。所以只要識別每一個電池的健康充電區(qū)間，在范圍內(nèi)進行快充。既可以實現(xiàn)快速充電，又不會傷害它。
使用快充的頻次
這并沒有嚴(yán)格的限制，取決于用戶應(yīng)用場景。出租車公司購買了電動汽車，將電動汽車作為生產(chǎn)資料，對充電的速度有嚴(yán)格的需求，所以上不封頂。出租車用戶平均每天充電一到兩次，白天快充，晚上慢充。這樣既可以滿足出租車運營需求，晚上慢充對快充循環(huán)也有幫助，同時還能利用峰谷價差。
私家車主每日的行駛里程在50公里以內(nèi)，一般使用慢充?？斐鋵λ郊臆囍鱽碚f，一般是以應(yīng)急充電為主。
吃飯要吃八分飽
快充充到80%是不是對電池的傷害小？
電池有個有效容積，一般達到了95%就達到了有效容積。如果每次都讓電池充滿，電池會處于一個滿負荷的工作狀態(tài)，長此以往電池會很疲憊。對于快充最后涓流的部分可以不要，因為充電到最后時電流會很小，由于不是恒壓，此時的電壓還會很大，因此最后充電的效率很低，不如每次只讓電池吃到八分飽。這樣反而電池會處于一個很健康的狀態(tài)，這和人吃飯是一個道理。
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