動力電池應用 | 超快充(XFC)的開發和測試設備的要求

動力電池應用 | 超快充(XFC)的開發和測試設備的要求

原創-PAR-Solartron 電化學領導品牌

近來動力電池快充技術在快速發展，但充電時間，效率和壽命依然是全球電動車的主要焦慮。鋰離子電池以高能量密度和長壽命成為電動車的主要能源。當前，有幾種方式來控制快充條件下的電池健康狀態。本文會對充電協議清晰分類，將快充協定分為功率管理協定，主要是依賴於對電流、電壓和電池溫度控制的熱管理協定，以及依賴於鋰離子電池材料物理修飾和化學結構的材料層面的充電協定。並分析了每種快充協議的要求，優勢和劣勢。

• 鋰離子電池快充協議

快充協定的目的是降低充電時間，優化效率和迴圈壽命，降低充電損失。消除大倍率充電和深度放電所導致的活性物質損失，電極表面的SEI膜重整，內部溫度變化和減小容量損失。

 

Fig 1 鋰離子電池主要快充充電協議類型

 

Fig 2主要快充協議的優勢及劣勢

 

• 恆電流恆電位充電協議：

CC-CV 作為傳統的充電協議，其示意圖如Fig 3 所示，即恆電流充到指定電位後，在截止電壓下持續恆壓充電至電流降低為0.1C 或0.01 C。CC-CV的主要問題是充電時間較長，且CV恒壓過程會導致電池內部發生化學反應。

 

Fig 3恒電流-恒電位充電(CC-CV)示意圖

• 多步恒電流(MCC) 充電協議種類

 

Fig 4 多步恒電流(MCC) 充電協議種類

(a) 充電電流多步變換

(b) 混合技術(HT)

(c) 條件隨機變化技術 (CRT)

(d) 多步恒電流超快充技術 (ML MCC-CV)

 

MCC充電協議是通過多步的變換的恒電流進行充電，作為目前最具潛力的超快充技術，有利於縮短充電時間，同時降低電池的衰減和能量損失，並提高效率，降低產生的熱，避免析鋰和過充等，但是，MCC充電協定需要對電池內部的電路進行全面準確評估後才能有效進行開發。因此，MCC的開發需要直流和交流阻抗技術組合使用。

 

• 熱管理協議

Fig 5 熱管理協議- 恆溫-恆壓充電協議示意圖

 

熱管理充電協定依賴於對環境溫度和電池溫度的控制，溫度作為影響電池老化非常重要的因素, 一種新的快充協議基於恒溫很恒壓(CT-CV) 如Fig 5所示。CT-CV基於施加2C電流，然後電流指數衰減至1C ,當電壓到達4.2V時，電流開始衰減至0.1C。為了維持溫度恒定，採用PID進行溫度控制。

 

• 脈衝電流充電協議(PCC)

Fig 6 脈衝充電電流示意圖

 

Fig 7 脈衝電流充電協議

(a) 標準協定-固定占空比

(b) 標準協定-變化占空比

(c) 標準協定-衰減電流

(d) 標準協定高-低電流變化

(e) 不同的電壓脈衝

 

PCC 協定依賴於控制負載的迴圈，頻率和充電脈衝的幅值等，PCC有利於縮短充電時間，低溫條件下加熱電池，抑制鋰析出，增加功率轉換，有利於消除濃差極化。缺點是控制器要求極其複雜，難度很高。

 

• 結論

經過以上分析，功率控制協議，由於充電時間短，發熱量低，效率高，避免鋰析出等優勢，成為目前鋰離子電池快充最具潛力的方法之一，由於其波形的複雜性，對於溫度的監測，析鋰的有效評價等以及鋰離子電池內部等效電路的全面分析，對於所使用的開發設備提出巨大挑戰。多步電流法及脈衝電流快充協定，測試設備需要具備以下能力。

 

Solartron SI-9300 提供用戶最嚴謹的MCC和脈衝電流快充協定測試方法！

 

 

**建議使用電腦觀看以維持正常的圖文比例

**歡迎來信詢問相關內容

 

• 參考文獻

1. A Review of Various Fast Charging Power and Thermal Protocols for Electric Vehicles Represented by Lithium-Ion Battery Systems,Future Transp. 2022, 2, 281–299.https://doi.org/10.3390/futuretransp2010015

2. Detection of Lithium Plating in Li-Ion Cell Anodes Using Realistic Automotive Fast-Charge Profiles, Batteries 2021, 7, 46

3. Fast Charging of Lithium-Ion Batteries: A Review of Materials Aspects, Adv. Energy Mater.2021, 11, 2101126, DOI: 10.1002/aenm.202101126

• 免責申明

本網站所發佈的內容(含圖片，資料，文字等)來源於文章原創作者或者互聯網轉載等，目的在於傳遞更多應用資訊用於分享，參考和交流等。原文章版權，資料，圖片等歸原作者或出版機構所有，本網站僅對原文部分內容作了有限解讀和整理，不負有任何法律審查義務，也不承擔任何法律責任。如對原文內容有任何疑問，請聯繫原創作者或相應出版機構。