中国研究人员提出交流诱导方法 在低温下为锂离子电池快速充电
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盖世汽车 Elisha2022-06-01

该策略通过在充电过程中实现足够的温升,满足电池的充电需求。

盖世汽车讯 据外媒报道,中国一研究团队提出使用交流诱导(AC incentive)方法为锂离子电池快速充电的策略。比起现有充电方法,该方法具有诸多优势。

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(图片来源:MDPI)

锂离子电池

随着社会电气化和脱碳进程加快,人们迫切需要可靠的储能设备。锂离子电池具有较高的能量密度、可靠性和耐用性,在电动汽车中得到广泛使用。然而,这种电池也存在一些局限性,尤其是在低温条件下,可能出现电解液离子导电性弱、SEI膜导电性弱,以及化学反应速率低等现象。此外,由于离子在负极石墨颗粒中的扩散系数较低,其充电速度可能较慢。

在较低温度下充电的另一关键问题是,电池负极表面可能形成枝晶。锂枝晶长期积聚,可能破坏电池部件,缩短电池的使用寿命,并引发安全问题。

当前电池低温充电策略

为了提高锂离子电池的效率、耐久性和可靠性,需要一种可靠的低温快速充电策略。近年来,研究人员开发了若干种内部和外部加热策略。

外部加热策略包括,使用液体和暖空气等方法提供必要的温度。但是,这些方法也存在一定的局限性,如温度分布不均匀、加热速率低、效率低,从而阻碍其广泛应用。

因此,人们日益关注内部加热方法,以实现快速可靠的低温充电。常用的方法包括脉冲加热、自加热和对流加热。

此项研究

此项研究提出一种创新策略,以实现在低温下对锂离子电池快速充电。该方法可以解决在这些条件下进行充电的若干常见问题,提高效率和可靠性。

该策略通过在充电过程中实现足够的温升,满足电池的充电需求。研究人员探讨充电速度和选取频率,以获得最佳充电参数。此外,还将该方法产生的容量损失和充电效率,与目前使用的CCCV(先恒流后恒压)充电方法进行了定量比较。

在研究过程中,研究人员选择使用热处理室,提供外部温度条件。电池容量由BTS 600机器校准。通过逆变器提供的交流电进行充电,对电池的充放电过程进行计算机控制,并记录数据和进行分析。借助于温度、电压和电流传感器,提供实时监测信息。

在实验室内,在0℃和5℃的外部环境温度下评估温度效应。将电池放置2小时,以确保电池温度达到环境温度。在不同的SOC(车辆蓄电池的剩余电量)和温度下,对CCCV和交流诱导充电策略进行了评估。

通过CCCV充电,将电池充电至指定SOC点,随后使用测试室进行温度调整,使其在2小时后达到所需温度。然后,使用这两种策略,将电池充电到所需的电压。在实验过程中,需要测量温度、电流和电压。

研究结果

实验结果表明,交流诱导策略适合低温快速充电。比起CCCV方法,使用交流诱导策略,达到所需充电值的速度要快20%。此外,研究人员观察到,采用交流诱导策略时,波动电压上升,导致温升更快。

与CCCV策略相比,交流诱导策略的平均温升为2-4 ℃,显著减少了在低温条件下为锂离子电池充电所需的时间。在研究中评估的所有温度和SOC条件下,采用交流策略可显著缩短充电时间。

总结

该项研究展示采用交流诱导方法为锂离子低温快速充电的优势。在所有测试条件下,交流充电法的效率均高于CCCV充电法。

研究人员指出,未来将利用这种方法在低温条件下为电动汽车充电,以评估其实用性。

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